专利名称：基于双dsp的电梯驱动、控制和节能一体化系统及其方法
技术领域：
本发明属于电梯控制领域，特别是一种基于双DSP (数字信号处理器)的电梯曳引机驱动、控制和节能一体化系统及其方法。
背景技术：
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，电梯的使用越来越普遍。据中国电梯协会统计数据显示，截至2011年我国电梯保有量已达165万台，电梯的生产量和消费量均为世界第一。由于电梯生产安装、运行维护和监督管理存在诸多问题，全国电梯事故频发，电梯运行已成为城市公共安全的新隐患。如何提高电梯的安全性和可靠性，关系到整个电梯行业的发展。目前，相当一部分电梯制造商采用单片DSP(数字信号处理器)作为驱动器的控制芯片，但DSP芯片的稳定性有待提高。若DSP芯片出现故障，电梯曳引机很容易处于失控状态，此时只能依靠硬件保护措施保障乘客安全，电梯困人事件也就在所难免。如若维护人员不能及时到达，势必对乘客身心健康造成影响。若采用两片DSP芯片作为驱动器的控制芯片，可以提高驱动器的可靠性，但如何使两片DSP芯片协同工作也是一个需要解决的难题。电梯在运行过程中，用于曳引机控制的机电参数、摩擦系数、转动惯量等会不断地变化。电梯维护人员往往不能及时获取和更新控制柜所需要的各项参数，使得曳引机的控制性能往往不处于最佳状态，电梯的舒适性也就很难获得保障。如何动态更新控制所需要的各项参数成为电梯控制的一个难点。采用无齿轮永磁同步电机曳引系统是电梯驱动技术的巨大飞跃，它完全可以取代现在用于电梯驱动系统的所有曳引技术。在永磁同步电机的矢量控制中，多采用电流反馈解耦控制，但电流反馈解耦控制存在一定的局限性，难以保证电流跟踪效果。随着无机房与小机房技术的发展，对驱动器、控制系统等提出小型化、集成化、模块化和低功耗要求，因此电机驱动、控制和通信等集成化、一体化是发展趋势，也是电梯控制技术的一个重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化系统及其方法，基于多模态控制技术的电流(电压)快速跟踪方法，以及电梯驱动、控制和节能一体化集成技术，以提高电梯的安全性和舒适性。实现本发明目的的技术解决方案为一种基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化系统及其方法，包括整流模块、双DSP控制模块、逆变模块、曳引机模块、电容、三相交流电源和超级电容模块，双DSP控制模块分别与整流模块、超级电容模块、逆变模块、曳引机模块和标准通信端口相连，双DSP控制模块与上位机或电梯控制器通信，整流模块与三相交流电源相连，逆变模块与曳引机模块相连，整流模块还通过两根直流母线与逆变模块连接，电容和超级电容模块分别连接两根直流母线，双DSP控制模块将采样直流母线电压信号、编码器信号、超级电容器组电压和IPM故障信号，输出控制整流模块和逆变模块的 PWM信号，以及控制超级电容模块对制动能量进行回收和在利用；整流模块将三相交流电源转换为直流母线电压，供逆变模块使用，该逆变模块接收双DSP控制模块的控制信号来驱动电梯曳引机，双DSP控制模块根据采样的电压值和电流值，输出控制逆变模块的PWM信号，实现永磁同步曳引机双闭环矢量控制，曳引机双闭环矢量控制中速度外环和电流内环均采用多模态控制方法；
其中双DSP控制模块由主DSP控制电路、从DSP控制电路和信号采集与预处理电路构成，主DSP控制电路和从DSP控制电路通过串行通信总线相连，主DSP控制电路和从 DSP控制电路分别与信号采集与预处理电路相连，接收信号采集与预处理电路采样得到的直流母线电压信号、编码器信号、超级电容器组电压、电流信号和IPM故障信号，主DSP控制电路发送的PWM信号和超级电容控制信号经由从DSP控制电路分别接到逆变模块和超级电容模块，主DSP控制电路和从DSP控制电路协同工作，其中从DSP控制电路为主DSP控制电路的控制备份。
