EP0976675B2 - Verfahren zur Kraftbegrenzung für automatische Aufzugstüren - Google Patents

Description

• ] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftbegrenzung für automatische Aufzugstüren mit einem Türantrieb bestehend aus Steuerung, Motor und Antriebsmechanik zur Bewegung einer Kabinentür und einer Schachttür gemäss eines der Türstellung entsprechenden Geschwindigkeitsverlaufes und Kraftverlaufes von einer Offenstellung in eine Geschlossenstellung oder umgekehrt, wobei der Kraftverlauf an sich im Laufe der Zeit verändernde Türparameter anpassbar ist und die Türen während des Bewegungsvorganges bei einer durch ein Hindernis ausgelösten Störkraft stoppbar und/oder reversierbar sind.
• Aus der Patentschrift DE 39 21 158 ist eine Regeleinrichtung für eine mittels Gleichstrommotor angetriebene Gelenktür bekannt. Das Antriebsmoment ist dem Motorankerstrom proportional. In einer Speichereinrichtung sind der Motorstromverlauf in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Tür im störungsfreien Lauf und mit dem maximal zulässigen Drehmoment abgespeichert. Diese Stromwerte können rechnerisch oder experimentell gewonnen werden. Um an der Tür wirkende Reibungsverluste zu berücksichtigen, wird zur Bildung des Sollwertankerstromes der vorstehend genannte Stromwert mit einem gleitenden Mittelwert addiert, der sich aus dem Istwert des Ankerstromes im hindernisfreien Betrieb ergibt. Die Ermittlung des Sollwertes ist nach jedem einwandfreien Öffnen und Schliessen der Tür vorgesehen. Tritt an der Tür ein Hindernis auf, so steigt der Istwert des Ankerstromes überproportional an. In der Regeleinrichtung wird dieser Istwert mit dem Sollwert verglichen. Liegt der Istwert über dem zulässigen Sollwert, so wird der Ankerstrom und somit das Türantriebsmoment reduziert.
• Ein Nachteil der bekannten Einrichtung liegt in der aufwendigen und umfangreichen Speicherung der für den Mittelwert notwendigen positionsabhängigen Stromverlaufskurven für den gesamten Fahrbereich der Tür.
• Aus der JP 09323877 ist ein Verfahren zur Begrenzung der Schließkraft bei Aufzugstüren bekannt, bei dem ein Aufzugstürmodell aus einem Verschiebungswert des Türmotors sowie einer Motorgeschwindigkeit das Motor antriebs moment unter Berücksichtigung weiterer Parameter errechnet.
• In einem Vergleicher wird das errechnete Motor antriebsmoment verglichen mit einem Drehmomentbefehl einer Geschwindigkeitssteuerung. Übersteigt die Differenz zwischen den verglichenen Werten einen Abweichungstoleranzwert, wird ein Reversierbefehl für die Tür ausgegeben.
• Davon ausgehend stellt sich für die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein alternatives Verfahren zur Begrenzung der Schließkraft bei Aufzugsfüren zur Verfügung zu stellen. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass eine kompakte Form der Beschreibung des störkraftfreien Antriebskraftverlaufes möglich ist. Damit kann eine automatische, optimale Einstellung der Antriebskraftbegrenzung erreicht und der Inbetriebnahmeaufwand gesenkt werden. Weiter vorteilhaft ist, dass ein Kraftgrenzwert nicht nur für eine bestimmte Sollgeschwindigkeitsfunktion der Tür zur Verfügung steht, sondern auch für abweichende Verläufe, beispielsweise bei reduzierter Geschwindigkeit oder erhöhter Beschleunigung bereitgestellt werden kann, ohne zuvor eine neue Lernfahrt durchzuführen.
• Beim Türschliessvorgang besteht die Gefahr, dass sich im zunehmend kleiner werdenden Türspalt Hindernisse wie beispielsweise Personen oder Gegenstände befinden und eingeklemmt werden können. Beim Türöffnungsvorgang besteht die Gefahr, dass beispielsweise Kinderhände oder flache Gegenstände zwischen die sich gegeneinander verschiebenden Türflügel oder zwischen Türflügel und Türrahmen gelangen können.
• Das erfindungsgemässe Verfahren bezieht sich auf den Türschliessvorgang wie auch auf den Türöffnungsvorgang. Kraftbegrenzung bedeutet beim Türschliessvorgang eine Begrenzung der Schliesskraft bzw. eine Begrenzung der Öffnungskraft beim Öffnungsvorgang. Kraftverlauf bezieht sich auf den Kraftverlauf während des Türschliessvorganges bzw. während des Türöffnungsvorganges.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens und

Fig. 2

statistische Funktionen zur Auswertung der Differenz zwischen Soll- und Istschliesskraftwerten.

