专利名称：直线感应电机的开环电流驱动方法
技术领域：
本发明涉及在没有电流反馈传感器的开环方式下对直线感应电机绕组电流中的畸变进行校正的方法。
典型的电梯门操作装置，例如本申请人的美国专利4,305,481号中所示，是采用旋转电动机来驱动复杂的连杆机构。为了试图简化，并由此减少初装、安装、调节及维护费用，在美国专利3,891,907和本申请人于1993年3月10日递交的美国专利申请第029,203号中已提出了直线感应电机的应用。使用直线感应电机可以取消所有的机械部件，仅需把门固定在其导电的次级上，由次级根据加到直线感应电机初级绕组上的电流朝开、关方向驱动电梯门。如果用数字计算机来产生可变相位的电机驱动电流波形并用其驱动可变电压、可变频率的直线感应电机，其波形是与能产生直线感应电机最佳性能的纯正弦波形近似。在数字生成的波形中的畸变会产生音频噪声，并增加电机的发热。在现有技术中公知的方式是采用先进的技术来改善电流驱动，即利用闭环电流控制方式完成整个数字信号处理过程。然而，闭环电流控制会明显地增加处理的复杂性以及装置本身的费用。
本发明的目的包括一种电梯门直线感应电机的数字开环电流控制装置，这种装置无噪声，热损耗低，并使门的操作具有平滑的视觉美感。
本发明的一部分根据是，一个特定类型的给定电梯门具有恒定的质量和力/响应特性。因此可以采用开环的驱动方式，同时仍保持一种令人满意的重复的速度分布图。
按照本发明，在直线感应电机开环电流驱动方式下用于产生所需电流的电压波形得到增强，以便在紧随驱动波形的每个过零点之后提供附加的电压。按照本发明的另一方面，电压波形是一种数字生成的，与正弦波形近似的脉宽调制波形，并且在每个过零点之后的几个脉宽调制的周期间增加信号的脉冲宽度。更进一步，按照本发明，在由脉宽调制电压开环驱动的直线感应电机中提供了一种本质上的正弦电流，它是利用在正弦波过零点之后的电压脉宽调节来实现的，这种电压脉宽调节是加到直线感应电机绕组上的最大电压脉宽的一个特定的份额。
本发明可以用能在直线感应电机中获得所需绕组电流的一种电压来驱动直线感应电机，并且在不需要电流反馈传感器或电流反馈控制的条件下基本上确保绕组中所需的电流。从而使本发明能以很低的费用实现电梯门的平滑操作，没有感觉、视觉或听觉上的不规则现象。
从以下结合附图对解释性实施例的详细描述中可以更进一步看清本发明的其他目的、特征和优点。
图1是按照本发明采用了直线感应电机的一个电梯门操作系统的简化的局部分解示意图。
图2是图1中直线感应电机内绕组的示意图。
图3是图2中三相绕组的电流关系波形。
图4是作为图1中直线感应电机电流的频率和幅值的函数的正交力和直线力的示意性简化波形。
图5是以时间为基础的一系列波形，用于说明控制循环过程中的脉宽滑制。
图6-9是图1中的计算机内所采用的1毫秒中断程序的逻辑流程图。
图10是图1中的计算机内所采用的64微秒中断程序的逻辑流程图。
图11是图1中的计算机内使用的用于绕组U的一个脉宽计数中断程序的逻辑流程图。
图12是图1中驱动器的一个示意性框图，它包括一个滤波器以及滤波器与图1中直线电机绕组的连接方式。
图13是为提供所需的力而要求的转差频率图。
图14是一个简化的波形图，用于说明按照本发明的增压方式。
现参见图1，如实线所示是电梯门17的关闭位置，而点划线示出的是其打开位置。电梯门17被连接在直线感应电机的次级18上，而电机的初级19被固定在电梯舱上。在本发明的例子中，直线感应电机的初级19具有六个绕组(图2)20-25，它们按20，21；22，23；24，25成对地连接，形成三相绕组U，V，W，每个绕组产生分开180°电角度的一个北极和一个南极，如绕组U所示。绕组间永远按三相关系驱动，各绕组的相位互差120°。在某一给定时间点上，例如图3中所示，绕组U中可能流过相对较小的负电流，同时在绕组V中流过的几乎是最大电流，而绕组W中流过的可能是中间值的负电流，众所周知，每台电机中这种六个绕组可以有几套。
