專利名稱：設(shè)置可變速驅(qū)動器的速度環(huán)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變速驅(qū)動器的速度調(diào)節(jié)環(huán)的設(shè)置方法，可變速驅(qū)動器用來控制同步或者異步電動機(jī)，這種電動機(jī)用來驅(qū)動提升負(fù)載，特別是電梯轎廂。
背景技術(shù)：
為了控制電動機(jī)，可變速驅(qū)動器通常包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有用來調(diào)節(jié)電 動機(jī)速度的調(diào)節(jié)環(huán)以及用來調(diào)節(jié)輸入到電動機(jī)不同相的電流的調(diào)節(jié)環(huán)。在吊重應(yīng)用中，特 別是電梯應(yīng)用中，正確地設(shè)置用來控制吊重轎廂的電動機(jī)的可變速驅(qū)動器的電流調(diào)節(jié)環(huán)與 速度調(diào)節(jié)環(huán)的參數(shù)尤其重要。具體地說，正確地設(shè)置這些調(diào)節(jié)環(huán)一方面對于電梯的整體性 能，另一方面對于電梯使用者感受到的舒適感和安全感都有著直接的影響。但是，當(dāng)使用可 變速驅(qū)動器時，這種設(shè)置使用起來有時耗時過長并且/或者很復(fù)雜。文檔US5929400已經(jīng)記載了一種在吊重應(yīng)用中自動使用可變速驅(qū)動器的方法。但 是該方法包含在啟動之前的預(yù)校正階段，在這個階段中尤其必要的是將電流注入電動機(jī)， 同時保持轉(zhuǎn)子不動。文檔JP 08 012206示出一種可調(diào)節(jié)電梯速度調(diào)節(jié)環(huán)的設(shè)備。不過該設(shè)備需要使 用負(fù)載傳感器來確定電梯轎廂的實際重量，以便可以自動調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)環(huán)的比例增益。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是通過提供對速度控制環(huán)的比例增益和積分增益的估測來更 容易且更簡單地使用控制吊重電動機(jī)的可變速驅(qū)動器。這些增益只基于少量的被輸入的用 戶參數(shù)來計算出來，不需要可以用來對速度調(diào)節(jié)環(huán)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的電流注入步驟。有利的 是，這種設(shè)置是離線實現(xiàn)的，也就是說該增益只基于被輸入的參數(shù)計算一次，不需要在電梯 工作過程中進(jìn)一步調(diào)節(jié)增益作為負(fù)載的實際重量的函數(shù)。該方法因此簡單而且經(jīng)濟(jì)，因為 它不需要負(fù)載傳感器。而且，有利的是，所述被輸入的參數(shù)都對應(yīng)于應(yīng)用中已知的物理幅值。由于這些物 理幅值可以簡單地識別出來，因此可以非常簡單地由用戶輸入。本發(fā)明因此可以降低在吊 重應(yīng)用中可變速驅(qū)動器的使用的時間和成本，例如電梯類型。為此，本發(fā)明記載一種設(shè)置控制連接到吊重負(fù)載的電動機(jī)的可變速驅(qū)動器的速度 調(diào)節(jié)環(huán)的方法。該方法包含計算速度調(diào)節(jié)環(huán)的比例增益和積分增益的步驟，這些增益作為 轎廂額定線性速度，電動機(jī)的額定旋轉(zhuǎn)頻率，電動機(jī)極對數(shù)以及負(fù)載總重量的函數(shù)。整個重 量是預(yù)先確定的參數(shù)，而非通過傳感器測量而得到。根據(jù)一個特征，負(fù)載包括電梯轎廂，該負(fù)載的總重量成比例于電梯轎廂的額定容 量、電梯轎廂的重量或電梯轎廂的對重的重量。有利的是，該方法因此不但考慮了電梯轎廂 的重量，而且考慮了整個系統(tǒng)的總重量。根據(jù)另一個特征，該方法也包含計算作為電動機(jī)的額定扭矩和電動機(jī)極對數(shù)的函 數(shù)的電動機(jī)慣性的步驟，從而細(xì)化速度控制環(huán)的比例增益和積分增益的計算。
