电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法
【专利摘要】电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，属于电机和电梯曳引控制【技术领域】。本发明为了解决采用称重传感器获取电梯负载重量信息的方法来维持电梯系统运行前的平衡，会造成电梯系统可靠性降低及成本增加的问题。它采用微处理器采集正余弦编码器输出的位置信号，计算获得当前永磁同步电机转子位置值θ；再根据θ计算获得当前电机倒溜距离θm、当前电机倒溜速度wk及当前电机倒溜加速度αk；然后确定电机起动转矩补偿方式，对永磁同步电机的起动转矩进行自适应补偿。本发明用于对电梯永磁曳引系统的起动转矩进行自适应补偿。
【专利说明】电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电梯永磁曳弓I系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，属于电机和电梯曳引控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在电梯运行过程中，曳引机通过钢丝绳带动轿厢和配重运动，当轿厢运动到目标楼层后，抱闸将曳引机抱住，轿厢速度降为零，轿厢门机打开，部分乘客出轿厢同时有新的乘客进入轿厢。轿厢再次运行时，抱闸打开，未知的负载转矩突然施加到曳引机上，此时如果曳引机产生的电磁转矩不能及时与负载转矩平衡，则会导致曳引机转子会在负载力矩方向上发生较小距离的转动，相应的轿厢会发生小距离溜车现象，影响乘梯舒适性。
[0003]通常情况下电梯的轿厢底部会安装称重传感器来获取负载重量信息，作为控制器的补偿量，使曳引机在抱闸打开之前输出与负载转矩相等的电磁转矩。这样抱闸装置打开后就能使电梯处于平衡状态，不发生倒溜。而安装称重传感器会增加系统成本，而且称重传感器反馈信息可能会受干扰导致系统可靠性下降。
【发明内容】
[0004]本发明目的是为了解决采用称重传感器获取电梯负载重量信息的方法来维持电梯系统运行前的平衡，会造成电梯系统可靠性降低及成本增加的问题，提供了一种电梯永磁曳弓I系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法。
[0005]本发明所述电梯永磁曳弓I系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，所述永磁曳引系统采用永磁同步电机作为曳引机，该永磁同步电机采用正余弦编码器作为位置传感器，它包括以下步骤:
[0006]步骤一:永磁同步电机运行过程中，采用微处理器采集正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B，位置信号A和位置信号B为两路正交信号，所述微处理器对两路正交信号作滞环比较获得增量计数值CNT，再对增量计数值CNT进行修正获得增量计数修正值CNTU，再根据增量计数修正值CNTU计算获得当前永磁同步电机转子位置值Θ ；
[0007]步骤二:根据永磁同步电机转子位置值Θ计算获得当前电机倒溜距离θπ、当前电机倒溜速度Wk及当前电机倒溜加速度ak;
[0008]步骤三:根据当前电机倒溜距离Θ m、当前电机倒溜速度Wk及当前电机倒溜加速度ak确定电机起动转矩补偿方式，对永磁同步电机的起动转矩进行自适应补偿。
[0009]步骤一中对增量计数值CNT进行修正获得增量计数修正值CNTU的具体方法为:
[0010]微处理器首次采集正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B时，首先将增量计数值CNT、增量计数修正值CNTU和前一采样周期的增量计数值CNTOLD置零；然后对位置信号A和位置信号B做反正切计算获得细分值Θ div，再根据细分值Θ div和增量计数修正值CNTU计算获得永磁同步电机转子位置值Θ ;将增量计数值CNT赋值给前一采样周期的增量计数值CNTOLD ；[0011]微处理器非首次采集正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B时，首先根据位置信号A和位置信号B判断正余弦编码器采样的信号区间是否发生切换:
