專利名稱：電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電梯驅(qū)動(dòng)與控制領(lǐng)域，特別是一種電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)。
二背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電梯的使用越來(lái)越普遍。據(jù)中國(guó)電梯協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2011年我國(guó)電梯保有量已達(dá)165萬(wàn)臺(tái)，電梯的生產(chǎn)量和消費(fèi)量均為世界第一。由于電梯生產(chǎn)安裝、運(yùn)行維護(hù)和監(jiān)督管理存在諸多問(wèn)題，全國(guó)電梯事故頻發(fā)，電梯運(yùn)行已成為城市公共安全的新隱患，如何提高電梯的安全性和可靠性，并對(duì)電梯信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，關(guān)系到整個(gè)電梯行業(yè)的發(fā)展。目前，相當(dāng)一部分電梯制造商采用單片數(shù)字信號(hào)處理器DSP或者更低級(jí)的單片機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器的控制芯片，若控制芯片出現(xiàn)故障，電梯曳引機(jī)很容易處于失控狀態(tài)，如果沒(méi)有一定可靠的硬件自動(dòng)保護(hù)措施，很可能造成電梯事故，如若維護(hù)人員不能及時(shí)到達(dá)，勢(shì)必對(duì)乘客身心健康造成影響。此外，電梯在運(yùn)行過(guò)程中，用于曳引機(jī)控制的機(jī)電參數(shù)、摩擦系數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等會(huì)不斷地變化，電梯維護(hù)人員往往不能及時(shí)獲取和更新控制柜所需要的各項(xiàng)參數(shù)，使得曳引機(jī)的控制性能往往不處于最佳狀態(tài)，電梯的舒適性也就很難獲得保障。采用無(wú)齒輪永磁同步電機(jī)曳引系統(tǒng)是電梯驅(qū)動(dòng)技術(shù)的巨大飛躍，它完全可以取代現(xiàn)在用于電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所有曳引技術(shù)。在永磁同步電機(jī)的矢量控制中，通常采用兩種方法:電壓前饋解耦控制法和電流反饋解耦控制法。電壓前饋解耦控制是一種線性化的解耦控制方案，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)橫軸電流iq和縱軸電流id的完全解耦。電壓前饋解耦控制需要實(shí)時(shí)獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速大小和橫軸電流導(dǎo)數(shù)，對(duì)控制器和傳感器提出了很高的要求，不易于微處理器實(shí)現(xiàn)。電流反饋解耦控制是一種近似的解耦控制，解耦性能隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而下降。雖然電流反饋解耦控制得到的是近似的解耦模型，但電流反饋控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于微處理器實(shí)現(xiàn)。隨著無(wú)機(jī)房與小機(jī)房技術(shù)的發(fā)展，對(duì)驅(qū)動(dòng)器、控制系統(tǒng)等提出小型化、集成化、模塊化和低功耗要求，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制和通信等集成化、一體化是發(fā)展趨勢(shì)，也是電梯控制技術(shù)的一個(gè)重點(diǎn)。
三
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種增加電梯安全性和舒適性的電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案為:一種電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括:三相交流電源、整流模塊、電路電容、逆變模塊、第一保護(hù)電路模塊、第二保護(hù)電路模塊、曳引機(jī)模塊、DSP+CPLD控制模塊和標(biāo)準(zhǔn)通信接口 ；所述曳引機(jī)模塊由永磁同步曳引機(jī)和與永磁同步曳引機(jī)同軸的編碼器構(gòu)成；所述DSP+CPLD控制模塊由DSP主控制電路、CPLD從控制電路、信號(hào)采集與預(yù)處理電路和電源管理模塊構(gòu)成；[0008]所述DSP+CPLD控制模塊分別與逆變模塊、曳引機(jī)模塊、第一保護(hù)電路模塊、第二保護(hù)電路模塊、標(biāo)準(zhǔn)通信端口相連；電路電容串接于直流母線兩側(cè)；整流模塊通過(guò)第一保護(hù)電路模塊與三相交流電源相連；逆變模塊通過(guò)第二保護(hù)電路模塊與曳引機(jī)模塊相連；DSP主控制電路中的DSP芯片與CPLD從控制電路中的CPLD芯片通過(guò)IO端口相連；所述整流模塊將三相交流電源轉(zhuǎn)換為直流母線電壓供逆變模塊使用，并在直流母線之間串接電容電路增加直流母線電壓的穩(wěn)定性；逆變模塊收到故障信號(hào)后向CPLD從控制電路輸出報(bào)警信號(hào)，能夠及時(shí)停止系統(tǒng)，并將故障信號(hào)反饋給DSP主控制電路；DSP+CPLD控制模塊的DSP主控制電路負(fù)責(zé)處理來(lái)自信號(hào)采集與預(yù)處理電路的母線電流采樣信號(hào)、母線電壓采樣信號(hào)以及曳引機(jī)模塊的編碼器信號(hào)，并輸出控制逆變模塊的6路PWM信號(hào)，CPLD從控制電路對(duì)來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的邏輯信號(hào)及故障信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的信號(hào)以通信的方式通過(guò)IO端口反饋給DSP主控制電路；DSP+CPLD控制模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信端口與外部控制單元及監(jiān)控單元進(jìn)行通信。本實(shí)用新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，整流模塊分為可控整流模塊和非可控整流模塊；DSP+CPLD控制模塊的主DSP控制電路中的DSP芯片采用TMS320F28335 ;逆變模塊的核心為IPM模塊，IPM模塊內(nèi)部集成了 7個(gè)IGBT、驅(qū)動(dòng)回路、制動(dòng)電路和保護(hù)電路，其保護(hù)電路又包括過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和欠壓保護(hù)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):1)本實(shí)用新型集曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制于一體，一方面使用DSP+CPLD架構(gòu)，CPLD對(duì)大量邏輯信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提高了電梯控制系統(tǒng)的安全性，降低了主控制芯片DSP的工作量，防止因控制器故障造成的電梯安全事故的發(fā)生。2)該一體化系統(tǒng)采用永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)，且控制功能集中由DSP+CPLD控制模塊實(shí)現(xiàn)，減小了電梯所需要的空間，能夠方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)房的布置。3)實(shí)現(xiàn)了電梯驅(qū)動(dòng)一體化、小型化、集成化。
四
圖1是本實(shí)用新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制和節(jié)能一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的DSP+CPLD控制模塊內(nèi)部連接關(guān)系圖。圖3是本實(shí)用新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的DSP+CPLD控制流程圖。圖4是本實(shí)用新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的雙閉環(huán)矢量控制策略的速度外環(huán)的算法流程圖。圖5是本實(shí)用新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的雙閉環(huán)矢量控制策略的電流內(nèi)環(huán)的算法流程圖。圖6是本實(shí)用新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的信息采集與預(yù)處理電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。