根據(jù)另一個特征，該方法也包含計算過濾速度測量的時間常量的步驟，作為電動 機(jī)的額定扭矩和用來測量電動機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器的分辨率信息項的函數(shù)，從而改善速度調(diào)節(jié) 環(huán)的正比增益和積分增益的計算。本發(fā)明也涉及包含控制系統(tǒng)的可變速驅(qū)動器，其形成速度控制環(huán)并且設(shè)計成控制 連接到吊重負(fù)載的電動機(jī)，可變速度驅(qū)動器的控制系統(tǒng)包含采用這種設(shè)置方法的計算模 塊。



其他的特性和優(yōu)勢會出現(xiàn)在以下關(guān)于實施例的細(xì)節(jié)描述中，作為實例以及附圖圖1代表控制可變速度驅(qū)動器的系統(tǒng)的局部視圖，該可變速度驅(qū)動器用來控制電 動機(jī)，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的簡化的方塊圖，示出對速度控制環(huán)的比例增益Kp以及積分 增益K1的計算。
具體實施例方式參照圖1，可變速驅(qū)動器包含用于控制電動機(jī)M的目的的控制系統(tǒng)。電動機(jī)M是同 步或者異步電動機(jī)，被設(shè)計來驅(qū)動吊重類型的負(fù)載，例如電梯類型的應(yīng)用。在本類型的應(yīng)用 中，負(fù)載(在圖中沒有顯示)主要包括電梯轎廂，它的配重以及相關(guān)的纜線?？刂瓶勺兯俣闰?qū)動器的系統(tǒng)包含構(gòu)成速度調(diào)節(jié)環(huán)的速度調(diào)節(jié)器5。采用已知的方 式，速度調(diào)節(jié)環(huán)5接收到源自于電動機(jī)M旋轉(zhuǎn)的速度參考值Vref與電動機(jī)M旋轉(zhuǎn)的速度測量 值之間的差值的設(shè)定點作為輸入。速度調(diào)節(jié)器5使用比例增益Kp和積分增益K1來構(gòu) 成速度調(diào)節(jié)環(huán)。速度調(diào)節(jié)器5的輸出提供電動機(jī)扭矩電流的參考值IqMf。速度測量值Vnres 例如由測量模塊9提供?？勺兯俣闰?qū)動器的控制系統(tǒng)也形成電流調(diào)節(jié)環(huán)。為此，它包含調(diào)節(jié)扭矩的電流Iq 的調(diào)節(jié)器6以及流量Id的電流調(diào)節(jié)器7。扭矩電流調(diào)節(jié)器6接收源自于扭矩電流的參考值 Iqref和扭矩電流的測量值Iqmes之間的差值的設(shè)定點作為輸入。電流調(diào)節(jié)器6和7的輸出 然后轉(zhuǎn)換為可變的電流，由轉(zhuǎn)換模塊8送到電動機(jī)M的每一相。圖2呈現(xiàn)用于控制可變速驅(qū)動器的系統(tǒng)的不同計算模塊的方塊圖，可以估測根據(jù) 本發(fā)明的速度調(diào)節(jié)環(huán)的比例增益Kp和積分增益K”速度調(diào)節(jié)器5使用這些增益Kp以及K1 來構(gòu)成速度調(diào)節(jié)環(huán)。第一計算模塊10的功能是確定被移動的負(fù)載的總重Mt。t。第二計算模塊20的功 能是通過使用由第一模塊10計算的總重Mt。t來確定負(fù)載的慣性JlMd。