• Fig. 1 zeigt ein System für den Betrieb einer automatischen Aufzugstür bestehend aus einem Sollwerterzeuger 1 für die Geschwindigkeit, einem Istwerterfasser 2 der Geschwindigkeit/Türposition, einem Bewegungsregler 3, einem Geschwindigkeitserzeuger 4 in der Form eines Türantriebes bestehend aus Steuerung, Motor und Antriebsmechanik sowie einem Istwerterfasser 5 für die erzeugte bzw. aufgebrachte Antriebskraft. Als Antriebs- oder Motorkraft wird dabei die vom Motor aufgebrachte, unter Berücksichtigung der realisierten Getriebeübersetzungen auf die Tür umgerechnete Kraft bezeichnet. Die Schliesskraft bzw. Öffnungskraft ist diejenige Kraft, die während eines Schliessvorganges bzw. Öffnungsvorganges von der Türkante bzw. Tür auf ein Hindernis ausgeübt wird. Ein Antriebskraftmodell 6 für die Antriebskraft errechnet aufgrund eines mathematischen Modells und der ermittelten Türparameter die im störkraftfreien Betrieb aufzubringende Antriebskraft. Ein Grenzwerterzeuger 7 berechnet aus dem Antriebskraftmodellwert und einer zulässigen Störkraft einen Kraftgrenzwert, der mittels eines Vergleichers 8 dem Istwert der Antriebskraft bzw. der aufgebrachten Antriebskraft gegenübergestellt wird. Beim Überschreiten des Kraftgrenzwertes wird die Tür gestoppt und/oder eine Reversierbewegung ausgelöst.
• Mit Hilfe eines mathematischen Modells der beteiligten Türund Antriebskomponenten stellt das Antriebskraftmodell 6 die aufzuwendende Antriebskraft zur Verfügung. Dieses mathematische Modell bestimmt anhand von Bewegungsgleichungen und der vorab ermittelten Türparameter die bei einer bestimmten Beschleunigung und bei einer bestimmten Geschwindigkeit unter normalen, ungestörten Verhältnissen aufzubringende Antriebsskraft. Der Kraftgrenzwert wird aus der aufzubringenden Antriebsskraft und der maximal zulässigen Störkraft berechnet. Trifft die Tür während der Bewegung auf ein Hindernis, so wird beim Überschreiten des Kraftgrenzwertes durch die aufgebrachte Antriebskraft ein Stoppen und/oder Reversieren der Aufzugstür ausgelöst, um die Sicherheit der Aufzugsbenutzer zu gewährleisten.
• Das mathematische Modell kann fest eingestellt werden oder in einer weiteren Ausführungsvariante adaptiv gestaltet werden, wobei eine Anpassung an die während des Betriebes auftretenden Parameteränderungen erfolgt.
• Das Modell kann basierend auf Differentialgleichungen (explizit) realisiert werden. Das explizite mathematische Modell basiert auf den Newtonschen Bewegungsgleichungen für die Türmechanik. Diese sind hier für ein vereinfachtes Modell der Türmechanik angegeben.
• Für die nachfolgenden Betrachtungen werden alle Kräfte und Geschwindigkeiten im Richtungssinn der schliessenden Tür positiv definiert. Wird die Mechanik als Einmassensystem mit der auf die Türkante umgerechneten Gesamttürmasse m_GT modelliert, so ergibt sich die folgende Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Kraft (Newtonsche Bewegungsgleichung, direkte Kraftübertragung zwischen Gegengewicht und Türkante vorausgesetzt): $${\dot{\mathrm{v}}}_{\mathrm{T}}=\frac{{\mathrm{F}}_{\mathrm{MT}}-{\mathrm{F}}_{\mathrm{R}}\cdot \mathrm{sign}\left({\mathrm{v}}_{\mathrm{T}}\right)+\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}}_{\mathrm{G}}}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}}$$

  

  wobei

v̇_T

die Beschleunigung,

v_T

die Geschwindigkeit der Türkante,

F_MT

die vom Motor aufgebrachte, unter Berücksichtigung der kraftübertragenden und kraftumformenden Mechanik auf die Türkante/Tür umgerechnete Antriebskraft,