本发明与现有技术相比，其显著优点集曳引机驱动、控制和节能于一体，一方面使用双DSP架构，从DSP控制电路作为主DSP控制电路的备份，提高了电梯控制系统的安全性，防止因控制器故障造成的电梯安全事故的发生；另一方面通过将制动产生的能量进行回收和利用，使得电梯节能效果显著。此外，由于采用该一体化系统采用永磁同步无齿轮曳引机，且控制功能集中由双DSP控制模块实现，减小了电梯所需要的空间，能够方便的实现无机房的布置。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为曳引机驱动、控制和节能一体化系统的结构示意图。
图2为双DSP控制模块内部连接关系图。
图3为从DSP控制流程图。
图4为永磁同步曳引机矢量控制策略速度外环的多模态算法流程图。
图5为永磁同步曳引机矢量控制策略电流内环的多模态算法流程图。
图6为信息采集与预处理电路的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化系统，包括整流模块1、双DSP控制模块2、逆变模块3、曳引机模块5、电容7、三相交流电源6和超级电容模块 4，其中，曳引机模块5由永磁同步电梯曳引机和与该永磁同步电梯曳引机同轴的编码器构成，双DSP控制模块2分别与整流模块1、超级电容模块4、逆变模块3、曳引机模块5和标准通信端口 8相连，双DSP控制模块2与上位机或电梯控制器通信，整流模块1与三相交流电源6相连，逆变模块3与曳引机模块5相连，整流模块1还通过两根直流母线与逆变模块3 连接，电容7和超级电容模块4分别连接两根直流母线，双DSP控制模块2将采样直流母线电压信号、编码器信号、超级电容器组电压和IPM故障信号，并输出控制整流模块1和逆变模块3的PWM信号和控制超级电容模块4的控制信号；整流模块1将三相交流电源6转换为直流母线电压，供逆变模块3使用，为保证直流母线电压的稳定，需要在直流母线之间串接一电容7。该逆变模块3接收双DSP控制模块2的控制信号来驱动电梯曳引机。整流模块1分为不可控整流模块和可控整流模块，可以根据实际需要灵活配置若需要调节直流母线电压，或是将来需要将制动能量反馈回电网，则采用可控整流模块；若不需要对直流母线电压进行调节，或是不需要将制动能量反馈回电网则推荐采用不可控整流模块，以降低成本。逆变模块3的主要部分是IPM模块和信号隔离电路。IPM内部集成了驱动回路、制动电路和保护电路，其保护电路又包括过流保护、短路保护、过热保护和欠压保护。当出现故障时，IPM通过向控制器输出报警信号(ALM)，能够及时停止系统，防止危险的发生。信号隔离电路主要作用是保护控制电路，提高系统的抗干扰性能。IPM可采用三菱公司或东芝公司的产品。超级电容模块4以自有专利(专利公布号CN 101807821A)为基础，用于曳引机制动能量的存储与再利用。超级电容模块4主要由三个子模块组成用于能量回收的电容器组与均压子模块；用于能量利用的电源切换子模块；用于电压转换的DC/DC变换器。电容器组与均压子模块与DC/DC变换器相连；DC/DC变换器与电源切换子模块相连；电源切换子模块串连到直流母线侧。电源切换子模块功能上类似于在直流母线加入一个可控开关。 DC/DC变换器的作用是回收制动能量时降低母线电压给超级电容充电，在利用超级电容供电时升高超级电容电压便于电梯系统使用。超级电容模块的作用是一方面吸收和存储电梯运行过程中产生的制动能量；另一方面通过电源切换电路实现超级电容组对系统供电和外部电网对系统供电的切换控制。如图2所示，双DSP控制模块2由主DSP控制电路、从DSP控制电路和信号采集与预处理电路构成，主DSP控制电路和从DSP控制电路通过串行通信总线相连，主DSP控制电路和从DSP控制电路分别与信号采集与预处理电路相连，接收信号采集与预处理电路采样得到的直流母线电压信号、编码器信号、超级电容器组电压、曳引机电流信号和IPM故障信号，主DSP控制电路发送的PWM信号和超级电容控制信号经由从DSP控制电路分别接到逆变模块3和超级电容模块4。其中，主DSP控制电路的主要作用有(1)根据采集的电流及编码器信号，输出控制逆变模块的PWM信号；( 曳引机矢量控制策略以及多模态控制算法的实现；C3)与上层机(或电梯控制器)以及DSP芯片II通信；(4)监测超级电容器组电压和母线电压，控制超级电容模块进行能量回收和利用；(5) IPM故障处理等。