次级18通常包括一个导电的条，由磁埸在其中形成次级电流，导电条有一个磁性底座(它可以和门一起移动或是固定在建筑物上，可根据本发明的任一种实施方式而定)，用于在直线电机初级的相应磁极(例如与绕组20和21相关的磁极)之间传导磁力线。次级18上可以装设一个带状的光编码器(未示出)，它可以由光电检测器28读出，并通过线29向计算机30提供脉冲。在一个固定时间间隔中出现在线29上的脉冲数指示出该时间内的运行距离，并由此得到门的速度，由二者的集合可指示出门的当前位置，在本例中把上述固定时间间隔定为1毫秒。如下文中根据图6-11所述，计算机30利用这一信息推导出一个力指令，为电梯门获得所需的速度与位置运动分布图，并将此力指令转换成信号，用于有选择地接通和断开驱动器31中的正、负电压，驱动器31将在下文中参照图12做详细说明。由驱动器31提供的电压会产生如图3所示的所需电流。
据目前所知，单侧的直线感应电机在提供直线力(用于从左至右或从右至左移动电机的次级，如图1所示)的同时必然伴随着正交力，这一正交力可比直线力大二至五倍。正交力仅是使初级起到一般电磁线圈的作用，并朝着初级的方向吸引次级的磁性物质。在现有技术中，是根据需要来选择初级绕组中交流电流的频率和幅值，由此来选定能提供所需加速度的直线力。为了说明的目的在图4中很粗略地给出了正交力和直线力之间的关系，它们是初级绕组电流的频率和幅值的函数。要从很宽的结合范围内选出能提供所需直线力的频率和幅值，其依据主要是应使直线感应电机在应用中获得最高的电气效率。
图5示出了可用于驱动直线感应电机的一种典型的正弦波AC电流。从正弦波形上可见，用阶梯合成的方式产生正弦波是公知的技术，各阶梯的量值是该阶梯期间正弦波的平均值。图中还示出了现有技术的脉宽调制(P·W·M)，其中把恒定量值(等于正弦波的最大值，但图5中画出的不是其实际情况)的脉冲加到绕组上，对脉冲周期的时间进行选择，使其在一个时间周期(此处为1毫秒)内的平均值与正弦波上所示的相应阶梯相等。在本实施例中，脉冲宽度不是在0至1毫秒之间变化，而是采用在0至64微秒之间变化的脉冲宽度，在整个一个1毫秒周期内采用相同的脉冲宽度。这样，为了在11°处产生近似的正弦波，在20赫兹驱动电流的一个50毫秒中的第二个1毫秒周期期间，如图5中间所示，应提供各为大约12微秒的16个脉冲。与此类似，在195°处应向绕组提供16个各占16微秒时间的负电压脉冲。这样，本实施例就能用固定幅值的电压(按照本发明，该电压在设备的整个使用期限中都是不变的)获得绕组电流，在任意一个1毫秒间隔中的时间周期是所需电流(也就是力)与正弦角度的乘积的函数，该角度是正弦驱动指令函数中当前一点上的角度，三个绕组之间的正弦驱动指令函数彼此分开120°(参见图3)。在本实施例中，可以利用正交力来补偿顺时针的转矩，在门开始打开时，作用在门17在右上角的向右的力会在门的重心周围形成这一顺时针的转矩，补偿的方式是利用正交力形成一个朝向直线感应电机初级19的适当的垂直力，它是围绕着门的重心的一个逆时针转矩。这些问题可以参见上述在先的未决美国专利申请。