F_R

die als konstant angenommene Summe aller auf die Türkante umgerechneten Gleit- und Rollreibungskräfte der Türmechanik,

sign(v_T)

die Signumfunktion, die für v_T>0 den Wert 1 und für v_T<0 den Wert -1 aufweist,

g

die Schwerebeschleunigung 9,81 m/s²,

m_G

die Masse des Gegengewichtes und

m_GT

die Summe der unter Berücksichtigung der kraftübertragenden und kraftumformenden Mechanik auf die Türkante/Tür umgerechneten Massen aller bewegten Teile (Türflügel, Rollen, Zahnriemen, Riemenscheiben, Stahlseile, Gegengewicht, Rotor des Motors, usw.) bedeuten.

• Durch Umstellen nach der Kraft F_MT erhält man: $$\mathrm{FMT}={\dot{\mathrm{v}}}_{\mathrm{T}}\cdot {\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}+{\mathrm{F}}_{\mathrm{R}}\cdot \mathrm{sign}\left({\mathrm{v}}_{\mathrm{T}}\right)+\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}}_{\mathrm{G}}$$

  

  $${\dot{\mathrm{v}}}_{\mathrm{T}}=\frac{{\mathrm{v}}_{\mathrm{T}}\left(\mathrm{t}\right)-{\mathrm{v}}_{\mathrm{T}}\left(\mathrm{t}-\mathrm{T}\right)}{\mathrm{T}}$$

  
• Dies ist ein mechanisches Türmodell in expliziter Form, bei der die physikalischen Parameter noch als solche erkennbar sind.
• Nach der angeführten Gleichung lässt sich die zu jedem Zeitpunkt aufzubringende Antriebskraft in Abhängigkeit von den Parametern und der Beschleunigung v̇_T berechnen. Die Beschleunigung wird wie in Gleichung [3] dargestellt näherungsweise aus den Geschwindigkeitswerten berechnet, wobei T eine geeignet gewählte Abtastzeit ist.
• Die Gleichungen [2], [3] können leicht programmiert werden und liefern den Antriebskraftmodellwert für die Kraftüberwachung. Werden die Parameter F_R, m_G und m_GT einmalig, beispielsweise bei der Herstellung oder bei der Inbetriebnahme der Tür, fest eingestellt, so handelt es sich um ein fest eingestelltes Modell. Werden die Parameter des Modells während des Betriebes der Tür automatisch an die tatsächlichen Parameter der Türmechanik angepasst, so spricht man von einem adaptiven Modell.
• Der Sollwerterzeuger 1 erzeugt einen Geschwindigkeitssollwert als Funktion der Zeit oder des Weges bzw. der Türposition. Der Bewegungsregler 3 kann beispielsweise ein Geschwindigkeits-/Positionsregler sein, der auf der Basis einer gemessenen Geschwindigkeits/Positionsinformation eine Geschwindigkeitsvorgabe erzeugt.
• Das mathematische Modell stellt die Abhängigkeit der jeweiligen erzeugten Antriebskraft von der Beschleunigung, der Geschwindigkeitsvorgabe und der Türposition her. Vom mathematischen Modell wird diejenige Motorkraft berechnet, die ohne Hindernis die vorgegebene Geschwindigkeitskurve erzeugt. Dieser Normalverlauf hängt beispielsweise von der vorgegebenen Beschleunigung, der Charakteristik der Geschwindigkeitserzeugung, den Reibkräften, der Masse der bewegten Teile und von den Parametern der Mechanik und der Reibungsverhältnissen in der Mechanik ab.
• Die vom Antriebskraftmodell 6 generierte, aufzuwendende Antriebskraft ist im Laufe des Betriebes der Tür Veränderungen durch Verschleiss und Alterung ausgesetzt. Deshalb kann das Antriebskraftmodell 6 so gestaltet sein, dass eine langsame Adaption der aufzubringenden Antriebskraft an den Veränderungen unterworfenen Verlauf erfolgt. Der Istwert der Antriebskraft bzw. die aufgebrachte Antriebskraft kann in Verbindung mit der Soll/Istgeschwindigkeit ausgewertet werden, um die effektive, bewegte Masse, das Schliessgewicht der Tür und die Reibkraft einmalig oder laufend während des Betriebes zu bestimmen.
• Zur Gewinnung der unbekannten physikalischen Parameter des expliziten Modells werden Testfahrten durchgeführt, bei denen die Messwerte für die auf die Türkante/Tür umgerechneten Motorkraft und die Geschwindigkeit der Türkante/Tür periodisch erfasst und gespeichert werden. Nach Gleichung [1] ist die Beschleunigung von der Motorkraft abhängig. Die rechte Seite der Gleichung [1] enthält einen zur Kraft linearen und einen konstanten Anteil. $${\dot{\mathrm{v}}}_{\mathrm{T}}=\frac{1}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}}\cdot {\mathrm{F}}_{\mathrm{MT}}+\frac{-{\mathrm{F}}_{\mathrm{R}}\cdot \mathrm{sign}\left({\mathrm{v}}_{\mathrm{T}}\right)+\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}}_{\mathrm{G}}}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{GR}}}\mathrm{a}\cdot {\mathrm{F}}_{\mathrm{MT}}+\mathrm{b}$$