第三計算模塊30的 功能是通過使用由第二模塊20計算的負(fù)載的慣性JlMd來確定Kp和K”可選擇地，第三計算模塊30可以使用由第四計算模塊40計算的電動機(jī)的慣量值 JmotO相似地，第三計算模塊30可以使用由第五計算模塊50計算的帶寬系數(shù)值(請看下面 的詳細(xì)內(nèi)容)。 在電梯應(yīng)用中，負(fù)載的慣性JlMd考慮了當(dāng)電梯轎廂裝載有電梯的額定容量時電梯 轎廂的慣性以及轎廂配重的慣性，不包括電動機(jī)的慣性。電梯纜線的慣性可以忽略。負(fù)載 的慣性Jltjad基于以下的參數(shù)來計算Mt。t =被移動的負(fù)載的總重量，F(xiàn)n。m =電動機(jī)的額定旋轉(zhuǎn)頻率，Pn =電動機(jī)的極對的數(shù)量，Vnoffl =轎廂的額定的線性速度，通過以下的公式計算Jload = Mtot* (Vno,Pn/ (2 π *Fnom))2電動機(jī)的額定旋轉(zhuǎn)頻率Fn。m代表電動機(jī)轉(zhuǎn)子的額定旋轉(zhuǎn)頻率。在同步電機(jī)中，電 動機(jī)的額定旋轉(zhuǎn)頻率Fn。m對應(yīng)于定子的電能供給的頻率。在異步電機(jī)中，電動機(jī)的額定旋 轉(zhuǎn) 頻率Fm對應(yīng)于定子的電能供給的頻率乘以小于1的滑動(slippage)系數(shù)。該滑動系 數(shù)對于電機(jī)工作的額定點來說可以被認(rèn)為是固定的。根據(jù)通過第一簡化的實施例，吊重電動機(jī)的慣性Jm。t被選為一個固定的值，該值在 沒有用戶干預(yù)的情況下在可變速驅(qū)動器中預(yù)先被確定。應(yīng)用的總慣性Jt。tS后由以下的方 式確定Jtot = Jmot+Jload = Jm。t+Mt。t* (Vn。m*PN/ (2 π *Fn。m))2第三模塊30然后計算速度調(diào)節(jié)環(huán)的比例增益Kp和積分增益K”第三模決30使 用了以下的公式Kp = α * ξ *Jtot/PNK1 = α 2*Jtot/PN其中，α對應(yīng)于速度調(diào)節(jié)環(huán)的帶寬系數(shù)(有時叫做ωΒρ)以及ξ對應(yīng)于速度調(diào)節(jié) 環(huán)的衰減系數(shù)(也叫穩(wěn)定系數(shù))。在第一實施例中，兩個系數(shù)α和ξ的值均是固定的并且 在可變速度驅(qū)動器中預(yù)先分別確定為以及ξ『設(shè)置速度調(diào)節(jié)環(huán)的方法因此包含計算增益Kp和K1的步驟。有利的是，Kp和K1作 為下述的用戶參數(shù)的函數(shù)單獨地被計算出來負(fù)載的額定線性速度，電動機(jī)的額定旋轉(zhuǎn) 頻率Fn。m，電動機(jī)的極對數(shù)P1^n被移動的負(fù)載的總重Mt。t。參數(shù)Fn。m，P1^n V_對應(yīng)于特定應(yīng) 用中容易由用戶確定的物理幅值，而整個重量隊^對于用戶來說比較難以確定。本發(fā)明因 此也提供了對于總體重量Mt。t的簡單的估測。被移動的負(fù)載的總重Mt。t等于空轎廂的重量M。ab，轎廂配重的重量M。tp以及與電梯 轎廂的額定承載容量對應(yīng)的重量Mlrad的總和，忽略電纜的重量。Mtot = Mcab+Mctp+Mload優(yōu)選地，總重量Mt。t正比于與給定的電梯容易被用戶確定的物理幅值相對應(yīng)的電 梯轎廂的額定容量MlMd。因此，通過僅僅輸入轎廂的這一額定容量，第一模塊10能夠推算 負(fù)載的總重Mt。t。無區(qū)別地，轎廂的這一額定容量Mltjad也可以由用戶基于最大的承載人數(shù) (例如，8個人)或者直接基于等同重量(例如，600kg，每個人平均重量為75kg)來輸入。相似地，總重量Mt。t正比于空電梯轎廂的重量M-或者正比于電梯轎廂的配重的 重量M。