專利名稱：用于電梯轎廂的主動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)所要求的優(yōu)先權(quán)是1999年7月6日申請(qǐng)的、申請(qǐng)?zhí)枮?1—192081的日本專利申請(qǐng)，在此，該優(yōu)先權(quán)文本全文參考引用。
本發(fā)明涉及一種引導(dǎo)諸如電梯轎廂的可移動(dòng)裝置的主動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng)。
通常，電梯轎廂由鋼絲繩吊掛并且由卷?yè)P(yáng)機(jī)驅(qū)動(dòng)沿著縱向固定在井道中的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。由于轎廂由鋼絲繩吊掛，電梯轎廂會(huì)因載荷不平衡或乘客運(yùn)動(dòng)而晃動(dòng)。通過(guò)沿著導(dǎo)軌引導(dǎo)電梯轎廂可抑制這種晃動(dòng)。
包括在導(dǎo)軌和懸掛裝置上滾動(dòng)的輪子的引導(dǎo)系統(tǒng)一般用于沿著導(dǎo)軌引導(dǎo)電梯轎廂。然而，因軌道不規(guī)則如翹曲和接合點(diǎn)所引起的不希望的噪聲和振動(dòng)通過(guò)輪子傳給轎廂中的乘客，帶來(lái)不舒服的乘坐感。
為了解決上述問(wèn)題，已提出了各種可采用的方案，這些在日本專利公開(kāi)號(hào)51—116548，6—336383和63—87482中公開(kāi)。這些文獻(xiàn)描述了一種電梯轎廂，具有在鐵制導(dǎo)軌上控制吸力的電磁鐵，從而轎廂可不與導(dǎo)軌接觸地被引導(dǎo)。
日本專利公開(kāi)號(hào)63—87482公開(kāi)了一種引導(dǎo)系統(tǒng)，通過(guò)控制電磁鐵，以與相鄰于導(dǎo)軌設(shè)置的縱向基準(zhǔn)鋼絲保持恒定的距離，能夠抑制導(dǎo)軌的不規(guī)則引起的電梯轎廂的晃動(dòng)，從而提供舒適地乘坐感，以及通過(guò)無(wú)需準(zhǔn)確地安裝導(dǎo)軌的過(guò)分要求，減少了系統(tǒng)的成本。
然而，正如上述，在目前的電梯引導(dǎo)系統(tǒng)中，具有下面的問(wèn)題。
在電梯井道長(zhǎng)度相當(dāng)短的低層樓房中，縱向基準(zhǔn)鋼絲易于裝配，而在近來(lái)建筑所出現(xiàn)的高層建筑物或超高層建筑物中，難以將縱向基準(zhǔn)鋼絲固定到井道中，以相鄰于導(dǎo)軌設(shè)置。此外，固定好縱向基準(zhǔn)鋼絲后，由于建筑物老化惡化或熱膨脹影響引起的變形，縱向基準(zhǔn)鋼絲自身經(jīng)常失去其直線性。因此，其問(wèn)題是維持該固定的縱向基準(zhǔn)鋼絲需要很多時(shí)間和費(fèi)用。此外，因?yàn)檗I廂的縱向位置不能通過(guò)使用縱向基準(zhǔn)鋼絲檢測(cè)，電磁鐵不能相對(duì)導(dǎo)軌的不規(guī)則預(yù)先被激勵(lì)。因此，直到與縱向基準(zhǔn)鋼絲有關(guān)的位置因不規(guī)則出現(xiàn)錯(cuò)誤才能開(kāi)始進(jìn)行振動(dòng)抑制控制。結(jié)果，從原理方面就不能抑制某種程度的晃動(dòng)。因此，在該系統(tǒng)中，限制了對(duì)乘坐舒適性的改進(jìn)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電梯用引導(dǎo)系統(tǒng)，通過(guò)有效地抑制電梯轎廂的晃動(dòng)，改進(jìn)了乘坐舒適性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種電梯用的小型和簡(jiǎn)單的引導(dǎo)系統(tǒng)。
本發(fā)明提供一種電梯用引導(dǎo)系統(tǒng)，包括一個(gè)可沿著導(dǎo)軌移動(dòng)的可移動(dòng)裝置；一個(gè)光束發(fā)射器，形成與可移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向平行的光線的光程；一個(gè)設(shè)置在光程上的位置檢測(cè)器，以檢測(cè)光程與可移動(dòng)裝置之間的位置關(guān)系；以及一個(gè)與可移動(dòng)裝置連接的驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)位置檢測(cè)器的輸出，通過(guò)作用在導(dǎo)軌上的力引起的反作用力，改變可移動(dòng)裝置的位置。
很顯然通過(guò)下面參照附圖的詳細(xì)說(shuō)明，將更易于全面了解本發(fā)明及其許多附加的優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的電梯轎廂用引導(dǎo)系統(tǒng)的透視圖；圖2為示出可移動(dòng)裝置與導(dǎo)軌相互關(guān)系的透視圖；圖3為示出引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的透視圖；圖4為示出引導(dǎo)體的磁路的平面圖；圖5為示出控制器線路的框圖；圖6為示出控制器的控制電壓計(jì)算器線路的框圖；圖7為示出控制器的另一控制電壓計(jì)算器線路的框圖；圖8為第二實(shí)施例的引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的透視圖；圖9為示出第二實(shí)施例的引導(dǎo)體的俯視圖；圖10為示出第二實(shí)施例的控制器線路的框圖；圖11為示出第二實(shí)施例的控制器的速度計(jì)算器線路的框圖；圖12(a)為示出第三實(shí)施例的位置檢測(cè)器的側(cè)視圖；圖12(b)為示出第三實(shí)施例的位置檢測(cè)器的主視圖；圖13(a)為示出第四實(shí)施例的位置檢測(cè)器的側(cè)視圖；圖13(b)為示出第四實(shí)施例的位置檢測(cè)器的主視圖14為第五實(shí)施例的位置檢測(cè)器的側(cè)視圖。
下面參照


本發(fā)明的實(shí)施例，其中，在所有視圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同或相應(yīng)的部件。
以下借助于圖示實(shí)施例，詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
圖1—圖4示出本發(fā)明第一實(shí)施例的電梯轎廂用引導(dǎo)系統(tǒng)。正如圖1所示，用傳統(tǒng)的安裝方法將由強(qiáng)磁性物質(zhì)制成的導(dǎo)軌2和2′設(shè)置在井道1的內(nèi)側(cè)。通過(guò)使用傳統(tǒng)的卷?yè)P(yáng)方法(未示出)如卷繞的鋼絲繩3，使一個(gè)可移動(dòng)裝置4沿著導(dǎo)軌2和2′上升和下降。可移動(dòng)裝置4包括4個(gè)固定到其上下角部的引導(dǎo)體5a，5b，5c，5d，以不與導(dǎo)軌2和2′接觸地引導(dǎo)著可移動(dòng)裝置4。
固定到井道1頂板上的激光發(fā)射器6a，6b和6c分別發(fā)射平行于導(dǎo)軌2和2′的激光，并在井道1中形成光程7a，7b和7c。激光發(fā)射器6a，6b和6c例如可以是激光振蕩管或激光發(fā)射半導(dǎo)體裝置。
作為位置檢測(cè)器的兩個(gè)兩維空間光電二極管8a和8b安裝在可移動(dòng)裝置4側(cè)部的不同縱向位置上。此外，一個(gè)一維空間光電二極管8c相鄰于光電二極管8b安裝在與光電二極管8b相同的縱平面上。這些光電二極管8a，8b和8c分別設(shè)置在光程7a，7b和7c中。兩維空間光電二極管8a和8b檢測(cè)各光程7a和7b在兩維空間(圖1中x和y方向)中的位置。一維空間光電二極管8c檢測(cè)光程7c在一維空間(圖1中y方向)的位置。
由激光發(fā)射器6a和6b發(fā)射的光程7a，7b縱向形成并且由相互固定在不同的縱向位置上的兩維空間光電二極管8a和8b接收?？梢苿?dòng)裝置4相對(duì)于下面可移動(dòng)裝置4的五個(gè)運(yùn)動(dòng)方式的位置根據(jù)光程7a和7b的各接收位置通過(guò)下述的計(jì)算測(cè)定。