  
• Werden für einen Öffnungs- oder Schliessvorgang die Grössen v_T und F_MT über der Zeit aufgezeichnet, so lassen sich die Koeffizienten a und b der linearen Gleichung [4] leicht, beispielsweise mittels linearer Regression bestimmen. Die ermittelten Werte für einen Schliessvorgang seien mit a_s und b_s, die für einen Öffnungsvorgang mit a₀ und b₀ bezeichnet. Dann gilt: $${\mathrm{a}}_{\mathrm{s}}={\dot{\mathrm{a}}}_0=\frac{1}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}}$$

  

  $${\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}=\frac{1}{{\mathrm{a}}_{\mathrm{s}}}=\frac{1}{{\mathrm{a}}_0}$$

  

  $${\mathrm{b}}_{\mathrm{s}}=\frac{-{\mathrm{F}}_{\mathrm{R}}\cdot \mathrm{sign}\left({\mathrm{v}}_{\mathrm{T}}\right)+\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}}_{\mathrm{G}}}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}}=\frac{-{\mathrm{F}}_{\mathrm{R}}\cdot (-1)+\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}}_{\mathrm{G}}}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}}$$

  

  $${\mathrm{b}}_0=\frac{-{\mathrm{F}}_{\mathrm{R}}\cdot \mathrm{sign}\left({\mathrm{v}}_{\mathrm{T}}\right)+\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}}_{\mathrm{G}}}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}}=\frac{-{\mathrm{F}}_{\mathrm{R}}\cdot (-1)+\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}}_{\mathrm{G}}}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}}$$

  

  $${\mathrm{m}}_{\mathrm{G}}=\frac{({\mathrm{b}}_{\mathrm{s}}+{\mathrm{b}}_0)\cdot {\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}}{2\mathrm{g}}$$

  

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{R}}=\frac{({\mathrm{b}}_{\mathrm{s}}+{\mathrm{b}}_0)\cdot {\mathrm{m}}_{\mathrm{GT}}}{2}$$

  
• Damit sind alle interessierenden Parameter des expliziten Modells bekannt. (Die Schwerebeschleunigung g wird als bekannt vorausgesetzt). Erfolgt die beschriebene Parameteridentifikation nur einmalig, wird das resultierende Modell fest eingestellt. Die Messwerte können aber ebenso im laufenden Betrieb erfasst und verarbeitet werden. Die so gewonnenen aktuellen Parameter können zur Nachführung der Modellparameter und zur Anpassung an langsame Veränderungen in der Türmechanik, beispielsweise durch Verschleiss und Verschmutzung, genutzt werden. In diesem Fall wird das Modell adaptiert.
• Als Geschwindigkeitserzeuger 4 kann beispielsweise ein Asynchronmotor in Verbindung mit einem Frequenzumrichter mit einer darauf implementierten rotorflussorientierten Stromregelung und überlagerter Geschwindigkeitsregelung verwendet werden, wobei die momentbildende, zum Rotorfluss orthogonale Stromkomponente i_sq als interne Grösse verwendbar ist.
• Zur Erzeugung des Drehmomentes in einem rotatorischen Asynchronmotor ist die Erzeugung eines um die Motorachse rotierenden magnetischen Feldes erforderlich. Eine besonders einfache Beschreibung der Zusammenhänge zwischen Motorstrom, magnetischem Fluss und Motormoment ist durch Gleichungen möglich, wenn man eine Koordinatentransformation durchführt.
• Die in den drei Motorphasen gemessenen Statorströme überlagern sich zu einem resultierenden Stromvektor ${\overrightarrow{\mathrm{l}}}_{\mathrm{s}},$

