基于特征模型的高速電梯抗擾動控制算法

引言

電梯作為人們生活中常見的運輸工具,隨著科技水平的提升以及現(xiàn)代化技術的發(fā)展,通信技術、自動檢測技術以及圖像顯示技術等在電梯中得到廣泛應用。電梯的現(xiàn)代化發(fā)展對其穩(wěn)定性、節(jié)能性等提出了更高的要求。電梯在使用過程中,啟動或負載增加情況下會導致電梯溜車情況的出現(xiàn),乘客數(shù)量變化以及風阻等影響因素也會使電梯負載轉矩出現(xiàn)波動,影響電梯運行穩(wěn)定性。在電梯調速系統(tǒng)中,制動與運行所產生的摩擦力會造成非線性特征,電梯運行中所產生的PMSM本身具有較強的非線性與耦合性,目前PI控制技術很難滿足電梯的實際抗擾動控制需求。因此,本文提出了基于特征模型的高速電梯抗擾動控制算法。

1基于特征模型的高速電梯抗擾動控制算法

1.1電梯抗擾動控制特征模型

高速電梯抗擾動控制選取曳引機控制矢量id=0,而高速電梯中某一坐標點d、g坐標定子電流為:

式中,id、iq、ud、uq為d、g軸上的定子電流與電壓:w為機械角速度:R為定子電阻:L為永磁磁鏈:J為調速系統(tǒng)等效轉動慣量。

根據(jù)坐標定子電流,其電梯抗擾動控制模型近似為:

式中,B為電梯運行黏滯摩擦因數(shù):p為極對數(shù):lL為等效運行負載轉矩。

1.2電梯運行速度控制參數(shù)

電梯抗擾動控制以控制模型為基礎,從電梯速度控制角度出發(fā),對速度系統(tǒng)a,加減系數(shù)e1、e2,距離系數(shù)s以及實現(xiàn)系統(tǒng)l進行分析,求得電梯速度曲線參數(shù)。在高速電梯運行過程中,電梯加減速度隨時間發(fā)生變化,選用平均加減速度a1、a2表示電梯變速過程。

通過上述參數(shù)分析,高速電梯運行時期的加減速度、運行時間、運行距離以及電動機功率存在一定聯(lián)系。當電梯運行距離提升高度比例增加時,其電梯加速系數(shù)會增加,影響電梯乘坐舒適度,考慮到速度系數(shù)a的影響,其各運行控制參數(shù)為:

而電梯速度VN與對應的速度系數(shù)a及加速度a推薦值如表1所示。

1.3抗擾動負載轉矩電流值控制

高速電梯抗擾動控制基于運行速度控制參數(shù)矢量基礎上,首先進行參數(shù)識別,處理所采集到的特征參數(shù)后得到電流iq,進行電流環(huán)控制得到電壓控制量。以自適應控制為基礎,控制運行時參數(shù)收斂的情況下,想要實現(xiàn)穩(wěn)定過渡,需要首先得出電機轉速差值:

式中,w（k）為電機轉速預測值:w*（k）為電機轉速實際值:e（k）為電機轉速差值。

根據(jù)其差值得到自適應反饋控制量為:

式中,uiq（k）為自適應反饋控制量:uL為可調控制參數(shù):

根據(jù)這一反饋控制參數(shù),高速電梯的輸出電壓所存在的矢量UA、UB電壓大小隨時間按正弦比變化。若Um為相電壓峰值,則:

其中,當9=2m/l時,定子三相電壓對稱時,相電壓頻率為速度旋轉空間矢量。

根據(jù)上述各矢量,采用改進型降階負載轉矩觀測器,提高轉矩收斂速度,則得到電流運行規(guī)則:

由于高速電梯曳引機控制周期較短,因此可以近似認為

得到電流觀測特征方程為:

其中,若B=0,則根據(jù)期望點極點a得出反饋系數(shù):

得到擾動負載電流控制方程為:

根據(jù)上述公式,通過將相應比例控制量加入到電流輸出電壓中,加快系統(tǒng)對擾動的響應,使高速電梯在啟動或負載增加時能夠平穩(wěn)運行。

1.4負載轉矩擾動補償

在電梯抗擾動控制過程中,影響擾動的因素不僅是負載轉矩未知,電梯參數(shù)與實際運行系數(shù)的偏差同樣會引起轉動擾動。因此除對擾動負載轉矩電流值控制外,仍需對電梯負載轉矩擾動進行補償。若將電梯運行過程中理想負載轉矩71oad作為一個常量,電機參數(shù)誤差擾動轉矩7dis與擾動負載轉矩7L之間關系為:

若考慮到電機參數(shù)真實性,則7dis=0。在滿足這一條件下,擾動負載轉矩與負載轉矩相等,即7L=71oad。

通過極點配置法,控制電梯曳引機速度,實現(xiàn)轉矩擾動抑制與負載轉速控制。在高速電梯運行過程中,其擾動負載不會發(fā)生突變,因此觀測擾動負載轉矩與電機轉速,從而得到轉速w與7L狀態(tài)變量:

其中K=[k1k2]T為電梯運行狀態(tài)反饋增益量,從而得到狀態(tài)反饋增益矩陣為:

根據(jù)電梯運行增益補償,從而完成電梯抗擾動高效控制。

2仿真實驗

2.1實驗方法

為驗證基于特征模型的高速電梯抗擾動控制算法的有效性,根據(jù)電梯PMSM調控相關規(guī)定,設計電梯速度曲線,將其與傳統(tǒng)高速電梯抗擾動控制算法對比。將基于特征模型的高速電梯抗擾動控制算法設為實驗組,傳統(tǒng)算法設為對照組,控制兩組方法額定電梯速度為2.5m/s,曳引機額定轉速為100r/min,其采樣電壓及轉換數(shù)字值如表2所示。

兩組方法在相同實驗參數(shù)條件下,其初始轉速為200r/min,在加速段、勻速段以及減速段內各施加一次幅值為50N、持續(xù)0.5s的負載突變,對比兩組SVPWM波形。

2.2SVPWM波形對比

根據(jù)上述實驗方法進行實驗,兩組實驗SVPWM波形對比如圖1所示。

由圖1可知,觀察其電梯速度曲線與負載值,根據(jù)SVPWM波形可以看出,兩組方法在高速電梯抗擾動控制過程中,實驗組可以實現(xiàn)平穩(wěn)跟蹤速度曲線,且其PID控制與負載干擾具有更好的魯棒性,說明實驗組控制算法具有更好的控制效果。

3結語

電梯作為日常生活中必不可少的運輸工具,其應用范圍不斷擴大,人們對其運行質量要求也相應提高。高速電梯運行過程中存在多種干擾因素,影響高速電梯運行質量,據(jù)此本文提出了基于特征模型的高速電梯抗擾動控制算法。通過對電梯運行速度控制參數(shù)、擾動負載轉矩電流值控制數(shù)值的計算,明確負載轉矩擾動補償值,完成電梯抗擾動控制。