主DSP控制电路由DSP芯片I、第一无源晶振、第一 E2PR0M芯片、第一 MAX3232芯片和第一隔离芯片组成，DSP芯片I分别与第一无源晶振、第一 E2PR0M芯片、第一 MAX3232芯片和第一隔离芯片相连；从DSP控制电路由DSP芯片II、第二无源晶振、第二 E2PR0M芯片、第二 MAX3232芯片、信号选择电路和第二隔离芯片组成，DSP芯片II分别与第二无源晶振、第二 E2PR0M芯片、第二 MAX3232芯片、信号选择电路和第二隔离芯片连接；第一MAX3232芯片与第二MAX3232芯片连接，第一隔离芯片、第二隔离芯片分别与信号选择电路连接；DSP芯片I、DSP芯片II通过标准通信端口 8 与上位机或电梯控制器通信；DSP芯片I、DSP芯片II与信号采集与预处理电路连接，对编码器信号进行处理得到电梯速度，对直流母线电压信号、超级电容器组电压做处理得到母线电压值和和超级电容器组电压值，对曳引机电流信号做处理得到三相电流值；其中，DSP芯片I、DSP芯片II接收上位机或电梯控制器的速度指令，以及反馈曳引机驱动、控制和节能的状态信息，DSP芯片I通过串行通信总线周期发送预先规定的校正信息给DSP芯片II，DSP芯片II根据校正信息和电梯速度判断DSP芯片I是否正常工作，该校正信息包括DSP芯片I内部寄存器的状态信息以及DSP芯片I的AD端口采样的电流值； IPM故障信号用于进行IPM故障处理，当DSP芯片I、DSP芯片II接收到信号采集与预处理电路发送的IPM故障信号后，切断控制逆变模块3的PWM信号；从DSP控制电路根据电梯速度和DSP芯片I发送的校正信息，判断DSP芯片I是否出现故障，并在DSP芯片1发生故障时充当主DSP控制电路的控制备份。从控制电路的DSP芯片II的作用是监测主控制电路 DSP芯片I的工作状态，若发现异常，切断DSP芯片I对逆变模块3和超级电容模块4的控制信号，改由DSP芯片II控制逆变模块3和超级电容模块4，将电梯轿厢缓慢停到最近的楼层，让乘客安全离开，同时发出相应的故障信号给上层控制单元，方便维护人员维修。从DSP 控制电路中的信号选择电路功能上类似于六组二选一数据选择器，用于选择逆变模块和超级电容模块的控制信号是由主DSP控制电路输出，还是由从DSP控制电路输出。信号选择电路可以由FPGA实现，也可以用两片74LS257芯片构建。信息采集与预处理电路包括电流采样电路、直流母线检测电路和编码器信号处理电路，参见图6。电流采样电路推荐采用霍尔电流传感器配合放大电路实现，具体实现方法为将霍尔电流传感器的输出电压经由放大电路放大或缩小至DSP芯片AD端口能够允许的输入电压范围。如果控制精度要求不高或经费不准许，也可采用电阻分压的方式测量电流值。直流母线检测电路可以通过霍尔电压传感器配合放大电路来实现，具体实现方式同电流采用电路。编码器信号处理电路要求能够对编码器的输出信号进行准确的解码。编码器的输出信号是否准确无误至关重要，推荐采用海德汉ERN系列编码器。由于采样信号的波形或幅值往往不能满足DSP芯片对输入信号的要求，故还需要对采用信号进行相应的处理。整流模块1和逆变模块3采用现有的成熟技术。整流模块1可以是可控的，也可以是非可控的，取决于实际系统的要求。逆变模块3以IPM为核心，兼有信号隔离与保护电路。IPM内部驱动回路与保护回路等均做到了集成化，能够大幅度缩短设计与开发时间，且具有过流、短路、电源电压不足、过热等保护功能，提高了系统的安全性和可靠性。结合图1，本发明基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化方法，通过整流模块 1、双DSP控制模块2、逆变模块3、曳引机模块5、电容7、三相交流电源6和超级电容模块4 来实现，双DSP控制模块2分别与整流模块1、超级电容模块4、逆变模块3、曳引机模块5和标准通信端口 8相连，双DSP控制模块2与上位机或电梯控制器通信，整流模块1与三相交流电源6相连，逆变模块3与曳引机模块5相连，整流模块1还通过两根直流母线与逆变模块3连接，电容7和超级电容模块4分别连接两根直流母线，双DSP控制模块2将采样直流母线电压信号、编码器信号、超级电容器组电压和IPM故障信号，输出控制整流模块1和逆变模块3的PWM信号，以及控制超级电容模块4对制动能量进行回收和在利用；整流模块1 将三相交流电源6转换为直流母线电压，供逆变模块3使用，该逆变模块3接收双DSP控制模块2的控制信号来驱动电梯曳引机，双DSP控制模块2根据采样的电压值和电流值，输出控制逆变模块3的PWM信号，实现永磁同步曳引机双闭环矢量控制，曳引机双闭环矢量控制中速度外环和电流内环均采用多模态控制方法；