参见图6，每一毫秒提供一次实时中断，通过入口点34进入1毫秒中断程序。第一测试35判断是否已设置了斜降标志。该标志是在门已经完全打开或完全关闭时设置的，并用其限定一段时间，使剩余电压在该时间内缓慢地倾斜下降，避免门的碰撞，下文中将根据图9对此做充分的描述。当门刚刚被完全打开和完全关闭时，设置标志35，使测试35出现肯定的结果。但在大多数时间内不会设置这一标志，因此，测试35的否定结果会进到测试36，判断门是否完全关闭。按照本实施例的设想，测试36是以指示出门完全关闭的常规电梯门机械开关为依据的；当然根据需要也可以利用门的位置及其他任何能指示出门完全关闭的指示器。在通常情况下，电梯可能位于楼层平台之外的某一位置，并且门是完全关闭的。此时，测试36的肯定结果将进到测试37，确定电梯控制器是否已向门控制器发出了开门指令。如果门是完全关闭的(测试36)，并且没有开门指令(测试37)，就结束图6的1毫秒中断程序，计算机经由返回点38退回其他程序。最终，电梯将靠近一层的平台，当其进入停车区之内时，门控制器就会收到开门指令，使测试37出现肯定的结果。这样就进到一对步骤38，39，设置一开门标志(其用途参见下文)并初始化一个1.5秒时钟，该时钟被用于确定应该完成门操作的时间；在本例中假设门的移动距离是55cm并应在约1.4秒内完全打开。当然，为了适应采用本发明的某一特定的门操作系统，需要对这一定时进行调整。在关门期间，可以对1.5秒时钟进行2.5秒到时的初始化，使其成为一个2.5秒时钟；此处是一个1.5/2.5秒时钟。
指令计算以及向初级19提供电压的实际程序从步42开始，存储一个被称为“计数”的编码计数器的脉冲数，该脉冲计数是由线29(图1)上的光学位置传感器脉冲得到的；然后在紧随其后的步43中对计数器重新初始化，以便开始一个新的1毫秒计数。步44计算出过去1毫秒时间周期中门的平均速度，它是一速度常数(Kv)与计数的乘积。步45确定门的当前位置，把先前位置(在前一个1毫秒周期开始时门所处的位置)加到在目前这一1毫秒期间获得的经过适当调整的位置差读数上，该位置差读数是一个位置常数(Kp)与计数的乘积。然后在步46中把先前位置更新成新的位置，以用于下-1毫秒周期中的计算。子程序49采用一开门常数(Ko)产生速度指令，其方法是把速度分布图作为门位置的函数，这种方法与上述未决申请中相同。在图1中门的前沿上画出了速度分布图。按照常规方式，在步50中获得速度误差，它是算出的速度指令与目前速度(在步44中确定)之差。然后在子程序51中产生力指令，它是速度误差的比例积分函数，其中采用了比例常数(Kp)和积分常数(Ki)。用一个公知的低通滤波器子程序52对力指令进行处理，然后在步53中把滤波后的结果与幅值常数(Ka)相乘，产生一个表示当前幅值的幅值系数，用于按照无论哪种选定的幅值与频率关系(图4)获得所需的直线力，以便按所需速度加速直线电机。该幅值在步54中被转换成体现所需电流幅值的一个脉冲宽度(见图5)的指示数，它是数字256(根据需要当然也可以用另一个数来确定处理结果)的一个比例系数。
众所周知，直线感应电机需要有用于建立磁场的励磁电流才能在导电的次级18中产生次级电流。初级19的各个绕组U、V、W中的励磁电流是一个固定的交流电流。该电流与直线力电流在相位上相差90°，二者在子程序55中被组合成两个平方之和的平方根。由于励磁电流幅值是固定的，并且在每次执行1毫秒中断程序时都不变，它可以被简化成与步54中产生的脉冲宽度量值数等效的一个存储数据，从而作为一个与脉宽有关的数据从子程序55中输出。按照本发明，励磁电流的量值大约是现有技术中为获得最高电气效率而所需的典型励磁电流值的四分之一。在本实施例中可以用大约为32的一个脉宽计数来代表励磁电流。完成了子程序55之后，程序通过转换点56进到其相位处理部分，如图7所示。
