CN109309461B - 电梯启动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯启动控制装置，其状态误差反馈控制单元根据电梯驱动电机的速度指令值v_ref和速度反馈值v_bk输出误差力矩指令值T_error；扩张状态观测单元根据v_bk和电梯驱动电机的力矩指令值T_ref对电梯驱动电机调速控制***中的总扰动进行观测并输出观测结果z₂；速度变化抑制单元根据v_bk的微分值v_{bk_dot}输出抑制v_bk变化所需的抑制力矩指令值T_dep；力矩指令补偿单元利用z₂和T_dep对T_error进行补偿并输出T_ref；电流控制器根据T_ref输出电梯驱动电机的定子电压指令值，从而实现对电梯驱动电机的控制。本发明的电梯启动控制装置，不需要称量装置即可实现启动控制，结构简单，成本低，控制便捷，可靠性高。

Description

电梯启动控制装置

技术领域

本发明涉及电梯控制技术，特别涉及一种基于自抗扰控制器的电梯启动控制装置。

背景技术

在曳引式电梯中，电梯轿厢和对重通过电缆或钢带等柔性体悬挂在曳引轮两侧。一般情况下，轿厢和对重的重量是不同的，二者作用在曳引轮上的转矩自然也是不同的，二者之差就是不平衡转矩。在电梯启动松开制动器的瞬间，制动力矩消失，曳引轮在不平衡转矩的作用下而旋转，从而出现“溜车”现象。

为了避免出现“溜车”，可以在电梯中配置称量装置，由称量装置提前检测出轿厢内的实际载荷，并据此计算出电梯的不平衡转矩。这样，只要在松开制动器之前，控制器控制电梯驱动电机使其产生与不平衡转矩大小相等、方向相反的补偿转矩，该补偿转矩就能够抵消不平衡转矩，曳引轮在制动器松开时仍可保持静止不动，从而消除“溜车”现象。但是，该方式会增加***配件数量、结构复杂性，导致成本上升，同时还会降低***可靠性，特别是当称量装置因AD采样精度、温度、老化等原因导致出现较大的称量误差时，仍会出现“溜车”现象。

除了在电梯中配置称量装置这一方法外，还可以采用经特别设计的无称量装置的电梯启动控制方法来实现电梯的“溜车”启动。中国发明专利(专利号：201310169227.4，授权公告号：CN103241604B)利用变频器力矩指令与抱闸电流指令相配合来实现电梯的无称重装置启动。但该方法因需要对变频器和抱闸进行协同控制而增加了复杂性。中国发明专利(专利号：201310444642.6，授权公告号：CN103449268B)利用正余弦编码器获得当前电机转子位置，并据此进一步计算得出电机倒溜距离、速度和加速度，最后以模糊理论计算补偿转矩。该方法涉及多个阈值参数，且需要确定后补偿所需的论域、模糊变量词集、隶属度函数、模糊推理规则等等，很是繁琐。中国发明专利申请(申请号：201610134676.9)是根据电梯启动时移动与其阈值间的关系决定是否增大P增益同时减小I增益以及恢复原PI增益参数的方法来实现电梯的无称重装置启动。但是该方法单单在电梯启动阶段就存在两组PI参数，且在启动阶段速度存在两种方向，会对电梯的乘坐舒适感产生影响。

自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control，ADRC)技术是由中科院韩京清研究员1998年提出的一种非线性控制策略，该技术是将***未建模动态、外界干扰统一作为总扰动，然后通过构建扩张状态观测器(ESO)对总扰动进行观测，接着再利用观测结果对总扰动进行补偿，最后将基于标准模型设计的控制律与补偿律进行综合得到最终的控制律，利用该控制律即可得到理想的控制效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电梯启动控制装置，不需要称量装置即可实现启动控制，结构简单，成本低，控制便捷，可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明提供的电梯启动控制装置，其包括：

