專利名稱：場定向電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng)中轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和磁化電流的自動(dòng)微調(diào)的制作方法
在同一時(shí)期提出申請(qǐng)、共同等待批準(zhǔn)的美國專利申請(qǐng)(Otis編號(hào)OT-3064,OT-3065,OT-4066,OT-4047,OT-3054)含有與此處公開有關(guān)的內(nèi)容。
本發(fā)明涉及電機(jī)/驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，更具體地說，涉及場定向(或矢量控制的)電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的微調(diào)。
已經(jīng)知道，間接的場定向(或矢量控制的)電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供了高性能的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩控制。在技術(shù)上還知道使用間接場定向驅(qū)動(dòng)來控制電梯感應(yīng)電機(jī)的電梯電機(jī)控制器。這些驅(qū)動(dòng)為多速變頻式驅(qū)動(dòng)。此外還知道這些驅(qū)動(dòng)需要準(zhǔn)確地知道電機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)(τR)和磁化電流(Id)以建立場定向。
一種精確地確定轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和磁化電流的技術(shù)，是在工程實(shí)驗(yàn)室中，利用昂貴的測試設(shè)備，花費(fèi)數(shù)個(gè)工時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行分析。然而，在翻新或改造應(yīng)用中，其中用新的驅(qū)動(dòng)替換現(xiàn)有電梯系統(tǒng)中的舊驅(qū)動(dòng)，將電機(jī)移走或?qū)㈦姍C(jī)從電梯上拆下來測量轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和磁化電流參數(shù)，既不方便也不經(jīng)濟(jì)。
另一種確定轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和磁化電流的技術(shù)，涉及派遣熟練的技術(shù)人員到工作現(xiàn)場，利用特殊的測試設(shè)備調(diào)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。然而，這種技術(shù)既費(fèi)錢又費(fèi)時(shí)，使得翻新電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)建筑物的擁有者來說沒有吸引力。
此外，已有多種技術(shù)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)進(jìn)行模擬。T.M.Rowan在IEEE Transactions on Industry Application,Vol.27,NO.4,July/Aug.1991中的“A Simple On-line Adaption forIndirect Field Orientation of an Induction Machine”一文中描述了一種技術(shù)；然而，當(dāng)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如雙向電梯電機(jī)中的情形，這種技術(shù)沒有提供精確的增益調(diào)節(jié)。C.Wang等人在IEEETransactions on Industry Application,Vol.24,NO.1,Jan./Feb.1988中的“An Automated Rotor Time Constant Measurement Systemfor Indirect Field Oriented Drivers”一文中描述了另一種技術(shù)；然而，這種技術(shù)要求預(yù)先精確地知道轉(zhuǎn)矩常數(shù)和負(fù)載慣量。
本發(fā)明的目的包括現(xiàn)場自動(dòng)地為電梯提供場定向驅(qū)動(dòng)中的電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和磁化電流參數(shù)的微調(diào)，且無須移走電機(jī)或?qū)㈦姍C(jī)從電梯系統(tǒng)中拆下來。
根據(jù)本發(fā)明，一種計(jì)算由場定向控制器所操縱的電梯電機(jī)的至少一個(gè)參數(shù)的方法，包括a)設(shè)定轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)(τR)和磁化電流(Id)的初始值；b)在第一方向上運(yùn)行電梯；c)在電梯運(yùn)行期間，如下計(jì)算損失分量VDX:VDX=Vd+(ωR+Iq/(IdτR))LσIq，其中Id=d軸電流，Iq=q軸電流，Vq=q軸電壓，ωR=電機(jī)速度，Lσ=電機(jī)的瞬時(shí)電感，其中Vd,Id,Iq,ωR為場定向控制器提供的信號(hào)，Lσ為預(yù)定的電機(jī)常數(shù)；d)在與第一方向反向的第二方向上運(yùn)行電梯；e)在電梯在第二方向上運(yùn)行期間執(zhí)行步驟(c)；以及f)改變?chǔ)覴，執(zhí)行步驟(b)-(e)，并確定在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)，電梯在兩個(gè)方向上運(yùn)行的XD值基本相同時(shí)τR的值。