其中双DSP控制模块2由主DSP控制电路、从DSP控制电路和信号采集与预处理电路构成，主DSP控制电路和从DSP控制电路通过串行通信总线相连，主DSP控制电路和从 DSP控制电路分别与信号采集与预处理电路相连，接收信号采集与预处理电路采样得到的直流母线电压信号、编码器信号、超级电容器组电压、电流信号和IPM故障信号，主DSP控制电路发送的PWM信号和超级电容控制信号经由从DSP控制电路分别接到逆变模块3和超级电容模块4，主DSP控制电路和从DSP控制电路协同工作，其中从DSP控制电路为主DSP控制电路的控制备份。
本发明基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化方法中由双DSP芯片协同工作， 即主DSP控制电路的DSP芯片I和从DSP控制电路的DSP芯片II协同工作，正常工作时， 由DSP芯片I负责控制整流模块1、超级电容模块4、逆变模块3，DSP芯片II负责监测DSP 芯片I的工作状态，若DSP芯片II监测到DSP芯片I异常，则由DSP芯片II控制整流模块 1、超级电容模块4、逆变模块3，具体的实现过程如下
第一步，从控制电路的DSP芯片II对采集到的编码器脉冲信号计数，通过M/T法测电梯实际速度，若发现电梯实际速度偏离上位机或电梯控制器发送的设定速度，且偏差绝对值高于设定速度的30%，或者是电梯实际速度高于设定的最大速度，则进行第二步，否则无动作。
第二步，从控制电路对故障信号进行逻辑判断，找出电梯速度异常的原因，电梯速度异常的原因包括但不限于母线电压过低、IPM故障、电机堵转、信号采集电路异常等。若速度异常且DSP芯片I发送的校正信息异常，则可视为DSP芯片I故障，否则无法断定速度异常是由DSP芯片I故障引起的。若速度异常且DSP芯片I发送的校正信息异常，则可视为DSP芯片I故障，否则无法断定速度异常是由DSP芯片I故障引起的；其中，所述的校正信息异常是指DSP芯片I内部寄存器的状态位异常，或者是DSP芯片I连续两次发送的电流采样值几乎不变，或者是DSP芯片I没有按时发送校正信息；若速度异常的原因确定为主控制电路DSP芯片I故障，进行第三步，否则无动作。
第三步，从控制电路的DSP芯片II通过IO端口发送一高电平信号给信号选择电路，切断主控制DSP芯片I的控制信号输出，同时完成主控制电路DSP芯片I的工作根据采集的电流及编码器信号，输出控制逆变模块3的PWM信号；曳引机矢量控制策略以及多模态控制算法的实现；与上层机(或电梯控制器)通信；控制超级电容模块进行能量回收和利用；IPM故障处理等。
第四步，发送故障信号给上位机或电梯控制器，方便电梯维护人员进行维修。
本发明基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化方法中，双DSP控制模块2控制超级电容模块4对制动能量进行回收和在利用的实现过程为
第一步DSP芯片I利用电压传感器测量超级电容模块4的超级电容器组的电压值，若电容器组的电压超过了设定上限阈值时，即超级电容的能量达到上限，通过控制电源切换电路和DC/DC变换电路实现超级电容对电梯系统的供电；在超级电容对系统供电的过程中，DSP芯片I利用电压传感器测量超级电容器组的电压值，若电容器组的电压低于设定下限阈值时，通过控制电源切换电路，停止使用超级电容对系统供电，改由外网三相交流电源对系统供电；若电容器组的电压没有超过设定上限阈值，即超级电容还能够继续储能，进行第二步；第二步DSP芯片I根据直流母线的电压大小判断曳引机是否处于制动发电状态， 当直流母线电压值超过整流模块正常工作时输出的电压值，则曳引机处于制动发电状态； 当曳引机处于发电状态时，DSP芯片I通过打开DC/DC变换器电路，使直流母线通过降压电路对超级电容充电；在对超级电容充电的过程中，若电容器组的电压超过了设定上限阈值时，跳回第一步；当曳引机不处于制动发电状态时，回到第一步。