状态误差反馈控制单元，根据电梯驱动电机的速度指令值v_ref和速度反馈值v_bk输出误差力矩指令值T_error；

扩张状态观测单元，根据速度反馈值v_bk和电梯驱动电机的力矩指令值T_ref对电梯驱动电机调速控制***中的总扰动进行观测并输出观测结果z₂；

速度变化抑制单元，根据速度反馈值v_bk的微分值v_{bk_dot}输出抑制所述速度反馈值v_bk变化所需的抑制力矩指令值T_dep；

力矩指令补偿单元，利用所述观测结果z₂和所述抑制力矩指令值T_dep对所述误差力矩指令值T_error进行补偿并输出所述电梯驱动电机的所述力矩指令值T_ref；

电流控制器，根据所述力矩指令值T_ref输出所述电梯驱动电机的定子电压指令值，从而实现对所述电梯驱动电机的控制。

较佳的，所述速度反馈值的微分值v_{bk_dot}是根据下式计算的速度反馈值的微分值：

其中，β₁＞0、β₂＞0和R＞0均为设计参数，x₂即为速度反馈值v_bk的微分值v_{bk_dot}。

较佳的，所述速度反馈值v_bk，是基于检测装置对电梯驱动电机转子或曳引轮的转动，或是对轿厢位置进行检测的检测结果经处理后得到的电梯驱动电机的实际速度，或是根据电梯驱动电机调速控制的相关信息利用估算方法得到的电梯驱动电机的估算速度。

较佳的于，所述力矩指令补偿单元按照如下规律输出力矩指令值T_ref：

如果在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，则按照(1)，否则按照(2):

(1)当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，T_ref＝T_min；当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，T_ref＝T_max；如果条件v_bk>0且v_{bk_dot}>0，以及v_bk<0且v_{bk_dot}<0均不成立，则按照(2)；

(2)T_ref＝T_error-z₂；

其中，T_max是电梯驱动电机的最大允许力矩值，T_min是电梯驱动电机的最小允许力矩值。

较佳的，所述力矩指令补偿单元为一减法器，是用误差力矩指令值T_error减去所述抑制力矩指令值T_dep，且所述状态误差反馈控制单元、所述速度变化抑制单元分别按照如下规律输出误差力矩指令值T_error、抑制力矩指令值T_dep：

如果在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，则按照(1)，否则按照(2)：

(1)当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，T_error≡0，T_dep＝-T_min-z₂；当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，T_error≡0，T_dep＝-T_max-z₂；如果条件v_bk>0且v_{bk_dot}>0，以及v_bk<0且v_{bk_dot}<0均不成立，则按照(2)；

(2)所述速度变化抑制单元正常输出的误差力矩指令值T_error，所述速度变化抑制单元输出的抑制力矩指令值T_dep≡0。

较佳的，所述力矩指令补偿单元为一减法器，是用误差力矩指令值T_error减去且所述抑制力矩指令值T_dep，且在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，所述速度变化抑制单元按照如下规律输出抑制力矩指令值T_dep：

当v_bk>0且v_bk__dot>0时，T_dep＝T_error-T_min-z₂；

当v_bk<0且v_bk__dot<0时，T_dep＝T_error-T_max-z₂。

较佳的，所述力矩指令补偿单元为一减法器，是用误差力矩指令值T_error减去所述扩张状态观测器输出的所述观测结果z₂和所述抑制力矩指令值T_dep。

较佳的，所述速度变化抑制单元按照如下规律输出所述抑制力矩指令值T_dep：

如果在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，T_dep＝f(v_bk__dot)；否则T_dep≡0；

其中，f(v_{bk_dot})是一单调连续增函数，且满足：当v_{bk_dot}→0时，f(v_{bk_dot})→0，以及T_min≤f(v_{bk_dot})≤T_max；

T_max是电梯驱动电机的最大允许力矩值，T_min是电梯驱动电机的最小允许力矩值。

较佳的，单调连续增函数f(v_{bk_dot})为线性函数：f(v_{bk_dot})＝α·v_{bk_dot}，其中α是一设计参数。

较佳的，所述设计参数α的确定方式如下：

当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，α＝|T_min|/v_{bk_dot_max}；

当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，α＝T_max/|v_{bk_dot_min}|；

其中，v_{bk_dot_max}是速度反馈值的微分值v_{bk_dot}的最大值；v_{bk_dot_min}是速度反馈值的微分值v_{bk_dot}的最小值。

