电梯运行速度曲线的控制

电梯运行速度曲线的控制
【摘要】电梯速度控制系统是一个复杂的系统。

本设计选取了正弦曲线作为电梯的理论运行曲线，控制方法选用了绝对距离为原则，经过多次试验，本系统基本达到预期效果，电梯运行良好，能达到电梯运行的舒适性和快速性要求，优于一般的控制方法，实现了预期目的。

【关键词】电梯系统；正弦速度曲线；加减速控制
电梯速度控制方式很大程度上决定了电梯运行的舒适性和快速性。

目前控制方式主要有以时间为原则，以相对距离为原则及以绝对距离为原则3种方式。

以时间为原则的速度控制方式是通过在制停阶段设定一个低速的爬行延时段来消除累计误差，这种延时方式本质上是一种开环控制方式，运行效率低，平层精度低。

以相对距离为原则的速度控制方式通过安装在曳引机上的增量式编码器间
接获得轿厢位置，由于曳引轮和钢丝绳之间存在着打滑现象，当电梯进入减速运行时，增量式编码器的脉冲计数不能反映电梯的准确位置，所以停靠时仍然需要配合井道磁开关来运行一小段爬行距离。

在本文的系统中，绝对值编码器把井道中的实际绝对距离反馈给电梯主控制板。

主控制板根据绝对距离，实时计算电梯运行速度，控制电梯运行。

绝对值编码器不受钢丝绳打滑的影响。

同时，由它使用二进制编码形式，故不存在脉冲丢失现象。

基于以上2个优点，以绝对距离为原则的控制方式可完美实现无爬行直接停靠。

1.电梯控制系统介绍
vvvf电梯控制系统主要由主控制器、变频器、曳引机及轿厢组成。

电梯主控制器主要负责处理接收来自轿厢的当前位置、运行状态、运行方向以及呼梯指令信号，并根据这些信号来判断下一站要停靠的楼层，计算需运行的距离，进而计算出目标速度，并将此速度指令发给变频器。

接通电源后，主控制器闭合主接触器mc使变频器通电，然后控制抱闸打开，并闭合变频器输出与电机问的接触器kc，之后进行转子位置初始化操作。

初始化完成后输出运行准备好信号和零速信号，同时断开kc，然后等待主控制器给出方向和运行速度信号。

主控制器先闭合主接触器kc，然后给出运行方向是上行或下行，松开抱闸，延迟之后给出速度信号。

电梯加速运行到最大速度后匀速运行一段时间，当电梯运行到达减速点，主控制器给出爬行速度指令，电机开始减速，减速运行至平层点以后，电梯开始减速至平层点停下。

变频器停止后输出零速信号，主控制器控制抱闸，然后撤掉方向信号，并断开kc。

2.常用速度曲线设计
下面分别介绍常用的s型和正弦型速度曲线设计方法。

2.1 s型速度曲线的设计
s型电梯运行曲线如图1所示，速度v，加速度a，加速度变化率p。

abcd为加速段，de为匀速段，efgh为减速段。

s型速度曲线可以划分为加加速、匀加速、减加速、匀速、加减速、匀减速、减减速这7个过程。

在加加速、减加速、加减速、减减速这4个过程中加速度变化率j的绝对值恒定；匀加速和匀减速过程的加速度恒
定；匀速过程加速度为0，速度达最大。

这种加减速模式在任意位置的加速度都是连续变化的，但加速度的变化率出现不连续变化。

在加速到匀速运行阶段前加速度都是连续变化的，但加速度变化率在b点和c点都发生了突变，影响了电梯运行的平稳性，这在某些电梯使用场合是不允许的。

加速度变化率不但对人体，而且对于运动工件的材料也有影响。

当物体有加加速度时，物体所承受的载荷是随时间变化的，因此应力、应变及稳定性都会受到加加速度的影响，对高速运转和振动而言尤为显著，冲击力对机构的运动也有影响。

2.2 正弦速度曲线的设计
加速度及加速度的变化率在各过渡阶段连续变化，仅电梯启动和制动时出现跳变点。

当速度曲线为非标准正弦速度曲线时（即有匀加/减速段和匀速段，可将电梯的运行曲线加速段分为3个部分：ab段为正弦曲线前半段，bc段为直线段，cd为正弦曲线后半段。

3.正弦速度曲线的实现
根据目标速度的正负判断应上行还是下行，比较目标速度和当前速度的大小，判断是应加速、减速或匀速运行。

若加速，则计算出由当前速度运行到目标速度所需的时间，并转化为步数，根据匀加/减速段所占的比例计算出变加速及匀加速段分别所需的步数及步长，用来控制加减速过程所需的时间，进而计算出角速度及幅值大小，最后计算出给定速度。