  

  der durch Betrag und den Winkel bezüglich der ersten Motorwicklungsachse gekennzeichnet ist. Die Koordinatentransformation besteht darin, dass man als Bezugspunkt nicht die Position der ersten Wicklungsachse, sondern den aktuellen magnetischen Fluss im Rotor der Maschine wählt. Der Strom im Stator ${\overrightarrow{\mathrm{l}}}_{\mathrm{s}},$

  

  kann dann zerlegt werden in eine zum Rotorfluss parallele Komponente i_sd und eine dazu rechtwinklige Komponente i_sq. Der Betrag des Rotorflusses kann durch die geeignet gesteuerte Stromkomponente i_sd konstant gehalten werden. Es gilt dann Proportionalität zwischen i_sq und dem aufgebrachten Motormoment, so dass i_sq ein Mass für die an der Türkante/Tür wirksame Antriebskraft ist.
• Als Geschwindigkeitserzeuger 4 kann beispielsweise auch ein Asynchronmotor in Verbindung mit einer darauf implementierten U/f-Steuerung verwendet werden, wobei der erfasste Schlupf als Mass für die aufgebrachte Antriebskraft dient.
• Der Schlupf s ist definiert nach folgender Gleichung: $$\mathrm{s}=\frac{{\mathrm{w}}_{\mathrm{s}}-\mathrm{w}}{{\mathrm{w}}_{\mathrm{s}}}=\frac{{\mathrm{n}}_{\mathrm{s}}-\mathrm{n}}{{\mathrm{n}}_{\mathrm{s}}}$$

  

  $${\mathrm{n}}_{\mathrm{s}}={\mathrm{f}}_{\mathrm{s}}/\mathrm{zp}$$

  

  wobei

s

der Schlupf,

n_s

die Synchrondrehzahl des umlaufenden magnetischen Feldes,

n

die mechanische Drehzahl der Motorwelle,

w_s

die Synchronkreisfrequenz des magnetischen Feldes,

w

die mechanische Kreisfrequenz,

f_s

die aktuelle Synchron- bzw. Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters und

zp

die Polzahl des verwendeten Motors ist.

• Nach der bekannten Klossschen Formel gilt: $${\mathrm{m}}_{\mathrm{M}}=\frac{2{\mathrm{M}}_{\mathrm{K}}}{\mathrm{s}/{\mathrm{s}}_{\mathrm{K}}+{\mathrm{s}}_{\mathrm{K}}/\mathrm{s}}=\frac{2{\mathrm{M}}_{\mathrm{K}}\cdot \mathrm{s}}{{\mathrm{s}}^2/{\mathrm{S}}_{\mathrm{K}}+{\mathrm{s}}_{\mathrm{K}}}$$

  

  wobei

M_K

das Kippmoment und

s_K

der Kippschlupf ist.

• Beide Grössen sind für einen gegebenen Motor und U/f-Kennliniensteuerung konstant.
• Für kleine Schlupfbeträge (s < s_K) gilt die Näherung: $${\mathrm{m}}_{\mathrm{M}}=\frac{2{\mathrm{M}}_{\mathrm{K}}\cdot \mathrm{s}}{{\mathrm{s}}^2/{\mathrm{s}}_{\mathrm{K}}+{\mathrm{s}}_{\mathrm{K}}}=\frac{2{\mathrm{M}}_{\mathrm{K}}}{{\mathrm{s}}^2/{\mathrm{S}}_{\mathrm{K}}}\cdot \mathrm{s}$$

  

  so dass aus einer gemessenen mechanischen Drehzahl n und der bekannten Frequenz der Ausgangsspannung f_s eines Frequenzumrichters der Schlupf und aus diesem wiederum das Motormoment nach der Formel $${\mathrm{m}}_{\mathrm{M}}=\frac{2{\mathrm{M}}_{\mathrm{K}}}{{\mathrm{s}}_{\mathrm{K}}}\cdot \frac{{\mathrm{f}}_{\mathrm{s}}/\mathrm{zp}-\mathrm{n}}{{\mathrm{f}}_{\mathrm{s}}/\mathrm{z}}$$