[0012]当正余弦编码器采样的信号区间未发生切换时，对位置信号A和位置信号B做反正切计算获得细分值Θ div，再根据细分值Θ div和增量计数修正值CNTU计算获得永磁同步电机转子位置值Θ ;将增量计数值CNT赋值给前一采样周期的增量计数值CNTOLD ;
[0013]当正余弦编码器采样的信号区间发生切换时，判断增量计数值CNT和增量计数修正值CNTU是否相等:[0014]当增量计数值CNT和增量计数修正值CNTU相等时，将增量计数值CNT赋值给增量计数修正值CNTU，然后对位置信号A和位置信号B做反正切计算获得细分值Θ div，再根据细分值Gdiv和增量计数修正值CNTU计算获得永磁同步电机转子位置值Θ ;将增量计数值CNT赋值给前一采样周期的增量计数值CNTOLD ；
[0015]当增量计数值CNT和增量计数修正值CNTU不相等时，根据正余弦编码器采样的信号区间切换的顺序，判断永磁同步电机的转向:
[0016]若永磁同步电机为正转，将增量计数值CNT加I赋值给增量计数修正值CNTU，设定CNT等于M-1时，则CNT加I后得O ;然后对位置信号A和位置信号B做反正切计算获得细分值Qdiv，再根据细分值Gdiv和增量计数修正值CNTU计算获得永磁同步电机转子位置值Θ ;将增量计数值CNT赋值给前一采样周期的增量计数值CNTOLD ；
[0017]若永磁同步电机为反转，则将增量计数值CNT减I赋值给增量计数修正值CNTU，设定CNT等于O时，CNT减I后得M-1 ;然后对位置信号A和位置信号B做反正切计算获得细分值Qdiv，再根据细分值Gdiv和增量计数修正值CNTU计算获得永磁同步电机转子位置值Θ ;将增量计数值CNT赋值给前一采样周期的增量计数值CNTOLD ；
[0018]其中M为正余弦编码器旋转一周输出的正交信号脉冲数。
[0019]判断永磁同步电机的转向的具体方法为:
[0020]正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B为周期性的正交信号，将其顺序分为1、I1、III和IV四个区间，其中I区间内，位置信号A为正，位置信号B为正；其中II区间内，位置信号A为负，位置信号B为正；其中III区间内，位置信号A为负，位置信号B为负；其中IV区间内，位置信号A为正,位置信号B为负；
[0021]当正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B的区间切换顺序为:I — I1、
II—ΙΠ、ΙΙΙ—IV或IV—I时，判定永磁同步电机为正转；
[0022]当正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B的区间切换顺序为:IV —II1、
III—I1、II — I或I —IV时，判定永磁同步电机为反转。
[0023]永磁同步电机转子位置值θ的计算方法为:
2π?2、
[0024]Θ=— CNTli+Θ,.—。
M \1 π J
[0025]设定当前为第k个采样周期，其当前电机倒溜距离θ m的获得方法为:
[0026]0m=0k-0 17
[0027]式中Θ k为根据正余弦编码器在第k个采样周期采样的信号，计算获得的永磁同步电机转子位置值；Θ ,为根据正余弦编码器在首个采样周期采样的信号计算获得的永磁同步电机转子位置值；其中k > I ;
[0028]在第k个采样周期，当前电机倒溜速度Wk的获得方法为:
[0029]Wk= Θ k- Θ k_14，
[0030]式中Θ k_14为根据正余弦编码器在第k-14个采样周期采样的信号，计算获得的永磁同步电机转子位置值，其中k>14 ;若k≤14,则Θ k_14=0, wk=0 ；
[0031]在第k个采样周期，当前电机倒溜加速度a k的获得方法为:
[0032]a k=wk-wk-7,
[0033]wk_7为根据正余弦编码器在第k_7个采样周期采样的信号，计算获得的电机倒溜速度，其中k>14;若k≤14，则ak=0。
[0034]步骤三中根据当前电机倒溜距离Θ m、当前电机倒溜速度Wk及当前电机倒溜加速度a k确定电机起动转矩补偿方式，对永磁同步电机的起动转矩进行自适应补偿的具体方法为:
[0035]步骤三一:当当前电机倒溜距离θ π> ε时，执行步骤三二 ；当当前电机倒溜距离θω<-ε时，执行步骤三三；否则速度环PI控制模式使能，返回步骤一；ε为预设置的倒溜距离阈值；
[0036]步骤三二:若wk> Δ,电梯永磁曳引系统的模糊自调节中的模糊补偿模式使能；Λ为倒溜速度阈值；当wk〈- Δ /2时，电梯永磁曳引系统的模糊自调节中的摩擦力校正模式使能；当满足-Λ /2<wk< Λ时，电梯永磁曳引系统的PI控制模式使能；然后执行步骤三四；
