專利名稱：升降機驅動器控制策略的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及升降機系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及對升降
機系統(tǒng)中的驅動器進行控制。
背景技術：
升降機系統(tǒng)典型地包括驅動器組件，其負責升降廂的運動。 典型的驅動器包括驅動部分，其具有的電子器件用于控制向電動機提供 的功率和指令信號。大多數(shù)配置包括電動機，其響應于通過驅動器提供 的信號和功率，而導致升降廂的希望運動。給定升降機系統(tǒng)的工作速率、工作加速度和工作負栽基于驅 動器組件的功率能力(例如，驅動器部分和電動機)受到限制。驅動器 部分的功率由其電壓和電流能力限定。升降機系統(tǒng)驅動器部分的電壓能 力通常是固定的，從而使驅動部分通常是由電流能力來評定。因此，對 電動機進行控制時就要求不超過驅動器的最大正弦輸出電壓。最大電壓 電平典型地基于驅動部分DC總線的電壓電平。舉例而言，許多實例包 括調節(jié)至750VDC的總線電壓。該電壓電平典型地比輸入驅動器的整流 AC線輸入高10%。在一些實例中，DC總線電壓未得到調節(jié)，從而使其 對應于整流的主AC線輸入。電動機的功率由其轉矩和速率能力限定。 一種典型方法是將 電動機設計成，使其額定電壓盡可能接近驅動器的正弦輸出電壓極限。 這種方法通常^皮用來使電動機和驅動器的額定電流最小化。這種方法存 在許多相關缺點。電動機的加權電壓必須被設置成低于驅動器的最大正 弦輸出，原因在于多種因素，包括在DC總線傳感電路中的不精確性、 在升降機運行的峰值功率操作點期間的電壓瞬變、和AC線波動。降低 電動機的額定電壓來適應這些因素將導致驅動器的加速電流額定值增 大。這種增大導致驅動器成本增大。驅動器的加速電流額定值是在滿栽 升降廂沿向上方向運動從而接近全速的期間，驅動器允許的最大電流 量。加速電流額定值是至關重要的，因為驅動器的預計壽命基于該額定 值。
具有增大的加速電流額定值，也要求更為魯棒或者更大的開 關器件，以適應對應的功率電平。這會使升降廂組件引入額外成本，因 而是不利的。需要有一種改進的升降機驅動器控制策略，其用于降低驅動 器加速電流需求。有益的是，提供一種控制策略，其增大驅動壽命，并 提高給定驅動器的能力，以提供與先前配置相比較高的工作負載以及較 大的工作速率。本發(fā)明提供了這種控制策略。

發(fā)明內容
—種對具有電動機的升降機驅動器組件進行控制的示例性方 法，包括選擇性地增加與電動機的EMF (電動勢)電壓異相的電流。在一個實例中，當電動機操作對應于以恒定速度運動的相關 升降廂時，供給所增加的電流。在一些實例中，在增加電流之前，升降 廂以全速和滿載運動。—個實例包括控制所增加的電流，以控制電動機的轉矩常數(shù)， 該轉矩常數(shù)取決于所增加的電流。另一示例性方法包括確定升降廂是否以恒定速率運動。如果 是，則通過驅動器引入負磁通電流，其有效降低電動機的反電動勢電壓， 并增大電流量。在一些實例中，這用于增大電動機速率，而不會不利地 影響升降機驅動器組件的加速電流額定值。示例性升降機驅動器包括電壓調節(jié)器，如果電動機操作對應 于使升降廂以恒定速率運動，則該電壓調節(jié)器選擇性地將負d軸電流引 到電動才幾。本發(fā)明的不同特征和優(yōu)點將從如下詳細描述中對于本領域技 術人員變得清晰。詳細描述中參考的附圖可被簡要描述如下。


圖1示意性地示出了升降機系統(tǒng)的選定部分，其包括根據(jù)本 發(fā)明一個實施例設計的驅動器組件。圖2是一個流程圖，其概括了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于 控制升降機驅動器的示例性方法。圖3以圖形方式示出了示例性控制電壓。圖4以圖形方式示出了另 一 示例性控制電壓。[oon]圖5示意性地示出了在一個示例性實施例中用于電壓控制的 控制環(huán)路。圖6以圖形方式示出了一個示例性電動機的通量和電流之間 的關系。圖7示意性地示出了在一個示例性實施例中用于內環(huán)速度控 制的控制環(huán)路。圖8以圖形方式示出了一個示例性電動機的轉矩常數(shù)和d軸 電流之間的關系。