1、基于DSP+CPLD的新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)包括三相交流電源1、整流模塊3、電路電容4、逆變模塊5、第一保護(hù)電路模塊2、第二保護(hù)電路模塊6、曳引機(jī)模塊7、DSP+CPLD控制模塊8和標(biāo)準(zhǔn)通信接口 9 ;所述曳引機(jī)模塊7由永磁同步曳引機(jī)和與永磁同步曳引機(jī)同軸的編碼器構(gòu)成。 所述DSP+CPLD控制模塊8分別與逆變模塊5、曳引機(jī)模塊7、第一保護(hù)電路模塊2、第二保護(hù)電路模塊6、標(biāo)準(zhǔn)通信端口 9相連；電路電容4串接于直流母線兩側(cè)；整流模塊3通過(guò)第一保護(hù)電路模塊2與三相交流電源I相連；逆變模塊5通過(guò)第二保護(hù)電路模塊6與曳引機(jī)模塊 相連；DSP主控制電路中的DSP芯片與CPLD從控制電路中的CPLD芯片通過(guò)IO端口相連。本設(shè)計(jì)采用交-直-交的控制方式，整流模塊3將三相交流電源I轉(zhuǎn)換為直流母線電壓供逆變模塊5使用，并在直流母線之間串接電容電路4增加直流母線電壓的穩(wěn)定性；逆變模塊5收到故障信號(hào)后向控制器輸出報(bào)警信號(hào)，能夠及時(shí)停止系統(tǒng)，并將故障信號(hào)反饋給DSP+CPLD控制模塊8 ；DSP+CPLD控制模塊8的DSP主控制電路負(fù)責(zé)處理來(lái)自信號(hào)采集與預(yù)處理電路的母線電流采樣信號(hào)、母線電壓采樣信號(hào)以及曳引機(jī)模塊7的編碼器信號(hào)，并輸出控制逆變模塊5的6路輸出報(bào)警信號(hào)，CPLD從控制電路對(duì)來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的邏輯信號(hào)及故障信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并將信息以通信的方式通過(guò)IO端口反饋給DSP主控制電路；DSP+CPLD控制模塊8通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信端口 9與外部控制單元及監(jiān)控單元進(jìn)行通信。整流模塊3分為可控整流模塊和不可控整流模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活配置:若需要調(diào)節(jié)直流母線電壓，或是將來(lái)需要將制動(dòng)能量反饋回電網(wǎng)，則采用可控整流模塊；若不需要對(duì)直流母線電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，或是不需要將制動(dòng)能量反饋回電網(wǎng)則采用不可控整流模塊，以降低成本。本次設(shè)`計(jì)采用不可控整流模塊，但在硬件設(shè)計(jì)上與可控整流相兼容，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)留下余量。逆變模塊5以IPM為核心:IPM內(nèi)部集成了 7個(gè)IGBT(I個(gè)IGBT做控制用，6個(gè)IGBT做驅(qū)動(dòng)用)、驅(qū)動(dòng)回路、制動(dòng)電路和保護(hù)電路，其保護(hù)電路又包括過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和欠壓保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，IPM通過(guò)向控制器輸出報(bào)警信號(hào)ALM，能夠及時(shí)停止系統(tǒng)，并將故障信號(hào)反饋給DSP+CPLD控制模塊8。信號(hào)隔離電路主要作用是隔離系統(tǒng)強(qiáng)電回路和弱電回路，保護(hù)控制電路，提高系統(tǒng)的抗干擾性能。IPM可采用三菱公司或東芝公司的產(chǎn)品，IPM功率與曳引機(jī)功率相匹配。2、DSP+CPLD 控制模塊 8如圖2所示DSP+CPLD控制模塊8由DSP主控制電路、CPLD從控制電路、信號(hào)采集與預(yù)處理電路和電源管理模塊構(gòu)成。其中DSP主控制電路負(fù)責(zé)處理來(lái)自信號(hào)采集與預(yù)處理電路的母線電流采樣信號(hào)、母線電壓采樣信號(hào)以及曳引機(jī)模塊7的編碼器信號(hào)，并輸出控制逆變模塊5的6路PWM，CPLD從控制電路對(duì)來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的邏輯信號(hào)及故障信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并將信息以通信的方式通過(guò)IO端口反饋給DSP主控制電路；DSP+CPLD控制模塊8通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信端口 9與外部控制單元及監(jiān)控單元進(jìn)行通信，其中通信方式包括普通IO通信、串口通信、CAN總線通信等。