用于控制電梯系統(tǒng)的操作的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于控制電梯系統(tǒng)的操作的方法和系統(tǒng)。該方法使用利用電梯繩的張力穩(wěn)定電梯系統(tǒng)的狀態(tài)的控制定律來控制電梯系統(tǒng)的操作。遵循由控制定律所控制的電梯系統(tǒng)的動態(tài)的李雅普諾夫函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是負(fù)定的?？刂贫墒请娞堇K的搖擺幅度和電梯繩的搖擺速度的函數(shù)。該方法確定在操作期間電梯繩的搖擺幅度和電梯繩的搖擺速度，且基于控制定律以及電梯繩的搖擺幅度和搖擺速度確定電梯繩的張力的大小。
【專利說明】用于控制電梯系統(tǒng)的操作的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及電梯系統(tǒng)，更具體而言，涉及減小電梯系統(tǒng)中電梯繩的搖擺。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的電梯系統(tǒng)包括沿著垂直電梯井中的導(dǎo)軌移動的轎廂和對重。轎廂和對重通過提升繩彼此連接。提升繩纏繞在位于電梯井頂部或底部的機(jī)房中的繩輪上。繩輪可以通過電氣馬達(dá)移動，或?qū)χ乜梢酝ㄟ^線性馬達(dá)供電。
[0003]繩搖擺表示電梯井中提升和/或補(bǔ)償繩的振蕩。振蕩可能是繩式電梯系統(tǒng)中的重要問題。振蕩可能例如通過由于風(fēng)引入的建筑偏離導(dǎo)致的振動和/或在電梯系統(tǒng)的操作期間繩的振動導(dǎo)致。如果振動頻率接近或進(jìn)入繩的自然諧波，則振蕩可能大于位移。在這種情形中，繩可能與電梯井中的其他裝置纏繞或跑出繩輪的槽。如果電梯系統(tǒng)使用多個繩且繩彼此不同相地振蕩，則繩可能變得彼此纏繞且電梯系統(tǒng)可能受損。
[0004]各種方法通過向繩施加張力控制電梯繩的搖擺。然而，常規(guī)方法使用恒定控制動作來減小繩搖擺。例如，在美國專利5，861，084中描述的方法通過在檢測到繩振動之后在繩上施加恒定張力最小化電梯補(bǔ)償繩的水平振動。然而，向繩施加恒定張力不是最優(yōu)的，因?yàn)楹愣◤埩δ軌驅(qū)K導(dǎo)致不必要的應(yīng)力。
[0005]美國專利公報2009/0229922 Al中描述的另一方法基于伺服致動器，該伺服致動器移動繩輪以偏移補(bǔ)償繩的自然頻率以避免補(bǔ)償繩與建筑的自然頻率的共振。伺服致動器通過反饋控制，該反饋使用繩的末端處的繩振動的速度。然而，該方法僅解決補(bǔ)償繩振動搖擺阻尼的問題。再者，該方法使得必須測量繩的末端處的繩搖擺速度，這在實(shí)際應(yīng)用中是困難的。
[0006]美國專利7，793，763中描述的方法使用安裝在轎廂頂部上的無源減震器最小化電梯系統(tǒng)的主繩的振動。減震器連接到轎廂和繩。減震器的阻尼系數(shù)的值和距離用于減小繩搖擺。然而，在該方法中，減震器數(shù)目與被控制的繩數(shù)目成比例。再者，每個減震器是無源的且與繩連續(xù)嚙合，這可能在繩上引入不必要的額外應(yīng)力。
[0007]例如參見美國專利4，460, 065和美國專利5，509, 503，其他方法單純地使用機(jī)械解決方案以通過物理限制繩的橫向移動來限制搖擺幅度。這種類型的解決方案在安裝和維護(hù)方面可能是昂貴的。
[0008]相應(yīng)地，需要最佳地減小電梯繩的搖擺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一些實(shí)施例的目標(biāo)是提供一種通過向繩施加張力減小連接到電梯系統(tǒng)中的電梯轎廂的電梯繩的搖擺的系統(tǒng)和方法。
[0010]實(shí)施例的另一目標(biāo)是提供優(yōu)選地僅在必要時應(yīng)用張力、使得可以減少電梯系統(tǒng)的組件的維護(hù)的方法。例如，本發(fā)明的一個實(shí)施例公開了一種通過在繩上施加時間變化張力減小電梯繩的橫向繩搖擺的方法。[0011]本發(fā)明的實(shí)施例基于這一現(xiàn)實(shí):施加到電梯繩的張力可以用于穩(wěn)定電梯系統(tǒng)。因此，可以使用電梯系統(tǒng)的模型基于電梯系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析張力。各種類型的穩(wěn)定性被實(shí)施例用于描述代表電梯系統(tǒng)的動態(tài)系統(tǒng)的微分方程的求解。