Ⅰ．y—方式(前后運(yùn)動(dòng)方式)表示沿著可移動(dòng)裝置4中心的y坐標(biāo)左右運(yùn)動(dòng)Ⅱ．x—方式(左右運(yùn)動(dòng)方式)表示沿著x坐標(biāo)左右運(yùn)動(dòng)Ⅲ．θ—方式(滾動(dòng)方式)表示圍繞著可移動(dòng)裝置4的中心滾動(dòng)Ⅳ．ξ—方式(俯仰方式)表示圍繞著可移動(dòng)裝置4的中心俯仰Ⅴ．ψ—方式(搖擺方式)表示圍繞著可移動(dòng)裝置4的中心搖擺激光發(fā)射器6c形成的光程7c略微傾斜，所以，隨著可移動(dòng)裝置4從井道1中的最低位置移動(dòng)到最高位置，光電二極管8c接收面上的接收光點(diǎn)在圖1所示的y方向偏移。由于光電二極管8b和8c設(shè)置在同一水平面上并且相互緊靠，通過(guò)將Y方向的光電二極管8c上光軸位置的數(shù)值減去y方向的光電二極管8b上的光軸位置數(shù)值，可準(zhǔn)確地測(cè)定可移動(dòng)裝置4在井道中的縱向位置，即使可移動(dòng)裝置4的位置變化也是如此。
可移動(dòng)裝置4包括一個(gè)電梯轎廂10和引導(dǎo)體5a—5d，電梯轎廂10具有位于其側(cè)表面上以支承各光電二極管8a，8b和8c的支架9a，9b和9c。引導(dǎo)體5a—5d包括一個(gè)有足夠強(qiáng)度以保持引導(dǎo)體5a—5d相應(yīng)位置的框架11。
引導(dǎo)體5a—5d分別固定在框架11的上下角部并分別面對(duì)導(dǎo)軌2和2′。正如圖3和4所詳細(xì)示出，每個(gè)引導(dǎo)體5a—5d均包括一個(gè)由非磁性物如鋁、不銹鋼或塑料制成的支座12，一個(gè)x方向間隙傳感器13，一個(gè)y方向間隙傳感器14和一個(gè)磁體15b。在圖3和圖4中，僅示出一個(gè)引導(dǎo)體5b，但其他引導(dǎo)體5a，5c和5d的結(jié)構(gòu)與引導(dǎo)體5b相同。下標(biāo)“b”表示引導(dǎo)體5b的構(gòu)件。
磁體15b由一個(gè)中心鐵芯16、永磁鐵17和17′以及電磁鐵18和18′組成。永磁鐵17和17′的相同磁極相面對(duì)地將中心鐵芯置于永磁鐵17和17′之間，從而整體形成為一個(gè)E型。電磁鐵18包括一個(gè)L型鐵芯19，一個(gè)纏繞在鐵芯19上的線圈20和一個(gè)固定到鐵芯19頂部的鐵芯板21。同樣，電磁鐵18′包括一個(gè)L型鐵芯19′一個(gè)纏繞在鐵芯19′上的線圈20′和一個(gè)固定到鐵芯19′頂部的鐵芯板21′。正如圖3所示，固態(tài)潤(rùn)滑材料22設(shè)置在中心鐵芯16和電磁鐵18和18′的頂部，從而在電磁鐵18和18′未激勵(lì)時(shí)，磁體15d并不會(huì)因永磁鐵17和17′的吸力而吸到導(dǎo)軌2′上。固態(tài)潤(rùn)滑材料22的材料例如可使用包含聚四氟乙烯、石墨或二硫化鉬的材料。
上述引導(dǎo)體5a—5d每個(gè)的吸力由圖5所示的控制器30控制，因而不與導(dǎo)軌2和2′接觸地引導(dǎo)著轎廂10和框架11。
控制器30在圖1中是分開(kāi)的，但是在圖5中其功能結(jié)合成一整體。下面說(shuō)明控制器30。在圖5中，箭頭表示信號(hào)通路，而實(shí)線表示圍繞著線圈20a，20′a—20d，20′d的電力線。在下面的描述中，為了簡(jiǎn)化圖示實(shí)施例的說(shuō)明，為了區(qū)分起見(jiàn)，下標(biāo)“a”—“d”分別添加到表示各引導(dǎo)體5a—5d的主構(gòu)件的附圖中。
固定在電梯轎廂4上的控制器30包括一個(gè)傳感器31，測(cè)定磁體15a—15d所形成的磁路中的磁通或磁阻的變量或可移動(dòng)裝置4移動(dòng)中的變量；一個(gè)計(jì)算器32，根據(jù)傳感器31來(lái)的信號(hào)計(jì)算作用在線圈20a，20′a—20d，20′d上的電壓，以不與導(dǎo)軌2和2′接觸地引導(dǎo)可移動(dòng)裝置4；功率放大器33a，33′a—33d，33′d，根據(jù)計(jì)算器32的輸出，將電能供給線圈20a，20′a—20d，20′d；從而可分別控制磁體15a—15d在X和Y方向的吸力。
電源34將電能供給功率放大器33a，33′a—33d，33′d，也將電能供給恒定電壓發(fā)生器35，恒定電壓發(fā)生器35將具有恒定電壓的電能供給計(jì)算器32，x方向間隙傳感器13a，13′a—13d，13′d和y方向間隙傳感器14a，14′a—14d，14′d。電源34將來(lái)自井道1外部通過(guò)電線(未示出)以啟動(dòng)或開(kāi)啟和關(guān)閉門的交流電轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)闹绷麟?，以將直流電供給功率放大器33a，33′a—33d，33′d。
恒定電壓發(fā)生器35將具有恒定電壓的電能供給計(jì)算器32和間隙傳感器13和14，即使電源34的電壓因過(guò)量電流供給發(fā)生變化，計(jì)算器32和間隙傳感器13和14也可正常操作。
傳感器31包括x方向間隙傳感器13a，13′a—13d，13′d，y方向間隙傳感器14a，14′a—14d，14′d，光電二極管8a，8b和8c以及測(cè)定線圈20a，20′a—20d，20′d中電流值的電流檢測(cè)器36a，36′a—36d，36′d。
計(jì)算器32控制在圖1所示的每個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)中的可移動(dòng)裝置4的磁引導(dǎo)控制。運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)包括一個(gè)表示沿著可移動(dòng)裝置4中心上的y坐標(biāo)左右移動(dòng)的y方式(前后運(yùn)動(dòng)方式)，一個(gè)表示沿著x坐標(biāo)左右移動(dòng)的x方式(左右運(yùn)動(dòng)方式)，一個(gè)表示圍繞著可移動(dòng)裝置4中心滾動(dòng)的θ方式(滾動(dòng)方式)，一個(gè)表示圍繞著可移動(dòng)裝置4中心俯仰的ξ方式(俯仰方式)，一個(gè)表示圍繞著可移動(dòng)裝置4中心搖擺的ψ方式(搖擺方式)。除了上述方式外，計(jì)算器32還控制作用在導(dǎo)軌上的每個(gè)磁體15a—15d的吸力，作用在框架11上的磁體15a—15d引起的圍繞y坐標(biāo)的扭矩和通過(guò)成對(duì)磁體15a和15d、15b和15c作用在框架11上的滾動(dòng)扭轉(zhuǎn)引起的、使框架11對(duì)稱變形的扭矩。簡(jiǎn)言之，計(jì)算器32還控制ζ方式(吸力方式)，δ方式(扭轉(zhuǎn)方式)和γ方式(應(yīng)變方式)。因此，計(jì)算器32在某種程度上控制線圈20的激勵(lì)電流在上述的8種方式下會(huì)聚為零，即所謂的零能量控制，以僅僅通過(guò)與負(fù)載重量無(wú)關(guān)的永磁鐵17和17′的吸力穩(wěn)定地保持著可移動(dòng)裝置4。
這種控制方法由日本專利公開(kāi)號(hào)6—178409詳細(xì)公開(kāi)，其主題在此結(jié)合引用。本實(shí)施例的引導(dǎo)控制是根據(jù)光程7a，7b和7c的位置數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的。下面說(shuō)明在本實(shí)施例中所執(zhí)行的引導(dǎo)控制。
為了簡(jiǎn)化描述，假設(shè)可移動(dòng)裝置4的中心位于豎線上，該豎線穿過(guò)可移動(dòng)裝置4四角設(shè)置的磁體15a—15d中點(diǎn)的對(duì)角線交叉點(diǎn)。該中心被認(rèn)為是x、y和z各坐標(biāo)軸的起點(diǎn)。如果在相對(duì)于可移動(dòng)裝置4的運(yùn)動(dòng)的磁懸浮控制系統(tǒng)的每個(gè)方式中的運(yùn)動(dòng)方程和施加到磁體15a—15d的電磁鐵18和18′上的激勵(lì)電壓的電壓方程圍繞著一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)是線性的，則獲得下面的公式1—5。
公式1如下
公式2如下
公式3如下
公式4如下
公式5如下
上述公式中，φb是磁通量，M是可移動(dòng)裝置4的重量，Iθ，Iξ和Iψ分別是圍繞著y、x和z坐標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Uy和Ux分別是在y方式和x方式中的外力總和，Tθ，Tξ和Tψ是各θ方式，ξ方式和ψ方式的擾動(dòng)力矩總和，符號(hào)“′”表示一次微分d／dt，符號(hào)“″”表示二次微分d2／dt2，△是圍繞著穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)的無(wú)限小波動(dòng)，Lxo是每個(gè)線圈20和20′在穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)的自感，Mxo是線圈20和20′在穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)的互感，R是每個(gè)線圈20和20′的磁阻，N是每個(gè)線圈20和20′的匝數(shù)，iy、ix、iθ、iξ和iψ是相應(yīng)的y、x、θ、ξ和ψ方式的激勵(lì)電流，ey、ex、eθ、eξ和eψ是相應(yīng)的y、x、θ、ξ和ψ方式的激勵(lì)電壓，Iθ是磁體15a與15d、磁體15b與15c每個(gè)的跨距，而Iψ表示磁體15a與15b、磁體15c與15d每個(gè)的跨距。