具體實施例方式圖1示意性地示出了升降機系統(tǒng)20的選定部分。升降廂22 和平衡物24由拉繩26 (例如皮帶或繩索)以公知方式維持。升降機驅 動器組件30負責以希望方式控制升降廂22的運動。所示實例包括電動 機32,其控制戔引輪34的旋轉，從而使拉繩26相應運動，該運動導致 升降廂22的希望運動。驅動部分36負責提供用于操作電動機32的功率和指令信號， 以實現(xiàn)所希望的升降機系統(tǒng)的操作。示例性驅動部分36包括公知部件 (未示出)用于從電源接收功率并向電動機32提供合適的功率。圖2所包括的流程圖42概括了一個示例性的方法。在該實例 中，電壓調節(jié)器40監(jiān)視與驅動部分36相關聯(lián)的變換器(inverter)電壓， 其被示意性地示于44。該變換器電壓提供如下指示，即，電動機32是 否正在與升降廂22的恒定速率運動相對應的情況下操作。在圖2中， 在46處，電壓調節(jié)器40確定升降廂22是否正在以恒定速率運動。在 一個實例中，升降機在相對滿載情況下沿向上方向運動的恒定速率對于 選擇性地增加供給到電動機的電流而言是一個合適的環(huán)境。在圖2中， 在48處，電壓調節(jié)器40在這樣的情況下引入了負的通量電流。所增加 的電流與電動機32的反電動勢異相。所增加的電流可被認為是負d軸 電流。
這類電壓調節(jié)器為電動機增加電流，而且不會影響驅動部分 36的加速電流額定值，因為電壓調節(jié)器40僅僅在加速度低時在全速處 或全速附件增加這種電流。在升降機運行的恒定速度部分以這種方式為 電動機增加電流，對驅動器組件30的壽命具有負面影響。這種示例性方法允許增大電動機32的電流額定值，并降低驅 動部分36的電流額定值。降低驅動部分36的加速電流額定值允許使用 較小的開關器件(例如，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)),其在一些實例中 具有降低驅動器組件30成本的優(yōu)點。在一個實例中，電壓調節(jié)器40被編程為，僅僅在升降機運行 期間起作用，其中升降機的運行包括在非常接近滿載的電動機運行狀態(tài) 期間全速向上的升降廂運動。升降機全速向上運行且升降廂中滿栽期 間， 一個示例性電壓調節(jié)器40保持為不起作用，直至驅動部分36變換 器電壓平方的幅度達到選定閾值。升降機速度曲線在其從升降機運行的 恒定加速度區(qū)域過渡到恒定速度區(qū)域時具有可識別點，其有時也被稱為 進入恒定速度區(qū)域(jerk-into-constant-velocityregion)。 一個實例包括， 基于對該過渡過程的認識，選擇用于啟動電壓調節(jié)器4 0的閾值。這種方法具有多種優(yōu)點。在一個實例中，驅動器組件30的成 本降低，因為給定升降機任務的驅動器加速電流需求降低。在一些實例 中，降低給定升降機任務的驅動器加速電流需求延長了驅動器的使用壽 命。另夕卜，對于給定的驅動器組件30,當執(zhí)行本發(fā)明的示例性實施例時， 可增大升降機工作負載和升降機工作速率。在電動機32的反電動勢和驅動部分36的開關IGBT之間的 電路中存在電動機電感，以便能夠控制相電流。通過適當?shù)貙GBT進 行開關，在1GBT處施加的電壓能夠得到控制。在一個實例中施加的電 壓為 <formula>formula see original document page 8</formula>其中
Vdq為在變換器處施加的電壓
<formula>formula see original document page 8</formula>為電動機反電動勢的電壓矢量(表示為線間均方根值
(line-line rms))
I=Iq+jId為變換器中的電流矢量； we為電動機的電頻率；和 L為電動機的電感(忽略凸極效應)這種典型方法包括，通過將電流矢量的與電動機反電動勢異 相的分量保持為O(即，Id=0)來利用單位功率因數(shù)，從而操作變換器。
然后，根據(jù)電流矢量的與電動機反電動勢同相的分量(即，Iq)來控制
電動機速率。在一個實例中，施加的電壓為
<formula>formula see original document page 8</formula>圖3以圖形方式示出了將異相電流分量(Id)保持為0而形成 的 矢量。在該實例中的^矢量具有EMF分量52和Iq分量54,結果 得到變換器電壓Vinv56。 ！^。矢量的幅度為<formula>formula see original document page 8</formula>