[0012]例如，一些實(shí)施例要求代表電梯系統(tǒng)的動態(tài)系統(tǒng)是李雅普諾夫(Lyapunov)式穩(wěn)定的。具體而言，電梯系統(tǒng)的穩(wěn)定可以通過控制李雅普諾夫函數(shù)描述，其中穩(wěn)定電梯系統(tǒng)的電梯繩的張力通過控制定律確定，使得遵循由控制定律所控制的電梯系統(tǒng)的動態(tài)的李雅普諾夫函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是負(fù)定的。這些實(shí)施例中的一些還基于針對動態(tài)系統(tǒng)的假設(shè)模式的另一現(xiàn)實(shí)。代表假設(shè)模式及其時間導(dǎo)數(shù)的拉格朗日(Lagrangian)變量涉及搖擺和搖擺速度。控制李雅普諾夫函數(shù)是拉格朗日變量的函數(shù)，且因此，使用控制李雅普諾夫函數(shù)確定的控制定律能夠涉及搖擺和搖擺速度。
[0013]相應(yīng)地，一些實(shí)施例使用李雅普諾夫控制理論確定基于電梯繩的張力穩(wěn)定電梯系統(tǒng)的狀態(tài)的控制定律。這種方法使得例如僅在張力必要時才最佳地施加張力，這減小了維護(hù)成本。例如，一些實(shí)施例僅響應(yīng)于繩的搖擺幅度的增加而施加張力，這相對于恒定張力方法是有利的。
[0014]一個實(shí)施例基于無外部干擾的電梯系統(tǒng)的模型確定控制定律。該實(shí)施例在外部干擾最小時是有利的。另一實(shí)施例使用干擾拒絕成分修改控制定律以迫使李雅普諾夫函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是負(fù)定的。該實(shí)施例對于具有干擾的系統(tǒng)是有利的。在該實(shí)施例的各種變型中，在電梯系統(tǒng)的操作期間測量外部干擾。在另一變型中，基于外部干擾的邊界確定干擾拒絕成分。該實(shí)施例允許補(bǔ)償干擾而不測量干擾。這是有利的，因?yàn)橐话愕馗蓴_測量并不輕易可得，例如，用于外部干擾的傳感器是昂貴的。
[0015]而且，在一個實(shí)施例中，施加于電梯繩的張力具有恒定值(例如最大張力)且在最佳時間點(diǎn)基于搖擺幅度和搖擺速度的值切換到最小值(例如零)。該實(shí)施例相對容易實(shí)施。在另一實(shí)施例中，張力幅度是搖擺幅度的函數(shù)且隨著搖擺幅度和搖擺速度的減小而減小。與一些其他實(shí)施例相比，該實(shí)施例使用較少的控制能量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1A、1B、1C、1D和IE是采用本發(fā)明的實(shí)施例的示例性電梯系統(tǒng)的示意圖；
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電梯系統(tǒng)的模型的示意圖；
[0018]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例用于控制電梯系統(tǒng)的操作的方法的框圖；
[0019]圖4A和4B是根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例基于李雅普諾夫理論確定控制定律的方法的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的各個實(shí)施例基于這一現(xiàn)實(shí):施加到電梯繩的張力可以用于穩(wěn)定電梯系統(tǒng)。此外，電梯系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以通過控制李雅普諾夫函數(shù)描述，使得穩(wěn)定電梯系統(tǒng)的電梯繩的張力確?？刂评钛牌罩Z夫函數(shù)的導(dǎo)數(shù)的負(fù)定性。
[0021]一些實(shí)施例通過基于控制定律改變電梯繩的張力以減小電梯繩搖擺來控制電梯系統(tǒng)的操作。一些實(shí)施例基于這一現(xiàn)實(shí):繩的張力可以與李雅普諾夫理論一起使用以穩(wěn)定電梯系統(tǒng)且因而穩(wěn)定搖擺。通過組合李雅普諾夫理論和繩張力致動，根據(jù)一些實(shí)施例，切換控制器基于切換條件(例如實(shí)際搖擺的幅度和速度)優(yōu)化控制張力的開啟和關(guān)閉?；诶钛牌罩Z夫理論獲得切換條件以及施加的正張力的大小。