  

  berechnet werden kann.
• Als Geschwindigkeitserzeuger kann beispielsweise auch ein spannungs- und frequenzgesteuerter Asynchronmotor verwendet werden, wobei der gemessene Ständerstrombetrag als Mass für die Antriebskraft dient.
• Der zeitliche Mittelwert des Strombetrages durch die Ständerwicklung der Asynchronmaschine ist bei U/f-Steuerung vom aufgebrachten Motormoment m_M über die Formeln $${\mathrm{m}}_{\mathrm{M}}=-\mathrm{K}\cdot {\mathrm{l}}_{\mathrm{r\alpha }}$$

  

  $$\left|{\mathrm{m}}_{\mathrm{M}}\right|=1/\mathrm{K}\cdot \sqrt{{{\mathrm{l}}_{\mathrm{s}}}^2-{{\mathrm{l}}_{\mathrm{\mu }}}^2}$$

  

  abhängig, wobei·I_rα die im zeitlichen Mittel momentproportionale Stromkomponente, K eine von den Motordaten abhängige Konstante und I_µ der konstante Magnetisierungsstrombetrag ist. Damit ergibt sich der Betrag des Moments aus dem gemessenen Strombetrag nach $${\mathrm{m}}_{\mathrm{M}}=-\mathrm{K}\cdot {\mathrm{l}}_{\mathrm{r\alpha }}$$

  

  $$\left|{\mathrm{m}}_{\mathrm{M}}\right|=1/\mathrm{K}\cdot \sqrt{{{\mathrm{l}}_{\mathrm{s}}}^2-{{\mathrm{l}}_{\mathrm{\mu }}}^2}$$

  

  $$\mathrm{K}=3/2\cdot \mathrm{zp}\cdot \frac{{\mathrm{L}}_{\mathrm{m}}\cdot {\mathrm{U}}_{\mathrm{nom}}}{{\mathrm{L}}_{\mathrm{s}}\cdot 2\mathrm{\pi }\cdot {\mathrm{f}}_{\mathrm{nom}}}$$

  

  $${\mathrm{l}}_{\mathrm{\mu }}=\frac{{\mathrm{U}}_{\mathrm{nom}}}{2\mathrm{\pi }\cdot {\mathrm{f}}_{\mathrm{nom}}\cdot {\mathrm{L}}_{\mathrm{m}}}$$

  

  wobei

zp

die Polpaarzahl,

I_s

der Betrag des Ständerstromes,

L_m

die Hauptinduktivität des Motors,

L_s

die Ständerinduktivität des Motors,

U_nom

die Nennspannung des Motors und

f_nom

die Nennfrequenz des Motors ist.

