CN102097987B - 无称重传感器电梯曳引用永磁同步电机启动转矩补偿方法 - Google Patents

Abstract

无称重传感器电梯曳引用永磁同步电机启动转矩补偿方法，属于电机和电梯曳引控制领域。它解决了采用称重传感器获取电梯负载重量信息的方法来维持电梯***运行前的平衡，会造成电梯***可靠性降低及成本增加的问题。它首先初始化增量式光电编码器的脉冲数，然后采用增量式光电编码器对电机的正反转进行脉冲计数；再将当前采样周期的脉冲数与上一采样周期的脉冲数进行比较，获得比较结果ΔP；根据ΔP对永磁同步电机的转向进行判断；根据电机的转向判断结果对永磁同步电机的启动转矩进行补偿。本发明适用于电梯曳引用永磁同步电机启动转矩的补偿。

Description

无称重传感器电梯曳引用永磁同步电机启动转矩补偿方法

技术领域

本发明涉及一种无称重传感器电梯曳引用永磁同步电机启动转矩补偿方法，属于电机和电梯曳引控制领域。

背景技术

在电梯***中，配重和轿厢通过钢丝绳铰合在曳机的曳引轮上。配重和轿厢及轿厢负载一般不相等。电梯在运行前，当曳引轮上的抱闸装置打开，配重和轿厢在曳引轮上会产生不平衡转矩，产生倒溜，影响乘梯的舒适感。为了使轿厢在抱闸打开时维持静止，曳引机应该输出与负载转矩大小相等的电磁转矩以维持***的平衡，在维持***平衡的过程中，电机的速度给定始终为0，在轿厢和配重平衡后，零速给定阶段结束，电机开始按给定的速度曲线运行，轿厢在曳引机的拖动下运行。

目前，一般有两种方法用来维持电梯***运行前的平衡。一种是在电梯的轿厢底部安装称重传感器来获取负载重量信息，作为控制器的补偿量，使曳引机在抱闸打开之前输出与负载转矩相等的电磁转矩。这样抱闸装置打开后就能使电梯处于平衡状态，不发生倒溜。

另一种方法不采用称重传感器，而是采用绝对式编码器或高分辨率的正余弦式编码器来获取曳引机转子的速度信息，对曳引机进行速度控制，在***响应足够快和反馈精度足够高的情况下，能使电梯***在很短的时间内达到平衡状态，且位移足够小，不影响乘梯舒适感。

安装称重传感器的方式不仅会增加***的成本，而且会降低***的可靠性；而采用绝对式编码器或高分辨率的正余弦式编码器，虽然也能防止倒溜，不影响乘梯舒适感，但其价格昂贵，导致***成本增加。

发明内容

本发明的目的是为了解决采用称重传感器获取电梯负载重量信息的方法来维持电梯***运行前的平衡，会造成电梯***可靠性降低及成本增加的问题，提供一种无称重传感器电梯曳引用永磁同步电机启动转矩补偿方法。

本发明方法所述永磁同步电机采用正交输出的增量式光电编码器测量转子转速，它包括以下步骤：

步骤一：首先初始化增量式光电编码器的脉冲数，使P_New＝P_Old＝0；

在每个采样周期中，所述永磁同步电机正转时，对增量式光电编码器的正交脉冲进行加计数，永磁同步电机反转时，对增量式光电编码器的正交脉冲进行减计数，获得当前采样周期增量式光电编码器的当前脉冲数P_New；

步骤二：将当前采样周期的脉冲数P_New与上一采样周期的脉冲数P_Old进行比较，获得比较结果ΔP＝P_New-P_Old，同时将当前采样周期的脉冲数P_New赋值给上一采样周期的脉冲数P_Old，P_Old＝P_New；