其中，DSP芯片I对超级电容器组的电压值的测量是通过电压传感器实现的；DSP 芯片I对电源切换子模块的控制信号为IO输出的高低电平信号。应当注意到是，当DSP芯片I故障时，由DSP芯片II负责控制超级电容模块。双DSP控制模块2控制超级电容模块 4的实现细节可参考已有专利电梯节能系统(专利号CN 101807821A)基于多模态控制技术的电流(电压)快速跟踪算法由双DSP控制模块中的DSP芯片实现。永磁同步曳引机的矢量控制策略为多模态控制技术的应用提供了前提，在速度外环和电流内环控制器参数的选取上，均可采用多模态控制技术。多模态控制技术实质上是一种PID切换控制策略，类似与分区PID控制，其特征在于根据误差及其导数为PID控制器选取不同的比例参数、积分参数和微分参数，并据此求出所需要的控制量。永磁同步曳引机的双闭环矢量控制中，速度外环多采用PID控制器。如图4所示， 速度外环多模态控制方法的实现过程如下第一步，计算给定转速和实际转速的偏差及其导数，给定转速由上位机或电梯控制器给定，实际转速由双DSP控制模块的DSP芯片I根据编码器信号根据M/T法测速求得， 偏差为给定转速和实际转速的差值，偏差导数为连续两次求得的偏差的差值。第二步，根据误差及其导数的大小判断状态n，如表1所示。第三步，根据所处的状态选择比例参数Κρη、积分参数Kin和微分参数Kdn，Kpn, Kin和Kdn是由状态η确定的常值；第四步，调用数字PID控制算法计算所需要的电流值i (k)。数字PID控制算法表达式为i{k) = Kpne(k) + Kin Σ =0 e(m) + Kdn (e(k) - e(k -1))其中，Kpn、Kin和Kdn分别为由速度偏差及其导数确定的比例、积分和微分参数。表1参数选择参考表
权利要求
1.一种基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化系统，其特征在于包括整流模块(1)、双DSP控制模块(2)、逆变模块(3)、曳引机模块(5)、电容(7)、三相交流电源(6)和超级电容模块G)，其中，曳引机模块(5)由永磁同步电梯曳引机和与该永磁同步电梯曳引机同轴的编码器构成，双DSP控制模块( 分别与整流模块(1)、超级电容模块G)、逆变模块 (3)、曳引机模块( 和标准通信端口(8)相连，双DSP控制模块( 与上位机或电梯控制器通信，整流模块(1)与三相交流电源(6)相连，逆变模块C3)与曳引机模块( 相连，整流模块⑴还通过两根直流母线与逆变模块⑶连接，电容(7)和超级电容模块⑷分别连接两根直流母线，双DSP控制模块( 将采样直流母线电压信号、编码器信号、超级电容器组电压和IPM故障信号，并输出控制整流模块⑴和逆变模块(3)的PWM信号和控制超级电容模块(4)的控制信号；整流模块(1)将三相交流电源(6)转换为直流母线电压，供逆变模块⑶使用，该逆变模块(3)接收双DSP控制模块⑵的控制信号来驱动电梯曳引机。
2.根据权利要求1所述的基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化系统，其特征在于双DSP控制模块O)由主DSP控制电路、从DSP控制电路和信号采集与预处理电路构成， 主DSP控制电路和从DSP控制电路通过串行通信总线相连，主DSP控制电路和从DSP控制电路分别与信号采集与预处理电路相连，接收信号采集与预处理电路采样得到的直流母线电压信号、编码器信号、超级电容器组电压、曳引机电流信号和IPM故障信号，主DSP控制电路发送的PWM信号和超级电容控制信号经由从DSP控制电路分别接到逆变模块C3)和超级电容模块⑷。