結果，可用的仍然可以使能電流控制的最大電動機反電動勢電壓為:<formula>formula see original document page 8</formula>
這種限制例如有助于限定特定驅動器和電動機對的最大電動機速率。本發(fā)明包括，在選定情況下，例如在與升降廂22運動的恒定 速率相對應的電動才幾32的恒定速率操作期間，偏離這一典型方法。該 實例包括，在恒定速率狀態(tài)期間，增加與電流矢量的與電動機反電動勢 電壓異相的分量相對應的電流。換句話說，當升降廂22以恒定速率行 進時，Id并不保持在O。在一個實例中，僅僅當升降廂22重載并沿向上
方向行進時才提供所增加的電流。如果Id不為0,則變換器電壓的幅度可表示為
<formula>formula see original document page 9</formula>使用該方法，并正確控制與電動機的反電動勢異相的電流，就允許 在不犧牲電動機速率的情況下降低變換器電壓。在一些實例中，降低變 換器電壓包括增大電動機速率。這種技術有效地允許無功功率流經電動
機32，從而形成與電動機32的反電動勢同相的壓降。在一個實例中，
對上述近似值中的最右側項(即，
、
)進行建模，從而為電壓
調節(jié)器提供了實現(xiàn)所希望的電動機操作的基礎。圖4示出了當Ia不為0時所得到的Vdq矢量56。通過在合適
情況下(即，在恒定速率情況期間)控制Id， Vinv能夠保持在希望范圍
內或保持在選定限值之下。這種方法允許降低Vinv,從而增大電流輸入 并可能增大電動機速度。在圖示中，Vinv分量652，小于圖3的Vinv652。
所增加的Id電壓分量58與Vemf52，同相，結杲導致電壓Vinv減小。該方
法降低了 Vinv652，，但并不需要增大驅動器組件30的加速電流額定值， 因為電動機32正在全速附近操作，因而加速度低。在具有設計為在同步參照系中操作的電流控制器的實例中，
V^可由電壓調節(jié)器的輸出確定為 Vdq2= Vde2+ Vqe2
圖5示出了用于控制Vdq2的示例性控制環(huán)60,從而使其不會超過最
大容許值
V 2、
j
圖5中所示的功能4莫塊可使用軟件、硬件、固件或它
們的組合來實現(xiàn)。通過這些描述，本領域技術人員將能夠以滿足他們具 體需求的方式來實現(xiàn)圖5中示意性地示出的各模塊的功能。使用如上文 所示的V^的近似值，與圖5 —致的一個示例性控制環(huán)并未解決回路延 遲、電動機凸極效應、電流回路動態(tài)、等等。然而，由于控制環(huán)的帶寬需求如此之低，所以如果使用相對較低的控制器增益，那么這些細節(jié)問 題應該都能^皮忽略。參照圖5，開環(huán)傳遞函數(shù)為
<formula>formula see original document page 10</formula>為實現(xiàn)的fbw交越頻率(cross-over frequency),控制器增益在一個 實例中選擇如下<formula>formula see original document page 10</formula>[Q038]用于反電動勢的方程給定為
<formula>formula see original document page 10</formula>其中，；^為電動機32的反電動勢常數(shù)。在一個實例中，對于永磁 電動機，該反電動勢常數(shù)、能夠使用轉矩常數(shù)Kt方程來計算，該方程為
其中
#/>為機器的極數(shù) ^為機器的額定轉矩；和 I v為機器的額定轉矩電流。 忽略凸極效應(即，假設Ld-Lq=0 )得到
<formula>formula see original document page 10</formula>從而
<formula>formula see original document page 10</formula>
—個實例包括比例積分調節(jié)器，其對驅動部分36的控制器的 穩(wěn)定性提供純積分控制。由于示例性方法是基于代數(shù)方程的，這就避免 了穩(wěn)定性問題，否則，該問題將由任意數(shù)量的比例增益所引發(fā)?！獋€實例包括放置在積分器中的限制，其將輸出(和積分器 狀態(tài))限制為大于0。這將使無功功率僅僅能夠在要求降低電動機速增 大所需功率時流動。在一個實例中，該限制被選擇成，在升降廂22向上行進并重栽(即，處于或接近升降廂的工作負載)時，使積分器和驅