[0022]相應(yīng)地，切換控制允許僅在必要時即在滿足切換條件時向繩施加張力。因此，沒有不必要的額外張應(yīng)力施加于諸如電梯繩和繩輪之類電梯系統(tǒng)的部件，這可以減小維護(hù)成本。
[0023]圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電梯系統(tǒng)100-A的示意圖。電梯系統(tǒng)包括通過至少一個電梯繩可操作地連接到電梯系統(tǒng)的不同組件的電梯轎廂12。例如，電梯轎廂和對重14通過主繩16-17和補(bǔ)償繩18彼此連接。電梯轎廂12可以包括聯(lián)桿器30和安全鉗下楔33。用于使得電梯轎廂12和對重14移動通過電梯井22的滑輪20可以位于電梯井22的頂部(或底部)處的機(jī)房(未示出)中。電梯系統(tǒng)還可以包括補(bǔ)償滑輪23。電梯井22包括前壁29、后壁31和一對側(cè)壁32。
[0024]電梯轎廂和對重具有在x、y和z方向中的力矩和為零的點(diǎn)處的重力中心。換句話說，轎廂12或?qū)χ?4理論地可以在該重力中心(x，y，z)支撐和平衡，因?yàn)橹亓χ行狞c(diǎn)附近的所有力矩都被抵消。主繩16-17典型地連接到電梯轎廂12的聯(lián)桿器30，在那里轎廂的重力中心的坐標(biāo)被投影。主繩16-17連接到對重14的頂部，在那里對重14的重力中心的坐標(biāo)被投影。
[0025]在電梯系統(tǒng)的操作期間，系統(tǒng)的不同組件承受內(nèi)部和外部干擾，例如，由于風(fēng)導(dǎo)致的搖擺，導(dǎo)致組件的橫向移動。組件的這種橫向移動可能導(dǎo)致需要被測量的電梯繩搖擺。相應(yīng)地，一個或一組搖擺傳感器120可以布置在電梯系統(tǒng)中以確定電梯繩的橫向搖擺。
[0026]該組傳感器可以包括至少一個搖擺傳感器120。例如，搖擺傳感器120配置成在與搖擺傳感器的位置相關(guān)的搖擺位置感測電梯繩的橫向搖擺。
[0027]然而，在各個實(shí)施例中，傳感器可以布置在不同位置，使得搖擺位置可以被恰當(dāng)?shù)馗袦y和/或測量。傳感器的實(shí)際位置可以依賴于使用的傳感器的類型。例如，搖擺傳感器可以是任意運(yùn)動傳感器，例如光束傳感器。
[0028]在電梯系統(tǒng)的操作期間，搖擺的位置可以被確定且發(fā)送122到搖擺測量和估算單元140。搖擺單元140例如通過使用搖擺測量和系統(tǒng)的逆模型確定電梯繩的搖擺。各種實(shí)施例使用不同逆模型，例如包括繩、滑輪和轎廂的電梯系統(tǒng)的逆模型，而且各種實(shí)施例使用不同估算方法來從測量估算繩搖擺。
[0029]在一個實(shí)施例中，第一搖擺傳感器被放置在對應(yīng)于初始繩配置的繩中性位置(SP無繩搖擺)。其他搖擺傳感器遠(yuǎn)離中性位置布置且布置在與第一搖擺傳感器相同的高度。
[0030]在系統(tǒng)100-A中，繩搖擺通過連接到補(bǔ)償繩輪23的力致動器130控制。主繩輪閘160被嚙合以停止主繩輪的任意旋轉(zhuǎn)。然后，致動器130用于拉動補(bǔ)償繩輪23以在繩中產(chǎn)生外部張力。該張力使得繩變硬且減小繩搖擺。致動器130通過控制單元150控制，該控制單元150計算施加到繩的外部張力的大小?？刂茊卧€確定張力何時開啟且張力何時關(guān)閉的時間。切換的時序基于從搖擺單元140獲得的繩搖擺測量。
[0031]圖1B示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電梯系統(tǒng)100-B的示意圖。在系統(tǒng)100-B中，使用閘170約束轎廂移動，且主繩輪112被控制以旋轉(zhuǎn)且在主繩上產(chǎn)生外部張力。該張力使得繩變硬且減小繩搖擺。主繩輪112通過控制單元150控制，該控制單元150確定施加到繩的外部張力的大小?？刂茊卧€計算張力開啟且張力關(guān)閉的時間。基于從搖擺測量/估算單元140獲得的繩搖擺測量，通過控制單元150計算切換時序。