在图7中，第一测试59判断由力推导出的幅值，即步54(图6)中产生的计数是否等于或大于8。从图13中可见，点划线所示是所需转差频率的力函数理想曲线，而8是其近似直线的第一个转折点。然而，实践中已证明了这种由图13中实线所示的近似直线可以满足电梯门操作的要求。这仅是为了使程序简化。然而在实施本发明时也可以根据需要采用查表或平方根公式来计算理想的电流(点划线)。如果P.W.M.值不是等于或大于8，所需转差频率就是直线的斜率，即每8个计数4赫兹，并在步60中产生这一转差频率。如果计数大于8，测试59的肯定结果就进到测试61，判断该计数是否等于或大于128。如果是，测试61的肯定结果就进到步62，直接产生18赫兹的转差频率。如果计数处在8和128之间，测试61的否定结果就进到步63，设定转差频率，使其等于4赫兹加上斜率与P.W.M.减8计数的乘积。这一转差频率与图13的实线相符。
由此产生的转差频率是直线感应电机次级与初级之间的频率滑差，众所周知，为了产生引力使次级在初级下方按所需方式移动，这种频率滑差是必要的。产生在初级中的这一频率不能在门的移动过程中由门本身的运动来实现。换句话说，必须用外力来实现为产生力所需的相位变化，而不能由次级与初级的相对运动来实现。为了提供这种状态，在步67中产生一个与次级和初级间相对速度有关的相位系数，它是速度常数(Kv)与速度的乘积，并且与绕组间每单位间隙60电度成比例，本例中的绕组间隙约为16毫米。在步68中按照每个周期360°的关系产生转差频率相位。然后在步69中把步67和68中产生的相位相加，获得总相位。在目前这一周期中获得的实际相位是由沿着图5正弦波上先前所得的相位与当前的总相位需求之和构成的，这一计算由步70完成。然后在步71中保存步70的现有相位，用于下一个1毫秒中断处理周期。
如以上相对于图3所述，在各种情况下三相绕组的相位关系都是相同的。在步70中产生的相位在步73中被用做绕组U(任意的)的相位；根据需要也可以使用其他关系式。然后在测试74中判断作用在门上的力应为正值还是负值(开或关)，这取决于步53中幅值的符号。如果门正在打开，则幅值为正(这是本文中的规定)，就在步75和76中产生绕组V和W的相位，按照本实施例的规定，它们分别超前120°和240°。另一方面，如果门正在关闭且力为负值，测试74的否定结果就会使绕组V和W分别滞后于相位U-120°和-240°。然后通过转换点79进入图8中关于绕组U的1毫秒中断程序部分。
在图8中，依靠测试84和步85把绕组U的相位校正到0至359°之间。然后在步86中产生用于绕组U的脉冲宽度，它是步55的AC幅值(用脉宽计数值表示)与绕组U正弦相位(如上文中参照图4所述)的乘积(见步86)。
在图14中用实线示出了绕组U的AC驱动电流。按照本发明，无论是由于何种原因(可能与相邻磁极的磁场和磁滞有关)，事实上的情况是，正弦波驱动电压从正半周到负半周的过渡以及正弦波驱动电压从负半周到正半周的过渡都会导致电流滞后，除非用闭环电流控制来进行补偿。在本实施例中没有代表电机实际电流的电流反馈，因此无法校正发生在过零点处的电流滞后。按照本发明，是在整个开门操作和整个关门操作的过程中在紧随每个过零点之后的前几个周期中提供一个电压增强，从而基本上消除电流滞后现象。为实现此目的，需要检测过零点并设置一个标志；在其后的几个周期中提供最大幅值的一定份额，在这几个周期期间把它作为等效的计数加到脉冲宽度上。
