电梯的正余弦编码器故障预处理方法和系统与流程

本发明涉及电梯技术领域，特别是涉及一种电梯的正余弦编码器故障预处理方法和系统。

背景技术：

正余弦编码器可以将机械的几何位移量转化为电子信号，应用于电梯时，电梯控制系统可以根据正余弦编码器发送的信号确定电动机的速度和转子位置，以此控制电动机的升降。因此，正余弦编码器的信号准确性，对电梯运行的稳定起到重要作用。

然而，传统的电梯控制系统通常是在电梯启动后直接根据正余弦编码器的信号进行电动机控制。当正余弦编码器的信号有误时，将会导致电动机运行不稳定，从而导致电梯运行不稳定，可靠性差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种提高运行可靠性的电梯的正余弦编码器故障预处理方法和系统。

一种电梯的正余弦编码器故障预处理方法，包括：

接收电动机启动信号后，获取正余弦编码器的反馈信号，并根据所述反馈信号和预设角度获取电动机的转子的预测角度；

将相同幅值的各预设方向的矢量电压脉冲依次发送至所述电动机，并接收所述电动机分别根据各矢量电压脉冲返回的相电流；

根据多个相电流确定所述电动机的转子的静态角度；

计算所述预测角度和所述静态角度的角度差；

若所述角度差大于预设差值，则控制所述电动机停止运行。

一种电梯的正余弦编码器故障预处理系统，包括：

预测角度获取模块，用于接收电动机启动信号后，获取正余弦编码器的反馈信号，并根据所述反馈信号和预设角度获取电动机的转子的预测角度；

相电流接收模块，用于将相同幅值的各预设方向的矢量电压脉冲依次发送至所述电动机，并接收所述电动机分别根据各矢量电压脉冲返回的相电流；

静态角度获取模块，用于根据多个相电流确定所述电动机的转子的静态角度；

角度差计算模块，用于计算所述预测角度和所述静态角度的角度差；

故障预处理模块，用于在所述角度差大于预设差值时，控制所述电动机停止运行。

上述电梯的正余弦编码器故障预处理方法和系统，通过采用两种方式分别得到用于电动机转子位置的角度，一种方式为：在接收电动机启动信号后，获取正余弦编码器的反馈信号，并根据反馈信号和预设角度获取电动机的转子的预测角度；另一种方式为：将相同幅值的各预设方向的矢量电压脉冲依次发送至电动机，并接收电动机分别根据各矢量电压脉冲返回的相电流，根据多个相电流确定电动机的转子的静态角度。然后计算预测角度和静态角度的角度差，根据角度差进行分析，若角度差大于预设差值，则控制电动机停止运行。如此，可在电梯的电动机运行前对正余弦编码器进行故障预判，在角度差大于预设差值控制电动机停止运行，避免因正余弦编码器的反馈信号不准确而导致产生电梯飞车、困人等故障，提高电梯运行的安全性和可靠性。

附图说明

图1为一实施例中电梯的正余弦编码器故障预处理方法的流程图；

图2为一实施例中接收电动机启动信号后，获取正余弦编码器的反馈信号，并根据反馈信号和预设角度获取电动机的转子的预测角度的具体流程图；

图3为另一实施例中电梯的正余弦编码器故障预处理方法的流程图；

图4为一实施例中电梯的正余弦编码器故障预处理系统的模块框图；

图5为另一实施例中电梯的正余弦编码器故障预处理系统的模块框图。

具体实施方式

参考图1，一实施例中电梯的正余弦编码器故障预处理方法，可应用于电梯的控制系统，该方法包括如下步骤。

S110：接收电动机启动信号后，获取正余弦编码器的反馈信号，并根据反馈信号和预设角度获取电动机的转子的预测角度。

正余弦编码器与电动机同轴转动。电动机的转子的0°位置与正余弦编码器的0°位置相同时，电动机的转子与正余弦编码器之间无位置偏差，正余弦编码器的位置角度即为电动机的转子的位置角度；电动机的转子的0°位置与正余弦编码器的0°位置不同时，电动机的转子与正余弦编码器之间有位置偏差，例如，若电动机的转子的0°位置对应正余弦编码器的10°位置，则表示正余弦编码器超前10°。

