CN104150301B - 电梯运行曲线修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电梯运行曲线修正方法，该方法用于修正电梯进入减减速区后的预估运行曲线，从而解决由于位置的滑移造成电梯停靠不准确的问题。该方法包含以下步骤：测量得到电梯的实际剩余距离，与预估剩余距离进行比较得到偏差剩余距离；提供一种基于三角函数的电梯运行曲线修正方法，修正位移曲线、速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线均平滑连续，且曲线方便求解，无需分段计算和存储；将修正曲线与理论预估曲线进行线性叠加，得到修正后的运行曲线。从而实现电梯的平滑停靠，同时最大程度地满足乘客的舒适度。

Description

电梯运行曲线修正方法

技术领域

本发明涉及电梯技术，具体涉及一种基于三角函数的电梯运行曲线修正方法。

技术背景

电梯在运行过程中，钢丝绳由于惯性可能会产生相对驱动轮的滑移，或由于变频器的响应速度而产生的运行速度偏差，造成电梯轿厢的实际走行距离与预估距离出现偏差，导致电梯停靠不准确的问题。

控制电梯运转的变频器输入信号由预估计的电梯运行速度曲线来决定，因此电梯速度曲线的生成和在线优化对电梯的运行性能具有极为重要的意义。通常的电梯运行曲线(如图1)包括加加速区(T₁)、匀加速区(T₂)、减加速区(T₃)、恒速区(T₄)、加减速区(T₅)、匀减速区(T₆)和减减速区(T₇)，其中加加速区(T₁)、减加速区(T₃)、加减速区(T₅)和减减速区(T₇)是其中必备的几个区段。因此，为了解决电梯停靠不准确的问题，则需要对减减速区(T₇)区段的速度曲线进行修正，使得电梯能够精确停靠在预定停靠楼层，且停靠时的速度和加速度为0。

中国专利CN102234048A公开了一种电梯速度曲线修正方法。提供一种用于修正该减速后半行程的速度修正曲线；将该速度曲线与速度该修正曲线迭加，以获得修正后速度曲线。该修正速度曲线为平滑连续，但其加速度曲线被设计为4段直线，虽连续但不平滑。从实现的角度考虑，该曲线需要分段存储和计算，实现运行效率较低，无法较好满足利用电梯有限的计算资源实现高计算效率的需求。

然而，电梯的运转曲线与乘客搭乘电梯的舒适性具有密切联系。设计平滑的电梯运转曲线能够有效提高乘客搭乘电梯的舒适性，运转曲线包括位置对时间的曲线、速度对时间的曲线、加速度对时间的曲线、加加速度对时间的曲线。因此，为了最大程度提高乘客搭乘电梯的舒适性，有必要设计一种更加自然的电梯运行修正曲线，该修正的位移曲线、速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线均需要平滑连续，同时，曲线应当方便求解，无需分段计算和存储，从而提高电梯有限的计算和存储效率。

考虑到三角函数曲线是工程领域中最常用且最自然的运动曲线之一，其具有较好的连续和平滑性，微分或积分后仍能够保留三角函数特性。与直线或抛物曲线相比，乘客搭乘采用三角函数运转曲线的电梯具有更好的舒适体验。同时，从实现的角度考虑，该类曲线计算简单、内存资源利用较少。

发明内容

本发明提出一种基于三角函数的电梯运行曲线修正方法，修正的位移曲线、速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线均平滑连续，使得电梯轿厢能够精确且平顺地停靠在预定楼层，同时提高乘客搭乘电梯的舒适性。

本发明提出的电梯运行曲线修正方法用于修正包含减减速区(T₇)段的运行曲线，在时间T₇不变的情况下，当该段行程结束时，偏差位移被修正为0(准确停靠)，同时修正速度、修正加速度也均为0。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

电梯运行曲线修正方法，包括如下步骤：

(1)测量电梯距离终点的实际剩余距离；然后得到实际剩余距离与理论预估剩余距离的差值，即偏差剩余距离ΔS；

(2)当电梯在进入减减速区(T₇)后，如果该偏差剩余距离ΔS不为零，则需要进行运行曲线的修正，得到修正如公式(1)的运行曲线ΔΩ(t)，其中所述运行曲线ΔΩ(t)包含修正的位移曲线ΔS(t)、速度曲线Δv(t)、加速度曲线Δa(t)和加加速度曲线Δα(t)：

ΔΩ(t)＝[ΔS(t),Δv(t),Δa(t),Δα(t)]^T(1)

当偏差剩余距离ΔS大于零时，运行曲线ΔΩ(t)按如下方法进行修正：

修正的位移曲线ΔS(t)为连续平滑的三角函数曲线，且电梯运行时间结束时，位移偏差为0，即ΔS(T₇)＝0；

修正的速度曲线Δv(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先增大再减小至零，即Δv(0)＝Δv(T₇)＝0，当t＝T₇/2时，修正速度达到最大值Δv，即得到Δv(T₇/2)＝Δv；