此外，剩余的ζ、δ和γ方式的電壓方程給出如下。
公式6如下
公式7如下
公式8如下
在上述公式中，y是在y軸線方向的可移動(dòng)裝置4中心的變量，x是在x軸線方向的可移動(dòng)裝置4中心的變量，θ是圍繞y軸線的滾動(dòng)角，ξ是圍繞x軸線的俯仰角，ψ是圍繞Z軸線的搖擺角，而導(dǎo)軌2和2′是基準(zhǔn)點(diǎn)。在光程7a(或7b)為基準(zhǔn)點(diǎn)情況下，添加下標(biāo)“ab”。yab是在y軸線方向的可移動(dòng)裝置4中心的變量，Xab是在X軸線方向的可移動(dòng)裝置4中心的變量，θab是圍繞Y軸線的滾動(dòng)角，ξab是圍繞x軸線的俯仰角，ψab是圍繞z軸線的搖擺角。各方式的符號(hào)y、x、θ、ξ和ψ分別被添加入激勵(lì)電流i和激勵(lì)電壓e。此外，表示磁體15a—15d的符號(hào)a—d分別添加入磁體15a—15d的激勵(lì)電流i和激勵(lì)電壓e。對(duì)磁體15a—15d的懸浮間隙xa—xd和ya—yd通過(guò)下面的公式9由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換變成y、x、θ、ξ和ψ方式。公式9如下
對(duì)于磁體15a—15d的激勵(lì)電流ia1，ia2—id1，id2通過(guò)下面的公式10由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換變成各方式的激勵(lì)電流iy，ix，iθ，iξ，iψ，iζ，iδ和iγ。
公式10如下
對(duì)各方式的懸浮系統(tǒng)的控制輸出信號(hào)，例如作為計(jì)算器32輸出的激勵(lì)電壓ey，ex，eθ，eξ，eψ，eζ，eδ和eγ通過(guò)下面的公式11由反向轉(zhuǎn)換變成磁體15a—15d的線圈20和20′的激勵(lì)電壓。
公式11如下
對(duì)于y，x，θ，ξ和ψ方式，因?yàn)榭梢苿?dòng)裝置4的運(yùn)動(dòng)方程與其電壓方程配對(duì)，所以方程15配置成下面公式12中所示的狀態(tài)方程。
公式12如下x5′=A5x5+b5e5+p5h5+d5u5]]>在公式12中，矢量X5，A5，b5，p5與d5，和u5由下面的公式13限定。公式13如下
其中，h5表示相對(duì)光程7a(7b)的導(dǎo)軌2(2′)上不規(guī)則。所提供的下面公式14中，h5由公式15限定。公式14如下
公式15如下hs=hy′′,hx′′,hθ′′,hξ′′,hψ′′]]>此外，e5是用于穩(wěn)定各方式的控制電壓。公式16如下es=ey,ex,eθ,eξ′′or′′eψ]]>通過(guò)如下面公式17限定狀態(tài)變量，公式6—8被設(shè)置成下面公式18所示的狀態(tài)方程。
公式17如下xl=Δiζ,Δiδ,Δiγ]]>公式18如下xl′=Alxl+blel+dlul]]>如果在各方式中控制器32的偏置電壓用Vζ，Vδ和Vγ，標(biāo)記，在每個(gè)方式中的A1，b1，d1和u1表示如下。
公式19如下(ζ方式)
(δ方式)
(γ方式)
其中，e1是每個(gè)方式的控制電壓。
公式20如下el=eζ,eδ,oreγ]]>通過(guò)下面公式21的反饋，公式12可獲得零功率控制。
公式21如下es=F5x5+∫K5x5dt]]>在字母Fa，F(xiàn)b，F(xiàn)c，F(xiàn)d和Fe為正比增益，Ke為積分增益時(shí)，獲得下面的公式22。
公式22如下
類似地，通過(guò)下面公式23的反饋，公式18可獲得零功率控制。
公式23如下el=Flxl+∫Klxldt]]>F1是正比增益，K1是積分增益。
正如圖5所示，提供上述零功率控制的計(jì)算器32包括減法器41a—41h，42a—42h和43a—43h，平均值計(jì)算器44x和44y，間隙偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路45，電流偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路46，控制電壓計(jì)算器47，控制電壓坐標(biāo)反向轉(zhuǎn)換電路48，縱向位置計(jì)算器49，位置偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路50和不規(guī)則存儲(chǔ)電路51。計(jì)算器32不僅提供零功率控制，還能通過(guò)使用光電二極管8a，8b和8c和由激光發(fā)射器6a，6b和6c形成的光程7a，7b和7c，根據(jù)測(cè)定可移動(dòng)裝置4的位置的基準(zhǔn)坐標(biāo)，提供一種引導(dǎo)控制。
減法器41a—41h通過(guò)減去來(lái)自x方向的間隙傳感器13a，13′a—13d，13′d的間隙信號(hào)gxa1，gxa2，—gxd1，gxd2的相應(yīng)基準(zhǔn)值xa01， Xa02，—Xd01，Xd02，計(jì)算出x方向的間隙偏差信號(hào)△gxa1，△gxa2，—△gxd1，△gxd2。減法器42a—42h通過(guò)減去來(lái)自y方向的間隙傳感器14a，14′a—14d，14′d的間隙信號(hào)gya1，gya2，—gyd1，gyd2的相應(yīng)基準(zhǔn)值ya01，ya02，—yd01，yd02，計(jì)算出y方向的間隙偏差信號(hào)△gya1，△gya2，—△gyd1，△gyd2。減法器43a—43h通過(guò)減去來(lái)自電流檢測(cè)器36a，36′a—36d，36′d的激勵(lì)電流信號(hào)ia1，ia2，—id1，id2的相應(yīng)基準(zhǔn)值ia01，ia02，—id01，id02，計(jì)算出電流偏差信號(hào)△ia1，△ia2，—△id1，△id2。
平均值計(jì)算器44X和44y分別將x方向的間隙偏差信號(hào)△gxa1，△gxa2，—△gxd1，△gxd2和y方向的間隙偏差信號(hào)△gya1，△gya2，—△gyd1，△gyd2平均，并將計(jì)算出的x方向的間隙偏差信號(hào)△xa—△xd和計(jì)算出的y方向間隙偏差信號(hào)△ya—△yd輸出。間隙偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路45通過(guò)使用公式9，根據(jù)y方向的間隙偏差信號(hào)△ya—△yd計(jì)算出可移動(dòng)裝置4中心的y方向變量△y，根據(jù)x方向的間隙偏差信號(hào)△xa—△xd算出可移動(dòng)裝置4中心的x方向變量△x，計(jì)算出可移動(dòng)裝置4中心在θ方向(滾動(dòng)方向)的轉(zhuǎn)角△θ，可移動(dòng)裝置4在ξ方向(俯仰方向)的轉(zhuǎn)角△ξ，和可移動(dòng)裝置4在ψ方向(搖擺方向)的轉(zhuǎn)角△ψ。
電流偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路46通過(guò)使用公式10，根據(jù)電流偏差信號(hào)△ia1，△ia2，—△id1，△id2，算出與可移動(dòng)裝置4中心在y方向的移動(dòng)有關(guān)的電流偏差△iy，與可移動(dòng)裝置4中心在x方向的移動(dòng)有關(guān)的電流偏差△ix，與圍繞著可移動(dòng)裝置4中心的滾動(dòng)有關(guān)的電流偏差△iθ，與圍繞著可移動(dòng)裝置4中心的俯仰有關(guān)的電流偏差△iζ，與圍繞著可移動(dòng)裝置4中心的搖擺有關(guān)的電流偏差△iψ，與可移動(dòng)裝置4的ζ、δ和γ應(yīng)變有關(guān)的電流偏差△iζ、△iδ和△iγ。
縱向位置計(jì)算器49根據(jù)同一水平面設(shè)置的光電二極管8b和8c的輸出，算出可移動(dòng)裝置4在井道1中的縱向位置。位置偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路50根據(jù)光電二極管8a和8b的輸出，算出可移動(dòng)裝置4在每個(gè)方式中基準(zhǔn)坐標(biāo)下的位置△yab，△Xab，△θab△ξab和△ψab，并將該計(jì)算結(jié)果向控制電壓計(jì)算器47輸出。
