1 引言
弗蘭德集團(tuán)羅爾公司是一個(gè)電氣驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)商，生產(chǎn)的產(chǎn)品從0.1kw到10mw，包括了所有的電氣及機(jī)械產(chǎn)品。

羅爾公司的電機(jī)生產(chǎn)規(guī)模:45000臺(tái)/年，容量范圍: 0.12kw～8000kw，總計(jì)1000mw/年。變頻器生產(chǎn)規(guī)模:3000臺(tái)/年(2kw～6000kw)，總計(jì)100mw/年。其中dynavert-t電壓型變頻器,功率范圍:2.2kw～710kw，適用于大部分應(yīng)用場(chǎng)合,dynavert-i電流型變頻器，功 率范圍:20kw～6mw，適用于化學(xué)工業(yè)、電站等大型 水泵，風(fēng)機(jī)的調(diào)速; dynavert-l電壓型變頻器，功率范圍: 2kw～100kw，適用于電梯的傳動(dòng); dynavert-xl為風(fēng)力發(fā)電逆變器，功率范圍: 1mw～4mw。

變頻器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到電梯領(lǐng)域，使用變頻器不僅可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，而且使電梯擁有更平滑的運(yùn)行曲線，有效改善電梯的舒適感。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，接線和維護(hù)，許多生產(chǎn)廠家已經(jīng)提供出多功能智能型變頻器，它可以適用于任何電梯設(shè)備，不管電梯采用同步電機(jī)或是異步電機(jī)，有齒或是無(wú)齒，通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)調(diào)節(jié)和連線，變頻器即可投入使用。

2 電梯用變頻器
由弗蘭德集團(tuán)羅爾公司生產(chǎn)的 dynavert l-05即為上述的多功能智能型變頻器之一，它屬于電壓型變頻器，它是驅(qū)動(dòng)電梯的最佳選擇(無(wú)論客梯還是貨梯)，硬件和軟件的完美設(shè)計(jì)使其不僅可以四象限驅(qū)動(dòng)，而且可以驅(qū)動(dòng)永磁無(wú)齒同步電機(jī)或帶變速箱的異步電機(jī)。獨(dú)立的變頻器可以隨意安裝于電梯控制柜內(nèi)或者掛在墻體上。

(1) 電梯用變頻器的控制方式
電梯用變頻器的控制方式一般采用級(jí)聯(lián)控制(cascade-control)，內(nèi)環(huán)為電流閉環(huán)控制，中間環(huán)為速度閉環(huán)控制，最外環(huán)為位置閉環(huán)控制。羅爾變頻器的控制方式和通用變頻器一樣，電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)為pi控制器(比例積分控制器)，而位置控制器為p控制器(比例控制器)。對(duì)于以上所有的控制器均有自己的參數(shù)，譬如控制器的放大倍數(shù)和積分時(shí)間。 這些參數(shù)必須在電梯調(diào)試過(guò)程中通過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)然這是很費(fèi)時(shí)費(fèi)工，并且需要有經(jīng)驗(yàn)豐富的調(diào)試人員。而對(duì)于有些電梯，很難找到最佳的控制參數(shù)，就談不上去實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。針對(duì)以上問(wèn)題，弗蘭德集團(tuán)羅爾公司開發(fā)出一套智能應(yīng)用程序，在電梯調(diào)試時(shí)只需輕按一個(gè)按鈕，電梯即可自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行，并找到自己的最佳參數(shù)。該方法不僅適用于電梯控制參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化，而且也適用于其它彈性的雙質(zhì)量(two-mass system)系統(tǒng)。

dynavert-l變頻器的控制方式采用級(jí)聯(lián)控制(cascade-control)，其控制框圖如圖1所示。內(nèi)部為電流控制環(huán)，擁有控制參數(shù)vri(電流環(huán)pi控制器放大倍數(shù))及tni(電流環(huán)pi-控制器的積分時(shí)間或誤差歸零時(shí)間)，中間為速度控制環(huán)，擁有控制參數(shù)vrn，(轉(zhuǎn)速環(huán)pi-控制器放大倍數(shù))tnn(轉(zhuǎn)速環(huán)pi控制器的積分時(shí)間或誤差歸零時(shí)間)，最外層為位置控制環(huán)，擁有控制參數(shù)vri(位置環(huán)p控制器放大倍數(shù))。