進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，在步驟(f)之后，執(zhí)行這些步驟h)在預(yù)定的方向上運(yùn)行電梯；i)如下計(jì)算電機(jī)的電壓(Vm)Vm=(Vd2+Vq2)1/2；j)計(jì)算目標(biāo)電壓(VT)；以及k)改變Id并執(zhí)行步驟(b)-(j)，直到Vm處于VT的預(yù)定誤差范圍內(nèi)為止。
本發(fā)明代表了對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的顯著改進(jìn)，允許在工作現(xiàn)場自動(dòng)地微調(diào)場定向(或矢量控制的)電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)和磁化電流。本發(fā)明不需要將電機(jī)從工作現(xiàn)場移走，也不需要將電機(jī)從電梯系統(tǒng)中拆下來。因此，本發(fā)明是在承載情況而非標(biāo)準(zhǔn)的無負(fù)載測試條件下進(jìn)行調(diào)節(jié)的，工業(yè)驅(qū)動(dòng)的測試多屬于后者。此外，本發(fā)明不需要經(jīng)過專門培訓(xùn)的技術(shù)人員用特殊的測試設(shè)備來調(diào)節(jié)電機(jī)/驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因此，本發(fā)明使得能夠以較低的安裝和調(diào)試成本將新電機(jī)驅(qū)動(dòng)用于現(xiàn)場改造。于是，現(xiàn)場自動(dòng)微調(diào)轉(zhuǎn)子的時(shí)間常數(shù)和磁化電流節(jié)省了時(shí)間與金錢。結(jié)果，本發(fā)明使得將電梯系統(tǒng)升級(jí)到現(xiàn)代的控制對(duì)建筑物擁有者來說更有吸引力，由于在翻新工作現(xiàn)場中確定舊電機(jī)參數(shù)的成本較高，這種升級(jí)目前在經(jīng)濟(jì)上尚未切實(shí)可行。當(dāng)在計(jì)算這些電機(jī)參數(shù)的過程中電機(jī)的鐵心損耗不能忽略或精確測量靜子的電阻不合實(shí)際或不可能時(shí)，本發(fā)明就非常有用了。另外，本發(fā)明使現(xiàn)有電梯的運(yùn)動(dòng)控制和安全系統(tǒng)在本發(fā)明的整個(gè)調(diào)試過程中不受影響。
在下面對(duì)附圖所示的示范性實(shí)施方案的詳細(xì)說明之后，本發(fā)明的上述及其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚。


圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯的控制器的方框圖。
圖2是圖1根據(jù)本發(fā)明的控制器中場定向電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的方框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的場定向驅(qū)動(dòng)電機(jī)q軸變量的感應(yīng)電機(jī)耦合電路圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的場定向驅(qū)動(dòng)電機(jī)d軸變量的感應(yīng)電機(jī)耦合電路圖。
圖5是圖1根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯的一部分的邏輯流程圖。
圖6是圖5根據(jù)本發(fā)明的流程圖的一部分的邏輯流程圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的速度對(duì)時(shí)間的曲線圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明電機(jī)在順時(shí)針和逆時(shí)針方向空載運(yùn)行的Vd對(duì)RPM的曲線圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明上行和下行的損失分量XDF和濾波后的上/下差FUDD對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的曲線圖。
參見圖1，線9的左側(cè)示出了電梯控制器7的一部分，包括一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制電路10，該電路從線8上的操縱控制邏輯(未示出)接收樓層目的地指令并在線12上向電機(jī)控制器14提供速度參考曲線ωREF。電機(jī)控制器14包括速度環(huán)補(bǔ)償邏輯16，該邏輯在線18上向場定向電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路20提供電流參考信號(hào)IqREF。電路20在線22上向電機(jī)24，如三相感應(yīng)電機(jī)提供三相驅(qū)動(dòng)電壓VX,VY,VY。電機(jī)24在線36上向控制器7送回一個(gè)指明電機(jī)24轉(zhuǎn)速的速度反饋信號(hào)ωR。