在图8中，测试87用于判断是否已设置了过零点标志。除了在过零点之后的几个周期中之外，不会设置该标志，因此其否定结果会进到测试88，判断绕组U相位的正弦函数是正值还是负值。如果是正值，测试88的肯定结果就进到测试89，判断绕组U的相位的正弦函数在前一个1毫秒周期中是否是正值。如果是，则意味着尚未出现过零点，因此就越过几个步骤。如果前一周期的正弦函数为负值，如图14中90°点处的情况。测试89的否定结果就进到步91，设置过零点标志，并在步92把U计数器设置为零(用于对提供增压信号的几个周期计数)，并在步93中保存U绕组的正弦相位，供下一周期使用(先前正弦相位U)。
然后在步98中产生绕组U的增压值，它是一个比值的幂指数乘以某一计数值KB，KB是最大幅值的一个特定份额，例如是60至90之间的一个数，在本实施例中被定为75。上述比值是提供增压的周期数减去U计数器的设定值(在步92中被初始化为零)，周期数可在四至八之间变化，本实施例中周期数为五。指数(Kb)可以为1，也可取至2之间的某一数值，这要根据实施本发明时的需要而定。对步98中所用的参数的要求是，应使绕组中的实际电流尽量接近正弦波。在步98中产生了增压系数之后，就在步99中使U计数器增值。然后在测试100中判断U计数器是否达到了设定值6。在过零点后的第一个周期中，U计数器不会设置成6，测试100的否定结果就进到步101，在U绕组的脉冲宽度值(在步86中产生)上加上步98计算出的增压值。如图14所示，在过零点后的第一个1毫秒期间，除非指数(Kb)小于1，该增压值应为KB的全值，即数值为75。在过零点后的第二个1毫秒期间，步98中的比值为4/5；在第三个周期中为3/5，如此类推至第五个周期时比值为0。然后，U计数器在步99中增值到6，使测试100的肯定结果进到步102，清除过零标志。由此使程序能按上述方式在测试88-90中再次查找过零点。然后执行用于绕组V的子程序103和用于绕组W的子程序104，它们均与上述相对于绕组U所述的步骤和测试84-102相同。这一切都完成之后，通过转换点105进入图9中1毫秒中断程序的斜降部分。
在图9中，第一测试107用于判断是否已设置了门已关闭的标志。该标志仅在门刚刚关闭时设置。假定未设置该标志，测试107的否定结果就进到测试108，检查1.5/2.5秒时钟是否已到时。在通常情况下，如果门正在打开，时钟就不会到时，因此就结束1毫秒中断程序，并通过返回点110退回其他程序。即使是门已打开或是已经关闭，在开门循环或关门循环(图6)之后的初始化经过了1秒时，1.5/2.5秒时钟就会到时，而测试109的肯定结果仍会进到步111，设置斜降标志，并进到一系列步112-114，把绕组U，V和W的脉冲宽度减少一个计数值。斜降标志在图6中被用于确定是否应越过大部分1毫秒中断程序，如上文所述。在步115-117中对各个被减小的脉冲宽度值进行测试，看其是否被减小到零。如果有任一脉宽值不为零，否定的结果就会使程序到达返回点110 。
在随后的下一个1毫秒中断期间，程序从入口点34进入图6。由于1.5秒到时的结果，在步111中已经设置了斜降标志，则测试35的肯定结果会进到图6中的转换点105，直接进到图9中所示的1毫秒中断程序的斜降部分。1.5/2.5秒时钟仅是在门的移动过程中计数，其他时间总是处于到时状态，因此测试109将持续保持肯定结果，进而在步111-114中重复地设置斜降标志(但却无害)并再次将脉冲宽度减小。测试115-117再次判断所有脉宽是否已减小到零。最初时脉宽不会全为零，因此就进到返回点110。
在其后的1毫秒间隔内，经图6的入口点34再次进入1毫秒中断程序，而测试35的肯定结果将使程序再次跳到斜降转换点105并再次进入测试109。
