專利名稱：用于轉(zhuǎn)子鎖住電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流調(diào)節(jié)器控制補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)校準(zhǔn)的制作方法
和本發(fā)明同時(shí)申請(qǐng)的待審的序列號(hào)為(Otis Docket Nos.OT-3064,OT-3065,OT-3054,OT-4046,OT-4047)的美國(guó)專利包含的主題和本申請(qǐng)的主題相關(guān)。
本發(fā)明涉及電機(jī)/驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)方法，尤其涉及用于電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流調(diào)節(jié)器控制補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)校準(zhǔn)方法。
在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路領(lǐng)域中，使用電流調(diào)節(jié)器(或電流控制器)控制電機(jī)電流是公知的。還知道使用電機(jī)電流的比例-積分(P-I)閉環(huán)控制。然而，這種電流調(diào)節(jié)器必須對(duì)于電機(jī)的電磁動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行精確地調(diào)整，以便提供電機(jī)電流的精確控制，從而提供在電機(jī)軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的精確控制。具體地說，對(duì)于P-I控制器，比例增益KP和積分增益KI應(yīng)當(dāng)和電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性相匹配，以便提供最佳的性能。
用來(lái)確定這些控制參數(shù)的一種技術(shù)是在工程實(shí)驗(yàn)室分析電機(jī)/驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中使用昂貴的測(cè)試設(shè)備，并要由熟練技工或工程師進(jìn)行費(fèi)時(shí)的高技術(shù)的工作。然而，在現(xiàn)代化的或改進(jìn)的應(yīng)用中，其中在現(xiàn)有的電梯系統(tǒng)中新的驅(qū)動(dòng)代替舊的驅(qū)動(dòng)，為進(jìn)行電機(jī)計(jì)算而從電梯系統(tǒng)中除去電機(jī)是不方便的或者成本-效果低的一種方法。
另一種用于確定調(diào)節(jié)器控制參數(shù)的技術(shù)涉及需要高級(jí)工程師到現(xiàn)場(chǎng)使用專用測(cè)試設(shè)備調(diào)整電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。然而，這種技術(shù)費(fèi)用高并且耗時(shí)，因而，使得現(xiàn)代化的電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)大樓所有者沒有吸引力。
此外，已經(jīng)公開了多種用于調(diào)整電流調(diào)節(jié)器的技術(shù)，例如在以下文獻(xiàn)中所述的技術(shù)A.M.Khambadkone，等，“Vector-controlledinduction motor drive with self-commissioning scheme”,IEEETrans.Ind.E1ectronics,38卷，5期，1991年10月，第322-327頁(yè)；H.Sehierling,“Self-commissioning-a novel feature of moderninverter-fed induction motor drives”，關(guān)于Power Electronics andVariable Speed Drives的第三次國(guó)際會(huì)議，IEEEConf.Pub.No.291,pp.287-290；M.Sumner等，“Autocommissioning forvoltage-referenced voltage-fed vector-controlled inductionmotor drives”,IEEE Proceedings-B,140卷，3期，1993年3月；T.Kudor等，“Self-commissioning for vector-controlled inductionmotors”,IEEE Pub.ID#0-7803-x/93，第528-555頁(yè)。