修正的加速度曲线Δa(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先增大、再减小然后增大至零；当t＝T₇/2时，修正加速度为零，即Δa(0)＝Δa(T₇/2)＝Δa(T₇)＝0；

修正的加加速度曲线Δα(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先减小再增大至零。即Δα(0)＝Δα(T₇)＝0；当t＝T₇/2时，修正加加速度达到最小值-Δα，即得到Δα(T₇/2)＝-Δα；

当偏差剩余距离ΔS小于零时，运行曲线ΔΩ(t)的修正方法如下：

修正的位移曲线ΔS(t)为连续平滑的三角函数曲线，且电梯运行时间结束时，位移偏差为0，即ΔS(T₇)＝0；

修正的速度曲线Δv(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先减小再减小至零，即Δv(0)＝Δv(T₇)＝0；当t＝T₇/2时，修正速度达到最小值-Δv，即得到Δv(T₇/2)＝-Δv；

修正的加速度曲线Δa(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先减小、再增大然后减小至零；当t＝T₇/2时，修正加速度为零，即Δa(0)＝Δa(T₇/2)＝Δa(T₇)＝0；

修正的加加速度曲线Δα(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先增大再减小至零。即Δα(0)＝Δα(T₇)＝0；当t＝T₇/2时，修正加加速度达到最大值Δα，即得到Δα(T₇/2)＝Δα；

(3)将修正曲线ΔΩ(t)与理论预估曲线Ω(t)进行线性叠加，得到修正后的公式(2)运行曲线Ω’(t)。

Ω'(t)＝ΔΩ(t)+Ω(t)(2)

采用上述方法使电梯采用修正后的曲线Ω’(t)运行，可实现精确且平顺的停靠，同时提高乘客搭乘电梯的舒适性。

附图说明

图1为通常的电梯预估理想速度曲线示意图。

图2为本发明偏差剩余距离ΔS大于零时，修正前后的速度曲线和加速度曲线示意图。

图3为本发明偏差剩余距离ΔS小于零时，修正前后的速度曲线和加速度曲线示意图。

图4为本发明偏差剩余距离ΔS大于零时的修正曲线，包含修正位移曲线、速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线示意图。

图5为本发明偏差剩余距离ΔS小于零时的修正曲线，包含修正位移曲线、速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线。

具体实施方式

如下将结合附图和实施例，进一步阐述本发明。

当电梯的运行从匀减速区(T₆)转换到减减速区(T₇)的瞬间时刻时，此时电梯的速度设为v₀，理论预估剩余距离为S₀。

由于理论预估速度曲线中减减速区(T₇)的加加速度为恒定值，设该加加速度为α，则减减速区的初始加速度a₀表达为：

a₀＝αT₇(3)

减减速区的初始速度v₀和理论预估剩余距离为S₀分别表达为：

$v_0=\frac{1}{2}\mathrm{\α}{T}_7^2---\left(4\right)$

$S_0=\frac{1}{6}\mathrm{\α}{T}_7^3---\left(5\right)$

由公式(4)、(5)式得到减减速区的时间T₇：

$T_7=\frac{{3S}_0}{v_0}---\left(6\right)$

由公式(3)、(4)式得到减减速区的初始加速度：

$a_0=\frac{{2v}_0}{T_7}---\left(7\right)$

由公式(6)、(7)式得到：

$a_0=\frac{2v_0^2}{3S_0}---\left(8\right)$

因此，由公式(3)、(8)式得到加加速度α与v₀、S₀的关系：

$\mathrm{\α}=\frac{2v_0^3}{9S_0^2}---\left(9\right)$

由公式(9)式得到减减速区理论预估位移曲线、速度曲线和加速度曲线分别为：

$S\left(t\right)=\frac{1}{6}\frac{2v_0^3}{9S_0^2}{(T_7-t)}^3=\frac{v_0^3}{27S_0^2}{(T_7-t)}^3---\left(10\right)$

$v\left(t\right)=\frac{1}{2}\frac{2v_0^3}{9S_0^2}{(T_7-t)}^2=\frac{v_0^3}{9S_0^2}{(T_7-t)}^2---\left(11\right)$

$a\left(t\right)=\frac{2v_0^3}{9S_0^2}(T_7-t)---\left(12\right)$

然而在电梯运行时由于出现滑移等问题，实际剩余距离与理论预估剩余距离为S₀并不相等，此时电梯如果仍采用理论预估曲线运行，在停靠时就会产生偏差。因此，需要对该曲线进行修正，使得电梯能够准确停靠。

通过在每一停靠楼层设置的平层感应器能够测量估计得到实际的剩余距离。设实际剩余距离为S’，则偏差剩余距离ΔS表示为：

ΔS＝S'-S₀(13)