无论脉宽值在1.5秒结束时为何值，由于本实施例中用的最大计数永远小于256，因此，它们定会在256毫秒内减少到零。在某一时间点上(通常是在1.5秒到时后的几个周期内)，所有脉宽值都会减到零，测试114-116的一系列肯定结果就会进到测试120，通过对步38中设置的开门标志进行测试来判断门是否正在打开。如果门已打开，就会设置有该标志，测试120的肯定结果就进到步121清除开门标志，并在步122中设置门开标志。该门开标志表示门是打开的并将一直保持到从电梯控制器接收到关门指令时为止。由于此处不再需要在步112-114中使计数倾斜下降，在步123中就清除斜降标志，且在步124中会重复但无害地清降门关标志(其用途见下文)。然后，计算机经返回点110退回其他程序。
一旦在步123中清除了斜降标志，在下次发生1毫秒中断时，测试35，36和109的否定结果就会进到测试127，查看是否设有门开标志。由于其已在步122中设置，程序就会在测试128中等待关门指令。在门被打开且乘客正在上、下时，(时间长短取决于电梯控制器以及电梯舱内的开门按钮)，不会有关门指令，因此，测试128的否定结果会导致从返回点129退回其他程序。
最后，电梯控制器会发出关门指令，而下一个1毫秒中断将会发现测试128的肯定结果；并因此进到步130，清除门开标志，并在步131中对2.5秒时钟初始化，由此开始关门操作。由于在关门期间出于公知的安全理由需要限制门的总惯量，关门操作需要2秒多的时间。只要是门正在关闭，各循环就会进到测试132，判断乘客是否遮住了两门间的光束，或是通过操作安全制动器等等使门发生反转。如果门出现了反转现象，无论关门操作处于哪一阶段，都会取消关门操作，并开始执行开门操作。无论门处于何处，一旦出现反转，就执行上文中参照图6-8所述的用于开门操作的信号处理程序。由于程序是一种位置环路，这样做不会有问题，并且可以在门所处的位置上恢复关门操作。此时可能出现较大的相位增量，速度误差等现象，但其结果会直接使程序快速恢复到正确的开门程序。
如果没有发生门的反转，测试132的否定结果就进到一系列步135-139，它们与步42-46相同，仅是速度和位置增量变为负值(朝向关门方向)。子程序140产生一负的速度指令，它是关门常数(Kc)与最大位置和当前位置之差的函数，其他与子程序49相同。然后在得到所需AC幅值之前还要执行步骤和子程序50-55，AC幅值由代表脉冲宽度的计数表示。
在图7中象上述开门操作时一样执行相同的步和测试59-73，因为它们是没有方向性的。然后在测试74判断出步53的幅值不是正值，测试74的否定结果就进到步77、78，产生用于绕组V和W的相位，它们与绕组U的相位差-120°和-240℃。
在图8中，关门方向的步和测试84-102及子程序103和104与上述参照开门操作所述的过程相同。在第一次通过图9时，因为门只是才开始关闭而尚未关闭，还不会设置门已关标志107。1.5/2.5秒尚未到时，因此，测试108的否定结果将通过返回点110退回其他程序。
在下一个1毫秒期间，通过入口点34进入图6的1毫秒中断程序。此时，所有测试35，36，109和127的肯定结果将使程序进到测试132，判断是否发生反转。假定没有出现反转，就照常执行1毫秒中断程序。这一过程一直持续到1.5/2.5秒时钟最终到时为止，由图9中测试108的肯定结果指出时钟到时。然后在步111中设置斜降标志，并且在步112-114和测试115-117中对三个绕组的脉冲宽度值进行减值和测试。在1.5/2.5秒时钟到时之后的几个循环中，脉冲宽度会减少到零，使测试115-117的肯定结果进到测试120。此时由于门正在关闭，不会设有开门标志，测试120的否定结果就进到步143，设置门已关标志。在这一特定实施例中使用这个标志仅是为了使图9的程序与所有电梯上用于指示门完全关闭的机械开关保持同步。开关的设定由测试144决定。在继续执行1毫秒中断程序的过程中，斜降标志(图6)和门已关标志(图9，测试107)会进到测试144。如果机械开关尚未闭合，测试144的否定结果就会进到返回点110。最后，表示门全关的开关将会闭合，而测试144的肯定结果会进到步123，124，清除斜降标志和门已关标志(由步143设置)。应该指出的是，在关门操作结束时清除门已关标志的动作并没有实际意义。
