专利名称：补偿电梯轿厢振动的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用电梯轿厢对人员的运送，尤其涉及一种补偿电梯轿厢振动的方法，其中应用至少一种传感器，所述传感器用于对电梯轿厢的振动进行检测；和一种控制单元，所述控制单元用于对检测出的振动进行解释并控制至少一个驱动器对电梯轿厢上的至少一个补偿块进行移动，从而实现对检测出的振动的补偿，并涉及一种补偿电梯轿厢振动的系统，该系统由至少一种传感器和一种控制单元构成，所述传感器用于对电梯轿厢的振动进行检测，所述控制单元用于对检测出的振动进行解释并控制至少一个驱动器对电梯轿厢上的至少一个补偿块进行移动，从而实现对检测出的振动的补偿。
US 5 811 743中披露了一种控制电梯轿厢振动的机构，其中用传感器连续地对振动进行检测，然后由一个反馈控制系统中的适当的机构对振动进行补偿。这种对振动的补偿或者是应用电梯轿厢对导向瓦的相对移动，或者是应用补偿块对轿厢的相对移动实现的。在采用上述第二种实施方式时，电梯轿厢与导向瓦之间的连接不是刚性的，而是弹性的，因而在轿厢运行时，由导向瓦向轿厢的振动传递是有延迟的，并且控制单元有充足的时间对补偿块进行移动。这种方法可以减弱振动，但并不能完全消除振动。
发明内容
因此本发明的目在于实现使乘客根本觉察不到振动的高效的运送人员系统的振动补偿。尤其是是应对令乘客非常恼火的有害的低频振动进行补偿。本发明应适用于载货和人员运送领域应用的通用的技术和方法。另外应用本发明应能以简单的方式和方法实现对已有的人员运送系统的技术改造。
实现本发明的技术方案如下用至少一个第一传感器在干扰源处对振动进行检测并用至少一个第二传感器在轿厢中影响点上对振动进行检测。
本发明摈弃了根据现有技术实现对轿厢振动进行补偿所采取的技术方案。本发明的基本构思是尽可能早地实现对振动，尤其是对有害振动的检测，从而实现对振动的最佳补偿。此点是通过对随时间变化的振动图形的重复检测实现的。不仅在令人有不适感觉的位置上，即在电梯轿厢上对振动进行检测，而且还在产生振动的位置上，即在干扰源处对振动进行检测。
因此由在轿厢上的至少一个加速度传感器对随时间变化的轿厢加速度干扰值的图形进行检测；并由在干扰源处的至少另一个加速度和/或压力传感器对随时间变化的加速度干扰值及/或压力值的图形进行检测。例如加速度干扰值是由于沿导轨运行的导向瓦偏离垂线和/或假直线造成的。例如干扰压力值是电梯轿厢的气流中的压力变化引起的。宜将加速度传感器接在导向瓦上和将压力传感器接在电梯轿厢上。
将作为反馈值的电梯轿厢加速度值和作为干扰变量的加速度值和/或压力值加入到作为控制单元的输入端。从而，在控制单元的输入端可得到随时间变化的干扰变量的图形和随时间变化的反馈值图形，即干扰对电梯轿厢的影响。优选定期地对作为时间函数的随时间变化的反馈值图形和随时间变化的干扰变量的图形进行检测。在该检测精度的范围内，既在干扰源处又在轿厢上对干扰作用力出现的时间及其随时间的变化进行检测。
用传递函数表达上述两种时间函数之间的关系。在控制单元中，根据传递函数对干扰变量和反馈值加以解释。传递函数是建立在诸如轿厢的自重、弹簧/减振件的硬度、补偿块的瞬间位置和重量、有待运送的瞬间负载和负载在轿厢中的瞬间分布等力学参数的基础之上的。至少这些力学参数中的一种是已知的，或者另外定期检测出其最近的数值，则其最近的数值是已知的。诸如轿厢自重、补偿块的重量、弹簧/减振件的硬度等一些特定的参数可以在人员运送系统投入工作前，一次测出。诸如补偿块的位置、待运送的负载重量和负载在轿厢中的分布等其它的力学参数可以采用其最近的值加以确定。