這些技術(shù)試圖測(cè)量電機(jī)參數(shù)，然后，根據(jù)這些估算按照算法計(jì)算電流調(diào)節(jié)器增益。具體地說，Khambdadkone和Schierling教導(dǎo)對(duì)電機(jī)施加對(duì)電壓脈沖，并使用電流的上升率來(lái)估算電機(jī)的瞬變電感。Sumner教導(dǎo)對(duì)電機(jī)施加電壓脈沖的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列，并使用遞歸最小平方計(jì)算來(lái)估算電機(jī)參數(shù)。使用估算的電機(jī)參數(shù)利用磁極替換算法來(lái)確定電流調(diào)節(jié)器參數(shù)。Kudor教導(dǎo)對(duì)電流調(diào)節(jié)器施加階躍輸入，并根據(jù)階躍響應(yīng)計(jì)算性能指數(shù)。使用模糊邏輯規(guī)則調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器增益，以便達(dá)到最佳的調(diào)整。然而，前述的技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)費(fèi)用高，而且復(fù)雜。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電流調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)的自動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法，其中不需要從電梯系統(tǒng)中除去或拆下電機(jī)。
按照本發(fā)明，一種用于計(jì)算電梯電機(jī)控制器電流調(diào)節(jié)器補(bǔ)償?shù)谋壤鲆?、積分器的積分增益以及整體增益的方法，控制器和電機(jī)構(gòu)成電流回環(huán)，包括以下步驟(a)在步驟(b)-(f)期間使積分器對(duì)控制器的貢獻(xiàn)最??；(b)把比例增益設(shè)為一個(gè)初始值；(c)根據(jù)第一測(cè)試頻率設(shè)置整體增益；(d)對(duì)電流調(diào)節(jié)器提供第一測(cè)試頻率的正弦電流參考信號(hào)；(e)計(jì)算在第一測(cè)試頻率下的電流環(huán)的開環(huán)增益；(f)改變比例增益并進(jìn)行步(e)，直到開環(huán)增益處于1的預(yù)定允差內(nèi)；(g)對(duì)電流調(diào)節(jié)器提供第二測(cè)試頻率的正弦電流參考信號(hào)；(h)計(jì)算在第二測(cè)試頻率下的電流環(huán)的閉環(huán)增益；以及(i)改變積分增益并進(jìn)行步(h)，直到閉環(huán)增益處于1的預(yù)定允差內(nèi)。
本發(fā)明通過允許電流調(diào)節(jié)器控制參數(shù)(KI,KP,GC)在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)地被確定而代表了對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的重大改進(jìn)。本發(fā)明不需要從現(xiàn)場(chǎng)拆下電機(jī)或從電梯系統(tǒng)中拆下電機(jī)。此外，本發(fā)明不需要專門訓(xùn)練的工程師利用專用的測(cè)試設(shè)備調(diào)整電機(jī)/驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因而，當(dāng)新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，本發(fā)明能夠大大降低和調(diào)整電流調(diào)節(jié)器有關(guān)的費(fèi)用。因而，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制參數(shù)的自動(dòng)細(xì)調(diào)可以節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。結(jié)果，本發(fā)明對(duì)大樓擁有者更有吸引力，從而使其將其電梯系統(tǒng)更新為現(xiàn)代控制系統(tǒng)，而這在當(dāng)前在經(jīng)濟(jì)上是不現(xiàn)實(shí)的，這是因?yàn)椋_定在現(xiàn)代化的工作場(chǎng)所中存在的舊的電機(jī)的參數(shù)需要高額費(fèi)用。此外，本發(fā)明在其整個(gè)校準(zhǔn)過程中還能使現(xiàn)有的電梯電機(jī)控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)保持原樣。
本發(fā)明的上述的以及其它的目的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)本發(fā)明的示例的實(shí)施例的說明可以看得更加清楚。


圖1是具有按照本發(fā)明的自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯的電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電梯電機(jī)控制器的部分原理方塊圖；圖2是按照本發(fā)明的電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的原理方塊圖；圖3是按照本發(fā)明的圖1的系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方塊圖；圖4是按照本發(fā)明的圖3的控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻響應(yīng)曲線；圖5是按照本發(fā)明的圖3的控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻響應(yīng)曲線；圖6是按照本發(fā)明的圖1的自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯的邏輯流程圖。