圖1 層次控制示意圖

(2) 電梯的參數(shù)調(diào)試
以上的參數(shù)在電梯調(diào)試時(shí)，手動(dòng)一般是這樣調(diào)節(jié)的:首先按經(jīng)驗(yàn)設(shè)定好vri及tni，然后調(diào)節(jié)vrn，電梯的噸位越大，則vrn的值應(yīng)該調(diào)節(jié)的越大，vrn的值很小時(shí)，電梯控制系統(tǒng)的響應(yīng)緩慢，電梯速度要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到額定的速度。當(dāng)然vrn的值也不能無(wú)窮大，否則超過(guò)一定的值，整個(gè)系統(tǒng)將不再穩(wěn)定。所以在調(diào)試的過(guò)程中要用經(jīng)驗(yàn)尋找一個(gè)最佳的vrn。原則上tnn在此期間不需要改變，除非在調(diào)節(jié)vrn的過(guò)程中并不能找到最佳工作點(diǎn)(即系統(tǒng)能夠很快的響應(yīng)，同時(shí)系統(tǒng)還可以保持穩(wěn)定)，此時(shí)tnn越大，系統(tǒng)就越不容易出現(xiàn)超調(diào)，通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)的速度變慢，從而來(lái)消除系統(tǒng)振蕩。

最外層的位置控制閉環(huán)的控制參數(shù)vrl，在制動(dòng)器打開的200ms之后開始起作用，使轎廂能夠保持當(dāng)前的位置。vrl在的大小將直接影響位置控制，如果它的值太大，在電梯起動(dòng)時(shí)將會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)振蕩，如果太小，整個(gè)轎廂在起動(dòng)前將會(huì)明顯感覺(jué)先向下滑落，然后再起動(dòng)。所以對(duì)于vrl，也需要一個(gè)優(yōu)化值。

3 電梯參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
所有參數(shù)優(yōu)化的目的是電梯實(shí)際的運(yùn)行曲線盡可能的與事先制定的運(yùn)行曲線相符，這樣才能盡可能的提高電梯的舒適感和縮短運(yùn)行時(shí)間。然而以上參數(shù)如果用人工調(diào)試，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的調(diào)試人員，也相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)工。而對(duì)于一些電梯，很難找到最佳的控制參數(shù)，因?yàn)檫@些參數(shù)的確定取決于很多因素，諸如:電梯的自身結(jié)構(gòu)，樓層的高度，電梯噸位等等。針對(duì)以上問(wèn)題羅爾公司開發(fā)出一個(gè)智能應(yīng)用軟件，在電梯調(diào)試時(shí)只需輕按一個(gè)按鈕，電梯即可自動(dòng)運(yùn)行，找到自己的最佳參數(shù)。而對(duì)于那些根本找不到最佳工作參數(shù)電梯，使用該軟件可自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而使電梯的實(shí)際運(yùn)行曲線在最大范圍內(nèi)與設(shè)定運(yùn)行曲線相吻合，而且在不影響電梯穩(wěn)定性的前提下，提高電梯的舒適感和縮短運(yùn)行時(shí)間。該方法不僅適用于電梯控制，而且也適用于彈性(軟性)的雙質(zhì)量(two-mass system)系統(tǒng)。

