前饋控制在電梯驅(qū)動系統(tǒng)中的作用分析

　　摘要：近年來，各大電梯廠家均在不斷地加大對技術(shù)創(chuàng)新研究的投入，電梯系統(tǒng)的控制也隨之出現(xiàn)很多新的應(yīng)用技術(shù)。本文將介紹前饋控制技術(shù)的基礎(chǔ)原理，以及對前饋控制在電梯驅(qū)動系統(tǒng)中的作用進(jìn)行分析，并提出適合電梯運(yùn)動特性的前饋系統(tǒng)。

　　背景

　　近年來，變頻技術(shù)以及自動控制技術(shù)均已在電梯行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，而且越來越多的高端客戶對電梯運(yùn)行的性能要求也越來越高，因此，行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平的電梯企業(yè)都在電梯控制技術(shù)上不斷地推出一些新的應(yīng)用技術(shù)，并結(jié)合相應(yīng)的產(chǎn)品推向市場。本文將介紹前饋控制技術(shù)的基礎(chǔ)原理，以及對前饋控制在電梯驅(qū)動系統(tǒng)中的作用進(jìn)行分析，并提出適合電梯運(yùn)動的前饋系統(tǒng)。

　　1 前饋控制介紹

　　1.1 前饋控制原理

　　反饋控制是將系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際與指令進(jìn)行相減，并將此偏差量作為輸入條件對被控對象進(jìn)行控制的技術(shù)。它是在系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生了偏差的情況下發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，因此，也不可避免地使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，從而產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象。

　　前饋控制(Feed Forward Control)的定義是：將被控變量的一個或多個影響條件的信息轉(zhuǎn)換成反饋回路外的附加作用的控制。前饋控制是通過觀察情況、收集整理信息、掌握規(guī)律、預(yù)測趨勢，正確預(yù)計未來可能出現(xiàn)的問題，提前采取措施，將可能發(fā)生的偏差消除在萌芽狀態(tài)中，為避免在未來不同發(fā)展階段可能出現(xiàn)的問題而事先采取的措施。

　　將前饋控制技術(shù)與反饋控制技術(shù)結(jié)合使用，能夠提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小速度偏差以及超調(diào)現(xiàn)象，同時即使前饋指令略有不準(zhǔn)確時，亦能通過反饋控制技術(shù)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。

　　1.2 電梯系統(tǒng)分析

　　電梯是服務(wù)于建筑物中的運(yùn)輸設(shè)備，為了能滿足這一特定工作條件的需要，電梯必須具有相應(yīng)的性能要求。電梯需要保證其自身的安全性、可靠性、快捷性以及舒適性。

　　電梯系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的機(jī)械、電氣一體化系統(tǒng)，機(jī)械部分相當(dāng)于人的軀體，電氣部分相當(dāng)于人的中樞神經(jīng)，機(jī)械與電氣兩方面的高度結(jié)合，形成了現(xiàn)代科學(xué)的綜合電梯產(chǎn)品。電梯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括電梯曳引主機(jī)、轎廂、鋼絲繩、對重、補(bǔ)償裝置、控制柜、安全裝置等，如圖1所示。電梯控制柜對曳引主機(jī)進(jìn)行變頻控制，主機(jī)通過曳引鋼絲繩使得被其懸掛的轎廂與對重在電梯井道內(nèi)進(jìn)行上下運(yùn)行，從而達(dá)到人員運(yùn)輸?shù)哪康摹?br />

　　電梯系統(tǒng)屬于一種大慣量系統(tǒng)，而電梯變頻驅(qū)動器幾乎全部都是采用反饋控制的方法來驅(qū)動電梯運(yùn)行的，其結(jié)果往往會使得電梯運(yùn)行時發(fā)生速度超調(diào)的現(xiàn)象，如圖2所示。

　　為了提高系統(tǒng)響應(yīng)速度并抑制這種速度超調(diào)現(xiàn)象，我們可以采用增加前饋控制環(huán)節(jié)的方式，如圖3所示。系統(tǒng)對速度指令進(jìn)行微分，得到加速度指令，然后利用加速度指令作為前饋控制的參量，再將其放大到與力矩指令等同的量綱，最后直接外加到原力矩指令中。