參看圖1，在線9的左面所示的電梯電機(jī)控制器部分包括磁場(chǎng)定向的(或矢量控制的)電機(jī)控制器，其具有兩個(gè)控制環(huán)，每個(gè)相應(yīng)于一個(gè)不同的控制軸，d軸相應(yīng)于電機(jī)激磁，q軸相應(yīng)于轉(zhuǎn)矩。d軸相應(yīng)于環(huán)具有在線14上提供的d軸電流參考輸入信號(hào)IdREF。IdREF被設(shè)置為預(yù)定的常數(shù)，使得根據(jù)電機(jī)磁化曲線例如IdRATED或INO-LOAD在電機(jī)內(nèi)提供合適的磁通，后面還要討論。IdREF信號(hào)被送到磁場(chǎng)定向的電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)控制電路20，后面結(jié)合圖2還要討論。
q軸電流環(huán)具有在線15上的第一q軸電流參考輸入信號(hào)IqREF1，被輸入到開關(guān)19的一個(gè)輸入端。IqREF1由其它的邏輯提供(未示出)，例如速度環(huán)補(bǔ)償邏輯(未示出)，其使電機(jī)速度環(huán)閉合，例如在待審的序列號(hào)為Otis Docket No.OT-3054的美國(guó)專利所述的那樣，當(dāng)不進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，其對(duì)控制器提供q軸電流參考信號(hào)。
開關(guān)19的其它的輸入是在線17上的第二q軸電流參考輸入信號(hào)IqREF2。開關(guān)19的輸出是在線18上的q軸電流環(huán)參考信號(hào)IQRE，根據(jù)在線13上提供給開關(guān)19的MODE1信號(hào)的狀態(tài)，其被設(shè)置為等于IqREF1或IqREF2·IqREF信號(hào)被送到磁場(chǎng)定向的電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路20，下面結(jié)合圖2還要說明。
本發(fā)明使用的三相交流感應(yīng)電機(jī)的兩個(gè)例子是由Loher生產(chǎn)的型號(hào)為L(zhǎng)UGA-225LB-04A，額定功率為45KW，額定電壓為355V，額定速度為1480，額定頻率為50Hz，用于齒輪結(jié)構(gòu)；以及由(臺(tái)灣的)Tatung生產(chǎn)的，型號(hào)為156MST，額定功率40KW，額定電壓500V，額定速度251，額定頻率16.7Hz，用于無(wú)齒輪結(jié)構(gòu)中。如果需要，可以使用具有其它額定參數(shù)的電機(jī)。
電路20在線22上對(duì)電機(jī)24，例如三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，提供三相電壓信號(hào)Vx,Vy,Vz。電機(jī)24通過機(jī)械連接裝置26例如軸與/或齒輪箱和滑輪28相連。纜繩或纜索30繞在滑輪28上，一端和電梯轎箱32相連，另一端和配重34相連。配重的重量一般等于空轎箱的重量加上轎箱內(nèi)最大負(fù)荷的40-50％。
如果需要把電機(jī)24的輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為電梯轎箱32的運(yùn)動(dòng)，也可以使用其它的電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有或沒有配重，有或沒有齒輪箱，例如雙電梯(其中兩個(gè)電梯轎箱和一個(gè)繩索相連，轎箱沿相反方向運(yùn)動(dòng)，每個(gè)轎箱作為另一個(gè)轎箱的配重)，鼓形機(jī)械(其中繩索被繞在由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的鼓上)，等。
制動(dòng)器37，例如電磁致動(dòng)的盤制動(dòng)器被設(shè)置在軸26上，并被來(lái)自電路20的線38上的電制動(dòng)指令信號(hào)BRKCMD驅(qū)動(dòng)。制動(dòng)器37當(dāng)被致動(dòng)或“落下”時(shí)，便夾在軸26上，從而阻止電機(jī)軸26轉(zhuǎn)動(dòng)，即鎖住轉(zhuǎn)子，因而阻止滑輪28運(yùn)動(dòng)。
參看圖2，在磁場(chǎng)定向電機(jī)控制領(lǐng)域中知道，這種控制使用分別相應(yīng)于d,q軸的電流(Id,Iq)和電壓(Vd,Vq)參數(shù)。使用磁場(chǎng)定向時(shí)，電機(jī)磁場(chǎng)(或磁通)將被Id控制，電機(jī)轉(zhuǎn)矩被Iq控制，這是公知的。具體地說，圖1的磁場(chǎng)定向電流調(diào)節(jié)器/電機(jī)驅(qū)動(dòng)器20包括兩個(gè)電流控制環(huán)，一個(gè)用于d軸電流Id，一個(gè)用于q軸電流Iq。Id環(huán)接收在線14上的IdREF信號(hào)，被送到加法器102的正輸入端。在線104上的測(cè)量的或反饋的d軸電流信號(hào)Id被送到加法器102的負(fù)輸入端。加法器102的輸出是在線106上的誤差信號(hào)IdERR，被送到控制補(bǔ)償邏輯108，例如比例積分(P-I)電流環(huán)控制，其具有提供在線121上的比例增益KP，積分增益KI，和整體增益GC，如后面要說明的。邏輯108在線110上提供d軸電壓指令信號(hào)VdCMD。