[0032]圖1C示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的電梯系統(tǒng)100-C的示意圖。在系統(tǒng)100-C中，使用閘180約束補(bǔ)償繩輪，且主繩輪112被控制以旋轉(zhuǎn)且在主繩中產(chǎn)生外部張力，該張力使得繩變硬且附帶地減小繩搖擺。主繩輪112通過控制單元150控制，該控制單元150計算施加到繩的外部張力的大小。控制單元還計算額外張力必須開啟或必須關(guān)閉的時間?；趶膿u擺測量/估算單元140獲得的繩搖擺測量，通過控制單元150計算切換時序。
[0033]圖1D示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的電梯系統(tǒng)100-D的示意圖。在系統(tǒng)100-D中，使用閘160約束主繩輪，且使用閘191約束上限速器繩輪190。限速器繩輪190通過致動器192控制以拉/推限速器繩輪190且在限速器繩193上產(chǎn)生外部張力。該張力暗示著通過鏈接194在電梯轎廂12上的力，這進(jìn)而在主繩上產(chǎn)生張力。限速器繩輪190通過控制單元150控制，該控制單元150計算施加到繩的外部張力的大小。控制單元還計算額外張力必須開啟且張力必須關(guān)閉的時間。基于通過搖擺單元140確定的繩搖擺，通過控制單元150確定切換時序。
[0034]圖1E示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電梯系統(tǒng)100-E的示意圖。在系統(tǒng)100-E中，使用閘170約束轎廂運(yùn)動，且使用安裝在固定臺架196上的致動器195控制主繩輪112。閘170的操作在主繩上產(chǎn)生外部張力。該張力使得繩變硬且減小繩搖擺。致動器195通過控制單元150控制，該控制單元150確定施加到繩的外部張力的大小?？刂茊卧€計算張力開啟且張力關(guān)閉的時間。基于通過搖擺單元140確定的繩搖擺，通過控制單元150確定切換時序。
[0035]控制繩張力的電梯系統(tǒng)的其他修改是可能的且處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0036]基于模型的控制設(shè)計
[0037]圖2示出電梯系統(tǒng)的模型200的示例。模型200基于電梯系統(tǒng)100-A的參數(shù)。各個方法可以用于根據(jù)電梯系統(tǒng)的模型模擬電梯系統(tǒng)的操作，例如，模擬通過操作電梯系統(tǒng)導(dǎo)致的電梯繩260的實(shí)際搖擺212?？梢灶愃频氐贸銎渌娞菹到y(tǒng)的模型。
[0038]各個實(shí)施例可以采用不同電梯系統(tǒng)模型來設(shè)計控制定律。例如，一個實(shí)施例執(zhí)行基于牛頓第二定律的建模。例如，電梯繩建模為線且電梯轎廂和對重分別建模為剛性體230和 250。
[0039]在一個實(shí)施例中，電梯系統(tǒng)的模型通過偏微分方程確定:
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【權(quán)利要求】
1.一種用于控制電梯系統(tǒng)的操作的方法，所述方法包括以下步驟: 確定使用電梯繩的張力來穩(wěn)定所述電梯系統(tǒng)的狀態(tài)的控制定律，使得遵循由所述控制定律所控制的所述電梯系統(tǒng)的動態(tài)的李雅普諾夫函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是負(fù)定的，且其中所述控制定律是所述電梯繩的搖擺幅度和所述電梯繩的搖擺速度的函數(shù)； 確定在操作期間所述電梯繩的所述搖擺幅度和所述電梯繩的所述搖擺速度；以及基于所述控制定律以及所述電梯繩的所述搖擺幅度和所述搖擺速度確定所述電梯繩的所述張力的大小，其中所述方法的步驟通過處理器來執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟: 基于沒有外部干擾的所述電梯系統(tǒng)的模型確定用于所述電梯系統(tǒng)的所述控制定律；以及 使用干擾拒絕成分修改所述控制定律以迫使在具有外部干擾時所述李雅普諾夫函數(shù)的所述導(dǎo)數(shù)是負(fù)定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述控制定律被確定為使得所述電梯繩的所述張力與所述電梯繩的所述搖擺幅度成比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述控制定律僅響應(yīng)于所述繩的所述搖擺幅度的增加而施加所述張力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述控制定律基于所述繩的所述搖擺幅度和所述繩的所述搖擺速度的乘積的符號而施加所述張力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述控制定律U(X)包括