设定加速段abcd段及减速段efgh 段
的时间，通过调节键盘值来设定匀加/减速段所占比例。

设为0则为标准正弦曲线，不含匀加速段及匀速段；为1则为梯形加减速曲线。

4.实验结果分析
曳引机为永磁同步电机，变频器采用dsp控制，通过
tms32of28332的can 模块向上位机发送数据，利用labview窗口实时观察数据波形，设置为每10 ms发送数据。

上图为电梯上行3层楼高度时生成的速度曲线：和加速度曲线。

横轴为时间，范围为o～10 s，纵轴为速度标幺值和加速度实际值。

图中最高速度限定为0.8倍额定速度，额定速度为1.75 m/s。

从图中可看出加速度最：走约为1.2 m/s ，经理论计算，加速度变化率最大约为0.2 m/s，均满足技术规定。

图1所示为给定的速度曲线及曳引机实际运行速度曲线，从图中可看出实际运行速度可以很好地跟踪给定速度，几乎没有偏差。

5.结语
我们只有从根本上理解电梯速度曲线的含义、生成、计算方式和控制过程等，才能使用户获得一个安全、快捷、舒适感良好的电梯乘行环境。

需要说明的是，在本文中电梯速度曲线函数解析式的设计仅是举例，实际上速度曲线的设计形式并不惟一，例如目前电梯专用变频器通常采用正弦函数曲线，也有的采用其他形式的函数曲线来设计，有兴趣者可做进一步的研究
参考文献：
[1]朱吕明，电梯与自动扶梯原理 [m].上海：上海交通大学出版社，2010
[2]李敏敏，电梯用编码器[j]，电机电器技术，2011（5）：22-23.
（
导轨对电梯舒适感影响的研究
杨宏宇刘慧
（东芝电梯（中国）有限公司，110168）
【摘要】随着我国房地产业的快速发展，城市建设的脚步不断加快，高层建筑逐渐增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。

文章重点就导轨对电梯舒适感影响进行了研究与分析。

【关键词】电梯舒适感；导轨；振动
影响电梯舒适感的原因有很多，大体可以分为两个方面：机械结构方面和电气控制方面，机械结构是决定电梯舒适感的根本性因素，电气参数的调整只是协调机械结构，进一步的改善电梯舒适感。

基于电梯机械结构的特殊性，运行舒适感很大程度上依赖于各个机械部件的安装质量，因此良好的安装质量是电梯舒适运行的前提。

从收集电梯振动曲线数据分析发现，导轨安装质量、曳引钢丝绳放气程度等机械性能会影响电梯运行舒适感。

1.电梯舒适感概述
电梯舒适感是指人们乘坐电梯时的感受。

电梯的起动、运行、制动各阶段的都可能出现影响舒适感的问题。

如电梯在起动时，有
时会出现起动倒滑或突然起动，这是由于电梯在起动时轿厢、对重两边的力矩不平衡导致的，起动时实际所需要的起动力矩与控制系统提供的起动力矩不一致，也就是起动时变频器输出的转矩补偿不准确或不稳定引起。

其主要原因为：实际载重与控制系统检测到的载重之间偏差较大，电梯起动时阻力偏大导致起动补偿不足以克服阻力，因此导致出现倒滑，或者补偿力矩过大而导致了突然起动。

2.导轨对电梯舒适度的影响
导轨安装主要包括轨距、垂直度、对向度、挠曲度台阶（或崩口）等，各个因素的安装效果会直接影响电梯运行的舒适感。

导轨的垂直度和两导轨的对向度应符合工艺，若误差太大会造成运行过程中有抖动或振动，个别位置轿厢会左右晃动。

导轨间连接不良会导致轿厢在个别位置会出现台阶感。

2.1轨距
轨距，即轿厢（或对重）运行所依循的两条导轨之间的距离。

轨距大小符合设计要求是确保轿厢可以拼装的前提，如果轨距过小可能导致轿厢无法拼装，即使轿厢可以勉强拼装，也可能引起导轨过紧而造成起动舒适感偏差。

2.2垂直度
导轨的垂直度，是指导轨的垂直状态，即自下而上安装导轨时，所有导轨相对样线的距离差，垂直度是保证电梯直线运行的首要条件，通过上下样架之间的样线来检测。

