液压电梯速度控制研究

关键词： 液压 故障率 重载 电梯

1 液压电梯速度控制的难点

液压电梯不仅具有运行平稳、舒适性好、故障率低、安装灵活等特点, 而且能达到整体协调、豪华和重载的要求, 虽然液压电梯有很多优点, 在技术角度, 液压电梯系统具有长行程、变负载、变液容以及由于油温变化引起的变泄漏, 且受外负载和摩擦力干扰等特点;同时还有对乘坐舒适性和速度跟踪性能要求等。建立它的精确数学模型十分困难, 这些均使得常规的实时控制方法难以满足要求。

目前, 国外对液压电梯的实际控制一般都采用闭环PID等传统的线性控制算法。但是对这样复杂的一个电液控制系统, 被控对象和控制系统中存在的非线性、时变、外部干扰, 建模后难以简化和线性化因素, 使传统的控制策略很难收到满意的控制效果。由于液压电梯系统中存在着死区、摩擦等非线性环节, 以及电梯本身的低阻尼特性, 使得电梯在运行的起始阶段, 容易产生轿厢抖动。液压电梯起动抖动的另外一个原因是液压电梯中的非线性环节。液压电梯中由于摩擦非线性的存在, 使得电梯起动时需要一个初始值, 非线性环节对液压电梯起动的影响表现在电梯控制对控制器初始值的敏感上。摩擦非线性环节是由轿厢、液压缸等多方面引起的, 它对电梯启动的影响主要是静摩擦和动摩擦的突然转换所致, 它们之间的转换实际上给电梯输入了一个小的脉冲。电梯起动时抖动的大小程度同此输入脉冲的幅值大小和脉冲的作用时间有关, 另外在电梯起动时, 当电梯输入的初始值与电梯静摩擦相近时, 所产生的脉冲引起电梯抖动很小。在实际控制中, 由于液压电梯中死区非线性的存在, 当电梯控制算法采用PID等反馈控制方法时, 死区往往使得控制器在得到电梯起动的信号时, 控制器已产生了一个较大的输出值, 大大超出电梯起动时所需的初始值, 即相当于在电梯起动时, 控制器给电梯输入了一个较大的脉冲, 使电梯发生抖动。因此液压电梯系统中的死区非线性, 是电梯起动不平稳的一个重要原因, 这给实际控制带来很大的困难。

2 液压电梯的速度位置检测控制方式

为了满足乘客乘坐舒适性的要求, 一般电梯按给定的理想速度曲线运行。为了产生理想速度给定曲线及实时控制的需要, 必须对电梯运行速度和运行距离 (也用以表示轿厢在井道中的位置) 进行检测, 从而实现对液压电梯运行速度和停层位置的准确控制。液压电梯中的速度检测控制方式1主要有电机轴端转速反馈控制、液压缸流量反馈控制和轿厢速度直接反馈控制这三种类型。

2.1 电机轴端转速反馈速度控制方式

电机轴端转速反馈液压电梯速度控制通常是通过对电动机输出轴的转速进行检测, 然后通过换算得到电梯轿厢的速度, 从而实现对电梯轿厢速度的控制。显然这种速度控制方式只适用于容积式调速控制系统。对干确定的曳引机构, 其换算常数一般比较稳定, 因此通过这种间接式测量得到的电梯轿厢运行速度和运行距离能够满足一般控制精度的需求。电机输出轴转速测量常用的检测元件有测速发电机和旋转编码器两大类。

光电式编码器没有触点磨损, 运行转速高, 精度好, 缺点是结构复杂, 价格贵。根据光脉冲计数形式的不同, 光电式编码器有增量式编码器和绝对值编码器之分。由于绝对值光电编码器的码盘结构复杂, 制造成本较增量式光电编码器高得多, 一个绝对值光电编码器市场零售价格大概为同等精度的增量式光电编码器的10倍左右。因此, 实际应用中大量采用增量式光电编码器。对于液压电梯而言, 由于从电动机输出轴转速到轿厢运动速度之间传输环节有较多非线性环节, 且液压系统受温度等因素影响, 显然采取电机轴端速度反馈控制方式实现速度闭环控制很难达到较好的控制精度。

2.2 液压缸流量反馈速度控制方式

采用节流式调速系统的液压电梯或者复合式调速系统的液压电梯显然无法通过电机轴端转速反馈实现对液压电梯的速度控制, 因此, 这类系统常通过对进入液压缸的流量进行检测, 并实现控制, 从而达到对液压电梯运行速度进行控制的目的。

液压缸流量速度控制方式的典型代表是BERINGER公司的LRV电子阀控系列产品。2这种系统由于采取了对进出液压缸的流量进行闭环控制的方式, 因此可以达到较好的速度控制性能。但是, 该系统中价格昂贵的高频响的动态流量传感器使系统成本急剧上升, 而且这种闭环控制只是一种小闭环控制, 仍然无法克服轿厢悬挂运动系统等因素对轿厢速度控制带来的不利影响。

2.3 轿厢直接反馈速度控制方式

轿厢速度直接反馈控制是指对电梯轿厢的运行速度进行直接检测, 从而实现对电梯运行速度和位置的控制。理论上采用轿厢直接速度反馈控制方式对克服液压系统的油温变化以及轿厢悬挂运动系统等因素引起的轿厢速度不稳定有很强的抑制能力, 但实际产品若试图通过对轿厢速度的精确检测而实现对液压电梯速度和位置的准确控制, 在检测元件及控制系统方面仍然有许多问题亟待研究, 具体表现在高速、大行程、高精度位置传感器及其测控系统的研制等方面。3目前电梯市场上尚无采用轿厢速度直接反馈控制技术的液压电梯产品。

3 结语

由于液压电梯系统中液压控制元件存在着死区、摩擦等非线性环节, 以及电梯本身的低阻尼特性, 使得电梯在运行的起动和制动阶段容易产生轿厢抖动。目前, 国内电梯行业对液压电梯的开发研究重视不够, 资金和人力的投入不足;虽有专门致力于液压电梯生产的厂家开始出现, 但由于批量小, 无法在价格上与曳引电梯竞争, 从而使得国内液压电梯的价格竟然比曳引电梯高。因此, 对液压电梯进行速度闭环控制和节能研究, 开发研制成本低性能好的国产液压电梯, 具有巨大的社会经济效益。

摘要：本文对液压电梯控制技术进行研究, 进而提高液压电梯的运行品质。

关键词：液压电梯,速度控制,速度位置检测

参考文献

[1] 李晶, 张荣.基于C8051单片机的液压电梯速度控制系统设计[J].中国工程机械学报, 2006 (1) .

[2] 曹红英, 邢菲.基于神经网络模糊PID的液压电梯速度控制研究[J].开封大学学报, 2009 (12) .

[3] 花文勃.液压电梯的技术特点及控制系统电气的设计[J].广东科技, 2009 (3) .