在控制单元中，干扰变量被用作前馈控制，而反馈值被用作反馈控制。从而传递函数可以使对至少一个补偿块的系统激活考虑到人员运送系统的已知的或最近测出的力学参数。补偿块的系统激活系指旨在用补偿力抵消掉干扰力的对固定在轿厢上的补偿块进行线性或旋转移动的驱动，从而可以在很大的程度上消除干扰力。干扰力被方向相反的并且优选等量的补偿力抵销掉。补偿力不一定非得等于干扰力的量度，但它至少应大到足以使乘客不会感觉到由未被补偿的干扰力分量引起的振动。在轿厢上，干扰力随时间而变化，并被同样随时间变化的补偿力所抵销。补偿块被至少一个驱动器驱动。驱动器由控制单元的修正变量控制。
与上述对干扰变量的补偿相同，电梯轿厢加速度也被反馈控制。为此在控制单元中具有一个控制函数。出于对最佳的乘行舒适的考虑，轿厢的加速度应尽可能小，因此将加速度初始值设定为0。这种用于反馈控制的反馈值是由至少一个传感器检测出的加速度测量值。控制函数的修正变量和对干扰进行补偿的补偿力共同构成控制系统的修正变量。在干扰变量和反馈值的自由可选的精度范围内，对补偿块的激活非常迅速，优选实时进行；可无时延地对乘客可感觉到的振动进行补偿；可完全消除振动。
为对上述过程进行支持，由控制单元将1至100Hz，优选2至20Hz的低频振动析出。利用系统低频修正变量，补偿块以相应的低频被驱动，并系统地消除有害的振动。
下面将对照附图中所示的典型方案和实施例对本发明的用于补偿电梯轿厢的振动的方法和系统加以详细的说明。图中示出
图1为第一种方案的功能方框图，其中在导向瓦上具有一个加速度传感器；图2为第二种方案的功能方框图，其中在轿厢上具有一个压力传感器；图3为第三种方案的功能方框图，其中在导向瓦上具有一个加速度传感器和在轿厢上具有有一个压力传感器；图4为第四种方案的功能方框图，其中具有一个用于存储路径剖面的存储器；图5为控制单元传递函数的方框图；图6示出一由轿厢、导轨、传感器和控制单元构成的系统的第一实施例的一部分；图7示出一由轿厢、导轨、传感器和控制单元构成的系统的第二实施例的一部分；和图8示出一由轿厢、导轨、传感器和控制单元构成的系统的第三实施例的一部分。
采用这种利用导向瓦6进行导向时，在电梯轿厢5中会产生振动，尤其是在高速导向运行时更是如此。这种振动是由干扰源8引起的。这类干扰源8例如是导轨7上的不平整的接缝或导轨7的弯曲，由于这些不平整的接缝或弯曲将导致在轿厢5中产生冲击、离心力和惯性力。干扰源8例如通过导轨7传递到导向瓦6上，又从导向瓦6传递到轿厢5上。
由至少一第一传感器1、1’对作为干扰变量Z的干扰源8进行检测。在图6到8所示的典型实施例中，作为加速度传感器1的这样的一个第一传感器1’被连接在导向瓦6上。在图6和图8中示出的更为有益的实施例中，作为压力传感器1’的这样一个第一传感器被连接在轿厢5上，例如连接在电梯轿厢5的侧面上。因此，在尽可能邻近振动发生的位置，即在干扰源8上对有害的振动进行检测。
用至少一个第二传感器2对作为反馈值X的轿厢加速度值进行检测。在图6至8中所示的有益的实施例中，作为加速度传感器2的这样一个第二传感器2作为加速度传感器2被固定在轿厢5上，例如被固定在轿厢5的底板上或固定在轿厢5的顶部上。从而实现对作为反馈值X的有害振动的作用在尽可能靠近其被感觉到的打扰乘客的位置，即在轿厢5上，优选在靠近将有害振动传递给电梯轿厢5上的弹簧/减振件11上，进行的检测。优选定期地对作为时间函数的随时间而变化的反馈值X和干扰变量Z进行检测。在该测量精度范围内，在干扰源和电梯轿厢5上对干扰力出现的时间及其随时间的变化进行检测。专业人员依据本发明的知识可以对至少一个第二传感器的检测和配置进行许多不同的变化。例如在如图7所示的实施例中，接有两个加速度传感器2。一个第一加速度传感器2被固定在轿厢顶部的靠近弹簧/减振件11的位置，一个第二加速度传感器2被固定在轿厢5的底板上与弹簧/减振件11有一定间隔的位置。从而通过两个加速度传感器2可以在空间上的不同位置实现对弹簧/减振件11的有害振动的传播和补偿进行检测。