到目前为止，1毫秒中断程序已为各绕组U、V和W产生了两个数值。一个是在图8的步86中产生并可能在步101中增加的脉冲宽度，另一个数值是由图8的步骤和测试84，85校正的相位。在产生脉冲宽度时使用这些相位，而与相位有关的其他因素就是该相位的正弦三角函数的符号，用符号判断电机绕组是由驱动正弦波的正半周还是负半周驱动的。
在图10中，从入口点145进入64微秒中断程序，并由一系列步146-148对步86和101中为各个绕组产生的脉冲宽度分别设置U，V和W绕组的计数器。然后在测试149中测试U绕组相位正弦三角函数的符号。如果该符号为正，就表示应向直线感应电机初级19(图1)的绕组U(图2中的20，21)施加正电压。通过步150把线152上的一个固定正电压源通过适当的开关153连接到滤波器155的输入端154(对应U绕组)上。另一方面，如果测试149判定U绕组相位的正弦符号不是正值，就会进到步156，从而通过开关158把来自电源157的固定负电压加到端子154上。类似地，图10中的步骤和测试161-166将使来自线152，157上的电源的正电压或负电压通过开关171-174分别被加到滤波器155的附加端169，170上。在图10中，当所有计数器已被设定且三个开关均被接通时，就通过返回点175退回其他程序。
滤波器155(在本实施例中)介于开关153，158，171-174与直线感应电机初级19的绕组20-25之间。滤波器由三个跨接一对绕组(U，V；V，W；W，U)连接成三角形结构的电容器构成。在各个开关与相应绕组之间有一个扼流线圈180-182，防止电容器177-179形成跨过开关153，158，171-174的短路。滤波器155的电容器和扼流线圈是这样选择的，即使其构成一个低通滤波器，该滤波器的明显的衰减频率大约在140赫兹以上；选择这一转折频率的理由是因为人听不到140赫兹以下的频率。滤波器155从基本的门电流频率中滤除谐波，该频率如图5中所示为20赫兹，但在本发明的正常应用情况下它可能处于0至24赫兹之间的范围。
如图5所示，在任一1毫秒期间为每个绕组提供一串大约16个脉冲，其各自的脉宽代表加到特定绕组上的正弦波幅值。这些脉宽的定时是直接通过减少U，V和W计数器来实现的，这些计数器在图10的步146-148中被设定到正确的脉宽，当计数器减到零时，各自就会产生相应的中断，例如图11中所示用于U绕组的U计数器中断。用于U绕组的脉宽-经完成，U计数器会使程序通过入口点185进入图11中相应的中断，该中断仅是在一对步骤186，187中断开正的U开关153和负的U开关158(无论原先哪个导通)，然后就通过返回点188退回其他程序。为V绕组和W绕组也提供了与此相同的计数器中断程序(未示出)。
在本实施例中，流过直线感应电机绕组的正弦电流由脉冲构成的电压波形来表示，所有的脉冲都具有相同的最大量值，但脉冲的宽度表现出最大正弦值与正弦上各点正弦角度的乘积。与本例中的1毫秒控制间隔相对应，既使采用高达50赫兹的明显不同的频率，仍可按类似方式对电压波形进行脉宽调制。在需要时也可以采用纯正弦波的电压波形，而仍可利用本发明来改善可变电压可变频率的直线感应电机电梯舱门驱动系统的开环电流操作性能。在本实施例中，用于增强流经绕组的电流的附加电压分量是一种附加的数字脉宽分量，在本文中称其为“增压”，它在每个控制循环中都被加到所有的脉冲宽度上。在采用纯正弦波电压的系统中，这一附加电压分量可以是一个单纯的电压量值，以便在绕组中获得正弦电流，在其他实施例中，这一附加电压分量也可以是任何适当类型的附加脉宽分量。