不規(guī)則存儲(chǔ)電路51將來(lái)自由縱向位置計(jì)算器49測(cè)定的可移動(dòng)裝置4的一個(gè)位置的間隙偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路45的輸出與位置偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路50的輸出相減，然后，接連儲(chǔ)存對(duì)光程7a(7b)的導(dǎo)軌2(2′)的不規(guī)則數(shù)據(jù)hy、hx、hθ、hξ和hψ，并被轉(zhuǎn)換成可移動(dòng)裝置4的一個(gè)位置。不規(guī)則存儲(chǔ)電路51定時(shí)地讀取相應(yīng)于可移動(dòng)裝置4的一個(gè)縱向位置的縱向位置數(shù)據(jù)和不規(guī)則數(shù)據(jù)并將它們輸出到控制電壓計(jì)算器47中。
控制電壓計(jì)算器47根據(jù)間隙偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路45和電流偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路46的輸出△y，△x，△θ，△ξ，△ψ，△iy，△ix，△iθ，△iξ，△iψ，△iζ，△iδ和△iγ，計(jì)算出將可移動(dòng)裝置4在y，x，θ，ξ，ψ，ζ，δ和γ每個(gè)方式中用磁性牢固懸浮的控制電壓ey，ex，eθ，eξ，eψ，eζ，eδ和eγ?？刂齐妷鹤鴺?biāo)反向轉(zhuǎn)換電路48根據(jù)利用公式11的輸出eγ，ex，eθ，eξ，eψ，eζ，eδ和eγ，計(jì)算磁體15a—15d的各激勵(lì)電壓ea1，ea2—ed1，ed2，并將該計(jì)算結(jié)果反饋給功率放大器33a，33′a—33d，33′d。
控制電壓計(jì)算器47包括一個(gè)前后方式計(jì)算器47a，一個(gè)左右方式計(jì)算器47b，一個(gè)滾動(dòng)方式計(jì)算器47c，一個(gè)俯仰方式計(jì)算器47d，一個(gè)搖擺方式計(jì)算器47e，一個(gè)吸力方式計(jì)算器47f，一個(gè)扭矩方式計(jì)算器47g和一個(gè)應(yīng)變方式計(jì)算器47h。
前后方式計(jì)算器47a利用輸入△y和△iy根據(jù)公式21計(jì)算y方式的激勵(lì)電壓ey。左右方式計(jì)算器47b通過(guò)使用輸入△x和△ix根據(jù)公式21計(jì)算x方式的激勵(lì)電壓ex。滾動(dòng)方式計(jì)算器47c通過(guò)使用輸入△θ和△iθ根據(jù)公式21計(jì)算θ方式的激勵(lì)電壓eθ。俯仰方式計(jì)算器47d通過(guò)使用輸入△ξ和△iξ根據(jù)公式21計(jì)算ξ方式的激勵(lì)電壓eξ。搖擺方式計(jì)算器47e通過(guò)使用輸入△ψ和△iψ根據(jù)公式21計(jì)算ψ方式的激勵(lì)電壓eψ。吸力方式計(jì)算器47f通過(guò)使用輸入△iζ根據(jù)公式23計(jì)算ζ方式的激勵(lì)電壓eζ。扭矩方式計(jì)算器47g通過(guò)使用輸入△iδ根據(jù)公式23計(jì)算δ方式的激勵(lì)電壓eδ。應(yīng)變方式計(jì)算器47h通過(guò)使用輸入△iγ根據(jù)公式23計(jì)算γ方式的激勵(lì)電壓eγ。
圖6詳細(xì)地示出每個(gè)計(jì)算器47a—47e。
每個(gè)計(jì)算器47a—47e均包括一個(gè)微分器60，用于根據(jù)每個(gè)變量△y，△x，△θ，△ξ和△ψ計(jì)算時(shí)間變化率△y′、△x′、△θ′、△ξ′或△ψ′；一個(gè)微分器61，用于根據(jù)來(lái)自基準(zhǔn)位置的每個(gè)變量△yab，△Xab，△θab，△ξab和△ψab，計(jì)算時(shí)間變化率△y′ab、△X′ab、△θ′ab、△ξ′ab或△ψ′ab以及增益補(bǔ)償器62，分別通過(guò)適當(dāng)反饋的增益，增大每個(gè)變量△y—△ψ和△yab—△ψab，每個(gè)時(shí)間變化率△y′—△ψ′和△y′ab—△ψ′ab和每個(gè)電流偏差△iy—△iψ。每個(gè)計(jì)算器47a—47e還包括一個(gè)電流偏差設(shè)置器63；一個(gè)減法器64，用以從電流偏差設(shè)置器63輸出的基準(zhǔn)值減去每個(gè)電流偏差△iy—△iψ；一個(gè)積分補(bǔ)償器65，用以將減法器64的輸出積分以及通過(guò)適當(dāng)?shù)姆答佋鲆嬖龃蠓e分值；一個(gè)加法器66，用以計(jì)算增益補(bǔ)償器62輸出的總和；以及一個(gè)減法器67，用以從積分補(bǔ)償器65的輸出減去加法器66的輸出，并輸出相應(yīng)于y，x，θ，ξ和ψ方式的激勵(lì)電壓ey，ex，eθ，eξ或eψ。增益補(bǔ)償器62和積分補(bǔ)償器65根據(jù)縱向位置數(shù)據(jù)H和相應(yīng)于可移動(dòng)裝置4一個(gè)的縱向位置的不規(guī)則數(shù)據(jù)hy，hx，hθ，hξ和hψ可改變一個(gè)設(shè)置增益。
圖7示出計(jì)算器47f—47h所共用的內(nèi)部組件。
每個(gè)計(jì)算器47f—47h均包括一個(gè)增益補(bǔ)償器71，通過(guò)一個(gè)適當(dāng)反饋的增益，增大電流偏差△iζ，△iδ或△iγ；一個(gè)電流偏差設(shè)置器72；一個(gè)減法器73，將電流偏差設(shè)置器72輸出的基準(zhǔn)值減去電流偏差△iζ，△iδ或△iγ；一個(gè)積分補(bǔ)償器74，對(duì)減法器73的輸出積分并通過(guò)一個(gè)適當(dāng)反饋的增益增大積分值；以及一個(gè)減法器75，將積分補(bǔ)償器74的輸出減去增益補(bǔ)償器71的輸出并將各ζ、δ和γ方式的激勵(lì)電壓eζ，eδ或eγ輸出。
下面說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施例的上述引導(dǎo)系統(tǒng)的操作。
在磁引導(dǎo)系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)，通過(guò)固態(tài)潤(rùn)滑材料22，磁體15a—15d的中心鐵芯16的任一端部或者磁體15a—15d的電磁鐵18和18′的端部吸到導(dǎo)軌2和2′的相面對(duì)的表面上。此時(shí)，因固態(tài)潤(rùn)滑材料22的有效作用，不影響可移動(dòng)裝置4的上下運(yùn)動(dòng)。
一旦在停止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng)，具有由永久磁鐵17和17′產(chǎn)生的相同或相反方向的磁通量的電磁鐵18和18′的磁通量由控制器30控制?？刂破?0控制給予線圈20和20′的激勵(lì)電流，以使磁體15a—15d與導(dǎo)軌2和2′之間保持一個(gè)預(yù)定的間隙。隨之，正如圖4所示，磁路Mcb由永久磁鐵17、L型鐵芯19、鐵芯板21、間隙Gb、導(dǎo)軌2′、間隙Gb″、中心鐵芯16和永久磁鐵17的路徑構(gòu)成，而磁路Mcb′由永久磁鐵17′、L型鐵芯19′、鐵芯板21′、間隙Gb′、導(dǎo)軌2′、間隙Gb″、中心鐵芯16和永久磁鐵17′的路徑構(gòu)成。間隙Gb，Gb′和Gb″，或者其他由磁體15a，15c和15d生成的間隙設(shè)置成某種距離，使得由永久磁鐵17和17′產(chǎn)生的磁體15a—15d的磁性吸力與作用在可移動(dòng)裝置4中心上的y方向(前后方向)的力、x方向(左右方向)的力和圍繞著穿過(guò)可移動(dòng)裝置4中心的x、y和X軸線作用的力矩相平衡。當(dāng)同樣的外力作用在可移動(dòng)裝置4上時(shí)，控制器30控制流入各磁體15a—15d的電磁鐵18和18′中的激勵(lì)電流，以保持這樣的平衡，從而得到所謂的零功率控制。
現(xiàn)在，可移動(dòng)裝置4位于最低層上。通過(guò)零功率控制要被控制成非接觸引導(dǎo)的可移動(dòng)裝置4在卷?yè)P(yáng)機(jī)(未示出)作用下開(kāi)始上移。在該第一次向上階段，可移動(dòng)裝置盡可能地緩慢移動(dòng)，從而零功率控制可控制跟隨導(dǎo)軌上的不規(guī)則。在第一次初始運(yùn)行期間，可移動(dòng)裝置4的位置H和不規(guī)則數(shù)據(jù)hy，hx，hθ，hξ和hψ儲(chǔ)存在不規(guī)則存儲(chǔ)電路51中。因此，在第一次初始運(yùn)行期間，不規(guī)則存儲(chǔ)電51的輸出為零。從最低層到達(dá)最高層，位置數(shù)據(jù)H和不規(guī)則數(shù)據(jù)的第一次初始運(yùn)行和存儲(chǔ)后，在下個(gè)運(yùn)行中使用收集到的數(shù)據(jù)。如果必要，可隨時(shí)用與上述方法同樣的方式重新寫入位置數(shù)據(jù)H和不規(guī)則數(shù)據(jù)。
