[發明專利]電梯永磁曳引系統無稱重傳感器起動轉矩控制方法有效
| 申請號： | 201410680882.0 | 申請日： | 2014-11-24 |
| 公開（公告）號： | CN104370171A | 公開（公告）日： | 2015-02-25 |
| 發明（設計）人： | 王高林;徐進;王博文;齊江博;孫佳偉;徐殿國 | 申請（專利權）人： | 哈爾濱工業大學 |
| 主分類號： | B66B1/06 | 分類號： | B66B1/06;B66B11/04;H02P21/00 |
| 代理公司： | 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109 | 代理人： | 張利明 |
| 地址： | 150001 黑龍*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 電梯 永磁 系統 稱重 傳感器 起動 轉矩 控制 方法 | ||
1.一種電梯永磁曳引系統無稱重傳感器起動轉矩控制方法，所述永磁曳引系統采用永磁同步電機作為曳引機，該永磁同步電機采用增量式光電編碼器作為位置傳感器，其特征在于，它包括以下步驟：
步驟一：永磁同步電機運行過程中，采用微處理器采集增量式光電編碼器輸出的位置信號A和位置信號B，位置信號A和位置信號B為兩路正交信號，微處理器對兩路正交信號作滯環比較獲得增量計數值CNT，再根據增量計數值CNT計算獲得當前永磁同步電機轉子位置值θ；
步驟二：根據當前永磁同步電機轉子位置值θ計算獲得當前電機倒溜距離θs和當前電機角速度ω；
步驟三：根據當前電機倒溜距離θs和當前電機角速度ω，對永磁同步電機的起動轉矩進行控制，以抑制其在零伺服期間的倒溜。
2.根據權利要求1所述的電梯永磁曳引系統無稱重傳感器起動轉矩控制方法，其特征在于，步驟一中當前永磁同步電機轉子位置值θ的獲得方法為：
θ＝2π·CNT/M；????(1)
其中M為增量式光電編碼器旋轉一周輸出的正交信號脈沖數。
3.根據權利要求2所述的電梯永磁曳引系統無稱重傳感器起動轉矩控制方法，其特征在于，設定當前為第k個采樣周期，則步驟二中當前電機倒溜距離θs的獲得方法為：
θs＝θk-θ1，
式中θk為根據增量式光電編碼器在第k個采樣周期采樣的信號，計算獲得的永磁同步電機轉子位置值；θ1為根據增量式光電編碼器在第1個采樣周期采樣的信號，計算獲得的永磁同步電機轉子位置值；其中k≥1；
在第k個采樣周期，當前電機角速度ω的獲得方法為：
式中Ts為增量式光電編碼器的采樣周期，θk-14為根據增量式光電編碼器在第k-14個采樣周期采樣的信號，計算獲得的永磁同步電機轉子位置值，其中k>14；若k≤14，則θk-14＝0，ω＝0。
4.根據權利要求3所述的電梯永磁曳引系統無稱重傳感器起動轉矩控制方法，其特征在于，步驟三中，對永磁同步電機的起動轉矩進行控制，以抑制其在零伺服期間的倒溜的具體方法為：
步驟三一：在零伺服期間，抱閘打開瞬間，電機給定角速度ω*＝0，此時永磁同步電機的速度外環采用PI調節器控制模式進行控制，然后實時的根據當前電機倒溜距離θs判斷永磁同步電機的工作模式：
若θs>ε或θs<-ε；
判定永磁同步電機由PI調節器控制模式切換到無靜差預測控制器工作模式；然后執行步驟三二；
式中ε>0，ε為永磁同步電機由PI調節器控制模式切換到無靜差預測控制器工作模式的倒溜距離閾值；
步驟三二：若ω<-ωl或ω>ωl，
則使永磁同步電機的速度外環采用無靜差預測控制器工作模式進行控制；
式中ωl>0，ωl為永磁同步電機由PI調節器控制模式切換到無靜差預測控制器工作模式的角速度閾值；然后執行步驟三三；
步驟三三：根據預設置零伺服時間值判斷當前零伺服是否結束；若是，則當前永磁同步電機的起動轉矩進行控制流程結束；否則返回步驟三二。
5.根據權利要求4所述的電梯永磁曳引系統無稱重傳感器抑制倒溜起動轉矩控制方法，其特征在于，無靜差預測控制器工作模式的具體控制方法為：
根據永磁同步電機的機械運動方程：
式中：Te為永磁同步電機的輸出電磁轉矩，Td為施加在永磁同步電機轉子上的等效摩擦轉矩，J為電梯永磁曳引系統轉動慣量，B為粘滯摩擦系數，np為永磁同步電機極對數，ψf為永磁同步電機永磁體磁鏈，iq為永磁同步電機q軸電流；
將上述機械運動方程進行改寫如下：
式中：Kt＝1.5npψf，為永磁同步電機q軸電流給定值，iqd為擾動轉矩等效電流；
再對式(3)零階保持離散化獲得如下公式：
式中ωm(k+1)為第(k+1)個采樣周期初始時刻預測的電機角速度，
αm＝exp(BTs/J)，ωm(k)為第k個采樣周期初始時刻預測的電機角速度，
Km＝Kt/J，為永磁同步電機第k個采樣周期的q軸電流給定值，
iqd(k)為第k個采樣周期的擾動轉矩等效電流；
對式(4)進行迭代獲得如下公式：
式中P為預測步長；
選擇θ、ω和Td作為狀態變量x，由式(2)獲得帶反饋估計狀態方程如下：
式中為x的估計值，
u＝Te；L為反饋增益矩陣，L＝[l1?l2?l3]T；x＝[θ?ω?Td]；y＝θ；
再通過極點配置求解L，使和在期望的時間內分別趨近于Td和ω：
將式(6)展開得：
再根據式(7)，獲得擾動和轉速估計方程如下：
忽略粘滯摩擦系數B，對轉速估計進行濾波，截止頻率為fc，
則式(8)和(9)離散表達式為：
式中e(k)、u(k)為中間變量，為濾波后的角速度估計值，
為第k個采樣周期擾動等效電流估計值，
將公式(4)中ωm(k)和iqd(k)用估計值和代替，實現每個采樣周期當前時刻預測轉速初值以及預測步長內的預測速度值進行滾動校正，獲得：
由此把第k，k+1，k+2…k+P個采樣周期時刻的模型預測輸出表示為矩陣形式：
式中Wm(k)＝[ωm(k+1)?…?ωm(k+P)]T，
Ws(k)＝Km(1-αm)[1?…?1+αm…+αmP-1]T；
選擇一階指數型函數作為參考軌跡：
ωr(k+i)＝ω*(k+i)-αri[ω*(k)-ω(k)],i＝1,2,...,P；????(13)
式中ωr為永磁同步電機的角速度參考軌跡，ω*為當前電機角速度給定值，
αr＝exp(-Ts/Tr)，Tr為時間常數；
選取二次型函數JP作為性能價值函數，如式(14)所示：
式中：Wr(k)＝[ωr(k+1)?…?ωr(k+P)]T，q1、q2…qp為每一步的預測權重；
r為輸出電流權重，R＝r2；
令求得無靜差預測控制器模型預測控制輸出：
據此對永磁同步電機q軸電流給定值進行限幅，使不大于永磁同步電機的額定電流，實現無靜差預測控制器控制的工作。
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