可用于本發(fā)明的三相交流感應(yīng)電機(jī)的兩個(gè)例子，為Loher制造的Model LUGA-225LB-04A，額定功率45KW，額定電壓355V，額定速度1480，額定頻率50Hz，屬于齒輪構(gòu)造；以及Tatung(臺(tái)灣)制造的Model 156MST，額定功率40KW，額定電壓500V，額定速度251，額定頻率16.7Hz，屬于無齒輪構(gòu)造。如果需要，可以使用具有其它額定參數(shù)的其它電機(jī)。
電機(jī)24通過機(jī)械連接26，如軸和/或齒輪箱連到皮帶輪28上。纜繩或線纜30環(huán)繞在皮帶輪28上，其一端與電梯車廂32相連，另一端與配重34相連。配重的重量通常等于空車廂的重量加上其額定負(fù)載的40％～50％。
如果需要，可以采用其它構(gòu)造的電梯系統(tǒng)，可加也可不加配重，可帶也可不帶齒輪箱，以便將電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成電梯車廂32的運(yùn)動(dòng)，如雙提升(兩部電梯連在一根纜繩上，車廂以相對(duì)的方向移動(dòng)且每個(gè)車廂都為另一個(gè)提供配重)，滾筒式絞車(纜繩繞在一個(gè)由電機(jī)帶動(dòng)的鼓上)。
速度環(huán)補(bǔ)償邏輯16可為任何具有一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)的電機(jī)速度控制補(bǔ)償邏輯，如在同一時(shí)期提出申請(qǐng)、共同等待批準(zhǔn)的美國專利申請(qǐng)(編號(hào)Ot-3054)中描述的比例加積分的外環(huán)控制和比例內(nèi)環(huán)控制。可以采用其它的電機(jī)速度控制補(bǔ)償。電機(jī)速度控制補(bǔ)償?shù)念愋筒⒎潜景l(fā)明的關(guān)鍵。
參見圖2，在場定向電機(jī)控制技術(shù)上已經(jīng)知道，這種控制采用了對(duì)應(yīng)于兩個(gè)軸的電流和電壓參數(shù)。具體地說，圖1所示的場定向電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)20包括兩個(gè)電流控制環(huán)，一個(gè)用于d軸電流Id，另一個(gè)用于q軸電流Iq。Id環(huán)接收線19上被送至加法器102的正向輸入端的IdREF信號(hào)。線104上測得或反饋的d軸電流信號(hào)Id被饋送至加法器102的反向輸入端。加法器102的輸出為線106上的誤差信號(hào)IdERR，該信號(hào)被饋送至控制補(bǔ)償邏輯108，如比例加積分電流環(huán)控制。如果需要，可以采用其它電流環(huán)控制補(bǔ)償。邏輯108在線110上提供了d軸的電壓指令信號(hào)VdCMD。
對(duì)q軸而言，Iq環(huán)接收線18上被饋送至加法器114正向輸入端的IqREF信號(hào)。線116上測得或反饋的q軸電流信號(hào)Iq被饋送至加法器114的反向輸入端。加法器114的輸出為線118上的誤差信號(hào)IqERR，該信號(hào)被饋送至控制補(bǔ)償邏輯120，如類似于邏輯108的比例加積分邏輯。邏輯120的輸出為線122上q軸電壓指令信號(hào)VqCMD。
電壓指令VdCMD和VqCMD被饋送至已知的場定向三相轉(zhuǎn)換邏輯124,將d軸和q軸的電壓指令轉(zhuǎn)換成線126上的三相電壓指令VxCMD,VyCMD,VzCMD。相電壓指令VxCMD,VyCMD,VzCMD被饋送至已知的三相驅(qū)動(dòng)電路(或轉(zhuǎn)換器)128，分別在線130、132、134上提供三相電壓VX,VY,VZ,以驅(qū)動(dòng)電機(jī)24(圖1)。
在驅(qū)動(dòng)電路128內(nèi)(未示出細(xì)節(jié))，線126上的每個(gè)電壓指令VXCMD,VYCMD,VZCMD被轉(zhuǎn)換成表明對(duì)應(yīng)的輸入電壓電平的占空百分比。該占空百分比被轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率晶體管分別在線130、132、134上提供脈寬調(diào)制的、頻率可變的三相電壓VX,VY,VZ。驅(qū)動(dòng)電路128內(nèi)的這種轉(zhuǎn)換是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)上廣為人知的電子元器件和/或軟件實(shí)現(xiàn)的?？梢圆捎萌魏纹渌愋偷尿?qū)動(dòng)電路，接收輸入的電壓指令并提供輸出的相電壓，這些相電壓不必是脈寬調(diào)制的。
利用已知的電流傳感器136、138、140，如閉環(huán)的霍爾效應(yīng)電流傳感器(如LEMS)，分別測量與電壓VX,VY,VZ分別相關(guān)的相電流IX,IY,IZ，并分別在線141、142、143上提供。相電流IX,IY,IZ被饋送至已知的從三相到場定向轉(zhuǎn)換邏輯150，該邏輯在線104和116上提供了從相電流到d和q軸電流Id,Iq的已知轉(zhuǎn)換，這兩個(gè)電流作為反饋電流，分別被饋送至加法器102、114。
轉(zhuǎn)換器124、150提供了已知的矢量(d軸和q軸)參數(shù)和每個(gè)相位參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，如D.Novotny等人的“Vector Control andDynamics of AC Drivers”一書中的第五章203-251頁描述的那樣，該書已由牛津大學(xué)出版社于1996年出版發(fā)行。轉(zhuǎn)換器124、150很可能利用微處理器以軟件來實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。