[0037]步骤三三:若wk〈_A，电梯永磁曳引系统的模糊自调节中的模糊补偿模式使能；当满足wk> Λ /2时，电梯永磁曳引系统的模糊自调节中的摩擦力校正模式使能；当满足-Δ <wk< Δ /2时，电梯永磁曳引系统的PI控制模式使能；然后执行步骤三四；
[0038]步骤三四:判断电梯永磁曳引系统零伺服是否结束，若是，则结束补偿，实现对永磁同步电机的起动转矩的自适应补偿；否则，计算当前电机倒溜速度Wk及当前电机倒溜加速度a k，若当前电机倒溜速度Wk大于零，则返回步骤三二，否则返回步骤三三。
[0039]所述模糊补偿模式为一个双变量输入单变量输出的模糊控制器:其输入变量为当前电机倒溜速度Wk及当前电机倒溜加速度ak，输出变量为kt，kt为近似电磁转矩变化率；当前电机倒溜速度Wk经速度输入量化因子Ke作用后，映射到速度论域§ ；当前电机倒溜加速度a k经加速度输入量化因子Kee作用后，映射到加速度论域深；模糊输出H经输出比例因子Ku作用获得输出变量kt;
[0040]当前电机倒溜速度wk的基本论域范围为[-0.048, -0.008]和[0.008, 0.048]弧度每秒，当前电机倒溜加速度a k的基本论域范围为[-60，60]弧度每秒的平方，输出变量kt的基本论域范围为[-0.12%In, -0.02%In] U [0.02%In, 0.12%IN]，其中In为曳引机的额定电流；其中Ke取为20，Kce取为0.05，Ku取为0.02%In ；
[0041]速度论域g的范围为[-6,-1] U [1，6]，加速度论域的范围为[-3，-3];模糊输出泛的论域范围为[-6,-1] U [I, 6]；
[0042]描述当前电机倒溜速度Wk模糊变量的词集选为:
[0043]{负较快，负快，负慢，正慢，正快，正较快}
[0044]相应速度论域β所属的模糊集合表示为:[0045]{NB, NM, NS, PS, PM, PB}；
[0046]描述当前电机倒溜加速度a k模糊变量的词集选为:
[0047]{负，中，正}
[0048]相应加速度论域深所属的模糊集合表示为:
[0049]{N, Z, P}；
[0050]描述输出变量为kt模糊变量的词集选为:
[0051]{负较快，负快，负慢，正慢，正快，正较快}
[0052]相应的模糊输出δ所属的模糊集合表示为:
[0053]{NB, NM, NS, PS, PM, PB}；
[0054]速度论域§上的模糊集合的隶属度函数解析式为:
[0055]
【权利要求】
1.一种电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，其特征在于，所述永磁曳引系统采用永磁同步电机作为曳引机，该永磁同步电机采用正余弦编码器作为位置传感器，它包括以下步骤: 步骤一:永磁同步电机运行过程中，采用微处理器采集正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B，位置信号A和位置信号B为两路正交信号，所述微处理器对两路正交信号作滞环比较获得增量计数值CNT，再对增量计数值CNT进行修正获得增量计数修正值CNTU，再根据增量计数修正值CNTU计算获得当前永磁同步电机转子位置值Θ ； 步骤二:根据永磁同步电机转子位置值Θ计算获得当前电机倒溜距离θπ、当前电机倒溜速度Wk及当前电机倒溜加速度ak; 步骤三:根据当前电机倒溜距离θπ、当前电机倒溜速度Wk及当前电机倒溜加速度Cik确定电机起动转矩补偿方式，对永磁同步电机的起动转矩进行自适应补偿。
2.根据权利要求1所述的电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，其特征在于，步骤一中对增量计数值CNT进行修正获得增量计数修正值CNTU的具体方法为: 微处理器首次采集正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B时，首先将增量计数值CNT、增量计数修正值CNTU和前一采样周期的增量计数值CNTOLD置零；然后对位置信号A和位置信号B做反正切计算获得细分值Θ div,再根据细分值Θ div和增量计数修正值CNTU计算获得永磁同步电机转子位置值Θ ;将增量计数值CNT赋值给前一采样周期的增量计数值 CNTOLD ； 