传感器1，1’和2的检测精度符合通常的工业标准例如，传感器1、1’和2每秒测量200次，优选20次。优选作为传感器1、1’、2可以应用各种已知的机械、光学和/或电气设计。图中所示的实施例并非如此不可专业人员依据本发明的知识可以将传感器设置在人员运送系统的其它位置上。例如可以将一个压力传感器1’固定在电梯轿厢5的底板或顶部上。也可以用测量快、慢的传感器1、1’和2。反馈值X和干扰变量Z被加在控制单元3的输入端。控制单元3如图5的方框图所示。控制单元3依据传递函数操作。传递函数3包含映象规则，该规则可以使控制单元的每一个输入变量明确地对应于一输出变量。因此传递函数在随时间变化的反馈值X和干扰变量Z图形，即控制单元输入端3上的输入变量与随时间变化的修正变量Y图形，即控制单元输出端上的输出变量之间建立了一种关系。传递函数宜包括一个时间相关的控制函数GR(t)和一个时间相关的干扰传递函数GZ(t)。在控制函数GR(t)输入端的是随时间变化的反馈值X和给定的加速度初始值0，即电梯的初始加速度为0。在干扰传递函数GZ(t)输入端的是随时间变化的干扰变量Z。对控制函数GR(t)和干扰传递函数GZ(t)的输出进行相减，由此形成随时间变化输出的修正变量Y。
基本上可以用两种方法对传递函数进行确定第一种方法是尽可能地精确地检测人员运送系统的尽可能所有重要的力学参数并代入它们之间的关系式。第二种方法是用模拟方法以充分的精确性估计出人员运送系统的至少最重要的力学参数。模拟方法要利用测出的干扰变量值Z和测出的反馈值X。人员运送系统的力学参数包括电梯轿厢5的自重、至少一个补偿块4的瞬时位置和重量、弹簧/减振件11的硬度、有待运送的瞬时负载和负载在轿厢5中的瞬时分布等。对诸如轿厢自重、补偿块4的重量、弹簧/减振件11的硬度等某些力学参数可以在人员输送系统投入使用前一次测定。对其它的诸如减振块的位置、待运送的负载、负载在轿厢中的分布等力学参数则利用最近测出的值加以确定。
出于对纯实用的考虑，通常采用第二种确定方法。应用适用的模拟方法确定传递函数的花费通常是很低的。例如，设计工程师和安装技师当然了解在电梯轿厢5的重量给定的情况下由弹簧/减振件11的给定的硬度决定弹性/减振特性曲线。但通常并不精确地了解轿厢5的重量。特别是当电梯轿厢例如还未装配完毕，例如在内部尚未包覆金属板，并且因此所了解的重量的不精确性例如达10％时，在安装人员运送系统时就是此情况。为实施模拟过程，必须充分精确地了解至少一个力学参数值和/或以优选定期的方式得到该参数的最近的值并因此所了解的最近的值是充分精确的。充分精确系指确定参数的精度足以成功地实施模拟过程。如果可以在控制单元3的输入变量和输出变量间建立一种关系，从而通过输出修正变量Y实现对输入的反馈变量X和干扰变量Z的作用的系统的补偿，则模拟过程是成功的。在模拟过程中，力学参数是传递函数的基数。根据控制单元3的输入变量和输出变量，建立了一个模拟实际变化的传递路径模型。作为输入反馈值X和干扰变量Z的函数，传递路径模型在输出端产生输出的修正变量Y。控制单元3的输入变量和输出变量之间的关系被自适应最佳化，即对建立此关系的传递函数在试验运行时进行调整，以便实现用输出修正变量Y对输入干扰变量Z的系统补偿。在对干扰力进行系统补偿时，所产生的干扰力被一个等量的补偿力抵销掉。已知的对这类的输入和输出变量进行自适应最佳化的模拟方法是最小平方法和线性回归等。应用本发明的知识，专业人员可以采取多种不同的途径实现该控制单元3。