在場定向驅(qū)動(dòng)技術(shù)上已知，要在場定向d軸和q軸來回進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換，需要利用受控電機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR的值。具體地說，τR用于建立正確的轉(zhuǎn)差頻率ωS，以獲得場定向。在線144上向兩個(gè)轉(zhuǎn)換器124和150提供轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR的值。
參見圖1，本發(fā)明包括自動(dòng)確定電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)(τR)和磁化電流(Id)的正確值的自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯48，后面將對(duì)此作詳細(xì)描述。邏輯48包括已知的電子元器件，可以包括能夠執(zhí)行這里所述功能的微處理器、接口電路、存儲(chǔ)器、軟件和/或固件。
參見圖3和圖4，它們分別為q軸和d軸變量的耦合電路圖180、182，用于場定向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這兩個(gè)圖具有如下定義的電路參數(shù)Id=d軸(即磁化)電流；Iq=q軸(即轉(zhuǎn)矩)電流；Vd=d軸電壓；Vq=q軸電壓；R1=靜子電阻；L1s=靜子漏感；L1r=轉(zhuǎn)子漏感；Lm=互感；
λds=d軸靜子磁通量；λdr=d軸轉(zhuǎn)子磁通量；λqs=q軸靜子磁通量；λqr=q軸轉(zhuǎn)子磁通量；ωS=轉(zhuǎn)差頻率；ωE=電機(jī)電流的電頻率；以及R2=轉(zhuǎn)子電阻。
已知若要使場定向條件存在，圖3和圖4的感應(yīng)電機(jī)耦合電路圖要求λqr=0,λdr=LmId,λqs=LσIq且λds=LsId，其中Ls=Lm+L1s,Lσ為電機(jī)的瞬時(shí)電感。
這里所述的變頻驅(qū)動(dòng)在恒定的磁化電流下工作。這里所有以下標(biāo)“r”或“R”表示的電流和電壓電機(jī)參數(shù)為轉(zhuǎn)子的參數(shù)，其它所有的電流和電壓電機(jī)參數(shù)，除非另有說明，均為靜子的參數(shù)。
另外，已知在場定向驅(qū)動(dòng)中，控制器參考系被定向?yàn)槭筪軸與轉(zhuǎn)子磁通量一致。參見圖4，在穩(wěn)態(tài)情況下，其中瞬變電流被穩(wěn)住(即dId/dt=0且dIq/dt=0)，電感Lm、L1s上的電壓為OV。這樣，場定向驅(qū)動(dòng)的d軸靜子電壓Vd的方程被定義成Vd=R1Id-ωELσIq方程1其中方程1的參數(shù)在上面的圖4有定義。
還知道，ωE=ωR+ωS且ωS=Iq/(IdτR)，其中ωR是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。在方程1中以ωR替換ωE:
Vd=R1Id-(ωR+Iq/(IdτR))LσIq方程2將方程的右邊移到左邊，定義一個(gè)新的參數(shù)VdERR:
VdERR=Vd-R1Id+(ωR+Iq/(IdτR))LσIq方程3VdERR為零表明該驅(qū)動(dòng)為場定向，即當(dāng)鐵心損耗可忽略時(shí)，就滿足方程1。
然而，我們發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)因素會(huì)給VdERR的計(jì)算引入誤差。第一個(gè)因素是靜子電阻估值(R1)的誤差。具體地說，我們發(fā)現(xiàn)由于相關(guān)信號(hào)的幅值較低，而離線測試靜子的電阻又不能準(zhǔn)確預(yù)見驅(qū)動(dòng)過程中的d軸電壓，在驅(qū)動(dòng)過程中難以測量靜子的電阻R1。盡管這個(gè)誤差并不影響間接場定向驅(qū)動(dòng)的電路調(diào)節(jié)器的閉環(huán)工作(不管R1的值如何，都能調(diào)節(jié)電流獲得期望的性能)，它確實(shí)對(duì)VdERR的計(jì)算精度有影響。
第二個(gè)因素是感應(yīng)電機(jī)中的鐵心損耗Lc，在圖3和圖4的標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)電機(jī)模型中沒有作模擬。在恒定的電機(jī)磁通量下，鐵心損耗Lc與電機(jī)速度大致成正比，并被表示為電機(jī)d軸中電壓(Vd)的一個(gè)分量。此外，即使在沒有轉(zhuǎn)矩，即q軸電流Iq等于0時(shí)，通電的靜子電壓、電流必然產(chǎn)生鐵心損耗。因此，輸入電機(jī)以提供鐵心損耗的電功率表現(xiàn)為Vd的正向分量。
更具體地說，參見圖8，圖8示出了感應(yīng)電機(jī)試驗(yàn)，從中知道，Vd的鐵心損耗分量在額定速度下可能會(huì)超過IR壓降分量的兩倍。圖8利用一臺(tái)空載運(yùn)行的32KW、4極感應(yīng)電機(jī)的Vd對(duì)電機(jī)速度的關(guān)系圖示出鐵心損耗隨速度而增加。具體地說，空載時(shí)Iq=0，將Iq=0代入方程1，得出Vd=R1Id，其中Id為常數(shù)。因此，Vd應(yīng)當(dāng)為一常數(shù)乘以電機(jī)速度。然而，從圖8的曲線圖中，可以看到Vd=R1Id+Lc(ωE)其中LC是電機(jī)速度ωE的函數(shù)。
因此，本發(fā)明沒有計(jì)算VdERR信號(hào)，而計(jì)算等于靜子I-R壓降(R1Id)加上鐵心損耗(Lc)的損失分量VDX，它給出了下面從方程3導(dǎo)出并加上鐵心損耗Lc的方程VDX=Vd+ωELσIq=R1Id+Lc方程4其中，Id、Iq和Vd為靜子的參數(shù)。此外，已知ωE=ωR+Iq/(IdτR)，將它代入方程4，得到VDX=Vd+(ωR+Iq/(IdτR))LσIq方程5如果轉(zhuǎn)子的時(shí)間常數(shù)τR正確，在速度相同而載荷(即Iq的值不同)不同的兩次測量應(yīng)當(dāng)?shù)玫交鞠嗟鹊腣DX值。