對(duì)于q軸，Iq環(huán)接收在線18上的IqREF信號(hào)，被送到加法器114的正輸入端。在線116上的測(cè)量的或反饋的q軸電流信號(hào)Iq被送到加法器114的負(fù)輸入端。加法器114的輸出是在線118上的誤差信號(hào)IqERR，被送到控制補(bǔ)償邏輯120，例如類似于邏輯108的比例積分(P-I)邏輯，其具有比例增益KP，積分增益KI，和整體增益GC，和邏輯108的增益相同。邏輯120的輸出是在線122上的q軸電壓指令信號(hào)VqCMD。
電壓指令VdCMD和VqCMD被送到公知的磁場(chǎng)定向的三相轉(zhuǎn)換邏輯124，它把d,q軸電壓指令轉(zhuǎn)換為在線126上的三相電壓指令VXCMD,VYCMD,VZCMD。相電壓指令VXCMD,VYCMD,VZCMD被送到公知的三相驅(qū)動(dòng)電路(或逆變器)128，其在線130,132,134(整體上，線22)上分別提供三相電壓VX,VY,VZ，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)24(圖1)。
在驅(qū)動(dòng)電路128內(nèi)(未示出細(xì)節(jié))，在線126上的每個(gè)電壓指令VXCMD,VYCMD,VZCMD被轉(zhuǎn)換為代表相應(yīng)的輸入電壓值的百分比占空度指令。百分比占空度指令被轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其驅(qū)動(dòng)功率晶體管，從而在線130,132,134上分別提供脈寬調(diào)制的可變頻率的三相電壓VX,VY,VZ。在驅(qū)動(dòng)器128中的轉(zhuǎn)換使用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路領(lǐng)域中熟知的電子元件與/或軟件完成。也可以使用任何其它類型的接收輸入電壓指令并提供輸出相電壓的驅(qū)動(dòng)電路，并且相電壓不一定是脈寬調(diào)制的。
分別和相電壓VX,VY,VZ相關(guān)的相電流IX,IY,IZ利用公知的電流傳感器136,138,140分別進(jìn)行測(cè)量，例如公知的閉環(huán)霍耳效應(yīng)電流傳感器(例如LEMS)，并分別被提供在線141,142,143上。相電流IX,IY,IZ被送到公知的三相到磁場(chǎng)定向的轉(zhuǎn)換邏輯142，其在線104，116上提供從相電流到作為反饋電流分別被送到加法器102,114的d,q軸電流Id,Iq的轉(zhuǎn)換。
轉(zhuǎn)換器124,150提供矢量參數(shù)(d,q軸)和每相參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，例如在D.Novotny等的“Vector Control and Dynamics of ACDrives”,Oxford University Press,1996,Ch 5,pp 203-251所述。轉(zhuǎn)換器124,15也可以使用微處理器等利用軟件實(shí)行這種轉(zhuǎn)換。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯111也包括制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路145，其接收在線146上的輸入信號(hào)BRK，并在線38上提供BRKCMD信號(hào)。
參見圖1，本發(fā)明包括自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯48，其自動(dòng)地計(jì)算控制參數(shù)KI,KP,GC，并在線121上提供給電路20。邏輯48還接收來(lái)自電路20的IqERR和Iq。邏輯48還向開關(guān)19提供電流參考信號(hào)IqREF2，并在線14上向電路20提供IdREF。邏輯48還在線13上對(duì)開關(guān)19提供MODE1信號(hào)。MODE1標(biāo)記使來(lái)自校準(zhǔn)邏輯48的電流參考信號(hào)IqREF2被送到邏輯20。邏輯48還在線146上對(duì)電路20提供中斷請(qǐng)求信號(hào)BRK。
校準(zhǔn)邏輯48還和服務(wù)器80通過串行鏈路82進(jìn)行通信。服務(wù)器80包括顯示器84和鍵墊(或鍵盤)86，用于對(duì)服務(wù)器80輸入數(shù)據(jù)，并通過鏈路82向控制器7輸入數(shù)據(jù)。具體地說，邏輯48通過鏈路82接收來(lái)自服務(wù)器80的開始指令和停止指令，其分別控制自動(dòng)校準(zhǔn)開始和停止(或中斷)的時(shí)間。邏輯66還通過鏈路82向服務(wù)器80提供DONE信號(hào)和FAULT信號(hào)。DONE信號(hào)表示自動(dòng)校準(zhǔn)無(wú)故障而被完成的時(shí)間，F(xiàn)AULT信號(hào)表示在自動(dòng)校準(zhǔn)期間檢測(cè)到故障時(shí)的時(shí)間。
邏輯48包括公知的電子元件，其中可以包括能夠完成其中所述的功能的微處理器，接口電路，存儲(chǔ)器，軟件，與/或固件。