步骤三：根据ΔP对永磁同步电机的转向进行判断；

步骤四：根据步骤三的判断结果对永磁同步电机的启动转矩进行补偿。

本发明的优点是：本发明方法的实现无需在电梯轿厢中安装称重传感器，只需通过安装在永磁同步电机转子上的增量式光电编码器，就能实现对电梯***的启动转矩进行补偿，且不会产生溜车。本发明方法根据电梯抱闸打开后永磁同步电机转子的转动方向的判断，确定需要补偿的转矩的方向，使永磁同步电机的输出转矩逐渐趋近负载转矩，使电梯的轿厢达到平衡。当检测到永磁同步电机向一个方向旋转后，则按阶梯逐渐改变补偿电流，直到电机反转，再将当前的补偿电流向相反方向调整阶梯补偿量的一半，之后电流环由PI调解器自动调节直到平衡。本发明方法简单有效，它不依赖于安装称重传感器装置，并且只需采用增量式光电编码器即可进行电机转向的判断，在不影响乘梯舒适感的情况下，不仅节省了***硬件成本，而且提高了***的可靠性和鲁棒性。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为现有电机控制***的原理图；图中

为永磁同步电机的速度给定值，ω_r为永磁同步电机的速度反馈值，

为永磁同步电机d轴的电流给定值，

为永磁同步电机q轴的电流给定值，i_d为永磁同步电机d轴的电流反馈值，i_q为永磁同步电机q轴的电流反馈值，为永磁同步电机d轴的电压给定值，

为永磁同步电机q轴的电压给定值，

为永磁同步电机α轴的电压给定值，

为永磁同步电机β轴的电压给定值，i_α为永磁同步电机α轴的电流值，i_β为永磁同步电机β轴的电流值，i_comp为永磁同步电机的q轴补偿电流值，

为电角度；i_a和i_c分别为永磁同步电机的线电流；

图3为步骤三中对永磁同步电机的转向进行判断的流程图；

图4为步骤四中对永磁同步电机的启动转矩进行补偿的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，

本实施方式所述永磁同步电机采用正交输出的增量式光电编码器测量转子转速，它包括以下步骤：

步骤一：首先初始化增量式光电编码器的脉冲数，使P_New＝P_Old＝0；

在每个采样周期中，所述永磁同步电机正转时，对增量式光电编码器的正交脉冲进行加计数，永磁同步电机反转时，对增量式光电编码器的正交脉冲进行减计数，获得当前采样周期增量式光电编码器的当前脉冲数P_New；

步骤二：将当前采样周期的脉冲数P_New与上一采样周期的脉冲数P_Old进行比较，获得比较结果ΔP＝P_New-P_Old，同时将当前采样周期的脉冲数P_New赋值给上一采样周期的脉冲数P_Old，P_Old＝P_New；

步骤三：根据ΔP对永磁同步电机的转向进行判断；

步骤四：根据步骤三的判断结果对永磁同步电机的启动转矩进行补偿。

本实施方式所述永磁同步电机应用于电梯控制***，采用矢量控制，运用正交输出的增量式光电编码器获取永磁同步电机的转动方向，根据电梯抱闸打开后永磁同步电机的转动方向对转矩电流进行补偿，不需要称重传感器检测负载重量信息，即实现永磁同步电机的启动转矩补偿。

图2所示，在现有电梯控制***电流环的基础上，增加了根据电机方向进行补偿的补偿环节，这使整个电梯***的响应更加迅速；采用增量式光电编码器进行电机转速的反馈，电机控制器的编码器接口单元可实现对编码器的脉冲数计数。

