基于绝对剩余距离原则的ＶＶＶＦ电梯速度控制策略:电梯原则

　　一、引言 　　电梯运行速度对乘客舒适感和轿厢的平层精度起着重要的决定作用。近年来随着VVVF调速技术的发展，VVVF电梯的速度控制已在很大程度上消除了电梯平层时的爬行停靠，大大提高了电梯的舒适性和快速性。目前国内VVVF电梯的速度控制大部份是采用以时间方式或者基于增量式编码器的相对距离方式来控制速度运行的，这两种方式仍存在着一定程度的爬行停靠现象。为彻底解决爬行停靠问题，进一步提高舒适感和快速性，本文提出了基于绝对剩余距离原则的速度控制策略。
　　
　　二、理想速度运行曲线
　　电梯的速度给定曲线是电梯拖动控制系统中的一个关键环节 , 它直接影响电梯的舒适感和平层准确度。如果在起动和减速时 , 速度曲线的加减速圆弧处不圆滑 , 乘客在电梯加减速时会感到很不舒服 , 人们对于速度变化的敏感度主要取决于加速度的变化率。其次 , 如果速度曲线本身不光滑 , 则电梯运行时 , 势必产生抖动 , 从而影响乘客的舒适感和电梯的平层度。另外 , 速度曲线还影响电梯运行的安全性和运行效率。如果速度曲线差 , 可能导致电梯的超速运行和越层运行 , 舒适感好就意味着要平滑地加速和减速 , 通常理想速度曲线采用抛物线――直线综合速度曲线，即起动加速和减速制动段速度曲线为抛物线型 , 稳速运行阶段为直线型。
　　由电梯舒适感受的物理含义可知，曳引电机要平稳、无振动、启动或制动无冲击力的运行，轿厢必须满足匀加速、匀速或匀减速运行对加速度函数积分得出其相对应的速度函数，如果定义上行时的速度为正，考虑到各段的初始速度，则得出各段速度随时间变化的函数式 (1)~ 式(4)，下行时在式(1) ~ 式(4)前加一负号
　　
　　由式(1) ~ 式(4)绘出上行时速度曲线，如图 1所示 (虚线部分为上行制动时的速度曲线, 曲线 1是长站运行速度曲线，曲线 2 是短站运行速度曲线,下行曲线是和上行曲线以 t 轴对称)。由式(1) ~ 式(4)及图 1 中曲线 1 和曲线 2 可以看出，电梯加速和减速阶段的速度曲线为抛物线，匀速运行的速度曲线为直线。这一速度运行曲线完全符合电梯理想的运行模式。
　　
　　三、传统电梯速度运行方式
　　1.以时间为原则的电梯速度运行方式
　　以时间为原则的运行方式依据理想给定曲线利用多段速指令对变频器控制。以时间为原则的运行方式并不能算是一个闭环控制，它根据电梯的特点控制的输入来确定电梯的运行阶段，并在确定运行阶段 之后对照存储在EPROM中的速度曲线以一种开环的方式运行。因此，它的运行时间是一个估计值，这导致了在电梯制停阶段存在着一个速度的爬行段，其平层精度不高，舒适性也不好而且，为了找到适当的控制点位置，电梯调试人员要做大量的工作。
　　2.基于旋转编码器的以相对距离为原则运行方式
　　目前，国内大多数电梯厂家都是采用这种方式来给出电梯的运行速度的。它的理想曲线是按照时间原则设计的，但电梯运行的速度曲线与位移曲线是一一对应的。由于我们已经知道了电梯需要停靠的位置，并且可以通过增量编码器较为精确地测量出轿厢的位置，所以我们可以按照相对距离为原则对电梯进行较为精确地控制。图4为此种速度控制方式的原理图。这种方式是通过安装在电动机上的旋转编码器计算转速间接获得轿厢位置，由于实际必然存在的曳引轮槽与钢丝绳之间的打滑，控制器极易失去轿厢当前的准确位置，因此它不得不通过井道磁开关给出电梯减速点位置，以此来不断校正电梯轿厢的位置。所以此种方式的减速距离是固定的，由于旋转编码器获得实时位置是有误差的，造成了电梯在进入减速点时，系统计算的速度不尽相同，从而产生了平层时的爬行停靠。从图2 中我们可以了解，这种控制方式其实只是单闭环系统，它的绝对位置反馈只有减速、门区位置等几个点，系统速度控制的实时性和精确性不是令人十分满意。