(1) 建立電梯模型
要優(yōu)化參數(shù)，首先是建立電梯模型。電梯結(jié)構(gòu)如圖2所示。首先因?yàn)槲挥谵I廂和配重之間的鋼絲繩和鋼絲繩兩端的彈簧，以及位于曳引機(jī)和地板之間的橡膠墊在電梯起動(dòng)及制動(dòng)運(yùn)行中起到緩沖作用。其次由于這些彈性系統(tǒng)的存在，對(duì)整個(gè)電梯的控制受到了極大的影響，使電梯不能按如圖3所示的簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)模型來(lái)考慮。因此要考慮對(duì)電梯控制參數(shù)的最佳優(yōu)化，必須現(xiàn)建立正確及完整的電梯模型。

圖2 電梯的結(jié)構(gòu)


圖3 理想的電梯控制系統(tǒng)模型

通過(guò)羅爾公司的實(shí)驗(yàn)表明，發(fā)現(xiàn)電梯無(wú)論是使用永磁同步無(wú)齒電機(jī)，還是異步有齒電機(jī)的都是一個(gè)彈性雙質(zhì)量系統(tǒng)(two-mass system)。實(shí)際的電梯控制系統(tǒng)模型如圖4所示。

圖4 實(shí)際的電梯控制系統(tǒng)模型

假設(shè)ω0(z)(自身具有的頻率)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ωd(整個(gè)系統(tǒng)，考慮被控對(duì)象，即雙質(zhì)量的自身頻率)參見圖5，雙質(zhì)量系統(tǒng)(two-mass system)的伯德圖。目前對(duì)于使用pi-控制器的彈性雙質(zhì)量系統(tǒng)(two-mass system)的參數(shù)的精確優(yōu)化在世界上還是一個(gè)空白(有資料表明，以前所提供的優(yōu)化方案，是非常粗略的優(yōu)化)，除非使用狀態(tài)控制理論來(lái)對(duì)彈性的雙質(zhì)量系統(tǒng)two-mass system進(jìn)行精確控制及參數(shù)優(yōu)化。

圖5 雙質(zhì)量系統(tǒng)two-mass system的伯德圖

(2) 智能應(yīng)用程序的開發(fā)
羅爾公司新開發(fā)出的智能應(yīng)用程序的主要思路是:
·在啟動(dòng)后，首先應(yīng)用經(jīng)典控制理論使用絕對(duì)值優(yōu)化法(betrag optimium)對(duì)電流環(huán)pi-控制器的兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
·其次使用羅爾公司發(fā)明的面積優(yōu)化法對(duì)速度環(huán)的pi-控制器的2個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
·然后再使用絕對(duì)值優(yōu)化法(betrag optimium)對(duì)電流閉環(huán)p-控制器的一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
對(duì)于前邊所涉及的根本找不到最佳參數(shù)的電梯，將由智能軟件根據(jù)預(yù)控制(vorsteuerung)來(lái)改善電梯對(duì)運(yùn)行曲線的跟隨性能。從而達(dá)到最佳的控制效果。

4 優(yōu)化后的實(shí)際運(yùn)行效果
整個(gè)優(yōu)化過(guò)程將只通過(guò)簡(jiǎn)單的按下一個(gè)“按鈕”來(lái)實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化的時(shí)間大概是5min,優(yōu)化完畢后，優(yōu)化的參數(shù)將自動(dòng)存儲(chǔ)并作為該電梯的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)來(lái)應(yīng)用。過(guò)一段時(shí)間，如果通過(guò)電梯器件的老化帶來(lái)的最優(yōu)化參數(shù)的改變(譬如橡膠墊，或是鋼絲繩，或鋼絲繩之間的彈簧老化)，可以簡(jiǎn)單的再按一下“按鈕”，系統(tǒng)將重新根據(jù)電梯的最新狀況自動(dòng)優(yōu)化。羅爾公司在該電梯領(lǐng)域參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化的研究將為彈性的雙質(zhì)量系統(tǒng)(two-mass system)使用經(jīng)典控制理論進(jìn)行控制提供堅(jiān)實(shí)的理論及實(shí)踐的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)
(略)