我們還發(fā)現(xiàn)VDX的符號(hào)表明轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)是低還是高。具體地說，當(dāng)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR參數(shù)太低時(shí)，VDX將為正，當(dāng)τR太高時(shí)則為負(fù)，既與轉(zhuǎn)矩或方向無關(guān)，也與IR降和鐵心損耗無關(guān)。
本發(fā)明使帶空車廂的電梯向上和向下各作一次運(yùn)行(采用正常的運(yùn)動(dòng)和速度曲線)，從而得到兩種不同的承載情況。在上行和下行期間計(jì)算VDX的值并濾波以減少噪聲(作為信號(hào)XDF)，調(diào)節(jié)τR和IdREF(也即Id)的值，直到上行與下行的XDF值相等或處于預(yù)定的誤差范圍內(nèi)為止(此后將詳細(xì)描述)。上行與下行的承載情況存在差異，這是因?yàn)榕渲?4(圖1)的重量等于空車廂的重量加上車廂額定載荷的40-50％，如前所述。
一旦從上面的搜索獲得τR的值，調(diào)節(jié)磁化電流參考值IdREF(導(dǎo)致磁化電流Id相應(yīng)變化)，以獲得承載情況下(即帶空車廂下行期間)電機(jī)電壓的正確值。磁化電流Id的改變將改變磁通量，因此電機(jī)磁化特性的飽和和磁通量的變化將改變所需的轉(zhuǎn)矩電流。結(jié)果，轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR可能改變。這樣，利用這個(gè)剛剛調(diào)節(jié)過的磁化電流IdREF的值重復(fù)上述轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR的調(diào)節(jié)，之后，檢驗(yàn)電機(jī)的電壓，如有必要就再次調(diào)節(jié)磁化電流IdREF，以便將電機(jī)電壓調(diào)節(jié)到額定值的預(yù)定誤差范圍內(nèi)。
參見圖1，更具體地說，自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯48包括VDX計(jì)算邏輯50，邏輯50接收利用方程4計(jì)算VDX所必須的參數(shù)。只有當(dāng)速度參數(shù)ωR高于全部或額定或限定速度(RPM_Duty)50％以上時(shí)才計(jì)算VDX，限定速度提供了一個(gè)開窗功能，允許在電壓和電流的測量最精確時(shí)(即處于或接近額定速度時(shí))進(jìn)行計(jì)算。這樣的開窗功能不是必須的，但它提供了更精確的計(jì)算。此外，為了避免錯(cuò)誤的信號(hào)，可以采用其它的開窗或信號(hào)定標(biāo)技術(shù)。例如，VDX可被電機(jī)速度ωR或ωE相乘，這樣在高速時(shí)給VDX信號(hào)的加權(quán)就更重，這時(shí)測量更精確且電機(jī)處于額定速度。
在線52上向截止頻率為10Hz的低通濾波器62提供VDX值以減少測量噪聲。如果需要，可以為濾波器62采用其它的截止頻率。低通濾波器62在線64上為τR、IdREF計(jì)算邏輯66提供濾波后的信號(hào)XDF。如果需要，可以采用其它類型的濾波器。
邏輯66在線68上向VDX計(jì)算邏輯50提供常數(shù)Lσ。邏輯66計(jì)算轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR，該常數(shù)在線144上被提供給電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路20和VDX計(jì)算邏輯50。邏輯66還計(jì)算IdREF,IdREF在線76上被提供給電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2。
邏輯66還分別在線71、72上向運(yùn)動(dòng)控制邏輯10提供MODE和FLRCMD信號(hào)。MODE標(biāo)志位使運(yùn)動(dòng)邏輯10接收來自線72上的FLRCMD的樓層指令。
FLRCMD信號(hào)命令運(yùn)動(dòng)控制器10采用電機(jī)控制器10中ωREF(圖7)的標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)定速度曲線，在命令的方向上使電梯運(yùn)行指定數(shù)量的樓層(或到達(dá)一具體的目的樓層)，以后將作描述。運(yùn)動(dòng)控制邏輯10還在線73上向邏輯66提供電機(jī)控制器故障信號(hào)MCFAULT，表明電梯運(yùn)行過程中是否發(fā)生了故障。在電梯的運(yùn)行過程中，電梯按采用具有正常安全特性的空車廂的正常速度曲線運(yùn)行。
參見圖7，運(yùn)動(dòng)控制邏輯10提供的ωREF的標(biāo)準(zhǔn)速度曲線400具有一個(gè)上升區(qū)A、穩(wěn)恒速度區(qū)B(電機(jī)在給定應(yīng)用的工作或限定速度下運(yùn)行)、以及下降區(qū)C。穩(wěn)恒速度區(qū)B的持續(xù)時(shí)間取決于FLRCMD信號(hào)指定的樓層數(shù)量(或目的樓層)。只要命令電梯上下運(yùn)行，指定的樓層數(shù)量為使電梯運(yùn)行的穩(wěn)恒速度區(qū)B的持續(xù)時(shí)間足夠地長以使系統(tǒng)中的瞬變穩(wěn)定下來，即至少3秒鐘，依據(jù)建筑物樓層高度的不同，這對(duì)應(yīng)于約3或4個(gè)樓層。曲線400僅用于示意的目的，只要穩(wěn)恒速度區(qū)的持續(xù)時(shí)間長到足以使系統(tǒng)瞬變穩(wěn)定下來，就可以采用其它的上升/下降速率，工作速度和總體曲線。樓層的數(shù)量或目的樓層可由服務(wù)工具80通過線82提供。