较佳的，参与所述力矩指令补偿单元的减法运算的所述抑制力矩指令值T_dep：

当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时：

如果T_error-T_dep-z₂＜T_min，则使T_dep＝T_error-T_min-z₂；

如果T_error-T_dep-z₂＞0，则使T_dep＝T_error-z₂；

当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时：

如果T_error-T_dep-z₂＞T_max，则T_dep＝T_error-T_max-z₂；

如果T_error-T_dep-z₂＜0，则T_dep＝T_error-z₂。

本发明的电梯启动控制装置，不需要称量装置即可实现启动控制，结构简单，成本低，控制便捷，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电梯启动控制装置的一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如附图1所示，电梯启动控制装置包括一个状态误差反馈控制单元、一个扩张状态观测单元、一个速度变化抑制单元、一个力矩指令补偿单元和一个电流控制器；

所述状态误差反馈控制单元，用于根据电梯驱动电机的速度指令值v_ref和速度反馈值v_bk输出误差力矩指令值T_error；

所述扩张状态观测单元，用于根据速度反馈值v_bk和电梯驱动电机的力矩指令值T_ref对电梯驱动电机调速控制***中的总扰动进行观测并输出观测结果z₂；

所述速度变化抑制单元，用于根据速度反馈值v_bk的微分值v_{bk_dot}输出抑制所述速度反馈值v_bk变化所需的抑制力矩指令值T_dep；

所述力矩指令补偿单元，用于利用所述扩张状态观测单元输出的所述观测结果z₂和所述速度变化抑制单元输出的所述抑制力矩指令值T_dep对所述状态误差反馈控制单元输出的所述误差力矩指令值T_error进行补偿并输出所述电梯驱动电机的所述力矩指令值T_ref；

所述电流控制器，根据所述力矩指令补偿单元输出的力矩指令值T_ref输出所述电梯驱动电机的定子电压指令值，从而实现对所述电梯驱动电机的控制。

实施例一的电梯启动控制装置，不需要称量装置即可实现启动控制，结构简单，成本低，控制便捷，可靠性高。

实施例二

基于实施例一的电梯启动控制装置，所述力矩指令补偿单元是一减法器。

较佳的，状态误差反馈控制单元和电流控制器可以是任意类型的反馈控制器，如常用的PI控制器、自适应控制器、智能控制器等。

速度反馈值v_bk的微分值v_{bk_dot}可以采用多种方法得到，如：对速度反馈值v_bk做简单的差分，或是采用一些特定的微分器等，对于微分器，其具体实现有多种方式，如：

其中，β₁＞0、β₂＞0和R＞0均为设计参数，x₂即为速度反馈值v_bk的微分值v_{bk_dot}。

当采用直接检测法来获取电梯驱动电机的速度反馈值时，在得到电梯驱动电机的位移或角位移后，可以利用公式(1)得到速度反馈值v_bk。

实施例二的电梯启动控制装置，力矩指令补偿单元采用减法器，如果不考虑速度变化抑制单元输出的抑制力矩指令值T_dep时，状态误差反馈控制单元、力矩指令补偿单元和扩张状态观测器就是一个自抗扰控制器，成为一基于自抗扰控制器的电梯启动控制装置。

实施例三

基于实施例一的电梯启动控制装置，状态误差反馈控制单元和电流控制器都是基于误差反馈的PI控制器。

速度反馈值v_bk，可以是基于检测装置对电梯驱动电机转子或曳引轮的转动，或是对轿厢位置进行检测的检测结果经适当处理后得到的电梯驱动电机的实际速度(通常是角速度，后续称之为直接检测法)，也可以是根据电梯驱动电机调速控制的相关信息利用估算方法得到的电梯驱动电机的速度估算速度(后续称之为间接估算法)。

实施例四

基于实施例一的电梯启动控制装置，所述力矩指令补偿单元按照如下规律输出力矩指令值T_ref：

如果在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，则按照(1)，否则按照(2):

(1)当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，T_ref＝T_min；当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，T_ref＝T_max；如果条件v_bk>0且v_{bk_dot}>0，以及v_bk<0且v_{bk_dot}<0均不成立，则按照(2)；

(2)T_ref＝T_error-z₂；

其中，T_max是电梯驱动电机的最大允许力矩值，T_min是电梯驱动电机的最小允许力矩值。

实施例五

基于实施例一的电梯启动控制装置，所述力矩指令补偿单元为一减法器，是用误差力矩指令值T_error减去所述抑制力矩指令值T_dep，且所述状态误差反馈控制单元、所述速度变化抑制单元分别按照如下规律输出误差力矩指令值T_error、抑制力矩指令值T_dep：