当偏差剩余距离ΔS大于零时，表明实际剩余距离大于理论预估剩余距离，则应当修正预估运行曲线，例如在运行过程中加速，使得预估剩余距离延长，从而在运行时间结束时，电梯能够准确停靠，并且速度、加速度参数也为零(参见图2、图4)。

当偏差剩余距离ΔS小于零时，表明实际剩余距离小于理论预估剩余距离，则应当修正预估运行曲线，例如在运行过程中减速，使得预估剩余距离缩短，从而在运行时间结束时，电梯能够准确停靠，并且速度、加速度参数也为零(图3、图5)。

因此，通过设计修正运行曲线ΔΩ(t)，修正理论预估曲线Ω(t)为Ω’(t)，从而使电梯能够准确停靠。

基于三角函数曲线设计的修正运行曲线ΔΩ(t)所包含的修正位移曲线、速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线均平滑连续，同时，曲线方便求解，无需分段计算和存储。

图4、图5中修正的速度曲线Δv(t)为连续平滑的三角函数曲线，其中Δv(0)＝Δv(T₇)＝0。由三角函数曲线的性质得到：当t＝T₇/2时，修正速度达到极值(当偏差剩余距离ΔS大于零时，该值为极大值；当偏差剩余距离ΔS小于零时，该值为极小值)，设为Δv，即得到Δv(T₇/2)＝Δv，且当t＝1T₇/4＝3T₇/4时，Δv(1T₇/4)＝Δv(3T₇/4)＝Δv/2。由于行走距离为速度曲线所包含的面积，因此可以得到：

$\mathrm{\ΔS}=\frac{1}{2}\mathrm{\Δv}{T}_7---\left(14\right)$

得到：

$\mathrm{\Δv}=\frac{2\mathrm{\ΔS}}{T_7}---\left(15\right)$

根据图4、5中所示的修正速度曲线的轨迹，假设曲线表达式为：

Δv(t)＝-Acos(ωt)+b(16)

则得到：

$A=\frac{\mathrm{\Δv}}{2},b=\frac{\mathrm{\Δv}}{2},\mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\π}}{T_7}---\left(17\right)$

因此，修正速度曲线关于时间的函数为：

$\mathrm{\Δv}\left(t\right)=-\frac{\mathrm{\Δv}}{2}\cos \left(\frac{2\mathrm{\πt}}{T_7}\right)+\frac{\mathrm{\Δv}}{2}---\left(18\right)$

由Δa(t)＝d(Δv(t))得到修正加速度曲线关于时间的函数：

$\mathrm{\Δa}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\π\Δv}}{T_7}\sin \left(\frac{2\mathrm{\πt}}{T_7}\right)---\left(19\right)$

由Δα(t)＝d(Δa(t))得到修正加加速度曲线关于时间的函数：

$\mathrm{\Δ\α}\left(t\right)=\frac{2{\mathrm{\π}}^2\mathrm{\Δv}}{T_7^2}\cos \left(\frac{2\mathrm{\πt}}{T_7}\right)---\left(20\right)$

通过(18)式计算偏差剩余距离ΔS关于时间的函数：

$\begin{array}{c}\mathrm{\ΔS}\left(t\right)=\mathrm{\ΔS}-\∫\mathrm{\Δv}\left(t\right)\mathrm{dt}\\ =\mathrm{\ΔS}-(\frac{\mathrm{\Δvt}}{2}-\frac{\mathrm{\Δv}{T}_7}{4\mathrm{\π}}\sin \left(\frac{2\mathrm{\πt}}{T_7}\right))\end{array}---\left(21\right)$

将修正曲线ΔΩ(t)与理论预估曲线Ω(t)进行线性叠加，得到修正后的运行曲线Ω’(t)：

$\mathrm{\Ω}\text{'}\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}S\text{'}\left(t\right)\\ v\text{'}\left(t\right)\\ a\text{'}\left(t\right)\\ \mathrm{\α}\text{'}\left(t\right)\end{array}\right]=\mathrm{\Δ\Ω}\left(t\right)+\mathrm{\Ω}\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔS}\left(t\right)+S\left(t\right)\\ \mathrm{\Δv}\left(t\right)+v\left(t\right)\\ \mathrm{\Δa}\left(t\right)+a\left(t\right)\\ \mathrm{\Δ\α}\left(t\right)+\mathrm{\α}\left(t\right)\end{array}\right]---\left(22\right)$

上式得到的修正运行曲线ΔΩ’(t)保证了电梯运行的平滑和连续，且该曲线方便求解，无需分段计算和存储。

上述实施例的修正运行曲线包含减减速区的[0,T₇]时间段，但修正运行曲线也可以进一步包含[t₁,t₂]时间段，其中0≤t₁<t₂≤T₇，此时时间间隔变量T₇将为t₂-t₁。