計(jì)算邏輯66還通過串行線路82與服務(wù)工具80通信。服務(wù)工具80包括顯示屏84和用來向服務(wù)工具80輸入數(shù)據(jù)并通過線路82接到控制器7的鍵盤(或鍵板)86。具體地說，邏輯66通過線路82接收來自服務(wù)工具80的Start(啟動(dòng))和Stop(停止)指令，分別控制何時(shí)啟動(dòng)和停止(放棄)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
可以用服務(wù)工具80人工輸入電梯運(yùn)動(dòng)指令(目的樓層)，或者，可以利用服務(wù)工具80在兩個(gè)預(yù)定的樓層之間設(shè)立循環(huán)。此外，為簡化實(shí)施并盡可能地提高安全性，電梯的所有運(yùn)動(dòng)都可處于正常的電梯控制系統(tǒng)的控制下，且所有正常提升機(jī)的安全功能都可起作用。
此外，邏輯66接收?qǐng)?zhí)行這里所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯48所需的參數(shù)，如Lσ、τR的初始值(τR-INIT)和d軸電流環(huán)參考值IdREF，此后將作更多的討論。邏輯66還通過線路82向服務(wù)工具80提供DONE信號(hào)和FAULT信號(hào)。當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)完成時(shí)就發(fā)出DONE信號(hào)，而在自動(dòng)調(diào)節(jié)期間，當(dāng)檢測到故障時(shí)則發(fā)出FAULT信號(hào)。
參見圖5,τR、IdREF計(jì)算邏輯66的頂級(jí)流程圖以步驟200為起點(diǎn)，該步驟檢測是否已從服務(wù)工具80(圖1)接收到啟動(dòng)指令。如果沒有收到啟動(dòng)指令，邏輯66就退出。如果收到一啟動(dòng)指令，步驟202就向服務(wù)工具80請(qǐng)求并接收?qǐng)?zhí)行自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯48所需的參數(shù)，如Lσ、IdREF、τR-INIT。
可以根據(jù)以前利用其它電機(jī)測試算出的R1、Lσ、τR、IdRATED值分別設(shè)置Lσ、τR-INIT、IdINIT中的部分或所有參數(shù)，就如共同等待批準(zhǔn)的美國專利申請(qǐng)序號(hào)(Otis編號(hào)OT-3064)中描述的那樣。
或者，可以如下從電機(jī)數(shù)據(jù)表參數(shù)中估計(jì)Lσ、τRINIT、IdINIT中的部分或全部參數(shù)Lσ=Ls-(Lm2/Lr)τR-INIT=Lr/RrIdINIT=INO-LOAD其中，Ls是靜子繞組的電感，Lr是轉(zhuǎn)子繞組的電感，Lm是電機(jī)的互感，Rr是轉(zhuǎn)子繞組的電阻，INO-LOAD是空載電流，Ls、Lm、Lr、Rr、INO-LOAD是從電機(jī)數(shù)據(jù)表中獲得的。在此情況下，服務(wù)人員可計(jì)算參數(shù)Lσ、τR-INIT、IdINIT并通過服務(wù)工具80將它們送到邏輯48?；蛘?，服務(wù)人員可通過服務(wù)工具80將Ls、Lm、Lr、Rr、INO-LOAD送至邏輯48，邏輯48在步驟202計(jì)算參數(shù)Lσ、τR-INIT、IdINIT?？梢圆捎闷渌夹g(shù)獲得實(shí)施本發(fā)明所需的初始參數(shù)。
熟悉電機(jī)技術(shù)的人應(yīng)當(dāng)懂得，當(dāng)電機(jī)空載或無轉(zhuǎn)矩，即Iq=0時(shí)，INO-LOAD等于總的電機(jī)電流。這樣，INO-LOAD等于額定的d軸(或磁化)電流IdRATED。
接下來，一系列步驟206將τR設(shè)為初始值τR-INIT，將IdREF設(shè)為初始值IdINIT，設(shè)MODE為1，設(shè)變量COUNT為1。然后，步驟212計(jì)算Id為IdREF的電流設(shè)置值時(shí)的τR值，以后將參照?qǐng)D6詳細(xì)討論。然后，步驟214檢驗(yàn)在步驟212中是否檢測到故障。如果檢測到故障，邏輯66在步驟215設(shè)置中MODE為0并退出。
如果沒有檢測到故障，邏輯執(zhí)行一系列的步驟，檢驗(yàn)電機(jī)的電壓，且如果有必要，就調(diào)節(jié)磁化電流Id。具體地說，如果需要，可選的步驟216向上運(yùn)行電梯，使電梯高于地面樓層。然后，步驟218向下運(yùn)行電梯以進(jìn)行測量。在電梯向下運(yùn)行的同時(shí)，當(dāng)速度ωR處于速度曲線的穩(wěn)恒速度區(qū)的末端(或期間)時(shí)，步驟220保存Vd和Vq的值，以獲得穩(wěn)態(tài)的電壓測量，這在速度和/或轉(zhuǎn)矩變化時(shí)是不可能獲得的。除了向下運(yùn)行電梯獲得Vm外，電梯也可上行，只要電機(jī)“拉著”負(fù)載即可，即電機(jī)處于“電動(dòng)回轉(zhuǎn)(motoring)”運(yùn)行，與再生(regenerating)或剎車運(yùn)行相反，這是驅(qū)動(dòng)向電機(jī)提供動(dòng)力的情況。為使圖1所示系統(tǒng)的上行獲得這種情況，車廂的負(fù)載加上車廂的重量必須比配重重。