動部分36的電壓調節(jié)器40僅僅在恒定速率情況期間提供控制。示例性電壓調節(jié)器部分40的參考值，所希望的上限值為輸出 電壓的幅度平方。因此，在一個實例中，為了將輸出電壓限制在驅動器
的能力^的98%,參考值)^2被設置為0.9604，然后通過表示滿量程電 壓(i)的因子得到調節(jié)。在一個實例中這由下式確定
<formula>formula see original document page 11</formula>對于7lC石茲電動沖幾，電動才幾方禾呈給定如下:
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中
;id為d軸通量
人為q軸通量
假定通量與電流之間為線性(義=￡/)，則電動機方程變?yōu)?^ =尺."+ 、 5& + A丄a乙+ A、 r,仏+軋f乙-必從
為了進^f亍電流調節(jié)，L為已知，并且同樣地，過渡電壓(丄4"/)和
穩(wěn)態(tài)電壓(必,/ )也為已知。過渡電壓L (或微分L)將得到計算以便
進行正確電流調節(jié)。微分L對于計算電壓調節(jié)器40的積分增益Ki是有 用的。在一個實例中積分增益給定如下
AT.=
隊
其中
必w-調節(jié)器的希望帶寬
,電動機在額定速度下的電頻率
必
Am=由電動機磁體構建的磁通匝連數(shù)
&=電動沖幾的d軸電感但是對于永磁電動機，在通量嚴重使電動機鐵飽和的情況下， 通量與電流的曲線通常不是線性的。結果，微分L不同于穩(wěn)態(tài)電壓L(或 整體(bulk) L)。圖6中示出了對于微分L和整體L具有不同值的典型 通量曲線。在該圖中，曲線70的斜率為微分L。在零和微分L曲線70 之間延伸的直線72、 74、 76等等的斜率對于整體L是不同的值。僅有 一些表示整體L的線在該圖中被標出。 —個實例中的電壓調節(jié)器40使用調諧過程來確定重飽和永 磁電動機的d軸整體電感值Ld。在一個實例中，通過將白噪聲引入調節(jié) 器，并使用公知技術來測量電壓-誤差-信號與電動機-電壓傳遞函數(shù)的頻 率響應，并改變整體Ld的估計，直至所希望的場電壓調節(jié)器帶寬匹配實 際調節(jié)器帶寬，來實現(xiàn)上述過程。在一個實例中估計反電動勢電壓以用于電壓調節(jié)器40的積 分增益計算，包括忽略凸極效應(例如，Lq Ld)。為進行內速度環(huán)比 例增益計算(這取決于知道了電動機的轉矩常數(shù))，在一個實例中對于 適當?shù)乃俣瓤刂瓶紤]到了電動機凸極效應。圖7示意性示出示例性速度 控制80。在該實例中，Kt塊82為電動機才莫型的一部分，而f塊84
是內速度環(huán)調節(jié)器比率增益Km。當Id非零時，電動機凸極效應成為轉 矩方程的一部分。轉矩常數(shù)Kt給定如下
、z z在該實例中，Kt是Id的函數(shù)，其中，Id是電壓調節(jié)器40選擇 性地增加的電流。在一個實例中，電壓調節(jié)器40的輸出總是負的(基 于電動機3 2的磁體和轉子幾何結構)。隨著I d沿負方向增大，Kt將增大。 同樣，隨著Id沿負方向增大，1/Kt減小。在一個實例中，通過測量作為 Id函數(shù)的內速度環(huán)路開環(huán)響應的帶寬，可用 一種線性關系來描述Id對于 1/Kt的影響。因而用這種關系來修改Km。圖8示出針對一個示例性電動機32的典型的1/Kt與Id的曲線 90。使用這種關系，就能夠相應修改內速度環(huán)路增益Km來跟蹤作為Id 函數(shù)的Kt變化。這有助于保持內速度環(huán)路調節(jié)器的帶寬，以便進行更穩(wěn) 定的速度控制。換句話說，該實例包括，通過控制內速度控制環(huán)路增益， 來控制內速度控制環(huán)路帶寬的變化量。從上述描述中，本領域技術人員
將認識到，在這種控制策略上何種限制將會最佳地滿足他們的特定需 要。所進行的描述本質上是示例性而非限制性的。對已公開實例 的變型和修改對于本領域技術人員將變得明顯，而這些變型和修改并不 一定脫離本發(fā)明的精神。本發(fā)明的法定保護范圍僅能通過研究所附權利 要求書來確定。