在第一次初始運(yùn)行后，進(jìn)行如下的引導(dǎo)控制。當(dāng)可移動(dòng)裝置4相當(dāng)平緩地通過(guò)不規(guī)則處如翹曲時(shí)，由導(dǎo)軌2和2′上的不規(guī)則引起的可移動(dòng)裝置4的晃動(dòng)可被有效地抑制，這是因?yàn)榭刂破?0通過(guò)增益補(bǔ)償器62將變量△y—△ψ和△yab—△ψab的每一個(gè)和時(shí)間變化率△y′—△ ψ′和△y′ab—△ψ′ab的每一個(gè)反饋給激勵(lì)電壓ey，ex，eθ，eξ和eψ的每一個(gè)。
因?yàn)椴灰?guī)則數(shù)據(jù)hy，hx，hθ，hξ和hψ以及縱向位置數(shù)據(jù)H由不規(guī)則存儲(chǔ)電路51讀出，并向增益補(bǔ)償器62和積分補(bǔ)償器65輸入，如果縱向位置數(shù)據(jù)和有不規(guī)則的間隔在初始運(yùn)行后設(shè)置到增益補(bǔ)償器62和積分補(bǔ)償器65中，則在后面的運(yùn)行期間，增益補(bǔ)償器62和積分補(bǔ)償器65可在有不規(guī)則的間隔中改變控制參數(shù)。
即使導(dǎo)軌2(2′)的接點(diǎn)存在因反復(fù)進(jìn)行的熱膨脹和收縮或地震引起的水平面差異或間隙，但通過(guò)改變控制參數(shù)可限制可移動(dòng)裝置4的晃動(dòng)，從而磁體15a—15d的引導(dǎo)力在可移動(dòng)裝置4位于有不規(guī)則的間隔條件下具有非常低的彈簧常數(shù)，可移動(dòng)裝置4的速度很快，不規(guī)則數(shù)據(jù)hy，hx，hθ，hξ和hψ的變化率超過(guò)預(yù)定值。
在磁引導(dǎo)系統(tǒng)停止工作情況下，用于y方式和x方式的電流偏差設(shè)置器62設(shè)置的基準(zhǔn)值從零逐漸到負(fù)數(shù)值，從而可移動(dòng)裝置4逐漸在y和x方向移動(dòng)。最后，磁體15a—15d的中心鐵芯16的任一端或磁體15a—15d的電磁鐵18和18′的端部通過(guò)固態(tài)潤(rùn)滑材料22吸到導(dǎo)軌2和2′的相面對(duì)的表面上。如果磁引導(dǎo)系統(tǒng)在該狀態(tài)停下，則電流偏差設(shè)置器62的基準(zhǔn)值重新設(shè)置成零，且可移動(dòng)裝置4吸到導(dǎo)軌2和2′上。
在第一實(shí)施例中，盡管用于控制電磁鐵以調(diào)整其激勵(lì)電流在穩(wěn)定狀態(tài)為零的零功率控制適于非接觸引導(dǎo)控制，但也可以使用各種其他的控制磁體15a—15d吸力的控制方法。例如，如果磁體更精確地跟隨導(dǎo)軌2和2′，以控制保持間隙恒定的控制方法可被采用。
參照附圖8和9說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施例的引導(dǎo)系統(tǒng)。
在第一實(shí)施例中，盡管非接觸引導(dǎo)控制通過(guò)采用磁體15a—15d作為引導(dǎo)體5a—5d而獲得，但并不限于上述系統(tǒng)。正如圖8和9所示，輪子支承型的引導(dǎo)體100a—100d以與第一實(shí)施例同樣的方式固定到可移動(dòng)裝置4的上下角部。盡管圖8和9中僅僅示出了引導(dǎo)體100b，但其他的引導(dǎo)體100a，100c和100d具有與引導(dǎo)體100b同樣的結(jié)構(gòu)。
第二實(shí)施例的引導(dǎo)體100b包括從三個(gè)側(cè)面圍繞著導(dǎo)軌2(2′)設(shè)置的三個(gè)導(dǎo)輪111，112和113；懸掛體114，115和116，設(shè)置在各導(dǎo)輪111—113與可移動(dòng)裝置4之間并通過(guò)壓著導(dǎo)輪111—113在導(dǎo)軌2(2′)上作用引導(dǎo)力；和支承懸掛體114—116的基座。
每個(gè)引導(dǎo)體100a—100d通過(guò)基座117固定到框架11的相應(yīng)角部。懸掛體114—116的每一個(gè)均包括相應(yīng)的線性脈沖電機(jī)121，122和123，懸架124，125和126，以及用于間隙傳感器的電位計(jì)127，128和129之一。
線性脈沖電機(jī)121—123分別包括定子131，132和133，和線性轉(zhuǎn)子134，135和136。線性轉(zhuǎn)子134—136沿著整體形成為U形的定子131—133的凹槽移動(dòng)。線性轉(zhuǎn)子134—136的移動(dòng)速度相應(yīng)于分別提供給線性脈沖電機(jī)121—123的脈沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)器141，142和143的速度信號(hào)值。
懸架124—126包括固定在線性轉(zhuǎn)子134—136上的L形板144，145和146(未示出)；固定在L形板144—146上并包括位于其相對(duì)側(cè)上的軸147，148和149的支架151(未示出)，152和153(未示出)；成對(duì)板157a和157b，158a和158b，159a和159b，通過(guò)在其基部將軸147—149設(shè)置于成對(duì)板157a，157b—159a，159b之間，使成對(duì)板157a和157b，158a和158b，159a和159b樞軸連接到支架151—153上，并通過(guò)將支架151—153和導(dǎo)輪111—113設(shè)置于成對(duì)板157a，157b—159a，159b之間，在其頂部借助于軸154，155和156，使成對(duì)板157a和157b，158a和158b，159a和159b支承著可旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)輪。懸架124—126還包括螺旋彈簧161，162和163；穿過(guò)螺旋彈簧161—163并且其后端固定在L形板144—146上的導(dǎo)桿164，165和166；以及擋板167，168和169，擋板固定在每個(gè)螺旋彈簧161—163可對(duì)成對(duì)板157a，157b—159a，159b作用一個(gè)預(yù)定壓力的位置上并且擋板由導(dǎo)桿164—166穿過(guò)。
電位計(jì)127—129測(cè)定成對(duì)板157a，157b—159a，159b圍繞著支架151—153的軸147—149的轉(zhuǎn)角，作用為將導(dǎo)軌2(2′)與每個(gè)軸154，155和156中心之間的距離輸出的間隙傳感器。
引導(dǎo)體100a—100d的每個(gè)導(dǎo)輪111—113的引導(dǎo)力由控制器230控制，如圖10所示，從而靠著導(dǎo)軌2和2′引導(dǎo)電梯轎廂10和框架11。
控制器230被分開(kāi)和設(shè)置在與圖1所示的第一實(shí)施例的控制器30同樣的位置上，但是其功能如圖10所示結(jié)合成一個(gè)整體。下面說(shuō)明控制器230。在圖10中，箭頭表示信號(hào)通路，實(shí)線表示電力線。在下面的描述中，與第一實(shí)施例的控制器30相同的部件標(biāo)以相同的符號(hào)。此外，下標(biāo)“a”—“d”分別添加到顯示各引導(dǎo)體100a—100d的主要部件的附圖中，以顯示在框架11上的安裝位置。
固定在框架11上的控制器230包括一個(gè)傳感器231，測(cè)定導(dǎo)軌2(2′)與引導(dǎo)體100a—100d的每個(gè)導(dǎo)輪111a，112a，113a—111d，112d，113d中心之間的距離；一個(gè)計(jì)算器232，用于計(jì)算響應(yīng)傳感器231的輸出信號(hào)以引導(dǎo)可移動(dòng)裝置4的線性脈沖電機(jī)121a，122a，123a—121d，122d，123d中移動(dòng)件134—136的移動(dòng)速度；脈沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)器211a，212a，213a—211d，212d，213d，根據(jù)計(jì)算器232的輸出，以指定速度驅(qū)動(dòng)每個(gè)移動(dòng)件134—136，從而能分別在x和y方向控制每個(gè)導(dǎo)輪111a，112a，113a—111d，112d，113d的引導(dǎo)力。