參看圖3，其中示出了當(dāng)MODE1信號(hào)(圖1)命令開關(guān)19設(shè)置IqREF等于IqREF2，作為q軸電流環(huán)的參考時(shí)(即自動(dòng)校準(zhǔn)方式時(shí))，圖1和圖2的具有自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯48的q軸電流環(huán)的控制系統(tǒng)方塊圖的等效圖。可以把圖3的控制系統(tǒng)的各個(gè)部分比喻為圖1和圖2的原理方塊圖的一部分。具體地說，圖3的控制系統(tǒng)包括在線210(類似于圖2的線18)上的來(lái)自自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯48的q軸電流參考信號(hào)IqREF，其被送到加法器212(類似于圖2的加法器114)的正輸入端。在線214上的Iq電流反饋信號(hào)被送到加法器212的負(fù)輸入端。加法器212在線216上對(duì)代表P-I控制補(bǔ)償?shù)姆綁K218提供誤差信號(hào)IERR(類似于圖2的q軸環(huán)補(bǔ)償邏輯)。補(bǔ)償218包括已知的比例積分控制傳遞函數(shù)GC(KP+KI/s)式1其中KI是積分增益，KP是比例增益，GC是整體增益，“s”是拉普拉斯變換算子。
補(bǔ)償218在線220上對(duì)代表電機(jī)驅(qū)動(dòng)111(圖2)的傳遞函數(shù)的方塊222提供電壓指令信號(hào)VqCMD，方塊222在相關(guān)的頻率范圍內(nèi)的傳遞函數(shù)為1。驅(qū)動(dòng)222在線224上對(duì)代表電機(jī)(圖1)24的傳遞函數(shù)的方塊226提供每相驅(qū)動(dòng)電壓VPH，電機(jī)24的傳遞函數(shù)用由下式表示的一階滯后近似1/(LS+R)式2其中L是電機(jī)的每相的電感，R是每相的電阻，“s”是拉普拉斯算子。電機(jī)24是三相感應(yīng)電機(jī)，但也可以是具有相同傳遞函數(shù)的任何類型的電機(jī)。電機(jī)的q軸電流Iq在線214上被表示，并被送回加法器212。Iq實(shí)際上在驅(qū)動(dòng)部分111(圖2)內(nèi)測(cè)量；不過，電機(jī)的傳遞函數(shù)是如圖3所示的控制系統(tǒng)閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的一部分。
如前參照?qǐng)D1和圖2所述，自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯48在線210上向q軸電流環(huán)提供IqREF2(以及MODE1和IdREF信號(hào)，圖3中未示出)，在這種情況下，其等于q軸電流環(huán)參考IqREF，分別在線216,214(類似于圖2的線118,116)上接收來(lái)自q軸電流環(huán)的信號(hào)IqERR,Iq，在線219(類似于圖2的線121)上對(duì)補(bǔ)償部分218提供控制參數(shù)KI,KP,GC，并通過串行鏈路82接收和提供參數(shù)。
參看圖3，圖4和圖5，自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯48設(shè)置GC并調(diào)節(jié)KI,KP,從而獲得所需的整個(gè)驅(qū)動(dòng)/電機(jī)環(huán)響應(yīng)而不拆下或除去電機(jī)。具體地說，合并式1，式2得到控制系統(tǒng)方塊圖的開環(huán)傳遞函數(shù)如下Gc(KPS+Ki)sx1Ls+R]]>式3如果KP=L,KI=R，則式3的開環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化為GC/s，相當(dāng)于具有增益GC的積分器，其提供電機(jī)控制系統(tǒng)所需的環(huán)路性能。所得的積分器具有在ωc(弧度/秒)=GC(即開環(huán)截止頻率)相交于1(0dB)的幅頻響應(yīng)(或增益)。因而，積分器增益GC被設(shè)置等于以弧度每秒表示的所需的開環(huán)截止頻率(即GC=ωc=2πFOL)。對(duì)于一個(gè)具有等于一個(gè)積分器的開環(huán)傳遞函數(shù)的系統(tǒng)，開環(huán)增益經(jīng)過1(OdB)時(shí)的頻率，即開環(huán)截止頻率(FOL)，等于這樣一個(gè)頻率，在此頻率下，閉環(huán)響應(yīng)比1(0dB)小一個(gè)預(yù)定的量(例如3dB)，即閉環(huán)帶寬。
自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯48通過鏈路82接收來(lái)自服務(wù)器80(計(jì)算GC或FOL)的GC和/或ROL的值，并向電路20提供GC。邏輯48還使用二階處理(下面參照?qǐng)D6詳細(xì)說明)確定KI和KP的值。首先，改變(或調(diào)整)積分增益KI=0(或接近于0)時(shí)的比例增益KP。設(shè)置KI=0(或接近于0)的目的在于，在這處理的第一步期間，從對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的貢獻(xiàn)中消除或減少補(bǔ)償108,120的積分器部分。如果需要減少積分器的貢獻(xiàn)，也可以使用其它技術(shù)，例如暫時(shí)解除積分器，使積分器轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)之外，或補(bǔ)償積分器的輸出為0。
然后，一個(gè)正弦輸入信號(hào)作為參考電流IqREF被提供給環(huán)路，其中輸入信號(hào)具有等于所需的開環(huán)截止頻率的頻率FOL。通過計(jì)算信號(hào)Iq和IqERR的比來(lái)計(jì)算開環(huán)幅值。改變KP直到開環(huán)增益的幅值處于1(0dB)的預(yù)定的允差內(nèi)。