在DSP+CPLD控制模塊8的硬件電路中，還包含如下功能:⑴對(duì)編碼器信號(hào)、直流母線電壓信號(hào)和曳引機(jī)三相電流信號(hào)進(jìn)行采樣與預(yù)處理的電路，使之可以被主控制芯片DSP處理。電流信號(hào)的采樣使用霍爾電流傳感器，電壓信號(hào)的采樣使用霍爾電壓傳感器。編碼器采用能夠進(jìn)行速度檢測(cè)與轉(zhuǎn)角檢測(cè)的高性能編碼器，例如海德漢ERN1387系列光電編碼器；(2)用于隔離外部強(qiáng)電與弱電控制模塊的光耦隔離模塊，保護(hù)內(nèi)部芯片控制不受外部干擾；(3)用于與外部設(shè)備通信的驅(qū)動(dòng)電路，例如串口電平轉(zhuǎn)換電路、CAN總線驅(qū)動(dòng)電路等；(4)電源管理模塊，為整個(gè)DSP+CPLD控制模塊8提供相應(yīng)的電平。DSP主控制電路由DSP芯片TMS320F28335、無(wú)源晶振、E2PR0M芯片、FLASH芯片、SRAM芯片、通信驅(qū)動(dòng)芯片和隔離芯片組成。主DSP控制電路的作用如下:(1)對(duì)調(diào)理后的母線電壓、電流、曳引機(jī)編碼器信號(hào)進(jìn)行分析；(2)輸出控制逆變模塊5的6路PWM信號(hào)；(3)曳引機(jī)控制算法實(shí)現(xiàn)，對(duì)于永磁同步曳引機(jī)控制，可以采用直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制等控制方法；⑷對(duì)整個(gè)電梯系統(tǒng)控制算法的實(shí)現(xiàn)；(5)與從控制芯片CPLD的通信；(6)與上位機(jī)監(jiān)控或電梯控制器的通信。無(wú)源晶振主要為DSP提供一個(gè)可調(diào)的高速總線頻率；EEPR0M用于一些常用指令及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；FLASH芯片和SRAM芯片用于擴(kuò)展DSP的存儲(chǔ)空間，以適應(yīng)更大更復(fù)雜的算法；隔離芯片用于隔離系統(tǒng)強(qiáng)弱電回路，保護(hù)內(nèi)部控制電路；通信驅(qū)動(dòng)芯片為相關(guān)的串口通信、CAN總線通信提供相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換。CPLD從控制電路由可編程邏輯陣列CPLD芯片、無(wú)源晶振、隔離芯片組成。CPLD從控制電路的作用如下:⑴對(duì)保護(hù)電路故障信號(hào)、IPM故障信號(hào)進(jìn)行處理；(2)對(duì)外部樓層邏輯信號(hào)進(jìn)行處理；(3)對(duì)邏輯信號(hào)的預(yù)處理、分析；(4)與主控制芯片DSP進(jìn)行通信:對(duì)大量的邏輯信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并將處理后的信息反饋給DSP芯片，降低DSP的工作量，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無(wú)源晶振主要為CPLD提供一個(gè)可調(diào)的高速總線頻率；隔離芯片用于隔離系統(tǒng)強(qiáng)弱電回路，保護(hù)內(nèi)部控制電路。信息采集與預(yù)處理電路包括母線電流、電壓采樣調(diào)理濾波電路和編碼器解碼調(diào)理濾波電路。結(jié)合圖6，電流電壓采樣調(diào)理濾波電路具體實(shí)現(xiàn)方法為:將霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器的輸出電壓經(jīng)電壓跟隨電路和幅值調(diào)整電路，將該輸出電壓放大或縮小至DSP芯片AD端口能夠允許的輸入電壓范圍，并進(jìn)行濾波，保證信號(hào)的精度。編碼器解碼調(diào)理濾波電路要求能夠?qū)幋a器的輸出信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的解碼，具體實(shí)現(xiàn)方法為:將編碼器輸出的幾路差分信號(hào)經(jīng)差分放大電路和比較電路，解碼成DSP芯片可以處理的方波信號(hào)，并進(jìn)行濾波。編碼器采用海德漢ERN系列編碼器。