電源234通過(guò)脈沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)器211a，212a，213a—211d，212d，213d向線性脈沖電機(jī)121a，122a，123a—121d，122d，123d供給電力，并且還將電力供給恒定電壓發(fā)生器235，恒定電壓發(fā)生器235將具有恒定電壓的電力供給計(jì)算器232和構(gòu)成x方向間隙傳感器和y方向間隙傳感器的電位計(jì)127a，128a，129a—127d，128d，129d。恒定電壓發(fā)生器235將具有恒定電壓的電力供給計(jì)算器232和電位計(jì)127a，128a，129a—127d，128d，129d，即使電源234的電壓因過(guò)量電流供給發(fā)生變化，計(jì)算器232和電位計(jì)127a，128a，129a—127d，128d，129d也可正常工作。
傳感器231包括電位計(jì)127a，128a，129a—127d，128d，129d和光電二極管8a—8c。
類似于第一實(shí)施例，計(jì)算器232控制在圖1所示的每個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)中的可移動(dòng)裝置4的引導(dǎo)控制。運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)包括一個(gè)表示沿著可移動(dòng)裝置4中心上的y坐標(biāo)左右移動(dòng)的y方式(前后運(yùn)動(dòng)方式)，一個(gè)表示沿著x坐標(biāo)左右移動(dòng)的x方式(左右運(yùn)動(dòng)方式)，一個(gè)表示圍繞著可移動(dòng)裝置4中心滾動(dòng)的θ方式(滾動(dòng)方式)，一個(gè)表示圍繞著可移動(dòng)裝置4中心俯仰的ξ方式(俯仰方式)，一個(gè)表示圍繞著可移動(dòng)裝置4中心搖擺的ψ方式(搖擺方式)。
為了簡(jiǎn)化描述，假設(shè)可移動(dòng)裝置4的中心位于垂直線上，該垂直線穿過(guò)可移動(dòng)裝置4四角設(shè)置的引導(dǎo)體100a—100d中點(diǎn)的對(duì)角線交叉點(diǎn)。該中心被認(rèn)為是x、y和z各坐標(biāo)軸的起點(diǎn)。每個(gè)方式中的運(yùn)動(dòng)方程由下面的公式24—28給出。
公式24如下
公式25如下
公式26如下
公式27如下
公式28如下
Ks是每個(gè)導(dǎo)輪111—113的每單位移動(dòng)距離下的每個(gè)懸架124—126的彈簧常數(shù)。符號(hào)ηs是每個(gè)導(dǎo)輪111—113的每單位移動(dòng)距離下的每個(gè)懸架124—126的阻尼常數(shù)。符號(hào)Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ是各y，x，θ，ξ和ψ方式的移動(dòng)件134—136的移動(dòng)速度目標(biāo)值。
相應(yīng)于懸掛體114—116的間隙xa—xd和ya1，ya2—yd1，yd2通過(guò)下面的公式29由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成y，x，θ，ξ和ψ方式而獲得。
公式29如下
對(duì)各方式的懸掛系統(tǒng)的控制的輸入信號(hào)，例如計(jì)算器232輸出的移動(dòng)速度目標(biāo)值Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ，通過(guò)下面的公式30，由反向轉(zhuǎn)換成脈沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)器211a，212a，213a—211d，212d，213d的速度輸入Va1，Va2，Va3—Vd1，Vd2，Vd3。
公式30如下
與由公式24—28表明的y，x，θ，ξ和ψ方式相應(yīng)的可移動(dòng)裝置4的運(yùn)動(dòng)方程安排成下面公式31所示狀態(tài)的方程。
公式31如下x′5=A5x5+b5v5+p5h5+d5u5在公式31中，矢量X5，A5，b5，p5和d5，以及u5按如下方式限定。
公式32如下
符號(hào)h5表示相對(duì)基準(zhǔn)光程7a和7b的導(dǎo)軌2和2′上的不規(guī)則，由下面的公式34限定，同時(shí)提供公式33。
公式33如下
公式34如下hs=h′′y,h′′x,h′′θ,h′′ξorh′′ψ]]>此外，V5是輸入給線性脈沖電機(jī)的一個(gè)速度以穩(wěn)定每個(gè)方式中的運(yùn)動(dòng)。
公式35如下v5=vy,vx,vθ,vξorvψ]]>公式31通過(guò)反饋下面的公式36而提供引導(dǎo)控制。
公式36如下v5=F5x5+∫K5x5dt]]>下面的公式37表明由Fa，F(xiàn)b，F(xiàn)c，F(xiàn)d和Fe表示的正比增益，和由Ke，F(xiàn)5和K5表示的積分增益。
公式37如下
正如圖10所示，計(jì)算器232包括減法器241a—241d和242a—242h，間隙偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路245，速度計(jì)算器247，速度坐標(biāo)反向轉(zhuǎn)換電路248，縱向位置計(jì)算器49，位置偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路50和不規(guī)則存儲(chǔ)電路51。
減法器241a—241d通過(guò)將來(lái)自構(gòu)成x方向間隙傳感器的電位計(jì)129a—129d的間隙信號(hào)gxa—gxd減去相應(yīng)的基準(zhǔn)值Xa0—Xd0，算出x方向間隙偏差信號(hào)△gxa—△gxd。減法器242a—242d通過(guò)將來(lái)自構(gòu)成y方向間隙傳感器的電位計(jì)127a，128a—127d，128d的間隙信號(hào)gya1，gya2—gyd1，gyd2減去相應(yīng)的基準(zhǔn)值ya01，ya02—yd01，yd02，算出Y方向間隙偏差信號(hào)△gya1，△gya2—△gyd1，△gyd2。
間隙偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路245通過(guò)使用公式29，根據(jù)y方向的間隙偏差信號(hào)△gya1，△gya2—△gyd1，△gyd2算出可移動(dòng)裝置4中心的y方向變量△y，根據(jù)x方向的間隙偏差信號(hào)△gxa—△gxd，算出可移動(dòng)裝置4中心的x方向變量△x，算出可移動(dòng)裝置4中心在θ方向(滾動(dòng)方向)的轉(zhuǎn)角△θ，可移動(dòng)裝置4在ξ方向(俯仰方向)的轉(zhuǎn)角△ξ，和可移動(dòng)裝置4在ψ方向(搖擺方向)的轉(zhuǎn)角△ψ。
縱向位置計(jì)算器49根據(jù)同一水平面設(shè)置的兩維空間光電二極管8b和一維空間光電二極管8c的輸出，算出可移動(dòng)裝置4的縱向位置。位置偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路50根據(jù)兩維空間光電二極管8a和8b的輸出，算出可移動(dòng)裝置4在圍繞基準(zhǔn)坐標(biāo)的每個(gè)方式中的偏差位置△yab，△Xab，△θab，△ξab和△ψab，并將該計(jì)算結(jié)果向速度控制器247輸出。不規(guī)則存儲(chǔ)電路51將來(lái)自由縱向位置計(jì)算器49測(cè)定的可移動(dòng)裝置4的一個(gè)位置的間隙偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路245的輸出與位置偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路50的輸出相減，然后，接連存儲(chǔ)相對(duì)光程7a(7b)的導(dǎo)軌2(2′)的不規(guī)則數(shù)據(jù)hy，hx，hθ，hζ和hψ，其轉(zhuǎn)換成可移動(dòng)裝置4的一個(gè)位置。不規(guī)則存儲(chǔ)電路51定時(shí)地讀取相應(yīng)于可移動(dòng)裝置4的一個(gè)縱向位置的縱向位置數(shù)據(jù)和不規(guī)則數(shù)據(jù)并將它們輸入速度計(jì)算器247中。