參看圖4和圖5，如果拐點(diǎn)頻率FB比開環(huán)截止頻率FOL足夠小，則在開環(huán)截止頻率處的開環(huán)響應(yīng)和積分器類似。因而，閉環(huán)帶寬(由點(diǎn)400表示)，即閉環(huán)頻率響應(yīng)或增益開始下降或衰減時(shí)所在頻率，將基本上等于開環(huán)截止頻率FOL。
第二，在由上述的第一步確定的值而設(shè)定KP的條件下，調(diào)整積分增益KT。在這種情況下，對(duì)環(huán)路提供正弦輸入信號(hào)作為參考電流信號(hào)IqREF，其中輸入信號(hào)具有FCL=0.8FOL的頻率，即所需的環(huán)路的閉環(huán)帶寬。根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)，如果需要，可以使用小于0.8的系數(shù)。改變KI直到閉環(huán)傳遞函數(shù)的幅值處于1(0dB)的預(yù)定的允差內(nèi)。
參看圖6，更具體地說，用于自動(dòng)校準(zhǔn)邏輯48的頂級(jí)流程圖在步300開始，其中檢查是否收到來(lái)自服務(wù)器80(圖1)的開始指令。如果沒有收到，則邏輯48退出。如果收到開始指令，則步302請(qǐng)求并接收所需參數(shù)，以便進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，如后所述。
接著，一系列的步驟304設(shè)置KI=O,KP=KP-INIT,GC=2πFOL以及IdREF的值，如下所述。此外，步304設(shè)置變量COUNT=0,MODE1=1,BRK=1，其約束制動(dòng)37(圖1)，并鎖住轉(zhuǎn)子。
使用來(lái)自電機(jī)銘牌或/與電機(jī)數(shù)據(jù)單的信息計(jì)算KP-INIT。如上所述，希望KP等于電機(jī)電感L，作為初始值，KP-INIT根據(jù)電機(jī)瞬變電感Lσ的近似值設(shè)置，其根據(jù)電機(jī)的“基本”電感(L_BASE)使用下式被近似計(jì)算KP-INIT=0.1xL-BASEL-BASE包括激磁電感(LM)和瞬變電感(Lσ)，并且Lσ大約是LM的10-20％。如果需要，可以使用不為0.1的系數(shù)。使用下式由電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)計(jì)算L_BASEZ_BASE=(PWR_RATED)/(VLL_RATED)2L_BSDR=Z_BASE/(2πHZ_RATED)其中PWR_RATED是以瓦計(jì)的電機(jī)軸額定功率；RPM_RATED是以RPM計(jì)的電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；VLL_RATED是以V計(jì)的額定線電壓的有效值；HZ_RATED是以赫茲計(jì)的額定頻率。
IdREF被設(shè)置如下IdREF=0.25xI-BASE其中I_BSDR是由銘牌數(shù)據(jù)按照(PWR_RATED)/((3)1/2xVLL_RATED)。如果需要，也可以使用IdREF的其它設(shè)置，只要在電機(jī)中產(chǎn)生磁通的合適的值即可。
KP-INIT和IdREF的值可以由邏輯48使用由維護(hù)人員輸入到服務(wù)器80的銘牌參數(shù)RPM_RATED,VLL_RATED,HZ_RATED,RPM_RATED進(jìn)行計(jì)算，并經(jīng)過鏈路82送到邏輯48。此外，KP-INIT和IdREF的值可以由維護(hù)人員計(jì)算并輸入到服務(wù)器80，并且通過鏈路82送到邏輯48。
接著，在步310，設(shè)置IqREF等于其測(cè)試頻率FOL等于所需的開環(huán)截止頻率的正弦波，例如180至333Hz。如果需要，也可以使用其它頻率。正弦波由信號(hào)處理器以數(shù)字方式產(chǎn)生，例如數(shù)字信號(hào)處理器，如摩托羅拉DSP56002處理器，更新(或采樣)速率為5KHz。也可以使用其它的硬件與/或軟件技術(shù)或更新速率來(lái)產(chǎn)生正弦輸入信號(hào)。
下一步312分別監(jiān)測(cè)在線118,116上的信號(hào)IqERR和Iq，并使用上述的數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行各個(gè)信號(hào)IqERR和Iq的離散富氏變換(DFT)，從而獲得信號(hào)IqERR和Iq的基波或一次諧波的幅值(IqMAG,IqERR-MAG)，以便計(jì)算開環(huán)增益。使用一次諧波計(jì)算開環(huán)增益，從而使控制系統(tǒng)中的非線性不使計(jì)算失真。來(lái)自DFT的測(cè)量信號(hào)的基波或一次諧波分量是Asin(ωt)+Bcos(ωt)，其中ω是測(cè)試頻率(2πFOL)。下一步314通過已知公式(A2+B2)1/2計(jì)算一次諧波的幅值。
為了計(jì)算DFT，如所公知的，在邏輯48內(nèi)產(chǎn)生具有測(cè)試頻率的單位振幅的標(biāo)準(zhǔn)正弦波和余弦波。測(cè)量的信號(hào)(IqERR,Iq)乘以標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，并把乘積在一個(gè)激磁周期內(nèi)積分，從而產(chǎn)生信號(hào)的富氏系數(shù)A。由標(biāo)準(zhǔn)的余弦波乘以信號(hào)并進(jìn)行積分而產(chǎn)生系數(shù)B。我們發(fā)現(xiàn)，在輸入信號(hào)的15個(gè)周期內(nèi)積分便足以濾除系統(tǒng)響應(yīng)中的任何瞬變分量。這也適用于對(duì)閉環(huán)增益而進(jìn)行的DFT，如后所述。如果需要，也可以使用其它的周期數(shù)。此外，如果需要，也可使用其它類型的富氏變換，例如快速富氏變換(FFT)等，只要獲得所需信號(hào)的一次諧波即可。此外，代替富氏變換，可以使用任何其它的濾波或頻譜分析技術(shù)來(lái)確定所需信號(hào)的一次諧波。
