1 引言
弗蘭德集團羅爾公司是一個電氣驅(qū)動生產(chǎn)商，生產(chǎn)的產(chǎn)品從0.1kw到10mw，包括了所有的電氣及機械產(chǎn)品。

羅爾公司的電機生產(chǎn)規(guī)模:45000臺/年，容量范圍: 0.12kw～8000kw，總計1000mw/年。變頻器生產(chǎn)規(guī)模:3000臺/年(2kw～6000kw)，總計100mw/年。其中dynavert-t電壓型變頻器,功率范圍:2.2kw～710kw，適用于大部分應用場合,dynavert-i電流型變頻器，功 率范圍:20kw～6mw，適用于化學工業(yè)、電站等大型 水泵，風機的調(diào)速; dynavert-l電壓型變頻器，功率范圍: 2kw～100kw，適用于電梯的傳動; dynavert-xl為風力發(fā)電逆變器，功率范圍: 1mw～4mw。

變頻器已經(jīng)廣泛的應用到電梯領域，使用變頻器不僅可以實現(xiàn)節(jié)能，而且使電梯擁有更平滑的運行曲線，有效改善電梯的舒適感。為了簡化設計，生產(chǎn)，接線和維護，許多生產(chǎn)廠家已經(jīng)提供出多功能智能型變頻器，它可以適用于任何電梯設備，不管電梯采用同步電機或是異步電機，有齒或是無齒，通過簡單的參數(shù)調(diào)節(jié)和連線，變頻器即可投入使用。

2 電梯用變頻器
由弗蘭德集團羅爾公司生產(chǎn)的 dynavert l-05即為上述的多功能智能型變頻器之一，它屬于電壓型變頻器，它是驅(qū)動電梯的最佳選擇(無論客梯還是貨梯)，硬件和軟件的完美設計使其不僅可以四象限驅(qū)動，而且可以驅(qū)動永磁無齒同步電機或帶變速箱的異步電機。獨立的變頻器可以隨意安裝于電梯控制柜內(nèi)或者掛在墻體上。

(1) 電梯用變頻器的控制方式
電梯用變頻器的控制方式一般采用級聯(lián)控制(cascade-control)，內(nèi)環(huán)為電流閉環(huán)控制，中間環(huán)為速度閉環(huán)控制，最外環(huán)為位置閉環(huán)控制。羅爾變頻器的控制方式和通用變頻器一樣，電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)為pi控制器(比例積分控制器)，而位置控制器為p控制器(比例控制器)。對于以上所有的控制器均有自己的參數(shù)，譬如控制器的放大倍數(shù)和積分時間。 這些參數(shù)必須在電梯調(diào)試過程中通過經(jīng)驗來調(diào)節(jié)。當然這是很費時費工，并且需要有經(jīng)驗豐富的調(diào)試人員。而對于有些電梯，很難找到最佳的控制參數(shù)，就談不上去實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。針對以上問題，弗蘭德集團羅爾公司開發(fā)出一套智能應用程序，在電梯調(diào)試時只需輕按一個按鈕，電梯即可自動優(yōu)化運行，并找到自己的最佳參數(shù)。該方法不僅適用于電梯控制參數(shù)的自動優(yōu)化，而且也適用于其它彈性的雙質(zhì)量(two-mass system)系統(tǒng)。

dynavert-l變頻器的控制方式采用級聯(lián)控制(cascade-control)，其控制框圖如圖1所示。內(nèi)部為電流控制環(huán)，擁有控制參數(shù)vri(電流環(huán)pi控制器放大倍數(shù))及tni(電流環(huán)pi-控制器的積分時間或誤差歸零時間)，中間為速度控制環(huán)，擁有控制參數(shù)vrn，(轉(zhuǎn)速環(huán)pi-控制器放大倍數(shù))tnn(轉(zhuǎn)速環(huán)pi控制器的積分時間或誤差歸零時間)，最外層為位置控制環(huán)，擁有控制參數(shù)vri(位置環(huán)p控制器放大倍數(shù))。

圖1 層次控制示意圖

(2) 電梯的參數(shù)調(diào)試
以上的參數(shù)在電梯調(diào)試時，手動一般是這樣調(diào)節(jié)的:首先按經(jīng)驗設定好vri及tni，然后調(diào)節(jié)vrn，電梯的噸位越大，則vrn的值應該調(diào)節(jié)的越大，vrn的值很小時，電梯控制系統(tǒng)的響應緩慢，電梯速度要經(jīng)過很長時間才能達到額定的速度。當然vrn的值也不能無窮大，否則超過一定的值，整個系統(tǒng)將不再穩(wěn)定。所以在調(diào)試的過程中要用經(jīng)驗尋找一個最佳的vrn。原則上tnn在此期間不需要改變，除非在調(diào)節(jié)vrn的過程中并不能找到最佳工作點(即系統(tǒng)能夠很快的響應，同時系統(tǒng)還可以保持穩(wěn)定)，此時tnn越大，系統(tǒng)就越不容易出現(xiàn)超調(diào)，通過整個系統(tǒng)響應的速度變慢，從而來消除系統(tǒng)振蕩。

