一种自动扶梯与自动人行道能耗计算方法[技术领域]本发明涉及自动扶梯控制技术领域，具体来说是一种自动扶梯与自动人行道能耗的计算方法。[
背景技术：
]自动扶梯是由一台特种结构型式的链式输送机和两台特殊结构型式的胶带输送机所组合而成的，自动扶梯由一系列的梯级与两根牵引链条连接在一起，在按一定线路布置的导轨上运行，即形成自动扶梯的梯路。上牵引链轮(即主轴)通过减速器等与电动机相连以获得动力，扶手两旁装有与梯路同步运行的扶手装置，以供乘客扶手之用，扶手装置同样由上述电动机驱动。自动扶梯主要是由驱动装置将动力传递给梯路系统及扶手系统。扶手装置由扶手驱动系统、扶手胶带、栏杆等组成，扶手装置是装在自动扶梯梯路两侧的两台特种结构形式的胶带输送机。常用的扶手系统有两种结构型式，一种是传统使用的摩擦轮驱动型式，另一种是压滚轮驱动型式。自动扶梯在空载运行情况下，能源主要消耗于克服梯路系统的运行阻力和扶手系统的运行阻力，其中空载扶手运行阻力占空载总运行阻力的80％左右。由此可知：减少扶手运行阻力，尤其是空载运行阻力，可以大幅度地降低能源消耗。自动扶梯的梯级和梯路系统部分：主要由梯级、梯级传动链条、梯路导轨、梯路驱动和张紧装置以及围裙板组成。梯级的主轮的轮轴与牵引链条铰接在一起，而辅轮轮轴则不与牵引链条连接，全部梯级通过按一定规律布置的梯路导轨上运行，梯路的运行在需要电动机传递能量到驱动装置使得梯级运行，所以梯级和梯路系统部分能耗是自动扶梯能耗的一个部分。由此可知，自动扶梯的能耗组成主要是：主驱动系统能耗(包括扶手带系统能耗、梯级系统能耗、输送乘客能耗)和控制系统能耗(即辅助设备)组成。自动扶梯由于要符合不同建筑物的结构建造，所以提升高度、长度与倾斜角度会相应变化。由基本物理原理可知，提升高度、长度与倾斜角度的变化是不同自动扶梯扶手系统与梯级系统能耗不同的原因之一，并使得不同建筑物中的自动扶梯的扶手系统与梯级系统的能耗不同。而控制系统的电力能耗是个相对固定的值，所以在能耗因素分析方面要着重考虑扶手系统与梯级系统的能耗。另外，不同场合的扶梯运行速度与承载状态都会有所不同，比如参与交通运输的自动扶梯可能比大型商场中的自动扶梯有更快的速度；不同人流密度的自动扶梯每日载荷不同能耗也会相应有所变化，所以速度变化也是能耗变化的组成因素之一。现场自动扶梯与自动人行道能耗测量是一项非常繁重的工作，尤其是加载、卸载，以及不断的行驶、停靠过程，非常地繁琐。[
技术实现要素：
]由于我国还没有一套系统的、完整的评价和测试体系，并缺乏对自动扶梯和自动人行道在不同的状况条件下能量消耗组成和影响因素的分析和研究，所以本发明的目的是针对自动扶梯和自动人行道运行能耗现状，建立自动扶梯与自动人行系统的能耗计算方法及模型。为了上述目的，设计一种自动扶梯与自动人行道能耗计算方法，自动扶梯能耗Emain由扶手部分Ehandtrial、梯级部分Estep与载荷Eload三部分组成，并且Emain＝Ehandtrial+Estep+Eload，其中，扶梯上行时载荷能耗Eload为：扶梯下行时载荷能耗Eload为：式中：α为倾斜角度；单位为度；t为时间，单位为秒；N为乘客数量；m为乘客质量，单位为kg；g为重力加速度，单位为m/s2；H为提升高度，单位为m；μ为摩擦系数；η为效率；当在无载荷情况下，电梯能耗由扶手部分和梯级部分组成：Emain-no-load＝Eno-load-handtrial+Eno-load-step(3)由于单位时间的能耗情况不变，设自动扶梯运行时间为t，无载荷下扶手带部分功率为Pno_load_handrail，无载荷下梯级部分功率为Pno_load_step，且Eno_load_handrail＝t·Pno_load_handrail；Eno_load_step＝t·Pno_load_step，式(3)变换为Pmain_no_load＝Pno_load_handrail+Pno_load_step/pallet(4)无