基于特征模型的高速电梯抗扰动控制算法

引言

电梯作为人们生活中常见的运输工具,随着科技水平的提升以及现代化技术的发展,通信技术、自动检测技术以及图像显示技术等在电梯中得到广泛应用。电梯的现代化发展对其稳定性、节能性等提出了更高的要求。电梯在使用过程中,启动或负载增加情况下会导致电梯溜车情况的出现,乘客数量变化以及风阻等影响因素也会使电梯负载转矩出现波动,影响电梯运行稳定性。在电梯调速系统中,制动与运行所产生的摩擦力会造成非线性特征,电梯运行中所产生的PMSM本身具有较强的非线性与耦合性,目前PI控制技术很难满足电梯的实际抗扰动控制需求。因此,本文提出了基于特征模型的高速电梯抗扰动控制算法。

1基于特征模型的高速电梯抗扰动控制算法

1.1电梯抗扰动控制特征模型

高速电梯抗扰动控制选取曳引机控制矢量id=0,而高速电梯中某一坐标点d、g坐标定子电流为:

式中,id、iq、ud、uq为d、g轴上的定子电流与电压:w为机械角速度:R为定子电阻:L为永磁磁链:J为调速系统等效转动惯量。

根据坐标定子电流,其电梯抗扰动控制模型近似为:

式中,B为电梯运行黏滞摩擦因数:p为极对数:lL为等效运行负载转矩。

1.2电梯运行速度控制参数

电梯抗扰动控制以控制模型为基础,从电梯速度控制角度出发,对速度系统a,加减系数e1、e2,距离系数s以及实现系统l进行分析,求得电梯速度曲线参数。在高速电梯运行过程中,电梯加减速度随时间发生变化,选用平均加减速度a1、a2表示电梯变速过程。

通过上述参数分析,高速电梯运行时期的加减速度、运行时间、运行距离以及电动机功率存在一定联系。当电梯运行距离提升高度比例增加时,其电梯加速系数会增加,影响电梯乘坐舒适度,考虑到速度系数a的影响,其各运行控制参数为:

而电梯速度VN与对应的速度系数a及加速度a推荐值如表1所示。

1.3抗扰动负载转矩电流值控制

高速电梯抗扰动控制基于运行速度控制参数矢量基础上,首先进行参数识别,处理所采集到的特征参数后得到电流iq,进行电流环控制得到电压控制量。以自适应控制为基础,控制运行时参数收敛的情况下,想要实现稳定过渡,需要首先得出电机转速差值:

式中,w（k）为电机转速预测值:w*（k）为电机转速实际值:e（k）为电机转速差值。

根据其差值得到自适应反馈控制量为:

式中,uiq（k）为自适应反馈控制量:uL为可调控制参数:

根据这一反馈控制参数,高速电梯的输出电压所存在的矢量UA、UB电压大小随时间按正弦比变化。若Um为相电压峰值,则:

其中,当9=2m/l时,定子三相电压对称时,相电压频率为速度旋转空间矢量。

根据上述各矢量,采用改进型降阶负载转矩观测器,提高转矩收敛速度,则得到电流运行规则:

由于高速电梯曳引机控制周期较短,因此可以近似认为

得到电流观测特征方程为:

其中,若B=0,则根据期望点极点a得出反馈系数:

得到扰动负载电流控制方程为:

根据上述公式,通过将相应比例控制量加入到电流输出电压中,加快系统对扰动的响应,使高速电梯在启动或负载增加时能够平稳运行。

1.4负载转矩扰动补偿

在电梯抗扰动控制过程中,影响扰动的因素不仅是负载转矩未知,电梯参数与实际运行系数的偏差同样会引起转动扰动。因此除对扰动负载转矩电流值控制外,仍需对电梯负载转矩扰动进行补偿。若将电梯运行过程中理想负载转矩71oad作为一个常量,电机参数误差扰动转矩7dis与扰动负载转矩7L之间关系为:

若考虑到电机参数真实性,则7dis=0。在满足这一条件下,扰动负载转矩与负载转矩相等,即7L=71oad。

通过极点配置法,控制电梯曳引机速度,实现转矩扰动抑制与负载转速控制。在高速电梯运行过程中,其扰动负载不会发生突变,因此观测扰动负载转矩与电机转速,从而得到转速w与7L状态变量:

其中K=[k1k2]T为电梯运行状态反馈增益量,从而得到状态反馈增益矩阵为:

根据电梯运行增益补偿,从而完成电梯抗扰动高效控制。

2仿真实验

2.1实验方法

为验证基于特征模型的高速电梯抗扰动控制算法的有效性,根据电梯PMSM调控相关规定,设计电梯速度曲线,将其与传统高速电梯抗扰动控制算法对比。将基于特征模型的高速电梯抗扰动控制算法设为实验组,传统算法设为对照组,控制两组方法额定电梯速度为2.5m/s,曳引机额定转速为100r/min,其采样电压及转换数字值如表2所示。

两组方法在相同实验参数条件下,其初始转速为200r/min,在加速段、匀速段以及减速段内各施加一次幅值为50N、持续0.5s的负载突变,对比两组SVPWM波形。

2.2SVPWM波形对比

根据上述实验方法进行实验,两组实验SVPWM波形对比如图1所示。

由图1可知,观察其电梯速度曲线与负载值,根据SVPWM波形可以看出,两组方法在高速电梯抗扰动控制过程中,实验组可以实现平稳跟踪速度曲线,且其PID控制与负载干扰具有更好的鲁棒性,说明实验组控制算法具有更好的控制效果。

3结语

电梯作为日常生活中必不可少的运输工具,其应用范围不断扩大,人们对其运行质量要求也相应提高。高速电梯运行过程中存在多种干扰因素,影响高速电梯运行质量,据此本文提出了基于特征模型的高速电梯抗扰动控制算法。通过对电梯运行速度控制参数、扰动负载转矩电流值控制数值的计算,明确负载转矩扰动补偿值,完成电梯抗扰动控制。