预设角度可以根据实际需要从预存的角度中选取。正余弦编码器的反馈信号为正余弦编码器转动过程中输出的电信号，控制系统可以根据反馈信号和预设角度进行处理得到正余弦编码器的角度和速度，进一步根据正余弦编码器与电动机的转子的位置偏差得到预测角度。

S120：将相同幅值的各预设方向的矢量电压脉冲依次发送至电动机，并接收电动机分别根据各矢量电压脉冲返回的相电流。

预设方向可以根据实际需要具体设置。相电流为电动机接收矢量电压脉冲之后反馈的电流，相电流具体可通过DSP(Digital Signal Processing数字信号处理)器件中的AD(模数)处理电路采集。将相同幅值的各预设方向的矢量电压脉冲依次发送至电动机，具体为每次向电动机发送一预设方向的矢量电压脉冲，由于各矢量电压脉冲的方向不同，每次电动机接收的矢量电压脉冲的方向不同，从而得到的相电流的大小不同。

S130：根据多个相电流确定电动机的转子的静态角度。

电梯中使用的电动机通常为永磁同步电机，可以利用永磁同步电动机的凸极效应，通过采用系统自学习方式获取静态角度。电动机根据矢量电压脉冲得到的相电流与定子电流合成矢量的方向有关，最大相电流的方向就是转子的磁极N极所在方向，从而根据磁极N极所在的方向可以确定转子的静态角度。

S140：计算预测角度和静态角度的角度差。

预测角度为根据正余弦编码器的反馈信号得到的转子位置的角度；静态角度为通过利用凸极效应进行自学习得到的转子位置的角度，作为分析预测角度的标准。通过计算角度差，可以预判分析正余弦编码器的反馈信号的准确性，预测角度和静态角度的角度差越大，表示正余弦编码器的反馈信号误差越大，预测角度和静态角度的角度差越小，表示正余弦编码器的反馈信号准确度越高。

S150：若角度差大于预设差值，则控制电动机停止运行。

预设差值可以根据实际需要具体设置。本实施例中，预设差值为30°。角度差大于预设差值，则表示预判到正余弦编码器故障，此时控制电动机停止运行，防止出现运行故障。

上述电梯的正余弦编码器故障预处理方法，通过采用两种方式分别得到用于电动机转子位置的角度，一种方式为：在接收电动机启动信号后，获取正余弦编码器的反馈信号，并根据反馈信号和预设角度获取电动机的转子的预测角度；另一种方式为：将相同幅值的各预设方向的矢量电压脉冲依次发送至电动机，并接收电动机分别根据各矢量电压脉冲返回的相电流，根据多个相电流确定电动机的转子的静态角度。然后计算预测角度和静态角度的角度差，根据角度差进行分析，若角度差大于预设差值，则控制电动机停止运行。如此，可在电梯的电动机运行前对正余弦编码器进行故障预判，在角度差大于预设差值控制电动机停止运行，避免因正余弦编码器的反馈信号不准确而导致产生电梯飞车、困人等故障，提高电梯运行的安全性和可靠性。

在一实施例中，反馈信号包括第一增量信号、第二增量信号、第一单圈绝对位置信号和第二单圈绝对位置信号。

正余弦编码器有A、B、R、C、D五路信号，其中，R为Z1刻轨信号，A信号、B信号为两个增量信号，C信号、D信号为两个单圈绝对位置信号。电动机的转子转动一圈，对应A信号和B信号有2048个脉冲，C信号和D信号为产生一个周期信号。本实施例中，第一增量信号指A信号，第二增量信号指B信号，第一单圈绝对位置信号指C信号，第二单圈绝对位置信号指D信号。

预设角度包括预存电机磁极角和预存起始位置角。其中，预存电机磁极角指预先存储的电动机的转子与正余弦编码器之间的位置偏差的对应角度。预存起始位置角指预先存储的电动机前一次运行完成后转子的角度。