3、基于本實(shí)用新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的工作方法系統(tǒng)工作時(shí)，由DSP主控制電路負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)，CPLD從控制電路主要負(fù)責(zé)完成對(duì)邏輯信號(hào)的預(yù)處理，并將處理后的信息即電機(jī)運(yùn)行狀況、故障原因、外部控制指令等反饋給DSP，以便DSP進(jìn)一步分析決策，從而降低DSP所使用的資源，提高DSP的效率與可靠性。結(jié)合圖3，系統(tǒng)的具體工作流程如下所述:第一步，DSP主控制電路初始化的同時(shí)，并對(duì)CPLD從控制電路進(jìn)行初始化；第二步，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，DSP主控制電路和CPLD從控制電路同時(shí)工作，工作過(guò)程分別如下:(I) DSP主控制電路的控制流程:IDDSP主控制電路中的DSP芯片采集編碼器信號(hào)、直流母線電壓信號(hào)、直流母線電流信號(hào)，并計(jì)算得出電梯實(shí)際的運(yùn)行速度以及直流母線電壓值、直流母線電流值；12)判斷當(dāng)前得到的直流母線電壓值是否超過(guò)設(shè)定的最大電壓、直流母線電流值是否超過(guò)設(shè)定的最大電流值，若超過(guò)，則認(rèn)為系統(tǒng)故障，應(yīng)立即終止系統(tǒng)運(yùn)行，若未超過(guò)，則轉(zhuǎn)入第13)步；13)判斷當(dāng)前電梯實(shí)際的運(yùn)行速度是否在設(shè)定的速度范圍內(nèi)，如果超出設(shè)定的速
度范圍，則認(rèn)為系統(tǒng)故障，應(yīng)立即終止系統(tǒng)運(yùn)行，如果沒(méi)有超出設(shè)定的速度范圍，則轉(zhuǎn)入第
~- j_hi二少；(2) CPLD從控制電路的控制流程:21)CPLD從控制電路獲取系統(tǒng)內(nèi)部邏輯信號(hào)，包括故障信號(hào)、運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)；22)判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，若出現(xiàn)故障信號(hào)，則CPLD從控制電路通過(guò)IO端口將故障信號(hào)反饋給DSP主控制電路，DSP主控制電路收到來(lái)自CPLD從控制電路的故障信號(hào)，應(yīng)立即終止系統(tǒng)運(yùn)行，并將故障原因通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信端口 9反饋給外部監(jiān)控設(shè)備；若CPLD從控制電路沒(méi)有收到故障信號(hào)，則轉(zhuǎn)入第23)步；23)CPLD從控制電路繼續(xù)接收外部邏輯信號(hào)，即電梯模擬控制臺(tái)的指令信號(hào)，并將外部邏輯信號(hào)進(jìn)行分析處理，得出外部控制指令，通過(guò)IO端口將所得外部控制指令反饋給DSP主控制電路，然后轉(zhuǎn)入第三步；第三步，DSP主控制電路中的DSP芯片將采集得到的編碼器信號(hào)、直流母線電壓信號(hào)、直流母線電流信號(hào)以及CPLD從控制電路反饋來(lái)的外部控制指令進(jìn)行綜合處理、分析，若判定系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則立即終止系統(tǒng)運(yùn)行；若判定系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)入第四步；第四步，DSP主控制電路采用速度外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)矢量控制策略，根據(jù)雙閉環(huán)矢量控制策略得出6路PWM控制信號(hào)以及電壓、電流、轉(zhuǎn)速的控制信號(hào)；將6路PWM控制信號(hào)輸出給逆變模塊5，進(jìn)而控制曳引機(jī)模塊7，同時(shí)將電壓、電流、轉(zhuǎn)速的控制信號(hào)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通用端口 9反饋給外部監(jiān)控設(shè)備?；诙嗄B(tài)控制技術(shù)的電流(電壓)快速跟蹤算法由DSP芯片實(shí)現(xiàn)。多模態(tài)控制技術(shù)能根據(jù)誤差及其導(dǎo)數(shù)的不同模態(tài)，采用連續(xù)、變參數(shù)PID控制，能夠?qū)崿F(xiàn)電流和電壓的快速、高精度、平穩(wěn)跟蹤。