上文中简要地说明了可用于实现本发明的机械结构及逻辑和计算功能。其逻辑流程图不应被视为在文字上等效于实现本发明的计算机软件，它仅是作为按照公知的编程技术可以实现的一种示例。本发明是参照特定的数值来描述的，但这些特定的数值仅是为了便于说明。显然，为了在本发明的任一特定实施例中获得所需的最佳效果，也可以采用其他的数值。在某些场合可以利用查表来代替本文程序中几个点上的运算，这也是显而易见的方式。在本发明的描述中所用的直线感应电机中，初级中采用垂直的磁极，而水平的次级装设在初级下方。本发明也可用于其他类型的直线感应电机，例如这样一种直线感应电机，它具有水平磁极及相对于初级水平移动的次级。
因此，尽管本发明是参照其特殊实施例来描述的，应该看到，熟悉本技术领域的人员在不脱离本发明精神和范围的条件下完全可以实现各种其他的变更和增删。
权利要求
1.为驱动电梯舱门的可变电压可变频率直线感应电机的绕组提供开环电流控制的方法，包括以下步骤产生一个控制波形，它代表为实现电梯门的预定运动而必须流过上述直线感应电机绕组的正弦电流；紧随上述控制波形的每个过零点之后向上述控制波形提供一个附加分量；以及响应上述控制波形，把上述绕组连接到一个电流源上。
2.按照权利要求1的方法，其特征是上述电压控制波形是一种代表着相应正弦波形的数字生成的脉宽调制波形。
3.按照权利要求2的方法，其特征是上述控制波形在每个正弦电流循环中包括至少30个数字脉宽周期，每个上述周期具有各自特有的脉冲宽度，这一特有的脉冲宽度与其他上述周期中特有的脉冲宽度不同；以及上述提供附加分量的步骤包括在上述正弦波形的过零点之后的几个上述周期中提供上述附加分量。
4.按照权利要求1的方法，其特征是上述附加电压分量具有与上述绕组中的电流量值相对应的值，该电流量值是最大峰值电流的一个特定份额，并且按照上述控制波形流过上述绕组。
5.按照权利要求4的方法，其特征是上述的特定份额相当于1/4至2/3。
6.按照权利要求1的方法，其特征是上述控制波形是一种数字生成的脉宽调制波形，在每个正弦电流循环中具有至少30个数字脉宽周期，并且上述附加分量具有代表着最大峰值电流的一个特定份额的值，在过零点之后的第一个上述周期中，响应于上述控制波形，在上述绕组中应流过上述特定份额的电流，并且上述附加分量值在其后的循环中按照公式X-n/x被减小，其中x是4与8之间的一个数，而n是上述第一周期后的周期数。
全文摘要
一电梯舱门是由可变电压可变频率的直线感应电机移动的，用开环电流驱动直线电机，实现由增量直线编码器指示出的所需速度分布图，并且去掉比例积分增益。增加一个与直线力电流相差90°不足以克服门的重量的励磁电流，其频率按预定的开环方式来确定。利用脉宽调制电压控制信号通过低通三相滤波器按适当的时间间隔向电机绕组提供适当极性的固定电压，从而合成所需的正弦波绕组电流。在正弦波绕组电流的每个过零点之后提供一增强的电流，以克服其滞后。在开门操作和关门操作结束时用倾斜下降的电压避免门的碰撞。
文档编号B66B13/14GK1118330SQ9510384
公开日1996年3月13日 申请日期1995年4月3日 优先权日1994年4月6日
发明者R·E·佩鲁吉, T·M·麦休, E·E·阿希吉安, J·F·贾米内特, T·希, T·M·科瓦尔齐克, R·E·库拉克, D·W·巴列特 申请人:奥蒂斯电梯公司