接下來，步驟222利用矢量求和方程VM=(Vd2+Vq2)1/2計(jì)算總的電機(jī)電壓。運(yùn)行的穩(wěn)恒速度區(qū)的穩(wěn)態(tài)電壓Vm應(yīng)當(dāng)大致等于額定的線-線電壓(VLL_RATED)，根據(jù)建筑物應(yīng)用的銘牌上以rpm表示的額定速度(RPM_RATED)和速度曲線上以rpm表示的最大(或限定或工作)速度(RPM_DUTY)之間的差調(diào)節(jié)該電壓。因?yàn)殡姍C(jī)是在自動(dòng)調(diào)節(jié)過程中帶空車廂運(yùn)行的，空車廂下行時(shí)電機(jī)電壓將稍低于滿載的車廂上行時(shí)的電壓。因此，空車廂向下運(yùn)行的目標(biāo)電壓VT被設(shè)為調(diào)節(jié)過的銘牌電壓的98％左右。這樣，目標(biāo)電壓VT是在步驟223中用下述方程計(jì)算的VT=(KxVLL_RATEDxRPM_DUTY)/RPM_RATED其中K為預(yù)定的百分比，如98％，VLL_RATED是額定的線-線電壓，RPM_RATED是以rpm表示的額定速度，它們都來自電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，RPM_DUTY是適用于該建筑物應(yīng)用的速度曲線的工作、限定或最大速度?？捎煞?wù)人員用服務(wù)工具80通過線路82提供所需的參數(shù)。如果需要，K常數(shù)采用可以其它百分比。
接下來，步驟224測試電機(jī)電壓VM是否在目標(biāo)電壓VT的2％范圍內(nèi)。如果不在2％范圍以內(nèi)，步驟226就檢驗(yàn)環(huán)是否已至少重復(fù)了5次。通常，IdREF的計(jì)算大約要重復(fù)兩次，才能使磁化電流收斂到正確值。如果已經(jīng)重復(fù)了5次后系統(tǒng)仍有問題，步驟228就設(shè)FAULT=1，并通過串行線路82送到服務(wù)工具80(圖1)，步驟215設(shè)MODE=0，邏輯退出。如果已經(jīng)重復(fù)了不到5次，步驟230就用方程IdREF=IdREF(VT/VM)調(diào)節(jié)IdREF(也即Id)。接著，步驟232將COUNT加1，邏輯前進(jìn)到步驟212。在步驟224中，如果VM在VT的2％范圍內(nèi)，就認(rèn)為算法已經(jīng)收斂，步驟234設(shè)MODE=1并通過線路82送至服務(wù)工具80，步驟215設(shè)MODE=0，邏輯退出。
參見圖6，圖5的計(jì)算τR的步驟212通過以步驟300設(shè)置計(jì)數(shù)器COUNTl=0為開始。接著，步驟302在向上的方向用前面討論過的標(biāo)準(zhǔn)速度曲線(圖7)運(yùn)行電梯。在電梯上行期間，當(dāng)速度ωR到達(dá)處于速度曲線的穩(wěn)恒速度的末端(或期間)時(shí)，步驟304將XDF保存為XDF(1)。
接下來，步驟306在向下的方向用前面討論過的標(biāo)準(zhǔn)速度曲線(圖7)運(yùn)行電梯，在電梯下行期間，當(dāng)速度ωR到達(dá)處于該次運(yùn)行速度曲線的穩(wěn)恒速度的末端(或期間)時(shí)，步驟308將XDF保存為XDF(2)。接著，步驟310計(jì)算濾波后的上行/下行差(FUDD)，等于XDF(1)-XDF(2)。該次運(yùn)行的FUDD值將表明τR是太高(FUDD＞0)還是太低(FUDD＜0)。
接下來，步驟312測試FUDD的符號(hào)(或極性)自上次電梯上/下運(yùn)行的FUDD以來是否有變。如果FUDD的符號(hào)沒有改變，步驟314測試FUDD的符號(hào)是否為正。如果FUDD為正，那么τR就較高，步驟316將τR降低預(yù)定的數(shù)量，如10％。如果FUDD不為正，那么τR較低，步驟318將τR增加預(yù)定的數(shù)量，如10％。如果需要，可以增加和/或降低其它數(shù)量。
接下來，步驟320測試環(huán)是否已經(jīng)重復(fù)了至少10次(即COUNT是否大于或等于10)。如果它已經(jīng)至少重復(fù)了10次，步驟322設(shè)FAULT=1并通過串行線路82送至服務(wù)工具80，邏輯212退出并返回圖5的邏輯66。如果已經(jīng)重復(fù)了不到10次，步驟324就將COUNT加1，邏輯212向前執(zhí)行在步驟302開始的電梯另一次上/下運(yùn)行。如果在步驟312中FUDD已經(jīng)改變了符號(hào)，那么步驟326就在FUDD的正負(fù)值和相應(yīng)的τR值之間線性插值，以找到FUDD過零的新τR值，步驟328設(shè)τR為新τR，邏輯212返回邏輯66。
如果需要，可以采用其它搜索技術(shù)，以便迭代至正確的τR值。一種備選的τR搜索算法是使用二進(jìn)制類型的搜索，其中在連續(xù)的運(yùn)行過程中，搜索的范圍不斷變窄，直到τR或FUDD的變化位于預(yù)定的誤差范圍內(nèi)為止。
此外，邏輯66、212監(jiān)視用服務(wù)工具80通過線路82收到的停止指令(未示出)。如果收到了停止的指令，邏輯66、212就放棄余下的程序，轉(zhuǎn)到步驟215并退出。
電梯上下運(yùn)行方向的次序不是本發(fā)明的關(guān)鍵，即電梯可以在步驟302中上行并在步驟306中下行(圖6)。然而，通常服務(wù)人員將會(huì)使電梯行至地面或第一層，以便開始服務(wù)或調(diào)節(jié)。在此情況下，可能需要首先讓電梯上行，以提供時(shí)間足夠長的一段運(yùn)行，就象此前用標(biāo)準(zhǔn)曲線討論過的那樣。