微处理器非首次采集正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B时，首先根据位置信号A和位置信号B判断正余弦编码器采样的信号区间是否发生切换: 当正余弦编码器采样的 信号区间未发生切换时，对位置信号A和位置信号B做反正切计算获得细分值Qdiv，再根据细分值Qdiv和增量计数修正值CNTU计算获得永磁同步电机转子位置值Θ ;将增量计数值CNT赋值给前一采样周期的增量计数值CNTOLD ; 当正余弦编码器采样的信号区间发生切换时，判断增量计数值CNT和增量计数修正值CNTU是否相等: 当增量计数值CNT和增量计数修正值CNTU相等时，将增量计数值CNT赋值给增量计数修正值CNTU，然后对位置信号A和位置信号B做反正切计算获得细分值Θ div，再根据细分值Qdiv和增量计数修正值CNTU计算获得永磁同步电机转子位置值Θ ;将增量计数值CNT赋值给前一采样周期的增量计数值CNTOLD ； 当增量计数值CNT和增量计数修正值CNTU不相等时，根据正余弦编码器采样的信号区间切换的顺序，判断永磁同步电机的转向: 若永磁同步电机为正转，将增量计数值CNT加I赋值给增量计数修正值CNTU，设定CNT等于M-1时，则CNT加I后得O ;然后对位置信号A和位置信号B做反正切计算获得细分值9div，再根据细分值Qdiv和增量计数修正值CNTU计算获得永磁同步电机转子位置值Θ ;将增量计数值CNT赋值给前一采样周期的增量计数值CNTOLD ； 若永磁同步电机为反转，则将增量计数值CNT减I赋值给增量计数修正值CNTU，设定CNT等于O时，CNT减I后得M-1 ;然后对位置信号A和位置信号B做反正切计算获得细分值ediv，再根据细分值Gdiv和增量计数修正值CNTU计算获得永磁同步电机转子位置值Θ ；将增量计数值CNT赋值给前一采样周期的增量计数值CNTOLD ； 其中M为正余弦编码器旋转一周输出的正交信号脉冲数。
3.根据权利要求2所述的电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，其特征在于，判断永磁同步电机的转向的具体方法为: 正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B为周期性的正交信号，将其顺序分为1、I1、111和IV四个区间，其中I区间内，位置信号A为正，位置信号B为正；其中II区间内，位置信号A为负，位置信号B为正；其中III区间内，位置信号A为负，位置信号B为负；其中IV区间内，位置信号A为正,位置信号B为负； 当正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B的区间切换顺序为:I — I1、II —II1、III—IV或IV— I时，判定永磁同步电机为正转； 当正余弦编码器输出的位置信号A和位置信号B的区间切换顺序为:IV—ΙII、ΙΙΙ— I1、II—I或I —IV时，判定永磁同步电机为反转。
4.根据权利要求3所述的电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，其特征在于，永磁同步电机转子位置值Θ的计算方法为:
5.根据权利要求4所述的电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，其特征在于， 设定当前为第k个采样周期，其当前电机倒溜距离0m的获得方法为:
θ III= θ k_ θ I， 式中θ k为根据正余弦编码器在第k个采样周期采样的信号，计算获得的永磁同步电机转子位置值；Θ i为根据正余弦编码器在首个采样周期采样的信号计算获得的永磁同步电机转子位置值；其中k > I ; 在第k个采样周期，当前电机倒溜速度Wk的获得方法为:
Wk= θ k_ θ k-14， 式中Θ k_14为根据正余弦编码器在第k-14个采样周期采样的信号，计算获得的永磁同步电机转子位置值，其中k>14 ;若k≤14，则Θ k_14=0，wk=0 ； 在第k个采样周期，当前电机倒溜加速度a k的获得方法为: a k=wk-wk_7, wk_7为根据正余弦编码器在第k-7个采样周期采样的信号，计算获得的电机倒溜速度，其中 k>14 ;gk ≤ 14，则 ak=0。