参考图2，步骤S110可以包括S111至步骤S114。

S111：判断电动机启动信号是否为第一次接收。若是，则执行步骤S112；若否，则执行步骤S114。

S112：获取第一单圈绝对位置信号和第二单圈绝对位置信号。

S113：根据第一单圈绝对位置信号、第二单圈绝对位置信号和预存电机磁极角获取预测角度。

对第一单圈绝对位置信号和第二单圈绝对位置信号进行处理可以得到正余弦编码器的转动角度，然后根据正余弦编码器的转动角度和预存电机磁极角获取预测角度，将电动机的转子与正余弦编码器之间的位置偏差考虑在内，得到的预测角度准确性高。

本实施例中，步骤S113具体包括步骤S1131至步骤S1133。

S1131：将第一单圈绝对位置信号和第二单圈绝对位置信号经过AD采集分别得到第一电压值和第二电压值。

对第一单圈绝对位置信号和第二单圈绝对位置信号进行AD采集，具体可以是通过DSP器件实现，对第一单圈绝对位置信号进行模数转化得到第一电压值，对第二单圈绝对位置信号进行模数转化得到第二电压值。

S1132：对第一电压值与第二电压值进行反正切计算，得到编码器角度。

对第一电压值与第二电压值进行反正切计算，具体为：

其中，u₁为第一电压值，u₂为第二电压值，α为编码器角度。

S1133：计算编码器角度与预存电机磁极角之和，得到预测角度。

预存电机磁极角可以用正负号表示超前和滞后。例如，预存电机磁极角为-10°，表示电动机的转子滞后10°；预存电机磁极角为10°，表示电动机的转子超前10°。如此，直接计算编码器角度与带正/负号的预存电机磁极角之和，即可准确得到预测角度用于表示电动机转子的位置角度。

可以理解，在其他实施例中，步骤S1133也可以采用其他操作，例如，预存电机磁极角可以分为转子超前角度、转子滞后角度和零度三种；若预存电机磁极角为转子超前角度，则计算编码器角度与预存电机磁极角之和得到预测角度；若预存电机磁极角为转子滞后角度，则计算编码器角度与预存电机磁极角之差得到预测角度；若预存电机磁极角为零度，则将编码器角度作为预测角度。

S114：获取第一增量信号和第二增量信号。

电动机启动信号不是第一次接收，表示电动机之前运行过，此时采集正余弦编码器的第一增量信号和第二增量信号。

S115：根据第一增量信号、第二增量信号和预存起始位置角获取预测角度。

对第一增量信号和第二增量信号进行处理可以得到正余弦编码器的转动角度，然后根据正余弦编码器的转动角度和预存起始位置角获取预测角度，将电动机之前运行产生的角度考虑在内，得到的预测角度准确性高。

本实施例中，步骤S115具体包括步骤S1151至步骤S1153。

S1151：将第一增量信号和第二增量信号分别处理为方波信号，将方波信号发送至QEP(Quadrature Encoder Pulse正交编码脉冲)电路处理后得到脉冲数。

第一增量信号和第二增量信号为正弦波信号，可以采用现有公知的技术将第一增量信号和第二增量信号处理为方波信号，例如，可以采用比较电路实现，正弦波信号电压高于2.5V输出高电平，低于2.5V输出低电平。第一增量信号和第二增量信号处理得到的方波信号的脉冲个数相等；将方波信号发送至QEP电路处理，具体是可以是将两路方波信号均发送至QEP电路，QEP电路对方波信号进行倍频得到一路方波信号对应脉冲数。例如：第一增量信号和第二增量信号处理得到的方波信号的脉冲个数均为2048，经过QEP电路四倍频后，得到的脉冲数为8192。

S1152：计算脉冲数与预设的单位脉冲对应角度的乘积。

单位脉冲对应角度为一个脉冲对应的角度值，例如，电动机的转子转动一圈对应第一增量信号和第二增量信号中有2048个脉冲，则单位脉冲对应角度为360°/2048。若脉冲数为1024个，则计算得到的乘积为180°。