速度計(jì)算器247根據(jù)間隙偏差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電路245的輸出△y，△x，△θ，△ξ和△ψ，計(jì)算出相應(yīng)的方式中的移動(dòng)件134—136每個(gè)的速度目標(biāo)值Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ用以在每個(gè)y，x，θ，ξ，ψ方式中引導(dǎo)可移動(dòng)裝置4。速度坐標(biāo)反向轉(zhuǎn)換電路248利用公式30根據(jù)速度計(jì)算器247的輸出Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ，計(jì)算出懸掛體114a，115a，116a—114d，115d，116d的移動(dòng)件134—136每個(gè)的移動(dòng)速度Va1，Va2，Va3—Vd1，Vd2，Vd3，并將該計(jì)算結(jié)果反饋給脈沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)器211a，212a，213a—211d，212d，213d。
速度計(jì)算器247包括一個(gè)前后方式計(jì)算器247a，一個(gè)左右方式計(jì)算器247b，一個(gè)滾動(dòng)方式計(jì)算器247c，一個(gè)俯仰方式計(jì)算器247d，和一個(gè)搖擺方式計(jì)算器247e。
前后方式計(jì)算器247a通過(guò)使用輸入△y和△yab根據(jù)公式36計(jì)算Y方式的移動(dòng)速度vy。左右方式計(jì)算器247b通過(guò)使用輸入△x和△Xab根據(jù)公式36計(jì)算x方式的移動(dòng)速度vx。滾動(dòng)方式計(jì)算器247c通過(guò)使用輸入△θ和△θab根據(jù)公式36計(jì)算θ方式的移動(dòng)速度vθ。俯仰方式計(jì)算器247d通過(guò)使用輸入△ξ和△ξab根據(jù)公式36計(jì)算ξ方式的移動(dòng)速度vξ。搖擺方式計(jì)算器247e通過(guò)使用輸入△ψ和△ψab根據(jù)公式36計(jì)算ψ方式的移動(dòng)速度vψ。
圖11詳細(xì)地示出每個(gè)計(jì)算器247a—247e。
計(jì)算器247a—247e的每一個(gè)均包括一個(gè)微分器260，用于根據(jù)每個(gè)間隙變量△y，△x，△θ，△ξ和△ψ計(jì)算時(shí)間變化率△y′、△x′、△θ′、△ξ′或△ψ′；一個(gè)微分器261，用于根據(jù)來(lái)自基準(zhǔn)位置的每個(gè)變量△yab，△xab，△θab，△ξab和△ψab，計(jì)算時(shí)間變化率△y′ab、△x′ab、△θ′ab、△ξ′ab或△ψ′ab；以及一個(gè)積分器268，將各方式中的每個(gè)移動(dòng)速度Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ積分并輸出移動(dòng)距離ly，lx，lθ，lξ和lψ；增益補(bǔ)償器262，分別通過(guò)適當(dāng)反饋的增益，增大每個(gè)變量△y—△ψ和△yab—△ψab，每個(gè)時(shí)間變化率△y′—△ψ′和△y′ab—△ψ′ab和每個(gè)移動(dòng)距離ly—lψ。每個(gè)計(jì)算器247a—247e還包括一個(gè)坐標(biāo)偏差設(shè)置器263；一個(gè)減法器264，將坐標(biāo)偏差設(shè)置器263輸出的基準(zhǔn)值減去每個(gè)變量△yab—△ψab；一個(gè)積分補(bǔ)償器265，將減法器264的輸出積分以及通過(guò)適當(dāng)反饋的增益增大積分的結(jié)果；一個(gè)加法器266，計(jì)算增益補(bǔ)償器262的輸出總和；以及一個(gè)減法器267，將積分補(bǔ)償器265的輸出減去加法器266的輸出，并輸出相應(yīng)于y，x，θ，ξ和ψ方式的移動(dòng)速度Vy，Vx，Vθ，Vξ或Vψ。根據(jù)相應(yīng)于可移動(dòng)裝置4的縱向位置的縱向位置數(shù)據(jù)H和不規(guī)則數(shù)據(jù)hy，hx，hθ，hξ和hψ，增益補(bǔ)償器262和積分補(bǔ)償器265可改變一個(gè)設(shè)置增益。
下面說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施例的上述引導(dǎo)系統(tǒng)的操作。
在由引導(dǎo)體100a—100d引導(dǎo)的可移動(dòng)裝置4通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)(未示出)開(kāi)始上移并且相當(dāng)平緩地通過(guò)不規(guī)則處如翹曲時(shí)，由導(dǎo)軌2和2′上不規(guī)則引起的可移動(dòng)裝置4的晃動(dòng)可被有效地抑制，這是因?yàn)榭刂破?30通過(guò)增益補(bǔ)償器262將每個(gè)變量△yab—△ψab和每個(gè)時(shí)間變化率△y′ab—△ψ′ab反饋給每個(gè)移動(dòng)速度Vy，Vx，Vθ，Vξ和Vψ的緣故。
類似于第一實(shí)施例，因?yàn)椴灰?guī)則數(shù)據(jù)hy，hx，hθ，hξ和hψ，以及縱向位置數(shù)據(jù)H由不規(guī)則存儲(chǔ)電路51讀出，增益補(bǔ)償器262和積分補(bǔ)償器265輸入這些數(shù)據(jù)，在有不規(guī)則的間隔中，增益補(bǔ)償器262和積分補(bǔ)償器265可改變控制參數(shù)。
即使在導(dǎo)軌2(2′)的接點(diǎn)存在因反復(fù)進(jìn)行的熱膨脹和收縮或地震引起的水平面差異或間隙，但通過(guò)改變控制參數(shù)可將可移動(dòng)裝置4的晃動(dòng)抑制為最小，從而引導(dǎo)體100a—100d的引導(dǎo)力具有非常低的彈簧常數(shù)。
下面說(shuō)明本發(fā)明第三實(shí)施例的引導(dǎo)系統(tǒng)。根據(jù)第一和第二實(shí)施例，光電二極管8a—8c直接接收由圖1所示的激光發(fā)射器6a—6c放射的激光。然而，光程7a—7c并不限于上述，可采用圖12所示的其他結(jié)構(gòu)。即，電梯轎廂10包括面對(duì)轎廂10以45°角固定鏡子301的支架302和位于其側(cè)表面上的光電二極管8a—8c，從而光程7a—7c旋轉(zhuǎn)一個(gè)直角到達(dá)光電二極管8a—8c。
按照第三實(shí)施例，因?yàn)楣怆姸O管8a—8c的表面設(shè)置成直角，表面幾乎不會(huì)落塵，從而能夠長(zhǎng)期使用而不用清潔。
在第一、第二和第三實(shí)施例中，三個(gè)激光發(fā)射器用于形成三個(gè)光程7a—7c。然而，對(duì)上述系統(tǒng)并不限制激光發(fā)射器的數(shù)量，通過(guò)如圖13所示安裝一個(gè)由兩個(gè)支架312固定的半透半反鏡311，一個(gè)光程7b可分成兩個(gè)光程。
在這種情況下，在光程7b上的半透半反鏡311產(chǎn)生透射光T1和垂直于透射光T1的反射光Tb。透射光T1入射在通過(guò)基座313略微傾斜地設(shè)置在井道1底部的鏡子314上。反射光Tb入射在光電二極管8b上。透射光T1的光軸略微傾斜地反射到Y(jié)和Z坐標(biāo)平面，并且通過(guò)相鄰于半透半反鏡311處的支架302′，由表面向下方式固定在電梯轎廂10側(cè)部的鏡子301′的反射而入射在光電二極管8c上。
按照上述的光學(xué)系統(tǒng)，可以獲得與第一和第二實(shí)施例同樣的引導(dǎo)控制。此外，由于相當(dāng)昂貴的激光發(fā)射器的數(shù)量從三個(gè)減少到兩個(gè)，可減少電梯系統(tǒng)的成本。
另外，正如圖14所示，僅僅由一個(gè)激光發(fā)射器6d產(chǎn)生的光程可用半透半反鏡321和鏡子322分成兩個(gè)。在這種情況下，因?yàn)槿∠斯怆姸O管8c，僅僅使用光電二極管8a和8b，不檢測(cè)可移動(dòng)裝置4的縱向位置。光程的數(shù)量可按需要任意選擇。
此外，在上述實(shí)施例中，盡管分別采用激光振蕩管作為激光發(fā)射器6a，6b和6c，但也可用激光發(fā)射半導(dǎo)體裝置替代激光振蕩管。此外，控制器30和230可由模擬電路或數(shù)字電路構(gòu)成。
按照本發(fā)明，由于克服可移動(dòng)裝置晃動(dòng)的位置校正是根據(jù)形成基準(zhǔn)位置的光程與可移動(dòng)裝置之間的間隙進(jìn)行的，并且當(dāng)可移動(dòng)裝置通過(guò)一個(gè)在初始運(yùn)行期間預(yù)先存儲(chǔ)的、相應(yīng)于導(dǎo)軌上不規(guī)則的位置時(shí)，在導(dǎo)軌上作用一個(gè)反相力克服不規(guī)則或可移動(dòng)裝置的晃動(dòng)，可抑制晃動(dòng)，從而改進(jìn)了乘坐舒適性。