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述控制定律U(X)包括

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述方法還包括以下步驟: 確定滿足如下不等式的干擾拒絕成分V:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述控制定律u(X)包括
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述搖擺幅度X的所述控制定律U(X)包括:
11.一種用于控制包括由電梯繩所支撐的電梯轎廂的電梯系統(tǒng)的操作的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 致動器，其控制所述電梯繩的張力； 搖擺單元，其確定所述電梯繩的搖擺幅度和搖擺速度；以及 控制單元，其確定所述搖擺幅度和所述搖擺速度的乘積的符號且根據(jù)穩(wěn)定所述電梯系統(tǒng)的狀態(tài)的控制定律來控制所述致動器，使得所述控制單元僅響應(yīng)于由所述乘積的符號所指示的所述電梯繩的搖擺幅度的增加而生成施加所述張力的指令。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述張力的大小是恒定的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述張力的大小是根據(jù)下式確定的幅度的函數(shù):
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括: 處理器，其確定所述控制定律，使得遵循由所述控制定律所控制的所述電梯系統(tǒng)的動態(tài)的李雅普諾夫函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是負(fù)定的；以及 存儲器，其存儲所述控制定律，其中所述控制單元基于所述控制定律確定所述電梯繩的所述張力的大小。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器確定在沒有外部干擾的情況下用于所述電梯系統(tǒng)的所述控制定律，且使用干擾拒絕成分修改所述控制定律以確保在存在所述外部干擾時所述李雅普諾夫函數(shù)的所述導(dǎo)數(shù)是負(fù)定的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器基于所述外部干擾的邊界確定所述干擾拒絕成分。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述干擾拒絕成分基于所述外部干擾的測量。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器確定滿足如下不等式的干擾拒絕成分V:
19.一種用于控制包括連接到電梯繩的電梯轎廂的電梯系統(tǒng)的操作的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 處理器，其用于僅響應(yīng)于所述電梯繩的搖擺幅度的增加而生成向所述電梯繩施加張力的指令。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器根據(jù)使用所述電梯繩的所述張力穩(wěn)定所述電梯系統(tǒng)的狀態(tài)的控制定律來生成所述指令，使得遵循由所述控制定律所控制的所述電梯系統(tǒng)的動態(tài)的李雅普諾夫函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是負(fù)定的。
【文檔編號】B66B7/10GK103803378SQ201310548179
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月7日
【發(fā)明者】M·本諾斯曼 申請人:三菱電機(jī)株式會社