電梯變頻門機的運動控制分析

3 變頻門機的運動曲線

在“編碼器控制方式”下，變頻門機關(guān)門過程的理想運動曲線(即程序中設(shè)定的運動曲線)如圖6 所示。

在圖6 中，橫軸表示關(guān)門行程，縱軸表示運動速度;0點為開門極限位置兼第一加速段起始點，A 點為第一加速段終止點、第二加速段起始點;B點為第二加速段終止點、勻速段起始點;C點為勻速段終止點、第一減速段起始點;D 點為第一減速段終止點、第二減速段起始點;E點為第二減速段終止點兼關(guān)門極限位置。從圖中可看出，減速行程CE 段比加速行程OB段要長，這是門機運動時的工況和安全特性所要求的;A、B、C、D 四個速度切換點的位置通過編碼器來檢測。

在“速度開關(guān)控制方式”下，變頻門機關(guān)門過程的理想運動曲線如圖7 所示。

在圖7 中，B 點為加速段終止點、勻速段起始點;C點為勻速段終止點、減速段起始點;B 點與C點的信號由兩個速度開關(guān)產(chǎn)生;圖中的橫軸、縱軸、O 點、E 點的意義與圖6 相同，不同的是，圖6中的加速段與減速段都有兩段，而圖7 中的加速段與減速段都只有一段，這是因為在圖6 中，有四個速度切換點，而在圖7中，只有兩個速度切換點，因為只有兩個速度開關(guān)，如果要再增加兩個速度開關(guān)，不僅要增加產(chǎn)品成本，而且安裝位置也很緊張，尤其是開門寬度比較小的電梯門機，無法安裝四個速度開關(guān)。因圖7的這種特性，導(dǎo)致“速度開關(guān)控制方式”下，門機運動過程的平滑性不如“編碼器控制方式”。

以上只分析了關(guān)門運動曲線，至于開門運動曲線，除運動方向與關(guān)門運動曲線不同外，其余與關(guān)門運動曲線類似。

在圖6 與圖7 中，加速段與減速段的理想曲線都是連續(xù)的，但實際施加的速度信號是不連續(xù)的，而是通過步頻來實現(xiàn)的，步頻的概念請見圖8，現(xiàn)以加速過程來說明步頻的概念。圖8 是從加速段理想曲線中選一小段放大，從圖中可以看出，放大后呈階梯狀，在加速過程中，速度的增加是通過間隔時間駐T來增加頻率駐f(電機電源頻率)實現(xiàn)的，駐f稱為步頻。在設(shè)計理想曲線時，要先計算出加速過程需要多少時間，從而計算出步頻的具體數(shù)值。步頻的數(shù)值是頻率分辨率的整數(shù)倍，比如對于頻率分辨率為0.1 Hz的變頻門機系統(tǒng)，步頻的數(shù)值可為0.3 Hz、0.4 Hz 等，具體數(shù)值由設(shè)計者根據(jù)實際情況確定，步頻的數(shù)值不能太大，否則在加減速時會出現(xiàn)振動。

4 編碼器控制方式下的運動位置與方向檢測

在“編碼器控制方式”下，可以依據(jù)編碼器信號的四倍頻計數(shù)值來檢測轎門的位置，同時依據(jù)編碼器的旋轉(zhuǎn)方向來判斷轎門的運動方向。圖9為編碼器的四倍頻計數(shù)及其計數(shù)方向示意圖。

從圖9 可看出，編碼器輸出的A 路信號和B路信號為相位差90°的周期方波信號，在DSP(或單片機)芯片內(nèi)部有專門用于編碼器信號計數(shù)的90°相移計數(shù)器，當(dāng)A路信號的上升沿/下降沿超前B路信號的上升沿/ 下降沿時，計數(shù)器的計數(shù)方向為增計數(shù);當(dāng)A路信號的上升沿/下降沿滯后B路信號的上升沿/ 下降沿時，計數(shù)器的計數(shù)方向為減計數(shù)。若設(shè)定增計數(shù)時電機的運動方向為正方向，則減計數(shù)時電機的運動方向就為反方向。

DSP(或單片機)芯片內(nèi)部的編碼器信號接口利用兩路周期信號的四個邊沿加工成四倍頻的計數(shù)信號，四倍頻的計數(shù)信號有利于提高電動機角位移的分辨率，也即可以提高轎門運動位置和運動速度的分辨率，門機控制系統(tǒng)就是通過這個四倍頻計數(shù)值來檢測轎門運動位置和運動速度的。

例如，轎門從開門極限位置到關(guān)門極限位置的距離是500 mm，電機要旋轉(zhuǎn)10 轉(zhuǎn)，也即編碼器要旋轉(zhuǎn)10 轉(zhuǎn)，假定編碼器的分辨率為512 個方波/轉(zhuǎn)，則編碼器旋轉(zhuǎn)10 轉(zhuǎn)后，四倍頻計數(shù)值為512×4×10=20 480，每個計數(shù)值所代表的距離為500 mm/20 480=0.024 4 mm。現(xiàn)設(shè)定開門極限位置時的四倍頻計數(shù)值為0，則當(dāng)四倍頻計數(shù)值為5 000 時，表明轎門向關(guān)門極限位置運動的距離為5 000×0.0244=122 mm。

5 結(jié)語

在電梯變頻門機的兩種運動控制方式中，“速度開關(guān)控制方式”不僅程序算法簡單，而且節(jié)省了價格相對較高的編碼器，但因其不能檢測轎門的運動方向、位置和速度，所以只能使用位置和速度開環(huán)控制，這將導(dǎo)致控制精度相對要差，而且在這種控制方式下，門機運動過程的平滑性不太好，因此目前很少使用，基本上使用“編碼器控制方式”。