　　3.传统电梯运行速度控制系统原理
　　如图3，它是通过电压反馈、电流反馈和速度反馈系统组成三闭环进行实时调节，其轿厢的实时正确位置是通过井道内的磁开关来感应的，因此轿厢位置的实时跟踪无法得以实现。
　　
　　四、基于绝对剩余距离为原则的电梯运行方式
　　1.基于绝对剩余距离为原则的电梯运行速度控制结构原理
　　图 4是基于绝对剩余距离为原则的电梯速度运行结构原理图。绝对位置就是轿厢的位置是连续实时测得的实际位置，绝对剩余距离是实时的电梯轿厢至欲平层位置的距离。这是一种较为理想的电梯的速度给定方式，它根据测得的绝对剩余距离实时计算电梯运行速度，给变频器发出速度控制指令，控制电梯的运行。在电梯平层时，系统根据电梯的实时位置值计算出剩余距离，在足够短的距离内给出减速信号，并给出相应的速度，达到减速点到平层位置速度的平滑过渡。系统依据绝对值编码器直接获得的轿厢位置反馈给电梯主控制器的同时，又把电梯速度反馈给变频器，以便系统依据电梯的实时速度来调节系统的给出速度，提高电梯速度控制的实时性。
　　该速度控制方式中旋转编码器实时反馈速度给变频器形成局部闭环 ,目的也是为了使得曳引机的转速能更好的跟踪主控制器的速度指令。由于使用的电梯主控制器没有绝对剩余距离原则速度控制模块 ,所以必须自行设计一个速度控制模块 ,该模块负责接收主控制器传输过来的绝对剩余距离信号 ,根据绝对剩余距离原则计算出速度指令发送至变频器 ,实际上就是赋予主控制器一个新功能。绝对值编码器的位置信号反馈给主控制器而不直接给该速度模块主要是因为主控制器已经有现成的绝对值编码器接口。
　　2.基于绝对剩余距离为原则的电梯运行速度控制系统原理
　　图5是基于绝对剩余距离为原则的电梯速度运行控制系统原理图。从图中可以看出，系统由电压反馈、电流反馈、转速反馈和位置反馈组成的四闭环控制，实现依据电梯的准确位置控制电梯的运行速度，消除电梯的制停停靠时的爬行停靠。它较好的解决了电梯平层停靠时的爬行停靠问题，同时实现了电梯的直接平层，提高了平层精度，从而提高电梯的运行效率和舒适感。
　　
　　五、基于绝对剩余距离为原则的电梯运行速度控制理论依据
　　除了起动、制动开始这一点外，可以按恒加（减）速度运动进行分析。恒加（减）速运动的公式如下：
　　
　　由（5）式可知，电梯的运行速度对运行时间进行积分就可得到在某一速度v时，电梯在某一段时间t内所运行的距离s。由此我们可以设定：相应于某一额定速度的预定制动减速距离s0,电梯在某一时间内已运行的距离为s1=，则电梯还须运行的距离s为：s=s0－s1= s0－
　　从理论上说，电梯按绝对剩余距离制动减速，当s0－s1=0时，给定速度v=0，电梯停止运行，其平层精度可以为0mm。
　　
　　六、基于绝对剩余距离原则的速度控制方式实现方法
　　以绝对剩余距离原则的速度控制方式 ,是基于对轿厢位置的准确采集及通过安装绝对值编码器实现的。绝对值编码器通过同步带与轿厢相连 ,属于直接测量方式。绝对值编码器由三大部分 旋转的码盘、光源和光电敏感元件组成。绝对值编码器可以安装在井道顶部的导轨上 ,通过同步齿形带与轿厢连接。也可以安装于轿厢顶部 ,通过随行电缆与控制器相连接。采用绝对值编码器能预算出剩余距离，配以高质量的电梯专用变频器，运行舒适性相当好。
　　
　　七、结论
　　基于绝对剩余距离原则的电梯运行速度控制实际上是主控制器根据绝对剩余距离给出速度指令 ,不断调整速度指令，实时消除累积误差，使得电梯的速度与给定速度相一致，真正实现达到零速停梯的目的 ,从而满足舒适性与快速性要求。
　　
　　“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”