垂直度不良就会导致电梯运行时出现晃动，主要产生垂直方向的振动。

2.3对向度
对向度是指轿厢（或对重）运行所依循的两条导轨的工作顶面相对中的程度。

对向度也会导致电梯运行时出现晃动。

2.4挠曲度台阶（或崩口）
挠曲度是指安装导轨时上下两条导轨连接口位置的弯曲程度，挠曲度也同样会导致电梯运行时出现晃动，主要产生水平方向的振动。

台阶是指上、下两条导轨连接口处存在的错位偏差值，崩口则是指安装导轨时由于碰撞挤压而导致其工作面上有凹凸的点。

当电梯运行到台阶或崩口时，就如同汽车驶至台阶或坑洼处，会产生明显的振动，直接影响到电梯的舒适感，特别是极易引起水平方向的振动。

3.改善振动的其他途径
3.1导靴
轿厢突然的振动有可能来自导靴方面的原因，对导靴的检查也是必不可少的。

应调整滑动导靴与导轨轻贴，保留约0～1mm的间隙，可以加上少许导轨油。

还可修改变频器参数，通过微调增益、积分常数、积分时间来改善电梯运行时的振动。

3.2曳引机
曳引机的机械运动部分是最常见的振动发生根源。

永磁同步无齿轮曳引机是由永磁同步电机、曳引轮、制动器三部分组成，相比传统减速箱效率高、噪音低、振动小，能满足频繁起动、制动，运行平稳舒适。

但亦有因曳引轮加工、安装精度及绳槽一致性上处理
不好，导致电梯抖动、垂直振动。

3.3钢丝绳
钢丝绳张紧不均匀，会使电梯运行时钢丝绳受力不均匀，有些受力绷紧，有些很松。

在某一时刻内受力较大的曳引轮绳槽必然会造成磨损加快，从而形成节径差，形成异常抖动，从而带动轿厢抖动。

节径差又引发绳间相对滑移，对运行中的振动和噪音影响更大，而且是不能调节的。

调整钢丝绳张力使各钢丝绳受力平均，通过锥套螺母调整各锥套弹簧的压缩长度。

3.4电力拖动系统
载货电梯乘坐舒适感就很差，那是因为这类电梯多采用交流变极调速系统，它采用串电阻电抗起动，变极减速平层，起动、制动加速度大，运行不平衡。

而交流变压变频调速（vvvf）电梯速度调节平滑，能明显地降低电动机的起动电流，获得十分良好的乘坐舒适感。

并且与其他类型交流调速系统相比，性能好，运行效率高，可以节能30%-50%。

是目前最被广泛运用的形式。

3.5其他原因
制动器的间隙过紧会导致电梯起动停车和运行中有抖动或振动，过松会引起电梯倒滑甚至会引发严重的安全事故。

旋转编码器固定弹簧片与旋转编码器轴干涉导致电梯在某个楼层运行时偶尔会出现振机现象。

4.结语
综上所述，导轨的安装质量是保证电梯舒适运行的重要保证。

导轨安装时注意轨距、垂直度、对向度、挠曲度台阶（或崩口）的调整，尽量减少安装误差并保证导轨运行面的完好。

同时，影响电梯舒适感的因素还有很多，如导靴、曳引机、钢丝绳等。

电梯的舒适感是电梯质量的重要组成部分，如何通过设计、制造、安装各个环节来提高电梯的舒适感，改善乘客的乘坐体验，将是我们今后不断研究的课题。

参考文献：
[1]属维德.机械振动手册[m].北京：机械工业出版社，2009
[2]付芩.电梯振动的试验分析与解决方案[j].起重运输机械，2008，（8）。