參見圖9，圖中示出了電梯上行的XDF(1)曲線352和電梯下行的XDF(2)曲線350以及顯示了FUDD變量對(duì)應(yīng)值的曲線354。XDF(1)、(2)值和FUDD值是相對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)τR參數(shù)畫出的，該常數(shù)是在2.0米/s的齒輪傳動(dòng)提升機(jī)上測得的。FUDD的曲線354是一條平滑變化的、單調(diào)上升的曲線，該曲線在點(diǎn)356處明確地過零，清楚地表明轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的正確值。邏輯66中的步驟212計(jì)算對(duì)應(yīng)于FUDD過零處(FUDD曲線354上的點(diǎn)356)的τR值。
盡管空車廂可能是最容易獲得的條件，本發(fā)明還能在滿載或部分載荷下工作，條件是在車廂和配重之間存在凈載荷不平衡。然而，在導(dǎo)致凈栽荷不平衡的承載條件(如滿載)使車廂加上其載荷比配重更重的情況下，圖9曲線圖的斜坡將改變，搜索邏輯將相應(yīng)變化。
可以不使用濾波器62，用不帶濾波器的邏輯66直接采樣信號(hào)VDX。在此情況下，邏輯212將在步驟304、308中運(yùn)行的穩(wěn)恒速度末端(或期間)采樣VDX的值，VDX將取代此處所指的XDF?；蛘?，可以替代濾波VDX或除了濾波VDX以外，對(duì)方程5的VDX輸入信號(hào)進(jìn)行濾波?；蛘?，只有當(dāng)電機(jī)速度高于一定的速度或以工作速度工作預(yù)定的時(shí)間之后，VDX計(jì)算邏輯50才計(jì)算VDX。
盡管已經(jīng)參照示范性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明和圖示，熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士應(yīng)當(dāng)懂得，前面的其它各種變化、忽略和補(bǔ)充都可以在不背離本發(fā)明的思想和范疇的前提下進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算由場定向控制器操縱的電梯電機(jī)的至少一個(gè)參數(shù)的方法，包括這些步驟a)將轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)(τR)和磁化電流(Id)設(shè)為初始值；b)在第一方向上運(yùn)行電梯；c)如下計(jì)算電梯運(yùn)行期間的損失分量VDXVDX=Vd+(ωR+Iq/(IdτR))LσIq其中Id=d軸電流Iq=q軸電流Vq=q軸電壓ωR=電機(jī)速度Lσ=電機(jī)瞬態(tài)電感其中Vd、Id、Iq、ωR是由場定向控制器提供的信號(hào)；其中，Lσ為預(yù)定的電機(jī)常數(shù)；d)在與第一方向相反的第二方向上運(yùn)行電梯；e)在電梯在第二方向上運(yùn)行期間，執(zhí)行步驟(c)；以及f)改變?chǔ)覴，執(zhí)行步驟(b)-(e)，并確定在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)，電梯在兩個(gè)方向上運(yùn)行的XD值基本相同時(shí)τR的值。。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，在步驟(f)之后，進(jìn)一步包括這些步驟h)在預(yù)定的方向上運(yùn)行電梯；i)如下計(jì)算電機(jī)的電壓(Vm)Vm=(Vd2+Vq2)1/2；j)計(jì)算目標(biāo)電壓(VT)；以及k)改變Id并執(zhí)行步驟(b)-(j)，直到Vm處于VT的預(yù)定誤差范圍內(nèi)為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在改變Id的步驟中，Id的下一個(gè)值為Id(VT/VM)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中VT是如下計(jì)算的VT=(KxVLL_RATEDxRPM_DUTY)/RPM_RATED其中K=預(yù)定的百分比；VLL_RATED=額定的電機(jī)電壓；RPM_RATED=額定的電機(jī)速度；RPM_DUTY=限定的電機(jī)速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(c)進(jìn)一步包括在電梯運(yùn)行期間用濾波器濾波VDX。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中τR的值是如下確定的計(jì)算電梯在第一和第二方向上運(yùn)行的VDX之間的差(FUDD)；改變?chǔ)覴直到FUDD改變符號(hào)為止；以及執(zhí)行搜索算法，確定在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)，F(xiàn)UDD過零時(shí)τR的近似值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中的搜索算法包括在當(dāng)前和前一次雙向電梯運(yùn)行期間的FUDD和τR值之間插值。
全文摘要
電梯控制器7帶有邏輯48,該邏輯在上下運(yùn)行電梯的同時(shí),計(jì)算損失分量VDX,同時(shí)改變?chǔ)?br> 文檔編號(hào)H02P21/00GK1221251SQ9812553
公開日1999年6月30日 申請(qǐng)日期1998年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月22日
發(fā)明者A·韋基奧特, R·S·科爾拜 申請(qǐng)人:奧蒂斯電梯公司