最外層的位置控制閉環(huán)的控制參數(shù)vrl，在制動器打開的200ms之后開始起作用，使轎廂能夠保持當前的位置。vrl在的大小將直接影響位置控制，如果它的值太大，在電梯起動時將會給整個系統(tǒng)帶來振蕩，如果太小，整個轎廂在起動前將會明顯感覺先向下滑落，然后再起動。所以對于vrl，也需要一個優(yōu)化值。

3 電梯參數(shù)的自動優(yōu)化設計
所有參數(shù)優(yōu)化的目的是電梯實際的運行曲線盡可能的與事先制定的運行曲線相符，這樣才能盡可能的提高電梯的舒適感和縮短運行時間。然而以上參數(shù)如果用人工調(diào)試，即使是經(jīng)驗豐富的調(diào)試人員，也相當費時費工。而對于一些電梯，很難找到最佳的控制參數(shù)，因為這些參數(shù)的確定取決于很多因素，諸如:電梯的自身結(jié)構(gòu)，樓層的高度，電梯噸位等等。針對以上問題羅爾公司開發(fā)出一個智能應用軟件，在電梯調(diào)試時只需輕按一個按鈕，電梯即可自動運行，找到自己的最佳參數(shù)。而對于那些根本找不到最佳工作參數(shù)電梯，使用該軟件可自動對系統(tǒng)進行優(yōu)化，從而使電梯的實際運行曲線在最大范圍內(nèi)與設定運行曲線相吻合，而且在不影響電梯穩(wěn)定性的前提下，提高電梯的舒適感和縮短運行時間。該方法不僅適用于電梯控制，而且也適用于彈性(軟性)的雙質(zhì)量(two-mass system)系統(tǒng)。

(1) 建立電梯模型
要優(yōu)化參數(shù)，首先是建立電梯模型。電梯結(jié)構(gòu)如圖2所示。首先因為位于轎廂和配重之間的鋼絲繩和鋼絲繩兩端的彈簧，以及位于曳引機和地板之間的橡膠墊在電梯起動及制動運行中起到緩沖作用。其次由于這些彈性系統(tǒng)的存在，對整個電梯的控制受到了極大的影響，使電梯不能按如圖3所示的簡單的傳統(tǒng)模型來考慮。因此要考慮對電梯控制參數(shù)的最佳優(yōu)化，必須現(xiàn)建立正確及完整的電梯模型。

圖2 電梯的結(jié)構(gòu)


圖3 理想的電梯控制系統(tǒng)模型

通過羅爾公司的實驗表明，發(fā)現(xiàn)電梯無論是使用永磁同步無齒電機，還是異步有齒電機的都是一個彈性雙質(zhì)量系統(tǒng)(two-mass system)。實際的電梯控制系統(tǒng)模型如圖4所示。

圖4 實際的電梯控制系統(tǒng)模型

假設ω0(z)(自身具有的頻率)遠遠小于ωd(整個系統(tǒng)，考慮被控對象，即雙質(zhì)量的自身頻率)參見圖5，雙質(zhì)量系統(tǒng)(two-mass system)的伯德圖。目前對于使用pi-控制器的彈性雙質(zhì)量系統(tǒng)(two-mass system)的參數(shù)的精確優(yōu)化在世界上還是一個空白(有資料表明，以前所提供的優(yōu)化方案，是非常粗略的優(yōu)化)，除非使用狀態(tài)控制理論來對彈性的雙質(zhì)量系統(tǒng)two-mass system進行精確控制及參數(shù)優(yōu)化。

圖5 雙質(zhì)量系統(tǒng)two-mass system的伯德圖

(2) 智能應用程序的開發(fā)
羅爾公司新開發(fā)出的智能應用程序的主要思路是:
·在啟動后，首先應用經(jīng)典控制理論使用絕對值優(yōu)化法(betrag optimium)對電流環(huán)pi-控制器的兩個參數(shù)進行優(yōu)化。
·其次使用羅爾公司發(fā)明的面積優(yōu)化法對速度環(huán)的pi-控制器的2個參數(shù)進行優(yōu)化。
·然后再使用絕對值優(yōu)化法(betrag optimium)對電流閉環(huán)p-控制器的一個參數(shù)進行優(yōu)化。
對于前邊所涉及的根本找不到最佳參數(shù)的電梯，將由智能軟件根據(jù)預控制(vorsteuerung)來改善電梯對運行曲線的跟隨性能。從而達到最佳的控制效果。

4 優(yōu)化后的實際運行效果
整個優(yōu)化過程將只通過簡單的按下一個“按鈕”來實現(xiàn)，優(yōu)化的時間大概是5min,優(yōu)化完畢后，優(yōu)化的參數(shù)將自動存儲并作為該電梯的標準參數(shù)來應用。過一段時間，如果通過電梯器件的老化帶來的最優(yōu)化參數(shù)的改變(譬如橡膠墊，或是鋼絲繩，或鋼絲繩之間的彈簧老化)，可以簡單的再按一下“按鈕”，系統(tǒng)將重新根據(jù)電梯的最新狀況自動優(yōu)化。羅爾公司在該電梯領域參數(shù)自動優(yōu)化的研究將為彈性的雙質(zhì)量系統(tǒng)(two-mass system)使用經(jīng)典控制理論進行控制提供堅實的理論及實踐的基礎。

參考文獻
(略)