在控制单元3中，反馈值X通过控制函数GR(t)用于反馈控制，并且干扰变量Z通过干扰传递函数GZ(t)用于前馈控制。考虑到已知的和/或最近测出的人员运送系统的力学参数，传递函数可以实现对至少一个补偿块4的系统激活。补偿块4的系统激活系指旨在用等量的补偿力对抗产生的干扰力并抵消掉干扰力而对固定在电梯轿厢5上的补偿配重4进行的驱动。
控制单元3向有待移动的至少一个补偿块4的至少一个驱动器4’输出修正变量Y。驱动器4例如’是一个伺服驱动器，所述伺服驱动器以控制方式对补偿块4进行定位，所述补偿块以已知的控制方式被控制。补偿块4宜占轿厢5容许总重量的5％，优选2％。补偿块4宜在±10cm，优选在5cm的间距内进行线性移动或转动。控制单元3用修正变量Y激活驱动器4’。补偿块4可以周期性地或非周期性地以例如1-30Hz的频率前后移动。采用此方式时，由一随时间变化的等量的补偿力对抗在轿厢5上随时间变化的干扰力。其最终控制件是补偿块4的驱动器4’的反馈控制器对补偿块4宜以加速度初始值为0进行驱动。在图6中所示的典型实施例中，驱动器4’和补偿块4被设置在电梯轿厢5的顶部。在图7和图8所示的两个典型实施例中，驱动器4’和补偿块4被固定在电梯轿厢5的底板下面。根据本发明的知识，专业人员可以在很宽的范围内自由选定补偿块4的驱动方式、方法、有待移动的补偿块4的量度和驱动器4’和补偿块4相对于电梯轿厢5的相对设置。在图8所示的典型实施例中，驱动器4’和补偿块4被设置在接近弹簧/减振件11的位置，从而尽可能早地对通过弹簧/减振件11传递给电梯轿厢4的干扰力进行补偿，即在轿厢5中的有害振动被进一步传递给乘客之前对其进行补偿。
根据图4所示的方案至少一个第一传感器1检测沿导轨7的电梯轿厢5的路径剖面。该路径剖面是由电梯轿厢、导向瓦和导轨构成的系统的特性，并被存储在存储器10中。存储器10为通常市售存储器结构，例如，可以是电子的、磁的或者磁光的数据存储器。在人员运送系统投入使用前宜在校准过程中对存储的路径剖面检测一次。假设路径剖面是不随时间变化的常量，并且已知电梯轿厢5在运送途中的瞬间位置，则没有必要在导向瓦6上永久安装一个加速度传感器1。通常在电梯轿厢5上进行定位检测，例如以0.1mm的定位分辨率进行检测。以存储的路径剖面的形式的干扰变量Z加在控制单元3的输入端，并且根据传递函数在控制单元3中与反馈值X一起被解释。在检修时，可对路径剖面进行检查，必要时进行更新。路径剖面同时也是由轿厢、导向瓦和导轨构成的系统的状况的资料。
控制单元3可以通过多重输入对在几个导向瓦上的几个加速度传感器1输出的和/或在电梯轿厢5上的一个以上的压力传感器1’输出的干扰变量Z进行检测。控制单元3还可以对在轿厢5上的一个以上的加速度传感器2输出的反馈值X进行检测。最后，控制单元3在多个输出端将修正变量Y加到一个以上的驱动器4’上。例如可以将MIMO(多输入多输出)控制单元设计成一个非线性控制器，一个神经网络、一个模糊控制器或一个神经模糊控制器等。应用本发明的知识，专业人员可以采取多种不同的方案实施该控制单元的设计。
根据一个有益的实施例，在控制单元3中例如通过一其截止频率为1至3Hz的高通滤波器将频率为10-100Hz，优选2-20Hz的低频振动，即所谓的有害振动析出。采用通常的弹簧/减振件11是不能将这种低频振动充分消除的。而有害的振动会使乘客感到极不舒服。采用系统控制的方式，补偿块利用有害振动的频率被驱动并将有害的振动系统地抵消掉。
权利要求
