電梯變頻門機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制分析

3 變頻門機(jī)的運(yùn)動(dòng)曲線

在“編碼器控制方式”下，變頻門機(jī)關(guān)門過(guò)程的理想運(yùn)動(dòng)曲線(即程序中設(shè)定的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度;0點(diǎn)為開(kāi)門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(zhǎng)，這是門機(jī)運(yùn)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(cè)。

在“速度開(kāi)關(guān)控制方式”下，變頻門機(jī)關(guān)門過(guò)程的理想運(yùn)動(dòng)曲線如圖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(hào)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?yàn)樵趫D6 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?yàn)橹挥袃蓚€(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)門寬度比較小的電梯門機(jī)，無(wú)法安裝四個(gè)速度開(kāi)關(guān)。因圖7的這種特性，導(dǎo)致“速度開(kāi)關(guān)控制方式”下，門機(jī)運(yùn)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)門運(yùn)動(dòng)曲線，至于開(kāi)門運(yùn)動(dòng)曲線，除運(yùn)動(dòng)方向與關(guān)門運(yùn)動(dòng)曲線不同外，其余與關(guān)門運(yùn)動(dòng)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(shí)際施加的速度信號(hào)是不連續(xù)的，而是通過(guò)步頻來(lái)實(shí)現(xiàn)的，步頻的概念請(qǐng)見(jiàn)圖8，現(xiàn)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(jī)電源頻率)實(shí)現(xiàn)的，駐f稱為步頻。在設(shè)計(jì)理想曲線時(shí)，要先計(jì)算出加速過(guò)程需要多少時(shí)間，從而計(jì)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(duì)于頻率分辨率為0.1 Hz的變頻門機(jī)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(jì)者根據(jù)實(shí)際情況確定，步頻的數(shù)值不能太大，否則在加減速時(shí)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)。

4 編碼器控制方式下的運(yùn)動(dòng)位置與方向檢測(cè)

在“編碼器控制方式”下，可以依據(jù)編碼器信號(hào)的四倍頻計(jì)數(shù)值來(lái)檢測(cè)轎門的位置，同時(shí)依據(jù)編碼器的旋轉(zhuǎn)方向來(lái)判斷轎門的運(yùn)動(dòng)方向。圖9為編碼器的四倍頻計(jì)數(shù)及其計(jì)數(shù)方向示意圖。

從圖9 可看出，編碼器輸出的A 路信號(hào)和B路信號(hào)為相位差90°的周期方波信號(hào)，在DSP(或單片機(jī))芯片內(nèi)部有專門用于編碼器信號(hào)計(jì)數(shù)的90°相移計(jì)數(shù)器，當(dāng)A路信號(hào)的上升沿/下降沿超前B路信號(hào)的上升沿/ 下降沿時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向?yàn)樵鲇?jì)數(shù);當(dāng)A路信號(hào)的上升沿/下降沿滯后B路信號(hào)的上升沿/ 下降沿時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向?yàn)闇p計(jì)數(shù)。若設(shè)定增計(jì)數(shù)時(shí)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，則減計(jì)數(shù)時(shí)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向就為反方向。

DSP(或單片機(jī))芯片內(nèi)部的編碼器信號(hào)接口利用兩路周期信號(hào)的四個(gè)邊沿加工成四倍頻的計(jì)數(shù)信號(hào)，四倍頻的計(jì)數(shù)信號(hào)有利于提高電動(dòng)機(jī)角位移的分辨率，也即可以提高轎門運(yùn)動(dòng)位置和運(yùn)動(dòng)速度的分辨率，門機(jī)控制系統(tǒng)就是通過(guò)這個(gè)四倍頻計(jì)數(shù)值來(lái)檢測(cè)轎門運(yùn)動(dòng)位置和運(yùn)動(dòng)速度的。

例如，轎門從開(kāi)門極限位置到關(guān)門極限位置的距離是500 mm，電機(jī)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(gè)方波/轉(zhuǎn)，則編碼器旋轉(zhuǎn)10 轉(zhuǎn)后，四倍頻計(jì)數(shù)值為512×4×10=20 480，每個(gè)計(jì)數(shù)值所代表的距離為500 mm/20 480=0.024 4 mm?，F(xiàn)設(shè)定開(kāi)門極限位置時(shí)的四倍頻計(jì)數(shù)值為0，則當(dāng)四倍頻計(jì)數(shù)值為5 000 時(shí)，表明轎門向關(guān)門極限位置運(yùn)動(dòng)的距離為5 000×0.0244=122 mm。

5 結(jié)語(yǔ)

在電梯變頻門機(jī)的兩種運(yùn)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(jié)省了價(jià)格相對(duì)較高的編碼器，但因其不能檢測(cè)轎門的運(yùn)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(dǎo)致控制精度相對(duì)要差，而且在這種控制方式下，門機(jī)運(yùn)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”。