權利要求
1、一種控制具有驅動部分和電動機的升降機驅動器組件的方法，包括選擇性地增加與所述電動機的電動勢電壓異相的電流。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，包括當所述電動機的操作對應于在選定閾值之下的加速度時，增加所述 電流。
3、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述電動機的操作對應于 使相關聯(lián)的升降廂以恒定速度運動。
4、 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，所述恒定速度對應于所述 相關聯(lián)的升降廂以恒定速率沿向上方向運動。
5、 根據(jù)權利要求3所述的方法，包括 確定所述驅動部分的變換器電壓是否低于對應閾值。
6、 根椐權利要求5所述的方法，包括 確定所述變換器電壓的平方是否低于所述對應的閾值。
7、 根據(jù)權利要求1所述的方法，包括，基于所增加的電流和所述 電動機的轉矩常數(shù)之間的關系，確定待增加的電流量，以使所述轉矩常 數(shù)在希望范圍內保持恒定。
8、 根據(jù)權利要求1所述的方法，包括，在增加電流時，將所述驅 動部分的變換器處的電壓保持為相對恒定。
9、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所增加的電流包括負d軸 電流。
10、 一種控制升降機系統(tǒng)中的電動機的方法，包括 如果相關聯(lián)的升降廂正在以恒定速率運動，那么向所述電動沖幾提供負通量電流。
11、根據(jù)權利要求io所述的方法，包括，如果所述升降廂沿向上 方向運動并且所述電動機是在滿栽情況下操作，那么提供所述負通量電流。
12、 根據(jù)權利要求10所述的方法，包括，通過確定驅動分量的電 壓是否處于選定范圍內，來確定所迷升降廂是否正在以所述恒定速率運 動。
13、 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，所述電壓包括變換器電 壓。
14、 根據(jù)權利要求13所述的方法，包括，確定所述變換器電壓的 平方是否超過選定閾值。
15、 根據(jù)權利要求13所述的方法，包括，在提供所述負通量電流 時，將所述變換器電壓保持在選擇范圍內。
16、 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述負通量電流與所述 電動機的反電動勢電壓異相。
17、 根據(jù)權利要求10所述的方法，包括，基于所提供的電流和所 述電動機的轉矩常數(shù)之間的關系，確定待提供的電流量，以將所述轉矩 常數(shù)保持在希望范圍內。
18、 一種升降機驅動器，包括電壓調節(jié)器，如果電動機操作對應于使升降廂以恒定速率運動，則 所述電壓調節(jié)器選擇性地向所述電動機引入負d軸電流。
19、 根據(jù)權利要求18所述的升降機驅動器，其中，所述電壓調節(jié) 器引入一定量的所述負d軸電流，所述量將所述電動機的轉矩常數(shù)保持 在希望范圍內。
20、 根據(jù)權利要求18所述的升降機驅動器，包括至少一個變換器， 且其中，如果所述變換器的電壓超過選定闊值，則所述電壓調節(jié)器引入 所述負d軸電流。
全文摘要
一種升降機驅動器組件(30)包括在某些狀況下選擇性地引入電流的電壓調節(jié)器(40)。在一個實例中，當電動機(32)在與升降廂(22)的恒定速率運動相對應的情況下操作時，電壓調節(jié)器(40)向電動機(32)引入負通量電流。在一個實例中，在升降機行進過程中的恒定速率部分期間，所增加的負通量電流有效降低電動機(32)的反電動勢電壓。所公開的實例包括，控制所增加的電流，以保持對電動機轉矩常數(shù)的控制，該常數(shù)成為所增加的電流的函數(shù)。
文檔編號B66B1/28GK101341088SQ200580052348
公開日2009年1月7日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權日2005年12月20日
發(fā)明者D·馬文, E·皮德拉, I·阿吉爾曼 申請人:奧蒂斯電梯公司