S1153：计算乘积与预存起始位置角之和，得到预测角度。

步骤S111至步骤S115通过对电动机启动信号进行分析，在电动机启动信号为第一次接收和非第一次接收两种情况下，分别根据反馈信号和预设角度获取预测角度，综合考虑多种情况，得到的预测角度准确度高。

在一实施例中，预设方向为对360°进行六等分得到的六个角度的方向。六个角度对应六个矢量扇区，例如，本实施例中，多个预设方向分别为0°、60°、120°、180°、240°和300°对应的方向，六个矢量扇区分别为0°-60°扇区、60°-120°扇区、120°-180°扇区、180°-240°扇区、240°-300°扇区及300°-360°扇区。

本实施例中，步骤S130包括步骤(a1)至步骤(a5)。

步骤(a1)：获取各相电流的电流值并选取最大电流值。

根据相电流可以确定对应的电流值，例如可以对相电流进行模数处理得到电流值。通过对各个相电流的电流值进行比较，可以查找选取最大电流值。

步骤(a2)：按照各预设方向对应角度的大小顺序，对各预设方向的矢量电压脉冲对应的相电流的电流值进行排序，并选取与最大电流值相邻的前电流值和后电流值。

前电流值指对相电流的电流值排序后，位于最大电流值之前的一个电流值，后电流值指对相电流排序后，位于最大电流值之后的一个电流值。一个矢量电压脉冲对应一个预设方向的角度及一个相电流，即一个预设方向的角度对应一个相电流的电流值，因此，确定预设方向的角度的顺序，即可确定相电流的电流值的顺序，具体可以是按照对应角度从小到大或从大到小的顺序排序。例如，若最大电流值为60°方向的矢量电压脉冲对应的相电流的电流值，则前电流值为0°方向的矢量电压脉冲对应的相电流的电流值，后电流值为120°方向的矢量电压脉冲对应的相电流的电流值。

步骤(a3)：若前电流值等于后电流值，则将最大电流值对应的矢量电压脉冲所在预设方向的角度作为静态角度。

步骤(a4)：若前电流值大于后电流值，则：

步骤(a5)：若前电流值小于或等于后电流值，则：

其中，z为静态角度，x为前电流值，y为后电流值，k为预设系数，s为最大电流值对应的矢量电压脉冲所在预设方向的角度。

通过对前电流值和后电流值进行比较，根据比较结果选择对应的计算方式得到静态角度，准确度高。

在一实施例中，参考图3，步骤S140之后还包括步骤S160和步骤S170。

S160：若角度差小于或等于预设差值且不为零，则将静态角度作为正余弦编码器的初始角度，存储初始角度和所述角度差，并根据电动机启动信号控制电动机正常运行。

角度差小于或等于预设差值且不为零，表示正余弦编码器的误差在可接受的误差范围内，可以响应电动机启动信号控制电动机正常运行；同时，为提高运行过程中正余弦编码器的反馈信号的准确度，用静态角度代替预测角度作为正余弦编码器的初始角度并存储，同时存储角度差，以便对运行过程中的正余弦编码器的反馈信号进行校正。如此，可进一步提高正余弦编码器的反馈信号的准确度，从而进一步提高电梯运行的安全性和可靠性。

S170：若角度差为零，则将预测角度作为初始角度并存储，根据电动机启动信号控制电动机正常运行。

角度差为零，表示正余弦编码器的反馈信号能准确用于表示电动机的转子的位置角度，可以响应电动机启动信号控制电动机正常运行；同时，直接将预测角度作为正余弦编码器的初始角度并存储，以便用于运行过程根据正余弦编码器的反馈信号计算转子的位置角度。

在一实施例中，参考图4，一实施例中的电梯的正余弦编码器故障预处理系统，可应用于电梯的控制系统。电梯的正余弦编码器故障预处理系统包括预测角度获取模块110、相电流接收模块120、静态角度获取模块130、角度差计算模块140和故障预处理模块150。