上述实施例进行了一次运行曲线的修正，但在电梯运行结束前，也可以进行多次的、不同时间段的运行曲线修正，例如电梯有多组位置校正装置的情况。此时基于三角函数的曲线修正方法具易于叠加等优点，通过相位的变化即能够实现相互叠加。

以上揭示和表述了本发明的基本原理、主要特征和优点。虽然通过实施例对本发明进行了阐述，但并不限制于所揭露的实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下仍有许多变化和改进。因此对于不偏离本发明的变化、改进和修饰均属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种电梯运行曲线修正方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：

1].测量电梯距离终点的实际剩余距离；然后得到实际剩余距离与理论预估剩余距离的差值，即偏差剩余距离ΔS；

2].当电梯在进入减减速区后，如果该偏差剩余距离不为零，则修正理论预估曲线中的位移曲线、速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线并使位移曲线、速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线均平滑连续，从而得到修正曲线；

3].将步骤2]得到的修正曲线与理论预估曲线进行线性叠加，得到修正后的运行曲线；

所述修正曲线包含修正速度曲线、修正加速度曲线、修正加加速度曲线、修正位移曲线，其修正速度曲线、修正加速度曲线、修正加加速度曲线、修正位移曲线关于时间的函数分别表示为如下公式：

$\mathrm{\&Delta;}v\left(t\right)=-\frac{\mathrm{\&Delta;}v}{2}cos\left(\frac{2\mathrm{\&pi;}t}{T_7}\right)+\frac{\mathrm{\&Delta;}v}{2}$

$\mathrm{\&Delta;}a\left(t\right)=\frac{\mathrm{\&pi;}\mathrm{\&Delta;}v}{T_7}sin\left(\frac{2\mathrm{\&pi;}t}{T_7}\right)$

$\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&alpha;}\left(t\right)=\frac{2{\mathrm{\&pi;}}^2\mathrm{\&Delta;}v}{T_7^2}cos\left(\frac{2\mathrm{\&pi;}t}{T_7}\right)$

$\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}S\left(t\right)=\mathrm{\&Delta;}S-\&Integral;\mathrm{\&Delta;}v\left(t\right)dt\\ =\mathrm{\&Delta;}S-\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}vt}{2}-\frac{{\mathrm{\&Delta;vT}}_7}{4\mathrm{\&pi;}}\sin \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}t}{T_7}\right)\right)\end{array}$

其中：

$\mathrm{\&Delta;}v=\frac{2\mathrm{\&Delta;}S}{T_7}.$

2.如权利要求1所述的电梯运行曲线修正方法，其特征在于，在所述步骤2]中，当偏差剩余距离ΔS大于零时，所述位移曲线、速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线的修正方法分别如下：

修正的位移曲线ΔS(t)为连续平滑的三角函数曲线，且电梯运行时间结束时(t＝T₇)，位移偏差为0，即ΔS(T₇)＝0；

修正的速度曲线Δv(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先增大再减小至零，即Δv(0)＝Δv(T₇)＝0；当t＝T₇/2时，修正速度达到最大值Δv，即得到Δv(T₇/2)＝Δv；

修正的加速度曲线Δa(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先增大、再减小然后增大至零；当t＝T₇/2时，修正加速度为零，即Δa(0)＝Δa(T₇/2)＝Δa(T₇)＝0；

修正的加加速度曲线Δα(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先减小再增大至零；即Δα(0)＝Δα(T₇)＝0，当t＝T₇/2时，修正加加速度达到最小值-Δα，即得到Δα(T₇/2)＝-Δα；其中T₇为减减速区的[0,T₇]时间段。

3.如权利要求1所述的电梯运行曲线修正方法，其特征在于，在所述步骤2]中，当偏差剩余距离ΔS小于零时，所述位移曲线、速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线的修正方法分别如下：

修正的位移曲线ΔS(t)为连续平滑的三角函数曲线，且电梯运行时间结束时，位移偏差为0，即ΔS(T₇)＝0；

修正的速度曲线Δv(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先减小再减小至零，即Δv(0)＝Δv(T₇)＝0；当t＝T₇/2时，修正速度达到最小值-Δv，即得到Δv(T₇/2)＝-Δv；

修正的加速度曲线Δa(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先减小、再增大然后减小至零；当t＝T₇/2时，修正加速度为零，即Δa(0)＝Δa(T₇/2)＝Δa(T₇)＝0；

修正的加加速度曲线Δα(t)为连续平滑的三角函数曲线，该曲线随着时间t的增加，从零开始先增大再减小至零；即Δα(0)＝Δα(T₇)＝0；当t＝T₇/2时，修正加加速度达到最大值Δα，即得到Δα(T₇/2)＝Δα。