如果在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，则按照(1)，否则按照(2)：

(1)当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，T_error≡0，T_dep＝-T_min-z₂；当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，T_error≡0，T_dep＝-T_max-z₂；如果条件v_bk>0且v_{bk_dot}>0，以及v_bk<0且v_{bk_dot}<0均不成立，则按照(2)；

(2)所述速度变化抑制单元(即速度控制器)恢复为正常输出的误差力矩指令值T_error，所述速度变化抑制单元输出的抑制力矩指令值T_dep≡0；

实施例六

基于实施例一的电梯启动控制装置，所述力矩指令补偿单元为一减法器，是用误差力矩指令值T_error减去且所述抑制力矩指令值T_dep，且在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，所述速度变化抑制单元按照如下规律输出抑制力矩指令值T_dep：

当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，T_dep＝T_error-T_min-z₂；

当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，T_dep＝T_error-T_max-z₂。

实施例七

基于实施例一的电梯启动控制装置，所述力矩指令补偿单元为一减法器，是用误差力矩指令值T_error减去所述扩张状态观测器输出的所述观测结果z₂和所述抑制力矩指令值T_dep。

较佳的，所述速度变化抑制单元按照如下规律输出所述抑制力矩指令值T_dep：

如果在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，T_dep＝f(v_{bk_dot})；否则T_dep≡0；

其中，f(v_{bk_dot})是一单调连续增函数，且满足：当v_{bk_dot}→0时，f(v_{bk_dot})→0，以及T_min≤f(v_{bk_dot})≤T_max；

T_max是电梯驱动电机的最大允许力矩值，T_min是电梯驱动电机的最小允许力矩值。

单调连续增函数f(v_{bk_dot})的形式多种多样。

实施例八

基于实施例七的电梯启动控制装置，单调连续增函数f(v_{bk_dot})为线性函数：f(v_{bk_dot})＝α·v_{bk_dot}，其中α是一设计参数。

对于设计参数α的确定，可以采用经验法、试凑法，也可以借助于控制理论的相关方法进行设计，或者是按照如下公式计算确定：

当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，α＝|T_min|/v_{bk_dot_max}；

当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，α＝T_max/|v_{bk_dot_min}|；

其中，v_{bk_dot_max}是速度反馈值的微分值v_{bk_dot}的最大值；v_{bk_dot_min}是速度反馈值的微分值v_{bk_dot}的最小值。

实施例九

基于实施例八的电梯启动控制装置，参与所述力矩指令补偿单元的减法运算的所述抑制力矩指令值T_dep按照如下规律确定：

当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时：

如果T_error-T_dep-z₂＜T_min，则使T_dep＝T_error-T_min-z₂；

如果T_error-T_dep-z₂＞0，则使T_dep＝T_error-z₂；

当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时：

如果T_error-T_dep-z₂＞T_max，则T_dep＝T_error-T_max-z₂；

如果T_error-T_dep-z₂＜0，则T_dep＝T_error-z₂。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电梯启动控制装置，其特征在于，包括：

状态误差反馈控制单元，根据电梯驱动电机的速度指令值v_ref和速度反馈值v_bk输出误差力矩指令值T_error；

扩张状态观测单元，根据速度反馈值v_bk和电梯驱动电机的力矩指令值T_ref对电梯驱动电机调速控制***中的总扰动进行观测并输出观测结果z₂；

速度变化抑制单元，根据速度反馈值v_bk的微分值v_{bk_dot}输出抑制所述速度反馈值v_bk变化所需的抑制力矩指令值T_dep；

力矩指令补偿单元，利用所述观测结果z₂和所述抑制力矩指令值T_dep对所述误差力矩指令值T_error进行补偿并输出所述电梯驱动电机的所述力矩指令值T_ref；

电流控制器，根据所述力矩指令值T_ref输出所述电梯驱动电机的定子电压指令值，从而实现对所述电梯驱动电机的控制；

所述力矩指令补偿单元按照如下规律输出力矩指令值T_ref：如果在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，则按照(1)，否则按照(2):(1)当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，T_ref＝T_min；当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，T_ref＝T_max；如果条件v_bk>0且v_{bk_dot}>0，以及v_bk<0且v_{bk_dot}<0均不成立，则按照(2)；(2)T_ref＝T_error-z₂；其中，T_max是电梯驱动电机的最大允许力矩值，T_min是电梯驱动电机的最小允许力矩值；或者，