接著，步316計(jì)算開環(huán)增益GOL，即電流反饋信號(hào)IqMAG的幅值和電流環(huán)誤差I(lǐng)qERR-MAG的幅值之比。
接著，步318檢查GOL是否在1的+/-0.5％(即+/-0.005)之內(nèi)。也可以使用其它允差。如果不在，步320則檢查COUNT是否大于或等于10，即循環(huán)是否已經(jīng)至少迭代過10次。如果是，則步322設(shè)FAULT=1，并通過串行鏈路82發(fā)送到服務(wù)器(圖3)，并在步324設(shè)MODE1=0,BRK=0，然后邏輯退出。如果邏輯迭代次數(shù)小于10，則在步326檢查GOL是否大于1。如果是，則在步328使KP減少預(yù)定的量。如果GOL小于1，則在步330使KP增加預(yù)定的量。在每種情況下，下一步332使計(jì)數(shù)器COUNT加1，并且邏輯進(jìn)入步310，利用新的KP值重新計(jì)算。
對(duì)KP進(jìn)行迭代的一種方法是使用對(duì)分搜索技術(shù)，其中KP的值通過將其設(shè)置等于在每次測(cè)試之后的上下邊界的平均值來(lái)確定。上下邊界被調(diào)整，以便每次使搜索間隔減少2倍，直到獲得所需的門限值為止。例如，上邊界KP-UPPER=3 KP-INIT，下邊界KP-LOWER=0，并且KP=(KP-UPPER+KPLOWER)/2。如果KP要被增加(步330)，則下邊界被增加到KP-LOWER=KP，如果KP要被減少(步328)，則上邊界被減少到KP-UPPER=KP。然后，根據(jù)修改的上下邊界計(jì)算KP的下一個(gè)值。
此外，每次迭代KP可以改變一個(gè)小的量，例如1％，直到達(dá)到所需的允差。如果需要，也可以使用在所需的時(shí)間內(nèi)收斂的任何其它搜索技術(shù)。
如果在步318GOL的值在所需的預(yù)定允差內(nèi)，則根據(jù)對(duì)正弦輸入頻率的所需的閉環(huán)頻率響應(yīng)確定積分增益KI。具體地說在一系列步驟340設(shè)COUNT=0,KI=KI-INT。
為了確定KI的值，將KP的值設(shè)為在上述處理的第一步中確定的值，并把KI設(shè)為初始值KI-INT。因?yàn)樾枰筀I等于電機(jī)電阻R，所以KI-INT的值被設(shè)置為R的一個(gè)計(jì)算值KIINT=1000X KP也可以使用不等于1000的系數(shù)計(jì)算KI-INT。
接著，步342設(shè)IqREF2等于一個(gè)正弦波，其測(cè)試頻率FCL=0.8FOL，等于所需的閉環(huán)帶寬，并且IdREF仍然按以前設(shè)置。正弦波按上述步310的開環(huán)測(cè)試的方法產(chǎn)生。
下一步344監(jiān)測(cè)在線116上的反饋電流信號(hào)Iq，并計(jì)算信號(hào)Iq的離散富氏變換(DFT)，以便獲得信號(hào)Iq的基波或一次諧波的幅值(IqMAG)，用于計(jì)算閉環(huán)增益，使得控制系統(tǒng)中的非線性不會(huì)使計(jì)算失真，上述方式和上面討論的用于開環(huán)增益的計(jì)算類似。眾所周知，來(lái)自DFT的測(cè)量信號(hào)的基波或一次諧波分量是x=Asin(ωt)+Bcos(ωt)，其中ω是測(cè)試頻率(2πFCL)。下一步346通過已知公式(A2+B2)1/2計(jì)算一次諧波的幅值。關(guān)于DFT的積分周期的數(shù)量和上面討論的相同。
接著，步348計(jì)算閉環(huán)增益GCL，即電流反饋信號(hào)IqMAG的幅值和輸入電流環(huán)參考信號(hào)IqMAG(其由邏輯48提供，因而不需測(cè)量)的幅值之比。
接著，步350檢查GOL是否在1的+/-6％內(nèi)。也可以使用其它允差。如果不在，步352則檢查COUNT是否大于或等于10，即循環(huán)是否已經(jīng)至少迭代過10次。如果是，則步354設(shè)FAULT=1，并通過串行鏈路82發(fā)送到服務(wù)器(圖3)，并在步324設(shè)MODE1=0,BRK=0，然后邏輯退出。如果邏輯迭代次數(shù)小于10，則在步356檢查GOL是否大于1。如果是，則在步360使KI減少預(yù)定的量。如果GOL小于1，則在步358使KI增加預(yù)定的量。在每種情況下，下一步362使計(jì)數(shù)器COUNT加1，并且邏輯進(jìn)入步342，利用新的KI值重新計(jì)算。
對(duì)KI進(jìn)行迭代的一種方法是使用和上述的關(guān)于KP的迭代類似的對(duì)分搜索技術(shù)，其中KI的值通過將其設(shè)置等于在每次測(cè)試之后的上下邊界的平均值來(lái)確定。上下邊界被調(diào)整，使得每次使搜索間隔減少2倍，直到獲得所需的門限值為止。例如，上邊界KI-UPPER=2KI-INIT，下邊界KI-LOWER=0，則KI=(KI-UPPER+KI-LOWER)/2。如果KI要被增加(步358)，則下邊界被增加到KI-LOWER=KI，如果KI要被減少(步360)，則上邊界被減少到KI-UPPER=KI。然后，根據(jù)修改的上下邊界計(jì)算KI的下一個(gè)值。