预测角度获取模块110用于接收电动机启动信号后，获取正余弦编码器的反馈信号，并根据反馈信号和预设角度获取电动机的转子的预测角度。

预设角度可以根据实际需要从预存的角度中选取。正余弦编码器的反馈信号为正余弦编码器转动过程中输出的电信号，控制系统可以根据反馈信号和预设角度进行处理得到正余弦编码器的角度和速度，进一步根据正余弦编码器与电动机的转子的位置偏差得到预测角度。

相电流接收模块120用于将相同幅值的各预设方向的矢量电压脉冲依次发送至电动机，并接收电动机分别根据各矢量电压脉冲返回的相电流。

将相同幅值的各预设方向的矢量电压脉冲依次发送至电动机，具体为每次向电动机发送一预设方向的矢量电压脉冲，由于各矢量电压脉冲的方向不同，每次电动机接收的矢量电压脉冲的方向不同，从而得到的相电流的大小不同。

静态角度获取模块130用于根据多个相电流确定电动机的转子的静态角度。

角度差计算模块140用于计算预测角度和静态角度的角度差。

预测角度为根据正余弦编码器的反馈信号得到的转子位置的角度；静态角度为通过利用凸极效应进行自学习得到的转子位置的角度，作为分析预测角度的标准。通过计算角度差，可以预判分析正余弦编码器的反馈信号的准确性，预测角度和静态角度的角度差越大，表示正余弦编码器的反馈信号误差越大，预测角度和静态角度的角度差越小，表示正余弦编码器的反馈信号准确度越高。

故障预处理模块150用于在角度差大于预设差值时，控制电动机停止运行。

预设差值可以根据实际需要具体设置。本实施例中，预设差值为30°。角度差大于预设差值，则表示预判到正余弦编码器故障，此时控制电动机停止运行，防止出现运行故障。

上述电梯的正余弦编码器故障预处理系统，通过采用两种方式分别得到用于电动机转子位置的角度，一种方式为：预测角度获取模块110在接收电动机启动信号后，获取正余弦编码器的反馈信号，并根据反馈信号和预设角度获取电动机的转子的预测角度；另一种方式为：相电流接收模块120将相同幅值的各预设方向的矢量电压脉冲依次发送至电动机，并接收电动机分别根据各矢量电压脉冲返回的相电流，静态角度获取模块130根据多个相电流确定电动机的转子的静态角度。然后通过角度差计算模块140计算预测角度和静态角度的角度差，故障预处理模块150在角度差大于预设差值，控制电动机停止运行。如此，可在电梯的电动机运行前对正余弦编码器进行故障预判，在角度差大于预设差值控制电动机停止运行，避免因正余弦编码器的反馈信号不准确而导致产生电梯飞车、困人等故障，提高电梯运行的安全性和可靠性。

在一实施例中，反馈信号包括第一增量信号、第二增量信号、第一单圈绝对位置信号和第二单圈绝对位置信号。

预设角度包括预存电机磁极角和预存起始位置角。其中，预存电机磁极角指预先存储的电动机的转子与正余弦编码器之间的位置偏差的对应角度。预存起始位置角指预先存储的电动机前一次运行完成后转子的角度。

本实施例中，预测角度获取模块110包括信号分析单元(图未示)、第一信号获取单元(图未示)、第一角度获取单元(图未示)、第二信号获取单元(图未示)和第二角度获取单元(图未示)。

信号分析单元用于判断电动机启动信号是否为第一次接收。

第一信号获取单元用于在电动机启动信号为第一次接收时，获取第一单圈绝对位置信号和第二单圈绝对位置信号。

第一角度获取单元用于根据第一单圈绝对位置信号、第二单圈绝对位置信号和预存电机磁极角获取预测角度。

对第一单圈绝对位置信号、第二单圈绝对位置信号进行处理可以得到正余弦编码器的转动角度，然后根据正余弦编码器的转动角度和预存电机磁极角获取预测角度，将电动机的转子与正余弦编码器之间的位置偏差考虑在内，得到的预测角度准确性高。