• Damit ist der Betrag des Antriebsmomentes aus dem gemessenen Strombetrag berechenbar. Andere Anordnungen und Regelverfahren, wie beispielsweise Synchronantriebe mit Messung des Polradwinkels oder des Statorstrombetrages oder Gleichstromantriebe mit Ständerstrommessung, etc., die einen Rückschluss auf die tatsächlich vom Aktor aufgebrachte Kraft zulassen, sind als Geschwindigkeitserzeuger auch möglich.
• Als Geschwindigkeitserzeuger 4 kann beispielsweise auch ein Synchronmotor verwendet werden.
• Der Grenzwerterzeuger 7 berechnet aus dem mittels des mathematischen Modells bestimmten Antriebskraftmodellwert und einer zulässigen Störkraft einen Kraftgrenzwert. Im einfachsten Fall geschieht dies durch Addition der per Vorschrift festgesetzten höchstzulässigen Störkraft von beispielsweise 120 N.
• Als sensiblere Lösung für die Bestimmung des Kraftgrenzwertes kann ein statistisches Auswerteverfahren beispielsweise nach einer Gaussschen Normalverteilung eingesetzt werden. Die Gausssche Normalverteilung ist nur eine von vielen möglichen Verteilungsfunktionen. Exponential-, Weibull- oder Gleichverteilung sind ebenso einsetzbar. Alle diese Funktionen haben eine Dichtefunktion und eine Verteilungsfunktion, wobei die berechneten Zahlenwerte natürlich verschieden sein können. Durch die statistische Auswertung der Differenz zwischen dem Istwert der Antriebskraft und dem vom mathematischen Modell gelieferten Wert der Antriebskraft lässt sich bestimmen, wie gut die Messwerte bei ungestörtem Verlauf mit den theoretischen Werten übereinstimmen. Unter der Annahme einer Gaussschen Normalverteilung der Differenzwerte lässt sich, wie in Fig. 2 gezeigt, aus der ermittelten Standardabweichung bestimmen, wieviel Prozent aller Differenzwerte ausschliesslich infolge von zufallsbedingten Einflüssen einen bestimmten Grenzwert überschreiten ohne dass tatsächlich ein Hindernis im Laufe des Schliessvorganges aufgetreten ist. Umgekehrt lässt sich der minimale Grenzwert angeben und nutzen, bei dem die Wahrscheinlichkeit für ein fälschlicherweise ausgelöstes Reversieren akzeptabel klein ist.
• Angenommen bei einer grösseren Anzahl von Messungen wird festgestellt, dass die Differenzwerte um den Mittelwert 0 der Dichtefunktion phi(z) (Kurve 9) der Normalverteilung streuen und zwar mit einer Standardabweichung von 10 N. Gemäss der Verteilungsfunktion Phi(z) (Kurve 10) der Normalverteilung sind somit 50% aller Differenzwerte kleiner als 0. 84% aller Grenzwerte sind kleiner als 10 N, 97,7% sind kleiner als 20 N und 99,86% sind kleiner als 30 N. Setzt man den Grenzwert also 30 N grösser an als den vom mathematischen Modell gelieferten Sollwert der Türschliesskraft, so werden nur 0,14% aller Messwerte durch zufällige Störungen den Grenzwert überschreiten. Damit lässt sich ohne Einbusse bei der Zuverlässigkeit eine niedrigere Auslöseschwelle realisieren und das Verletzungsrisiko senken. Anhand der laufenden statistischen Auswertung der Differenzwerte kann eine Adaption während des Betriebes erfolgen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Kraftbegrenzung für automatische Aufzugstüren mit einem Türantrieb bestehend aus Steuerung, Motor und Antriebsmechanik zur Bewegung einer Kabinentür und einer Schachttür gemäss eines der Türstellung entsprechenden Geschwindigkeitsverlaufes und Kraftverlaufes von einer Offenstellung in eine Geschlossenstellung oder umgekehrt, wobei der Kraftverlauf an sich im Laufe der Zeit verändernde Türparameter anpassbar ist und die Türen während des Bewegungsvorganges bei einer durch ein Hindernis ausgelösten Störkraft stoppbar und/oder reversierbar sind, wobei
   dass der im störkraftfreien Betrieb aufzubringende Antriebskraftverlauf mittels eines mathematischen Modells für den Türantrieb bestimmt wird,
   dass das mathematische Modell auf Newtonschen Bewegungsgleichungen für die Türmechanik basiert,
   dass der im störkraftfreien Betrieb aufzubringende Antriebskraftverlauf mit dem Istwert, des Antriebskraftverlaufes verglichen wird, und
   dass durch die Störkraft ausgelöste Abweichungen bestimmter Grösse zwischen dem aufzubringenden Kraftverlauf und dem Istwert des Kraftverlaufes die Türen stoppen und/oder reversieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1
   dadurch gekennzeichnet,
   dass das mathematische Modell ein adaptives Modell ist, bei dem die Parameter während des laufenden Betriebes der Tür automatisch an die tatsächlichen Parameter der Türmechanik angepasst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass zur Erzeugung des Kraftverlaufes ein spannungs- und frequenzgesteuerter Asynchronmotor vorgesehen ist, wobei der erfasste Motorschlupf als Mass für die Antriebskraft dient.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass zur Erzeugung des Kraftverlaufes ein spannungs- und frequenzgesteuerter Asynchronmotor vorgesehen ist, wobei der erfasste Ständerstrombetrag als Mass für die Antriebskraft dient.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass zur Erzeugung des Kraftverlaufes ein frequenzumrichtergespeister Asynchronmotor vorgesehen ist, wobei die zum Rotorfluss orthogonale Stromkomponente i_sq als Mass für die Antriebskraft dient.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass zur Erzeugung des Kraftverlaufes ein Synchronmotor vorgesehen ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass aus dem mittels des mathematischen Modells bestimmten Antriebskraftmodellwert und einer zulässigen Störkraft einen Kraftgrenzwert bestimmt wird, wobei beim Überschreiten des Kraftgrenzwertes die Türen stoppen und/oder reversieren.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass der Kraftgrenzwert mittels eines statistischen Auswerteverfahrens nach einer Dichte- und Verteilungsfunktion bestimmt wird.

Images