6.根据权利要求5所述的电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，其特征在于，步骤三中根据当前电机倒溜距离θπ、当前电机倒溜速度Wk及当前电机倒溜加速度ak确定电机起动转矩补偿方式，对永磁同步电机的起动转矩进行自适应补偿的具体方法为:步骤三一:当当前电机倒溜距离θπ>ε时，执行步骤三二；当当前电机倒溜距离θω<-ε时，执行步骤三三；否则速度环PI控制模式使能，返回步骤一；ε为预设置的倒溜距离阈值；步骤三二:若wk> Δ,电梯永磁曳引系统的模糊自调节中的模糊补偿模式使能；Λ为倒溜速度阈值；当wk〈- Δ /2时，电梯永磁曳引系统的模糊自调节中的摩擦力校正模式使能；当满足-Λ /2<wk< Λ时，电梯永磁曳引系统的PI控制模式使能；然后执行步骤三四； 步骤三三:若wk〈-A，电梯永磁曳引系统的模糊自调节中的模糊补偿模式使能；当满足wk> Δ /2时，电梯永磁曳引系统的模糊自调节中的摩擦力校正模式使能；当满足-Δ <wk< Δ /2时，电梯永磁曳引系统的PI控制模式使能；然后执行步骤三四； 步骤三四:判断电梯永磁曳引系统零伺服是否结束，若是，则结束补偿，实现对永磁同步电机的起动转矩的自适应补偿；否则，计算当前电机倒溜速度Wk及当前电机倒溜加速度a k，若当前电机倒溜速度Wk大于零，则返回步骤三二，否则返回步骤三三。
7.根据权利要求6所述的电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，其特征在于， 所述模糊补偿模式为一个双变量输入单变量输出的模糊控制器:其输入变量为当前电机倒溜速度Wk及当前电机倒溜加速度ak，输出变量为kt，kt为近似电磁转矩变化率；当前电机倒溜速度Wk经速度输入量化因子Ke作用后，映射到速度论域h当前电机倒溜加速度a k经加速度输入量化因子Km作用后，映射到加速度论域&模糊输出经输出比例因子Ku作用获得输出变量kt ； 当前电机倒溜速度wk的基本论域范围为[-0.048, -0.008]和[0.008, 0.048]弧度每秒，当前电机倒溜加速度a k的基本论域范围为[-60，60]弧度每秒的平方，输出变量kt的基本论域范围为[-0.12%In, -0.02%In] U [0.02%In, 0.12%IN]，其中In为曳引机的额定电流；其中Ke取为20，Kce取为0.05，Ku取为0.02%In ； 速度论域g的范围为[_6，-1] U [1，6]，加速度论域深的范围为[-3，-3];模糊输出5的论域范围为[-6,-1] U [1,6]； 描述当前电机倒溜速度Wk模糊变量的词集选为: {负较快，负快，负慢，正慢，正快，正较快} 相应速度论域β所属的模糊集合表示为:
{NB, NM, NS, PS, PM, PB}； 描述当前电机倒溜加速度ak模糊变量的词集选为: {负，中，正} 相应加速度论域所属的模糊集合表示为:
{N, Z, P}； 描述输出变量为kt模糊变量的词集选为: {负较快，负快，负慢，正慢，正快，正较快} 相应的模糊输出C所属的模糊集合表示为:
{NB, NM, NS, PS, PM, PB}； 速度论域g上的模糊集合的隶属度函数解析式为:
8.根据权利要求7所述的电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，其特征在于， 当输入模糊控制器的当前电机倒溜速度Wk为0.125弧度每秒，当前电机倒溜加速度cik为10弧度每秒的平方，经输入量化因子作用后5为2.5，沒为0.5 J隶属于模糊子集匪和NS，隶属度均为0.5 ;沒隶属于模糊子集Ζ，隶属度为I ;推理规则R11和R14被激活，根据推理规则R11获得输出模糊集合NS的高度μ(NS(μ)): μ(NS(μ)=min {μps(e),μz (ce)} =min { 0.5,1)=0.5 , 根据推理规则R14获得输出模糊集合匪的高度μ(ΝΜ(μ)):
9.根据权利要求8所述的电梯永磁曳引系统无称重传感器自适应起动转矩补偿方法，其特征在于， 摩擦力校正模式为:在步骤三一中，当前电机倒溜距离θπ>ε时，则在步骤三二中摩擦力校正模式使能时，Δ if=-4%IN ；Δ if为摩擦力校正控制模式的输出； 若在步骤三一中倒溜距离满足条件θπ〈-ε时，则在步骤三三中摩擦力校正控制模式使能时，Δif=4%IN。
【文档编号】B66B1/06GK103449268SQ201310444642
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】王高林, 李铁链, 徐进, 张国强, 贵献国, 徐殿国 申请人:哈尔滨工业大学