對(duì)永磁同步曳引機(jī)的控制多采用矢量控制策略，控制結(jié)構(gòu)上分為速度外環(huán)控制器和電流內(nèi)環(huán)控制器。速度外環(huán)控制器通過(guò)轉(zhuǎn)速偏差及干擾觀測(cè)器求得所需要的電流控制量，電流內(nèi)環(huán)根據(jù)所需要的電流控制量與實(shí)際電流值的偏差及其導(dǎo)數(shù)求得所需要的電壓控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流值的跟蹤控制。綜上所述，永磁同步曳引機(jī)的雙閉環(huán)矢量控制為多模態(tài)及干擾觀測(cè)器控制技術(shù)的應(yīng)用提供了前提，其實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)述為:首先，DSP芯片通過(guò)QEP電路對(duì)輸入的編碼器脈沖信號(hào)進(jìn)行解碼，獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向，通過(guò)將電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速求差值，得到比例控制的控制量，擾動(dòng)觀測(cè)器把實(shí)際轉(zhuǎn)速與參考模型輸出的轉(zhuǎn)速差異作為一個(gè)等效的擾動(dòng)加到控制輸入端，在控制量中引入相應(yīng)的補(bǔ)償，從而得到最終所需要的電流控制量；其次，DSP芯片根據(jù)所需要的電流控制量和實(shí)際的電流量的誤差及其導(dǎo)數(shù)，判斷內(nèi)環(huán)PID控制器的參數(shù)選取范圍，以計(jì)算出所需要的電壓控制量。電流(電壓)快速跟蹤算法由DSP芯片實(shí)現(xiàn)，永磁同步曳引機(jī)的矢量控制策略為該算法的實(shí)現(xiàn)提供了前提。永磁同步曳引機(jī)的雙閉環(huán)矢量控制中，速度外環(huán)采用比例反饋加擾動(dòng)觀測(cè)器復(fù)合控制器，如圖4所示，速度外環(huán)控制算法的實(shí)現(xiàn)方式如下:第一步,計(jì)算速度外環(huán)的給定轉(zhuǎn)速w*和實(shí)際轉(zhuǎn)速w的偏差:給定轉(zhuǎn)速w*由電梯控制器給定，實(shí)際轉(zhuǎn)速w由DSP芯片采集編碼器信號(hào)根據(jù)Μ/T法測(cè)速求得，偏差為給定轉(zhuǎn)速w*和實(shí)際轉(zhuǎn)速w的差值；第二步，計(jì)算比例環(huán)節(jié)的控制量輸出的，表達(dá)式如下:[0050]u(k) = k.Xw - η.(/<))，其中kp為比例環(huán)節(jié)參數(shù)，k表示第k次采樣；第三步，計(jì)算擾動(dòng)觀測(cè)器的補(bǔ)償量七/c) i(幻的表達(dá)式如下:c/(A') = Υτ\{τ -T)d{k -1) + [w(^) - w{k -1)] - Tiq (/f -1))，其中 b。為參考模型
參數(shù)，τ為低通濾波器的濾波時(shí)間常數(shù)，T為采樣周期，^為電流內(nèi)環(huán)設(shè)定值；第四步，計(jì)算最終所需要的電流值叫)=0/<)-士/<),11(10為速度外環(huán)控制器的輸出量。永磁同步曳引機(jī)矢量控制的電流內(nèi)環(huán)多采用PID控制器，主要用于電流反饋解耦控制。但是比例參數(shù)、積分參數(shù)和微分參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度的影響各不相同，模糊PID控制的實(shí)質(zhì)就是找出這三個(gè)參數(shù)與誤差及其導(dǎo)數(shù)之間的關(guān)系，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)三個(gè)參數(shù)，從而使得被控對(duì)象有較好的動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能。采用模糊PID控制時(shí)，在啟動(dòng)階段誤差較大，模糊PID控制器輸出較大的比例參數(shù)，從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間；當(dāng)系統(tǒng)誤差及導(dǎo)數(shù)適中時(shí)，適當(dāng)?shù)臏p小比例參數(shù)、增大微分參數(shù)可以減小系統(tǒng)的超調(diào)；當(dāng)誤差較小時(shí)，通過(guò)增大積分參數(shù)又可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。