電梯變頻門(mén)機的運動(dòng)控制分析

3 變頻門(mén)機的運動(dòng)曲線(xiàn)

在“編碼器控制方式”下，變頻門(mén)機關(guān)門(mén)過(guò)程的理想運動(dòng)曲線(xiàn)(即程序中設定的運動(dòng)曲線(xiàn))如圖6 所示。

在圖6 中，橫軸表示關(guān)門(mén)行程，縱軸表示運動(dòng)速度;0點(diǎn)為開(kāi)門(mén)極限位置兼第一加速段起始點(diǎn)，A 點(diǎn)為第一加速段終止點(diǎn)、第二加速段起始點(diǎn);B點(diǎn)為第二加速段終止點(diǎn)、勻速段起始點(diǎn);C點(diǎn)為勻速段終止點(diǎn)、第一減速段起始點(diǎn);D 點(diǎn)為第一減速段終止點(diǎn)、第二減速段起始點(diǎn);E點(diǎn)為第二減速段終止點(diǎn)兼關(guān)門(mén)極限位置。從圖中可看出，減速行程CE 段比加速行程O(píng)B段要長(cháng)，這是門(mén)機運動(dòng)時(shí)的工況和安全特性所要求的;A、B、C、D 四個(gè)速度切換點(diǎn)的位置通過(guò)編碼器來(lái)檢測。

在“速度開(kāi)關(guān)控制方式”下，變頻門(mén)機關(guān)門(mén)過(guò)程的理想運動(dòng)曲線(xiàn)如圖7 所示。

在圖7 中，B 點(diǎn)為加速段終止點(diǎn)、勻速段起始點(diǎn);C點(diǎn)為勻速段終止點(diǎn)、減速段起始點(diǎn);B 點(diǎn)與C點(diǎn)的信號由兩個(gè)速度開(kāi)關(guān)產(chǎn)生;圖中的橫軸、縱軸、O 點(diǎn)、E 點(diǎn)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(gè)速度切換點(diǎn)，而在圖7中，只有兩個(gè)速度切換點(diǎn)，因為只有兩個(gè)速度開(kāi)關(guān)，如果要再增加兩個(gè)速度開(kāi)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(kāi)門(mén)寬度比較小的電梯門(mén)機，無(wú)法安裝四個(gè)速度開(kāi)關(guān)。因圖7的這種特性，導致“速度開(kāi)關(guān)控制方式”下，門(mén)機運動(dòng)過(guò)程的平滑性不如“編碼器控制方式”。

以上只分析了關(guān)門(mén)運動(dòng)曲線(xiàn)，至于開(kāi)門(mén)運動(dòng)曲線(xiàn)，除運動(dòng)方向與關(guān)門(mén)運動(dòng)曲線(xiàn)不同外，其余與關(guān)門(mén)運動(dòng)曲線(xiàn)類(lèi)似。

在圖6 與圖7 中，加速段與減速段的理想曲線(xiàn)都是連續的，但實(shí)際施加的速度信號是不連續的，而是通過(guò)步頻來(lái)實(shí)現的，步頻的概念請見(jiàn)圖8，現以加速過(guò)程來(lái)說(shuō)明步頻的概念。圖8 是從加速段理想曲線(xiàn)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(guò)程中，速度的增加是通過(guò)間隔時(shí)間駐T來(lái)增加頻率駐f(電機電源頻率)實(shí)現的，駐f稱(chēng)為步頻。在設計理想曲線(xiàn)時(shí)，要先計算出加速過(guò)程需要多少時(shí)間，從而計算出步頻的具體數值。步頻的數值是頻率分辨率的整數倍，比如對于頻率分辨率為0.1 Hz的變頻門(mén)機系統，步頻的數值可為0.3 Hz、0.4 Hz 等，具體數值由設計者根據實(shí)際情況確定，步頻的數值不能太大，否則在加減速時(shí)會(huì )出現振動(dòng)。

4 編碼器控制方式下的運動(dòng)位置與方向檢測

在“編碼器控制方式”下，可以依據編碼器信號的四倍頻計數值來(lái)檢測轎門(mén)的位置，同時(shí)依據編碼器的旋轉方向來(lái)判斷轎門(mén)的運動(dòng)方向。圖9為編碼器的四倍頻計數及其計數方向示意圖。

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)芯片內部有專(zhuān)門(mén)用于編碼器信號計數的90°相移計數器，當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(shí)，計數器的計數方向為增計數;當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(shí)，計數器的計數方向為減計數。若設定增計數時(shí)電機的運動(dòng)方向為正方向，則減計數時(shí)電機的運動(dòng)方向就為反方向。

DSP(或單片機)芯片內部的編碼器信號接口利用兩路周期信號的四個(gè)邊沿加工成四倍頻的計數信號，四倍頻的計數信號有利于提高電動(dòng)機角位移的分辨率，也即可以提高轎門(mén)運動(dòng)位置和運動(dòng)速度的分辨率，門(mén)機控制系統就是通過(guò)這個(gè)四倍頻計數值來(lái)檢測轎門(mén)運動(dòng)位置和運動(dòng)速度的。

例如，轎門(mén)從開(kāi)門(mén)極限位置到關(guān)門(mén)極限位置的距離是500 mm，電機要旋轉10 轉，也即編碼器要旋轉10 轉，假定編碼器的分辨率為512 個(gè)方波/轉，則編碼器旋轉10 轉后，四倍頻計數值為512×4×10=20 480，每個(gè)計數值所代表的距離為500 mm/20 480=0.024 4 mm?，F設定開(kāi)門(mén)極限位置時(shí)的四倍頻計數值為0，則當四倍頻計數值為5 000 時(shí)，表明轎門(mén)向關(guān)門(mén)極限位置運動(dòng)的距離為5 000×0.0244=122 mm。

5 結語(yǔ)

在電梯變頻門(mén)機的兩種運動(dòng)控制方式中，“速度開(kāi)關(guān)控制方式”不僅程序算法簡(jiǎn)單，而且節省了價(jià)格相對較高的編碼器，但因其不能檢測轎門(mén)的運動(dòng)方向、位置和速度，所以只能使用位置和速度開(kāi)環(huán)控制，這將導致控制精度相對要差，而且在這種控制方式下，門(mén)機運動(dòng)過(guò)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”。