具体实施方式二：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，

所述步骤三中根据ΔP对永磁同步电机的转向进行判断的方法为：

判定ΔP是否满足ΔP≥1或ΔP≤-N/2，式中N为增量式光电编码器旋转一周输出的正交脉冲数，若是，判断永磁同步电机为正转；

若否，继续判定ΔP是否满足ΔP≤-1或ΔP≥N/2，若是，判断永磁同步电机为反转；若否，判断永磁同步电机为停止状态，此时不进行转矩补偿。其它与实施方式一相同。

当电机不转，则无需对永磁同步电机的当前转矩电流给定值进行调整，直到电机零速过程结束。

具体实施方式三：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式二的进一步说明，

当根据步骤三判断永磁同步电机的初始转向为正转时，步骤四中对永磁同步电机的启动转矩进行补偿的方法为：

步骤四一：使

为永磁同步电机的当前转矩电流给定值，Δi为预设定的电流补偿量，若i_qmax为最大转矩电流值，则使

返回执行步骤一至步骤三，然后热行步骤四二；

步骤四二：或若ΔP≥1或ΔP≤-N/2，返回执行步骤四一；若ΔP≤-1或ΔP≥N/2，执行步骤四三；

步骤四三：使

执行步骤四四；

步骤四四：结束。其它与实施方式二相同。

在电梯抱闸装置打开的过程中，电机的速度给定为零。在该过程中，若检测到永磁同步电机正转，则进行电流的反向补偿，在当前电机转矩电流给定值的基础上减去一个固定电流补偿量Δi，下一个采样周期中，如果永磁同步电机仍然正转，表示负载转矩仍大于电机的当前给定转矩，在前一采样周期的电流给定值的基础上继续减少一个固定电流补偿量Δi，直到电机反向，一旦在某一个采样周期检测到电机反向，说明此时电机的输出转矩大于负载转矩，则将当前转矩的电流给定值加上固定电流补偿量Δi的一半，此后不再进行转矩补偿调整，只作转矩电流环的PI调节。在电流调整过程中，如果转矩电流超过允许的最大转矩电流，则将转矩电流调整为该最大转矩电流。

具体实施方式四：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式二的进一步说明，

当根据步骤三判断永磁同步电机的初始转向为反转时，步骤四中对永磁同步电机的启动转矩进行补偿的方法为：

步骤四一：使

为永磁同步电机的当前转矩电流给定值，Δi为预设定的电流补偿量，若

i_qmax为最大转矩电流值，则使

返回执行步骤一至步骤三，然后热行步骤四二；

步骤四二：或若ΔP≤-1或ΔP≥N/2，返回执行步骤四一；若ΔP≥1或ΔP≤-N/2，执行步骤四三；

步骤四三：使

执行步骤四四；

步骤四四：结束。其它与实施方式二相同。

在电梯抱闸装置打开的过程中，电机的速度给定为零。在该过程中，若检测到永磁同步电机反转，则将当前转矩电流给定值加上一个固定电流补偿量Δi，下一个采样周期中，如果永磁同步电机仍然反转，则继续增加当前转矩电流给定值，加上一个固定电流补偿量Δi，一直补偿至电机转向改变，一旦在某一个采样周期检测到电机正转，则将当前转矩电流给定值减去固定电流补偿量Δi的一半，此后不再进行转矩补偿调整，只作转矩电流环的PI调节。在电流调整过程中，如果转矩电流超过允许的最大转矩电流，则将转矩电流调整为该最大转矩电流。

将实施方式三和实施方式四结合在一起，给合图4说明，其电机方向判断及电流补偿过程为：

在电梯抱闸打开的同时，设置电机正转方向的标志位flag1和反转方向的标志位flag2，在抱闸装置打开之前，flag1和flag2均初始化为0，即flag1＝0和flag2＝0。在抱闸装置打开的过程中，电机的速度给定值

转矩电流给定

若检测到电机正转，则进行反方向补偿，且置位正转方向标志flag1＝1，在当前转矩电流给定的基础上减去一个固定补偿量Δi，下一个中断周期如果电机仍然正转，表示负载转矩仍大于当前给定转矩，在当前转矩电流给定值上继续减去Δi，值到电机反向，当检测到电机反向时，说明电机输出转矩大于负载转矩，则将当前转矩电流给定值加上Δi/2，此后不进行转矩补偿调整，只作转矩电流环的PI调节；