载荷扶手带部分功率Pno_load_handrail计算公式为无载荷下梯级部分功率为Pno_load_step的计算公式为式中：A为单位长度上的扶手带水平方向上的分力，单位为N/m；B为扶手带水平方向上拉力的常量，单位为N；C为梯级带反向拉力的常量部分，单位为kN；α为梯级、踏板或胶带运动的最大水平夹角(倾斜角度)，单位为度；H为上下楼层之间的垂直距离(提升高度)，单位为m；v为自动扶梯或自动人行道的名义速度(速度)，单位为m/s；ηnoload为空载状态的效率；mSB/PB为梯级/踏板的质量，单位为kg；mchain为链条质量，单位为kg/m；μSB/PB为梯级/踏板的摩擦系数；将具体数值代入式(5)和式(6)中进行化简，然后将化简后的式(5)、(6)代入式(4)，并对式(4)两边取对数，可得出在无载状态下三个变量的自然对数与功率对数呈线性和的关系，由此使用多元线性回归模型对自动扶梯能效进行定量分析。对空载情况下自动扶梯能效进行定量分析的多元线性回归模型如下：设有多元线性回归模型为y＝b1x1+b2x2+...+bpxp+ε(7)式中：ε＝N(0,σ2)，即随机误差服从均值为0，方差为σ2的正态分布，令β＝(b1,b2,...,bp)T,x＝(x0,x1,...,xp)，则(8)式表示为y＝xβ+ε(8)由此获得y和x0,x1,...xp的n组观测值，结合多元线性回归的模型，将无载情况下能耗问题转换成功率与三个变量的多元线性回归问题，同时建立多元回归方程lnP＝β0+β1lnx1+β2lnx2+β3lnx3+ε(9)式中：x1为运行速度v；x2为倾斜角余弦cosα；x3为扶梯长度l＝H/tanα；ε为随机误差项，服从ε～N(0,σ2)；β0为模型修正的回归常数项，无实际意义，β1、β2、β3分别为偏回归系数，表示在其他物理量不变的情况下，其每增加一个单位量，能耗所对应增加的数值。自动扶梯与自动人行道能耗的计算方法还包括求解自动扶梯能效的多元线性回归模型，通过减少影响变量与预测值的差值得到模型参数，即分别将实测速度v、倾斜角度余弦cosα、扶梯长度l＝H/tanα以及功率值Pmain_no_load的测量数值的对数值代入lnP＝β0+β1lnx1+β2lnx2+β3lnx3+ε，通过最小二乘原理，使残差的平方和最小，最终获得模型的偏回归系数β1、β2、β3，在Matlab中用最小二乘法对模型进行分析，得到功率计算值，同时与已知的功率测试值对比得出误差。根据能耗计算方法搭建自动扶梯的能耗计算模型，包括载荷变化信号源、三相异步电动机、变频器、示波器及实时功率显示器，其中载荷变化信号源模拟自动扶梯载荷变化，三相异步电动机模拟自动扶梯的三相异步电动机，其中有三个输入端一个为负载转矩，由载荷变化信号源输入作为电动机转矩值，另三个输入端为电机的三个相位输入；变频器模拟自动扶梯电动机变频模块，作为三相电动机元件的变频输入，通过变频子系统的作用，在不同时间点输出不同频率的三个相位到三相异步电动机，起到变频作用；示波器用于对定子电流与转子电流变化的观察；实时功率显示器用于输出计算后的实时功率值；通过对自动扶梯的能耗计算模型的参数设定以及负载信号源的输入，得到不同参数下、不同负载值时自动扶梯能耗的计算值。本发明建立了自动扶梯与自动人行系统的能耗计算仿真模型，通过理论计算的方式得到自动扶梯与自动人行道运行中的功率曲线和能耗结果，大大减轻现场测量的工作量，也为以后自动扶梯与自动人行能耗评价工作提供了极大的方便。[具体实施方式]下面对本发明作进一步说明，这种方法和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1自动扶梯能耗Emain主要由扶手部分Ehandtrial、梯级部分Estep与载荷Eload三部分组成，并且Emain＝Ehandtrial+Estep+Eload，其中，载荷对导轨的重量：N·m·g载荷对导轨的正压力：N·m·g...