tp。這兩個參數(shù)也對應(yīng)于在給定應(yīng)用中由用戶容易確定的物理幅值。計算規(guī)則如下 使用-認(rèn)為電梯是平衡的，因此，電梯配重Mctp近似地等于空轎廂的重量M。ab，加上轎廂 的額定容量Mltjad的一半，-空轎廂的重量M。ab近似等于轎廂額定容量MlMd，-梯的纜線的重量可忽略。給出Mtot = 3 .5*Mioad or Mtot = 3 .5*Mcab or Mtot = 2 .33*Mctp總重量Mt。t因此正比于三個物理幅值中的每一個，使得快速估算成為可能。用戶可以選擇為第一計算模塊10輸入這些物理幅值中的僅一個，來計算被移動的負(fù)載的總重 量Mt。t的估測值。另一個相似的規(guī)則也當(dāng)然可以用來估測整個重量Mt。t。而且，如果使用者能夠確定 三個物理幅值的每一個空轎廂的重量M。ab，配重的重量M。tp以及轎廂的額定容量Mlrad，那么 這三個物理幅值很明顯地可以單獨被輸入，從而在第一模塊10中更精確地計算總重Mt。t。 在任何情況下，可以發(fā)現(xiàn)總重隊^是固定且預(yù)定的參數(shù)，不需要在電梯工作過程中由給出轎 廂實際重量的傳感器實時地測量，從而考慮的例如轎廂中的人數(shù)。根據(jù)第二實施例，吊重電機(jī)的慣性Jm。t不是固定且預(yù)先確定的，但是可以由第四計 算模塊40計算作為電動機(jī)極對數(shù)Pn和電機(jī)額定扭矩Tn的函數(shù)。為計算吊重電動機(jī)的慣性 Jnrot，用戶因此必須輸入額外的參數(shù)，也就是，電動機(jī)的額定扭矩TN，該參數(shù)是容易輸入的參 數(shù)，因為其也對應(yīng)于電動機(jī)的已知物理幅量。這一第二實施例可以改善該應(yīng)用的總慣性的 值Jt。t以 及因此細(xì)化增益Kp以及K1的計算。在第四模塊40中，電動機(jī)的慣性Jm。t計算為 等于Jmot = J0* (TN/T0) L5*Pn/2在這里，T0代表恒定基本扭矩，等于IN. m,以及Jtl代表慣性的固定系數(shù)，這里選擇 為基本上等于10_5kg. m2.第三實施例可以進(jìn)一步細(xì)化增益K1^PK1的計算。為此，該設(shè)置方法計算出帶寬系 數(shù)α的值α。al，而取代預(yù)先確定的固定值為此，第五計算模塊50計算時間常量Tfilt, 用于過濾由測量模塊9執(zhí)行的速度測量。這一時間常量Tfilt介于最小值Tfiltmin和最大值
Tfiltmax tl^l。在這一被測量的情況下，最小值Tfiltmin基于用來測量電動機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器的 分辨率Ns和電動機(jī)的額定扭矩Tn進(jìn)行確定。例如，這一值Tfiltmin選擇為具有添加到額定扭 矩Tn上的2%的最大噪聲。而且，最大值Tfiltmax通過對用于控制可變速驅(qū)動器的系統(tǒng)的穩(wěn) 定性進(jìn)行限制來得以加強(qiáng)。為了具有優(yōu)化的設(shè)置，必須要確保Tfilt等于Tfiltmin,而Tfiltmax保持大于或者等于 Tfiltfflin0這些條件可以得到帶寬系數(shù)α的計算值a。al，等于Qcal = ( (Ns*Tn) / (1000* π *Jt。t))1/2而且，可以將α…包括在兩個預(yù)先確定的最小和最大的極限值之間。因此，為了計算帶寬系數(shù)α的值a。al，用戶必須要輸入額外的參數(shù)，也就是編碼 器的分辨率Ns，該值是容易輸入的參數(shù)，因為其也對應(yīng)于該應(yīng)用的已知的物理幅值。