永磁同步曳引 機(jī)的雙閉環(huán)矢量控制中，電流內(nèi)環(huán)采用模糊PID控制器，如圖5所示，電流內(nèi)環(huán)模糊PID控制算法的實(shí)現(xiàn)方式如下:第一步，計(jì)算電流內(nèi)環(huán)的給定電流值和PMSM在d-q坐標(biāo)系下的交軸電流值的電流偏差e，并求得電流偏差e的 導(dǎo)數(shù)de ；電流內(nèi)環(huán)的給定電流值為速度外環(huán)控制器的輸出量u (k)，交軸電流值由曳引機(jī)U、V、W相的電流值通過(guò)CLARK變換和PARK變換求得；第二步，已知電流偏差e及其導(dǎo)數(shù)de，根據(jù)模糊控制規(guī)則表，得出比例參數(shù)的調(diào)整量Λ Kp、積分參數(shù)的調(diào)整量Λ 1、微分參數(shù)的調(diào)整量Λ Kd ；Δ Kp模糊控制規(guī)則表如表1.1所示，Λ Ki模糊控制規(guī)則表如表1.2所示，Λ Kd模糊控制規(guī)則表如表1.3所示:表1.1 Λ Kp模糊控制規(guī)則表
權(quán)利要求1.一種電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，其特征在于:包括三相交流電源(I)、整流模塊⑶、電路電容(4)、逆變模塊(5)、第一保護(hù)電路模塊(2)、第二保護(hù)電路模塊(6)、曳引機(jī)模塊(7)、DSP+CPLD控制模塊(8)和標(biāo)準(zhǔn)通信接口(9);所述曳引機(jī)模塊(7)由永磁同步曳引機(jī)和與永磁同步曳引機(jī)同軸的編碼器構(gòu)成；所述DSP+CPLD控制模塊⑶由DSP主控制電路、CPLD從控制電路、信號(hào)采集與預(yù)處理電路和電源管理模塊構(gòu)成； 所述DSP+CPLD控制模塊(8)分別與逆變模塊(5)、曳引機(jī)模塊(7)、第一保護(hù)電路模塊(2)、第二保護(hù)電路模塊(6)、標(biāo)準(zhǔn)通信端口(9)相連；電路電容(4)串接于直流母線兩側(cè)；整流模塊(3)通過(guò)第一保護(hù)電路模塊(2)與三相交流電源(I)相連；逆變模塊(5)通過(guò)第二保護(hù)電路模塊(6)與曳引機(jī)模塊(7)相連；DSP主控制電路中的DSP芯片與CPLD從控制電路中的CPLD芯片通過(guò)IO端口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，其特征在于:整流模塊(3)分為可控整流模塊和非可控整流模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，其特征在于:DSP+CPLD控制模塊(8)的主DSP控制電路中的DSP芯片采用TMS320F28335。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，其特征在于:所述逆變模塊(5)的核心為IPM模塊，IPM模塊內(nèi)部集成了 7個(gè)IGBT、驅(qū)動(dòng)回路、制動(dòng)電路和保護(hù)電路，其保護(hù)電路又包括過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和欠壓保護(hù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，包括三相交流電源、整流模塊、電路電容、逆變模塊、第一保護(hù)電路模塊、第二保護(hù)電路模塊、曳引機(jī)模塊、DSP+CPLD控制模塊和標(biāo)準(zhǔn)通信接口；DSP+CPLD控制模塊分別與逆變模塊、曳引機(jī)模塊、第一保護(hù)電路模塊、第二保護(hù)電路模塊、標(biāo)準(zhǔn)通信端口相連；電路電容串接于直流母線兩側(cè)；整流模塊通過(guò)第一保護(hù)電路模塊與三相交流電源相連；逆變模塊通過(guò)第二保護(hù)電路模塊與曳引機(jī)模塊相連。本實(shí)用新型采用DSP+CPLD的控制方式，提高了電梯控制系統(tǒng)的安全性，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、便于維護(hù)等特點(diǎn)，同時(shí)減小了電梯所需空間，能夠方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)房的布置。
文檔編號(hào)B66B1/06GK202967774SQ20122063977
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者郭健, 劉智君, 楊瑩瑩, 吳益飛, 王蘇華, 向崢嶸, 陳慶偉 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)