此外，每次迭代KI可以改變一個(gè)小的量，例如1％，直到達(dá)到所需的允差。如果需要，也可以使用在所需的時(shí)間內(nèi)收斂的任何其它搜索或迭代技術(shù)。
我們發(fā)現(xiàn)，以上討論的關(guān)于KP和KI的對(duì)分搜索在大約8次迭代內(nèi)便以足夠的精度收斂；不過，如果需要可以使用或多或少的迭代次數(shù)。
如果在步350GCL的值在所需的預(yù)定允差內(nèi)，則在步364設(shè)置DONE標(biāo)記等于1，并通過串行鏈路82將其送到服務(wù)器80，在步324設(shè)MODE1=0,BRK=0，并且使邏輯退出。
如果需要，可以使用其它的閉環(huán)帶寬和開環(huán)截止頻率以及其它的輸入頻率，例如，如果需要，對(duì)于兩個(gè)計(jì)算，輸入頻率可以等于FOL。
雖然使用磁場(chǎng)定向驅(qū)動(dòng)裝置20對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明適用于不是磁場(chǎng)定向的任何類型的驅(qū)動(dòng)裝置，只要參考電流，電流誤差，和反饋電流被邏輯48讀出即可。
雖然參照示例的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，不脫離本發(fā)明的構(gòu)思可以作出各種其它的改變、省略和增加。
權(quán)利要求
1．一種用于計(jì)算電梯電機(jī)控制器電流調(diào)節(jié)器補(bǔ)償?shù)谋壤鲆妗⒎e分器的積分增益以及整體增益的方法，所述控制器和電機(jī)形成一個(gè)電流環(huán)，所述方法包括以下步驟(a)在步驟(b)-(f)期間使積分器對(duì)控制器的貢獻(xiàn)最小；(b)把比例增益設(shè)為一個(gè)初始值；(c)根據(jù)第一測(cè)試頻率設(shè)置整體增益；(d)對(duì)電流調(diào)節(jié)器提供第一測(cè)試頻率的正弦電流參考信號(hào)；(e)計(jì)算在所述第一測(cè)試頻率下的電流環(huán)的開環(huán)增益；(f)改變所述比例增益并進(jìn)行步(e)，直到所述開環(huán)增益處于1的預(yù)定允差內(nèi)；(g)對(duì)電流調(diào)節(jié)器提供第二測(cè)試頻率的所述正弦電流參考信號(hào)；(h)計(jì)算在所述第二測(cè)試頻率下的電流環(huán)的閉環(huán)增益；以及(i)改變積分增益并進(jìn)行步(h)，直到閉環(huán)增益處于1的預(yù)定允差內(nèi)。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述以所述第二測(cè)試頻率計(jì)算電流環(huán)的開環(huán)增益的步驟包括計(jì)算電流反饋信號(hào)的一次諧波對(duì)電流誤差信號(hào)的一次諧波之比的步驟。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述計(jì)算比的步驟包括計(jì)算所述電流誤差信號(hào)的富氏變換；以及計(jì)算所述電流反饋信號(hào)的富氏變換。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述以所述第二測(cè)試頻率計(jì)算電流環(huán)的閉環(huán)增益的步驟包括計(jì)算電流反饋信號(hào)的一次諧波對(duì)電流參考信號(hào)的一次諧波之比的步驟。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述計(jì)算一次諧波比的步驟包括計(jì)算所述電流參考信號(hào)的富氏變換；以及計(jì)算所述電流反饋信號(hào)的富氏變換。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述比例增益的初值是0.2xL_BASE，其中L_BASE使用下式計(jì)算Z_BASE=(PWR_RATED)/(VLL_RATED)2LBASE=Z_BASE/(2πHZ RATED)其中PWR_RATED是以瓦計(jì)的電機(jī)軸額定功率；RPM_RATED是以RPM計(jì)的電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；VLL_RATED是以V計(jì)的額定線電壓的有效值；HZ_RATED是以赫茲計(jì)的額定頻率。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電機(jī)是三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電機(jī)控制器是磁場(chǎng)定向的控制器。
9．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步(a)-(h)在收到來(lái)自服務(wù)器的指令時(shí)被自動(dòng)地進(jìn)行。
10．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一測(cè)試頻率是所需的開環(huán)截止頻率，所述第二測(cè)試頻率是所需的閉環(huán)帶寬。
全文摘要
一種具有邏輯48的電梯控制器7,其通過在參考電流I
文檔編號(hào)H02P27/04GK1229761SQ9812553
公開日1999年9月29日 申請(qǐng)日期1998年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月22日
發(fā)明者R·S·科爾拜, A·韋基奧蒂, L·拉蒙塔格內(nèi) 申請(qǐng)人:奧蒂斯電梯公司