此外，由于形成多個(gè)光程，通過(guò)檢測(cè)圍繞著多個(gè)軸線如水平軸線和縱軸線的間隙，可實(shí)現(xiàn)克服可移動(dòng)裝置晃動(dòng)的位置校正。
再有，因?yàn)榫牢挥诤谔?，甚至相?dāng)?shù)凸β实募す獍l(fā)射器就可產(chǎn)生基準(zhǔn)光程，從而無(wú)需冷卻系統(tǒng)以及能夠形成低成本的基準(zhǔn)光程。
另外，由于光程相對(duì)垂線略微傾斜以及在光程上設(shè)置一個(gè)一維空間光電二極管，可移動(dòng)裝置的縱向位置可根據(jù)光電二極管上的干涉光的入射位置測(cè)定，特別是相應(yīng)于導(dǎo)軌上不規(guī)則的一個(gè)位置可在初始運(yùn)行期間測(cè)定。
此外，由于兩維空間光電二極管設(shè)置在縱向光程上，所以，可移動(dòng)裝置的間隙位置可根據(jù)光電二極管上干涉光入射位置測(cè)定。由于兩個(gè)兩維空間光電二極管設(shè)置在不同水平面上并且設(shè)置在各縱向光程上，從而根據(jù)光電二極管上干涉光的入射位置可測(cè)定和校正可移動(dòng)裝置的三維空間位置。
另外，引導(dǎo)系統(tǒng)中使用了由電磁鐵產(chǎn)生的磁性懸浮力，可不接觸導(dǎo)軌地引導(dǎo)可移動(dòng)裝置，從而實(shí)現(xiàn)乘坐舒適性。
此外，使用一個(gè)鏡子或一個(gè)半透半反鏡以改變光程的方向，激光發(fā)射器的數(shù)量可小于光程的數(shù)量，從而降低了成本。
再有，由于可移動(dòng)裝置的縱向位置是通過(guò)使用兩個(gè)相互不平行的光程測(cè)定的，可移動(dòng)裝置的縱向位置可以非接觸方式準(zhǔn)確地測(cè)定。
按照上述教導(dǎo)可作出各種變更和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解到，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，本發(fā)明均可實(shí)現(xiàn)而不僅限于在此的描述。
權(quán)利要求
1．一種電梯用引導(dǎo)系統(tǒng)，包括一個(gè)沿著導(dǎo)軌移動(dòng)的可移動(dòng)裝置；一個(gè)光束發(fā)射器，形成與所述的可移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向平行的光線的光程；一個(gè)設(shè)置在所述光程上的位置檢測(cè)器，以檢測(cè)所述光程與所述可移動(dòng)裝置之間的位置關(guān)系；以及一個(gè)與所述可移動(dòng)裝置連接的驅(qū)動(dòng)器，以根據(jù)所述位置檢測(cè)器的輸出通過(guò)在所述導(dǎo)軌上作用的力引起的反作用力，改變所述可移動(dòng)裝置的位置。
2．按照權(quán)利要求1所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述的光束發(fā)射器形成多個(gè)光程。
3．按照權(quán)利要求2所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，至少所述多個(gè)光程的兩個(gè)相互不平行，并且通過(guò)所述至少多個(gè)光程的兩個(gè)不相互平行的光程，所述位置檢測(cè)器檢測(cè)所述可移動(dòng)裝置的縱向位置。
4．按照權(quán)利要求1所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述光束發(fā)射器包括一個(gè)激光發(fā)射器。
5．按照權(quán)利要求4所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述的激光發(fā)射器包括一個(gè)激光振蕩管。
6．按照權(quán)利要求4所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述的激光發(fā)射器包括一個(gè)激光發(fā)射半導(dǎo)體裝置。
7．按照權(quán)利要求1所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述的位置檢測(cè)器包括一個(gè)一維空間光電二極管。
8．按照權(quán)利要求1所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述的位置檢測(cè)器包括一個(gè)兩維空間光電二極管。
9．按照權(quán)利要求1所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述的驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)磁體，包括一個(gè)以一個(gè)間隙面對(duì)所述導(dǎo)軌的電磁鐵，一個(gè)傳感器，以檢測(cè)由所述電磁鐵、所述間隙和所述導(dǎo)軌形成的磁路條件，和一個(gè)引導(dǎo)控制器，以響應(yīng)所述傳感器和所述位置檢測(cè)器的輸出控制給所述電磁鐵的激勵(lì)電流，從而穩(wěn)定所述的磁路。
10．按照權(quán)利要求9所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括一個(gè)第二位置檢測(cè)器，以檢測(cè)水平面上所述導(dǎo)軌與所述磁體之間的一個(gè)位置關(guān)系。
11．按照權(quán)利要求9所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括一個(gè)電流檢測(cè)器，以檢測(cè)所述電磁鐵的激勵(lì)電流。
12．按照權(quán)利要求9所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述磁體包括一個(gè)永久磁鐵，提供一個(gè)引導(dǎo)所述可移動(dòng)裝置的磁通勢(shì)，并且設(shè)置成在所述的間隙與所述電磁鐵形成一個(gè)共用的磁路。
13．按照權(quán)利要求9所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述引導(dǎo)控制器根據(jù)所述傳感器和所述第二位置檢測(cè)器的輸出進(jìn)行控制以穩(wěn)定所述的磁路，從而在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)所述的激勵(lì)電流會(huì)聚為零。
14．按照權(quán)利要求1所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述的位置檢測(cè)器還包括一個(gè)鏡子。
15．按照權(quán)利要求1所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述的位置檢測(cè)器還包括一個(gè)半透半反鏡。
16．一種控制可移動(dòng)裝置沿著導(dǎo)軌移動(dòng)的引導(dǎo)系統(tǒng)，包括一個(gè)光束發(fā)射器，定位成在基本平行于可移動(dòng)裝置的一個(gè)平面內(nèi)的一個(gè)光程中形成一光束至少一個(gè)設(shè)置在可移動(dòng)裝置上以接收所述光束的位置檢測(cè)器，并提供一個(gè)表示相對(duì)光程的可移動(dòng)裝置位置的輸出信號(hào)；以及一個(gè)與可移動(dòng)裝置連接的驅(qū)動(dòng)器，響應(yīng)作用在導(dǎo)軌上的力和表示可移動(dòng)裝置位置的輸出信號(hào)，以將可移動(dòng)裝置推到一個(gè)不同位置。
全文摘要
一種電梯用引導(dǎo)系統(tǒng),包括一個(gè)沿著導(dǎo)軌上升和下降移動(dòng)的可移動(dòng)裝置,一個(gè)光束發(fā)射器,形成與可移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向平行的光程,一個(gè)設(shè)置在光程上的位置檢測(cè)器,以檢測(cè)光程與可移動(dòng)裝置之間的位置關(guān)系,以及一個(gè)與所述可移動(dòng)裝置連接的驅(qū)動(dòng)器,以根據(jù)所述位置檢測(cè)器的輸出,通過(guò)在所述導(dǎo)軌上作用的力引起的反作用力,改變可移動(dòng)裝置的位置。
文檔編號(hào)B66B7/04GK1279206SQ0010949
公開(kāi)日2001年1月10日 申請(qǐng)日期2000年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月6日
發(fā)明者森下明平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