所述力矩指令补偿单元为一减法器，是用误差力矩指令值T_error减去所述抑制力矩指令值T_dep，且所述状态误差反馈控制单元、所述速度变化抑制单元分别按照如下规律输出误差力矩指令值T_error、抑制力矩指令值T_dep：如果在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，则按照(1)，否则按照(2)：(1)当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，T_error≡0，T_dep＝-T_min-z₂；当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，T_error≡0，T_dep＝-T_max-z₂；如果条件v_bk>0且v_{bk_dot}>0，以及v_bk<0且v_{bk_dot}<0均不成立，则按照(2)；(2)所述速度变化抑制单元正常输出的误差力矩指令值T_error，所述速度变化抑制单元输出的抑制力矩指令值T_dep≡0；其中，T_max是电梯驱动电机的最大允许力矩值，T_min是电梯驱动电机的最小允许力矩值；或者，

所述力矩指令补偿单元为一减法器，是用误差力矩指令值T_error减去且所述抑制力矩指令值T_dep，且在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，所述速度变化抑制单元按照如下规律输出抑制力矩指令值T_dep：当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，T_dep＝T_error-T_min-z₂；当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，T_dep＝T_error-T_max-z₂；其中，T_max是电梯驱动电机的最大允许力矩值，T_min是电梯驱动电机的最小允许力矩值；或者，

所述力矩指令补偿单元为一减法器，是用误差力矩指令值T_error减去所述扩张状态观测器输出的所述观测结果z₂和所述抑制力矩指令值T_dep；所述速度变化抑制单元按照如下规律输出所述抑制力矩指令值T_dep：如果在速度反馈值的微分值的首个非零区间和/或后续至少一个非零区间内，T_dep＝f(v_{bk_dot})；否则T_dep≡0；其中，f(v_{bk_dot})是一单调连续增函数，且满足：当v_{bk_dot}→0时，f(v_{bk_dot})→0，以及T_min≤f(v_{bk_dot})≤T_max；T_max是电梯驱动电机的最大允许力矩值，T_min是电梯驱动电机的最小允许力矩值。

2.根据权利要求1所述的电梯启动控制装置，其特征在于，所述速度反馈值的微分值v_{bk_dot}是根据下式计算的速度反馈值的微分值：

其中，β₁＞0、β₂＞0和R＞0均为设计参数，x₂即为速度反馈值v_bk的微分值v_{bk_dot}。

3.根据权利要求1所述的电梯启动控制装置，其特征在于，所述速度反馈值v_bk，是基于检测装置对电梯驱动电机转子或曳引轮的转动，或是对轿厢位置进行检测的检测结果经处理后得到的电梯驱动电机的实际速度，或是根据电梯驱动电机调速控制的相关信息利用估算方法得到的电梯驱动电机的估算速度。

4.根据权利要求1所述的电梯启动控制装置，其特征在于，单调连续增函数f(v_{bk_dot})为线性函数：f(v_{bk_dot})＝α·v_{bk_dot}，其中α是一设计参数。

5.根据权利要求4所述的电梯启动控制装置，其特征在于，所述设计参数α的确定方式如下：

当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时，α＝|T_min|/v_{bk_dot_max}；

当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时，α＝T_max/|v_{bk_dot_min}|；

其中，v_{bk_dot_max}是速度反馈值的微分值v_{bk_dot}的最大值；v_{bk_dot_min}是速度反馈值的微分值v_{bk_dot}的最小值。

6.根据权利要求1或4所述的电梯启动控制装置，其特征在于，参与所述力矩指令补偿单元的减法运算的所述抑制力矩指令值T_dep：

当v_bk>0且v_{bk_dot}>0时：

如果T_error-T_dep-z₂＜T_min，则使T_dep＝T_error-T_min-z₂；

如果T_error-T_dep-z₂＞0，则使T_dep＝T_error-z₂；

当v_bk<0且v_{bk_dot}<0时：

如果T_error-T_dep-z₂＞T_max，则T_dep＝T_error-T_max-z₂；

如果T_error-T_dep-z₂＜0，则T_dep＝T_error-z₂。

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