若电机开始时反转，则将反转标志置1，即flag2＝1，转矩电流给定值加上Δi，若电机仍然反转，则继续增加Δi，直到电机转向改变，当电机反向时，则将当前给定值减去Δi/2，此后不再进行转矩补偿调整，只作转矩电流环的PI调节。

在电流调整过程中，如果永磁同步电机的当前转矩电流给定值

超过允许的最大转矩电流值i_qmax，则将该当前转矩电流给定值调整为该最大转矩电流值i_qmax。

具体实施方式五：本实施方式为对实施方式三或四的进一步说明，所述的电流补偿量Δi为永磁同步电机的额定电流值的10％～30％。其它与实施方式三或四相同。

所设定的电流补偿量Δi，应根据实际情况予以确定，通常为额定值的10％～30％。具体要根据电梯曳引***摩擦转矩的大小确定。若摩擦转矩大，则Δi可适当大些；若摩擦转矩小，则Δi可适当小些，使得电梯在额定负载条件下零速时轿厢的偏移量最小。

Claims (2)

1.一种无称重传感器电梯曳引用永磁同步电机启动转矩补偿方法，所述永磁同步电机采用正交输出的增量式光电编码器测量转子转速，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一：首先初始化增量式光电编码器的脉冲数，使P_New＝P_Old＝0；

在每个采样周期中，所述永磁同步电机正转时，对增量式光电编码器的正交脉冲进行加计数，永磁同步电机反转时，对增量式光电编码器的正交脉冲进行减计数，获得当前采样周期增量式光电编码器的当前脉冲数P_New；

步骤二：将当前采样周期的脉冲数P_New与上一采样周期的脉冲数P_Old进行比较，获得比较结果ΔP＝P_New-P_Old，同时将当前采样周期的脉冲数P_New赋值给上一采样周期的脉冲数P_Old，P_Old＝P_New；

步骤三：根据ΔP对永磁同步电机的转向进行判断；

步骤四：根据步骤三的判断结果对永磁同步电机的启动转矩进行补偿；

所述步骤三中根据ΔP对永磁同步电机的转向进行判断的方法为：

判定ΔP是否满足ΔP≥1或ΔP≤-N/2，式中N为增量式光电编码器旋转一周输出的正交脉冲数，若是，判断永磁同步电机为正转；

若否，继续判定ΔP是否满足ΔP≤-1或ΔP≥N/2，若是，判断永磁同步电机为反转；若否，判断永磁同步电机为停止状态，此时不进行转矩补偿；

当根据步骤三判断永磁同步电机的初始转向为正转时，步骤四中对永磁同步电机的启动转矩进行补偿的方法为：

步骤四一：使

为永磁同步电机的当前转矩电流给定值，Δi为预设定的电流补偿量，若i_qmax为最大转矩电流值，则使

返回执行步骤一至步骤三，然后热行步骤四二；

步骤四二：或若ΔP≥1或ΔP≤-N/2，返回执行步骤四一；若ΔP≤-1或ΔP≥N/2，执行步骤四三；

步骤四三：使执行步骤四四；

步骤四四：结束；

当根据步骤三判断永磁同步电机的初始转向为反转时，步骤四中对永磁同步电机的启动转矩进行补偿的方法为：

步骤四一：使

为永磁同步电机的当前转矩电流给定值，Δi为预设定的电流补偿量，若

i_qmax为最大转矩电流值，则使

返回执行步骤一至步骤三，然后热行步骤四二；

步骤四二：或若ΔP≤-1或ΔP≥N/2，返回执行步骤四一；若ΔP≥1或ΔP≤-N/2，执行步骤四三；

步骤四三：使

执行步骤四四；

步骤四四：结束。

2.根据权利要求1所述的无称重传感器电梯曳引用永磁同步电机启动转矩补偿方法，其特征在于：所述的电流补偿量Δi为永磁同步电机的额定电流值的10％～30％。

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