本發(fā)明因此通過使用預(yù)先確定的和已知的函數(shù)參數(shù)而不必須使用測量傳感器來 確定速度調(diào)節(jié)環(huán)的比例增益Kp和積分增益K”因此，該方法非常簡單，因為增益Kp和K1只 需要離線地進(jìn)行一次計算，也就是說，在電梯實際工作之前，因為增益不需要實時地重新計 算或重新調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置用來控制連接到吊重負(fù)載的電動機(jī)(M)的可變速驅(qū)動器的速度調(diào)節(jié)環(huán)的 方法，其特征在于，該方法包括計算速度調(diào)節(jié)環(huán)的比例增益(Kp)和積分增益(K1)的步驟，所 述比例增益和積分增益作為負(fù)載的額定線性速度(Vm)，電動機(jī)的額定旋轉(zhuǎn)頻率(Fn。m)，電 動機(jī)極對數(shù)(Pn)以及負(fù)載總重量(Mt。t)的函數(shù)，所述總重量(Mtot)是預(yù)先確定的參數(shù)，而不 是通過傳感器測量出來的。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)置方法，其特征在于，負(fù)載包括電梯轎廂，負(fù)載的總重量 (Mtot)成比例于電梯轎廂的額定容量。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)置方法，其特征在于，負(fù)載包括電梯轎廂，負(fù)載的總重量 (Mtot)成比例于電梯轎廂的重量。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)置方法，其特征在于，負(fù)載包括電梯轎廂，負(fù)載的總重量 (Mtot)成比例于電梯轎廂的配重的重量。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的設(shè)置方法，其特征在于，該方法也包括計算電動機(jī)慣性 (Jmot)作為電動機(jī)的額定扭矩(Tn)和電動機(jī)極對數(shù)(Pn)的函數(shù)的步驟，從而改善速度調(diào)節(jié) 環(huán)的比例增益(Kp)和積分增益(K1)的計算。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的設(shè)置方法，其特征在于，該方法也包括計算速度調(diào)節(jié)環(huán) 的帶寬系數(shù)作為電動機(jī)的額定扭矩(Tn)和測量電動機(jī)速度的編碼器的分辨率(Ns)的函數(shù) 的步驟，從而改善速度調(diào)節(jié)環(huán)的比例增益(Kp)和積分增益(K1)的計算。
7.一種包含控制系統(tǒng)的可變速驅(qū)動器，其形成速度調(diào)節(jié)環(huán)并且設(shè)計用來控制連接到吊 重負(fù)荷的電動機(jī)，其特征在于，所述可變速驅(qū)動器的控制系統(tǒng)包括使用如前述任一權(quán)利要 求所述的設(shè)置速度調(diào)節(jié)環(huán)的方法的計算模塊(10，20，30，40，50)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)置用來控制連接到吊重負(fù)載的電動機(jī)的可變速驅(qū)動器的速度調(diào)節(jié)環(huán)的方法。該方法包括計算速度調(diào)節(jié)環(huán)的比例增益(KP)和積分增益(KI)的步驟，所述比例增益和積分增益作為負(fù)載的額定線性速度，電動機(jī)的額定旋轉(zhuǎn)頻率，電動機(jī)極對數(shù)以及負(fù)載總質(zhì)量的函數(shù)。
文檔編號B66B1/30GK102076589SQ200980125470
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者弗朗索瓦·馬爾雷特, 斯蒂芬·卡皮塔尼努, 杜羅·巴?？?申請人:施耐德東芝換流器歐洲公司