1.一种补偿电梯轿厢(5)振动的方法，应用至少一种传感器(1、2)，所述传感器用于对电梯轿厢(5)的振动进行检测；一种控制单元，所述控制单元用于对检测出的振动进行解释并控制至少一个驱动器(4’)，驱动电梯轿厢(5)上的至少一个补偿块(4)进行移动，从而对检测出的振动进行补偿，其特征在于，用至少一个第一传感器(1、1’)在干扰源处对振动进行检测并用至少一个第二传感器(2)在轿厢(5)的影响点上对振动进行检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由第一传感器(1、1’)检测出的作为干扰变量Z的振动被加到控制单元(3)的输入端上并且由第二传感器(2)检测出的作为反馈值(X)的振动被加到控制单元(3)的输入端上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由第一传感器(1、1’)检测出的振动作为路径剖面被存储在存储器(10)中，并且该路径剖面作为干扰变量(Z)被加到控制单元(3)的输入端上，并且由第二传感器(2)检测出的振动作为反馈值(X)被加到控制单元(3)的输入端上。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，控制单元(3)应用反馈值X进行反馈控制，控制单元(3)应用干扰变量(Z)进行前馈控制，并且修正变量(Y)是控制单元(3)输出端上的输出。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，由控制单元(3)的修正变量(Y)对用于移动补偿块(4)的驱动器(4’)进行控制，并且其初始值为0。
6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于在控制单元(3)中将频率为1-100Hz的振动，优选频率为2-20Hz的振动析出，利用振动频率对补偿块(4)进行驱动，并将振动系统地消除。
7.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，由控制单元(3)的传递函数建立由第一传感器(1、1’)检测出的振动和由第二传感器(2)检测出的振动之间的关系。
8.一种补偿轿厢(5)振动的系统，包括至少一个传感器(1、2)，该传感器(1、2)用于检测电梯轿厢(5)的振动，一个控制单元(3)，该控制单元对检测出的振动进行解释并对至少一个用于移动电梯轿厢(5)上的至少一个补偿块(4)的至少一个驱动器(4’)进行控制，从而实现对检测出的振动的补偿，其特征在于至少一个第一传感器(1、1’)在干扰源(8)处对振动进行检测，并且至少一个第二传感器(2)在电梯轿厢(5)的影响点上对振动进行检测。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，控制单元(3)析出频率为1-100Hz，优选2-20Hz的振动，并且控制单元(3)利用振动频率激活补偿块(4)并系统地抵消掉振动。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，第一传感器(1、1’)是在导向瓦(6)上的一个加速度传感器(1)和/或在电梯轿厢(5)上的一个压力传感器(1’)，并且第二传感器(2)是在电梯轿厢(5)上的一个加速度传感器(2)。
全文摘要
本发明涉及一种补偿电梯轿厢(5)振动的方法和系统,所述电梯轿厢(5)在至少一根导轨(7)上被导向,由至少一个第一传感器(1、1’)在干扰源(8)处对振动进行检测,由至少一个第二传感器(2)在轿厢(5)影响点上对振动进行检测,由控制单元(3)对检测出的振动进行解释,由控制单元(3)对补偿块4系统地进行激活,和检测出的振动被方向相反等量的补偿力抵消掉。
文档编号B66B1/06GK1349927SQ0114158
公开日2002年5月22日 申请日期2001年10月23日 优先权日2000年10月23日
发明者斯特芬·格龙德曼 申请人:因温特奥股份公司