3.根据权利要求2所述的基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化系统，其特征在于主DSP控制电路由DSP芯片I、第一无源晶振、第一 E2PR0M芯片、第一 MAX3232芯片和第一隔离芯片组成，DSP芯片I分别与第一无源晶振、第一 E2PR0M芯片、第一 MAX3232芯片和第一隔离芯片相连；从DSP控制电路由DSP芯片II、第二无源晶振、第二 E2PR0M芯片、第二 MAX3232芯片、信号选择电路和第二隔离芯片组成，DSP芯片II分别与第二无源晶振、第二 E2PR0M芯片、第二 MAX3232芯片、信号选择电路和第二隔离芯片连接；第一 MAX3232芯片与第二 MAX3232芯片连接，第一隔离芯片、第二隔离芯片分别与信号选择电路连接；DSP芯片 I、DSP芯片II通过标准通信端口(8)与上位机或电梯控制器通信；DSP芯片I、DSP芯片II 与信号采集与预处理电路连接，对编码器信号进行处理得到电梯速度，对直流母线电压信号、超级电容器组电压做处理得到母线电压值和和超级电容器组电压值，对曳引机电流信号做处理得到三相电流值；其中，DSP芯片I、DSP芯片II接收上位机或电梯控制器的速度指令，以及反馈曳引机驱动、控制和节能的状态信息，DSP芯片I通过串行通信总线周期发送预先规定的校正信息给DSP芯片II，DSP芯片II根据校正信息和电梯速度判断DSP芯片I是否正常工作，该校正信息包括DSP芯片I内部寄存器的状态信息以及DSP芯片I的 AD端口采样的电流值；IPM故障信号用于进行IPM故障处理，当DSP芯片I、DSP芯片II接收到信号采集与预处理电路发送的IPM故障信号后，切断控制逆变模块(3)的PWM信号；从 DSP控制电路根据电梯速度和DSP芯片I发送的校正信息，判断DSP芯片I是否出现故障， 并在DSP芯片1发生故障时充当主DSP控制电路的控制备份。
4.一种基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化方法，其特征在于双DSP控制模块(2)分别与整流模块(1)、超级电容模块G)、逆变模块(3)、曳引机模块(5)和标准通信端口⑶相连，双DSP控制模块⑵与上位机或电梯控制器通信，整流模块⑴与三相交流电源(6)相连，逆变模块C3)与曳引机模块( 相连，整流模块(1)还通过两根直流母线与逆变模块⑶连接，电容(7)和超级电容模块⑷分别连接两根直流母线，双DSP控制模块O) 将采样直流母线电压信号、编码器信号、超级电容器组电压和IPM故障信号，输出控制整流模块(1)和逆变模块(3)的PWM信号，以及控制超级电容模块(4)对制动能量进行回收和在利用；整流模块(1)将三相交流电源(6)转换为直流母线电压，供逆变模块C3)使用，该逆变模块C3)接收双DSP控制模块( 的控制信号来驱动电梯曳引机，双DSP控制模块O) 根据采样的电压值和电流值，输出控制逆变模块⑶的PWM信号，实现永磁同步曳引机双闭环矢量控制，曳引机双闭环矢量控制中速度外环和电流内环均采用多模态控制方法；其中双DSP控制模块(2)由主DSP控制电路、从DSP控制电路和信号采集与预处理电路构成，主DSP控制电路和从DSP控制电路通过串行通信总线相连，主DSP控制电路和从DSP 控制电路分别与信号采集与预处理电路相连，接收信号采集与预处理电路采样得到的直流母线电压信号、编码器信号、超级电容器组电压、电流信号和IPM故障信号，主DSP控制电路发送的PWM信号和超级电容控制信号经由从DSP控制电路分别接到逆变模块(3)和超级电容模块(4)，主DSP控制电路和从DSP控制电路协同工作，其中从DSP控制电路为主DSP控制电路的控制备份。
5.根据权利要求4所述的基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化方法，其特征在于主DSP控制电路的DSP芯片I和从DSP控制电路的DSP芯片II协同工作，正常工作时，由 DSP芯片I负责控制整流模块(1)、超级电容模块(4)、逆变模块C3)，DSP芯片II负责监测 DSP芯片I的工作状态，若DSP芯片II监测到DSP芯片I异常，则由DSP芯片II控制整流模块(1)、超级电容模块G)、逆变模块(3)，具体的实现过程如下第一步，从控制电路的DSP芯片II对采集到的编码器脉冲信号计数，通过M/T法测电梯实际速度，若发现电梯实际速度偏离上位机或电梯控制器发送的设定速度，且偏差绝对值高于设定速度的30%，或者是电梯实际速度高于设定的最大速度，则进行第二步，否则无动作；第二步，从控制电路对故障信号进行逻辑判断，找出电梯速度异常的原因，若速度异常且DSP芯片I发送的校正信息异常，则可视为DSP芯片I故障，否则无法断定速度异常是由 DSP芯片I故障引起的；其中，所述的校正信息异常是指DSP芯片I内部寄存器的状态位异常，或者是DSP芯片I连续两次发送的电流采样值几乎不变，或者是DSP芯片I没有按时发送校正信息；若速度异常的原因确定为主控制电路DSP芯片I故障，进行第三步，否则无动作；第三步，从控制电路的DSP芯片II通过IO端口发送一高电平信号给信号选择电路，切断主控制DSP芯片I的控制信号输出，同时完成主控制电路DSP芯片I的工作；第四步，发送故障信号给上位机或电梯控制器。