本实施例中，第一角度获取单元具体可以用于：将第一单圈绝对位置信号、第二单圈绝对位置信号经过AD采集分别得到第一电压值和第二电压值；对第一电压值与第二电压值进行反正切计算，得到编码器角度；计算编码器角度与预存电机磁极角之和，得到预测角度。

第二信号获取单元用于在电动机启动信号不为第一次接收时，获取第一增量信号和第二增量信号。

第二角度获取单元用于根据第一增量信号、第二增量信号和预存起始位置角获取预测角度。

对第一增量信号、第二增量信号进行处理可以得到正余弦编码器的转动角度，然后根据正余弦编码器的转动角度和预存起始位置角获取预测角度，将电动机之前运行产生的角度考虑在内，得到的预测角度准确性高。

本实施例中，第二角度获取单元具体可以用于：将第一增量信号和第二增量信号分别处理为方波信号，将方波信号发送至QEP电路处理后得到脉冲数；计算脉冲数与预设的单位脉冲对应角度的乘积；计算乘积与预存起始位置角之和，得到预测角度。

通过信号分析单元对电动机启动信号进行分析，第一信号获取单元、第一角度获取单元、第二信号获取单元和第二角度获取单元在电动机启动信号为第一次接收和非第一次接收两种情况下，分别根据反馈信号和预设角度获取预测角度，综合考虑多种情况，得到的预测角度准确度高。

在一实施例中，预设方向为对360°进行六等分得到的六个角度的方向。

本实施例中，静态角度获取模块130包括最大电流值选取单元(图未示)、相邻电流值选取单元(图未示)、第一分析单元(图未示)、第二分析单元(图未示)和第三分析单元(图未示)。

最大电流值选取单元用于获取各相电流的电流值并选取最大电流值。根据相电流可以确定对应的电流值，例如可以对相电流进行模数处理得到电流值。通过对各个相电流的电流值进行比较，可以查找选取最大电流值。

相邻电流值选取单元用于按照各预设方向对应角度的大小顺序，对各预设方向的矢量电压脉冲对应的相电流的电流值进行排序，并选取与最大电流值相邻的前电流值和后电流值。前电流值指对相电流的电流值排序后，位于最大电流值之前的一个电流值，后电流值指对相电流排序后，位于最大电流值之后的一个电流值。

第一分析单元用于在前电流值等于后电流值时，将最大电流值对应的矢量电压脉冲所在预设方向的角度作为静态角度。

第二分析单元用于在前电流值大于后电流值时，根据：

确定电动机的转子的静态角度。

第三分析单元用于在前电流值小于或等于后电流值时，根据：

确定电动机的转子的静态角度。

其中，z为静态角度，x为前电流值，y为后电流值，k为预设系数，s为最大电流值对应的矢量电压脉冲所在预设方向的角度。

通过对前电流值和后电流值进行比较，根据比较结果选择对应的计算方式得到静态角度，准确度高。

在一实施例中，参考图5，上述电梯的正余弦编码器故障预处理方法还包括启动校正模块160和正常启动模块170。

启动校正模块160用于在角度差小于或等于预设差值且不为零时，将静态角度作为正余弦编码器的初始角度，存储初始角度和角度差，并根据电动机启动信号控制电动机正常运行。

角度差小于或等于预设差值且不为零，表示正余弦编码器的误差在可接受的误差范围内，可以响应电动机启动信号控制电动机正常运行；同时，为提高运行过程中正余弦编码器的反馈信号的准确度，用静态角度代替预测角度作为正余弦编码器的初始角度并存储，同时存储角度差，以便对运行过程中的正余弦编码器的反馈信号进行校正。如此，可进一步提高正余弦编码器的反馈信号的准确度，从而进一步提高电梯运行的安全性和可靠性。

正常启动模块170用于在角度差为零时，将预测角度作为初始角度并存储，根据电动机启动信号控制电动机正常运行。

角度差为零，表示正余弦编码器的反馈信号能准确用于表示电动机的转子的位置角度，可以响应电动机启动信号控制电动机正常运行；同时，直接将预测角度作为正余弦编码器的初始角度并存储，以便用于运行过程根据正余弦编码器的反馈信号计算转子的位置角度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。