基于卡尔曼滤波的电梯安全部件测试速度估算方法研究

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连接 ， 力传感器的ｉ 贝 ４ 试轴与重力方向保持一致。在 测 试过 程 中全 程 记 录传感 器 的拉 压力 值 ， 并 根据 配
征（ １ ９ ８ ３ 一） ， 男， 浙江金华人 ， 浙江省特种设备检验研究 院工程师 ， 博士 ， 研究方向电机检验 、 检测技术。
第 ６期
应
征 等 ：基于卡尔曼滤波 的电梯安全部件测试速度估算方法研究
第１ ５ 卷第 ６ 期
２ ０ １ ５ 年１ １ 月
金华职业技术学 院学报
Ｖ Ｎ ｏ ｌ ｜ １ ５ Ｎ ｏ ． ６ Ｏ Ｖ ． ２０１ ５
基于卡尔曼滤 波的 电梯安全部件测试速度 估算方法研究
应 征， 金 俊， 金 寅德 ， 陈向俊
（ 浙 江省特种设备检验研究 院， 浙江 杭 州 ３ １ ０ ０ ２ ２ ）
以上情 况 ， 为 了能够 有 效 利 用 这 部 分冗 余 信 息 ， 通 过采 用 卡尔 曼滤 波 构建 数 据融 合模 型 ， 提 高速 度 估
算 的精度 。
目前在安全钳与缓冲器的冲击测试方面 ， 国内 外主要使用单个传感器直接或者间接获得 电梯轿
厢 的速 度 。华 南理 工 大 学 பைடு நூலகம் 械 与 汽 车 工 程学 院 的 陈 国华 等 人 使用 单 个加 速 度传 感 器在 试验 塔 架 中 测 试安 全 钳 ； Ｐ ｕ ｌ ｅ ｃ ｃ ｈ ｉ 等 人 在 电梯 轿厢 框架 上 安装
＝
圈
（ ６ ）
（ ７）
ｚ ￡ ＝０
Ｈ＝ ［ １ ０ ］
（ ８ ）
式（ ３ ） 中的 ． 与 分 别 表 示 模 拟 轿 厢 的位 移 与 速度 ， 式（ ２ ） 中 的 与式 （ ７ ） 中的０ 分 别 为模 拟轿 厢 的 位 移 与加 速度 的测 量 值 ， 式（ ２ ） 中 的 与式 （ ６ ） 中的田 分 别 为 模拟 轿 厢位 移 与加 速 度测 量值 的误 差 项， 假 设 这 两 项 误 差 为 高斯 白噪声 ， 与卵的协 方 差 分别为 ｒ 与ｑ 。 由于 采 集 到 的加 速 度 与位 移 为 离 散 信号， 需 要将 式 （ １ ） 与式 （ ２ ） 离 散化 ，
为噪声 的影响造成较大的误差 ， 特别当噪声的低频 分量较大时 ， 积分结果在时域上的误差会随着时间 的增 长不 断 累积变 大 ＿ ６ Ｊ 。德 国莱茵 Ｔ ０ Ｖ公 司 开发 的
投稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ７ — ２ ３ 基金项 目： ２ ０ １ ５ 年度浙江省质监科研计划项 目（ ２ ０ １ ５ ０ ２ ２ １ ） 作者简介 ： 应
１ 电梯安全部件测试装 置介绍
电梯 安 全 部件 测试 装 置 包 括 了多 功 能 测 试 塔
架 与测试 仪器 ， 其 主要结 构如 图 １ 所示 ， 图１ 中 的模 拟 轿 厢用 于模 拟 实 际 的电梯 轿 厢 ， 模 拟 轿 厢 为 钢制 框 架 ， 其 内部 可 以堆 放 定 制砝 码 。
砝 码块 具 有多 种 重量 ， 可 以根 据 被测 产 品 的规格 通
了加速度传感器 ， 为 了降低测试 噪声 的影响 ， 得到 高精 度 安 全 钳 冲击 测 试 数 据 ， 采用 Ｓ ａ ｖ ｉ ｔ ｚ ｋ ｙ—Ｇ ｏ ｌ ａ ｙ 滤 波与 Ｂ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｗ ｏ ｒ ｔ ｈ 滤波处 理直 接测 量得 到 的加 速度
ＡＤ Ｉ Ａ Ｓ Ｙ Ｓ Ｔ Ｅ Ｍ电梯 检 测 系统 配 备 了速 度 传 感 器 ， 可 以直 接测 试轿 厢 运行 速 度 ， 但 是 由于传感 器 为 接
触式 ， 安装测试较为繁琐 。为了能够确定模拟轿厢 的位置 ， 一般在测试装置上配备了位移传感器 ， 通 过对 位 移数 据微 分 也能 够 计算 模拟 轿 厢 的速度 ， 因 此 位移 数 据 与 加 速 度 数 据 属 于双 冗 余 信 息 。针 对
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电梯 安 全 部件 是 在 电梯 发 生 危 险 时实 施 安 全 保 护 的部 件 ， 电梯 安全 部 件 包 括 限速 器 、 安 全 钳 和 缓 冲器 装 置等 。 由于安 全部 件 的产 品性 能 与 电梯 使用者的人身 、 财 物 安 全 息息 相 关 ， 国 内外 都 制 定 了严 格 的标 准 。其 中安 全 钳 与 缓 冲 器都 需 要 通 过 冲击 测试 才 能销 售 、 使 用 。在 冲击 测试 过 程 中模 拟 电梯 轿 厢 坠落情 况 ， 在 安全 钳 或者 缓 冲器 作用 下 迫 使 电梯 轿 厢停 止 ， 并 根 据轿 厢 减 速 时 的位移 、 速 度 与加 速度等 数据 判断 产 品是否合 格 。
数 据 。 以上 方 法 虽 然采 用 了种 种 算 法 抑 制 测量 噪 声， 但 是 在 对 加速 度 数 据 做 数 值 积分 时 ， 仍 然会 因
过 不 同的 组 合搭 配 出所 需 要 的重 量 。在 模 拟 轿 厢
的侧面安装了测试仪 的力传感器 ， 传感器的顶端与
模 拟塔 架 固定 连 接 ， 底端 与 一个 已知 质 量 的配重 相
摘要： 为 了能在 电梯 安全部件 测试过程 中精 确的估算 出模 拟轿厢 的速 度 ， 提 出了一种 基于卡 尔曼滤波的估算 方
法。首先构造基于卡 尔曼滤波的数据 融合模 型 ， 然后采 集测试过程 中的模拟轿厢位移与加速度数据 ， 利 用数据 融合模
型 处 理 位 移 与 加 速 度数 据 的 冗余 信 息 ， 进 而得 到 模 拟 轿 厢 的 速 度 的最 优 估 计 ； 最后 采 用数 值 模 拟 的 方 式验 证 了该 方 法 便 于 实现 并具 有 较 高的精 度 。 关键 词 ： 电梯 ； 安 全 部件 ； 卡 尔曼 滤 波 ； 数 据 融合 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ Ｔ Ｕ８ ５ ７ 文献 标 识 码 ： Ａ