6.根据权利要求4所述的基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化方法，其特征在于双DSP控制模块( 控制超级电容模块(4)对制动能量进行回收和在利用的实现过程为第一步DSP芯片I利用电压传感器测量超级电容模块(4)的超级电容器组的电压值， 若电容器组的电压超过了设定上限阈值时，即超级电容的能量达到上限，通过控制电源切换电路和DC/DC变换电路实现超级电容对电梯系统的供电；在超级电容对系统供电的过程中，DSP芯片I利用电压传感器测量超级电容器组的电压值，若电容器组的电压低于设定下限阈值时，通过控制电源切换电路，停止使用超级电容对系统供电，改由外网三相交流电源对系统供电；若电容器组的电压没有超过设定上限阈值，即超级电容还能够继续储能，进行第二步；第二步DSP芯片I根据直流母线的电压大小判断曳引机是否处于制动发电状态，当直流母线电压值超过整流模块正常工作时输出的电压值，则曳引机处于制动发电状态；当曳引机处于发电状态时，DSP芯片I通过打开DC/DC变换器电路，使直流母线通过降压电路对超级电容充电；在对超级电容充电的过程中，若电容器组的电压超过了设定上限阈值时，跳回第一步；当曳引机不处于制动发电状态时，回到第一步。
7.根据权利要求4所述的基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化方法，其特征在于永磁同步曳引机的双闭环矢量控制中，速度外环多模态控制方法的实现过程如下第一步，计算给定转速和实际转速的偏差及其导数，给定转速由上位机或电梯控制器给定，实际转速由双DSP控制模块的DSP芯片I根据编码器信号根据M/T法测速求得，偏差为给定转速和实际转速的差值，偏差导数为连续两次求得的偏差的差值；第二步，根据误差及其导数的大小判断状态η ；第三步，根据所处的状态选择比例参数Κρη、积分参数Kin和微分参数Kdn，KpruKin和 Kdn是由状态η确定的常值；第四步，调用数字PID控制算法计算所需要的电流值i (k)。
8.根据权利要求4所述的基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化方法，其特征在于永磁同步曳引机的双闭环矢量控制中，电流内环多模态控制方法的实现过程如下第一步，计算给定电流值和PMSM在dq坐标系下的交轴电流值的偏差及其导数，给定电流值为速度外环控制器的输出量i (k)，交轴电流值由曳引机U、V、W相的电流值通过CLARK 变换和PARK变换求得；第二步，根据误差及其导数判断所处的状态η ；第三步，根据所处的状态η选择比例参数Kpn和积分参数Kin。其中Kpn、Kin是由状态η确定的常值；第四步，调用数字PI控制算法计算所需要的电压值U(k)。
全文摘要
本发明公开了一种基于双DSP的电梯驱动、控制和节能一体化系统及其方法，包括整流模块、双DSP控制模块、逆变模块、曳引机模块、电容、三相交流电源和超级电容模块，双DSP控制模块分别与整流模块、超级电容模块、逆变模块、曳引机模块和标准通信端口相连，双DSP控制模块与上位机或电梯控制器通信，整流模块与三相交流电源相连，逆变模块与曳引机模块相连，整流模块还通过两根直流母线与逆变模块连接，电容和超级电容模块分别连接两根直流母线。本发明集曳引机驱动、控制和节能于一体，提高了电梯控制系统的安全性。
文档编号B66B11/04GK102491137SQ201110414038
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者刘智君, 吴益飞, 施惟惟, 王苏华, 王铭明, 秦建波, 米运洪, 郭健, 陈庆伟, 陈辉扬 申请人:南京理工大学