专利名称：采用空间滤波对电梯振动进行主动控制的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明一般说来涉及电梯，具体说来涉及采用空间滤波对电梯振动进行主动控制的控制系统。
欧洲专利申请出版物No.0467673A2(于1992年1月22日出版)描述并讨论了对在提升间中垂直运动的电梯平台水平方向上作用的扰动力进行主动抵消作用的一种方法和装置。其中对电梯吊舱的水平方向上的加速度进行传感，并(例如)利用一个主动的滚轮导轨对水平加速度进行抵消，此主动的滚轮导轨意味着带有一个或多个附加在其上的驱动器的一个常规的滚轮导轨。在其中的一个实施例中，滚轮导轨装有两个驱动器，一个用来进行重载定中，另一个以小得多的作用力用来抵消高频加速度。该专利公开了用来对强作用力的定中驱动器进行控制的一个较慢的以位置测量为基础之反馈控制环路。还公开了装在系统中不同部位的位置传感器和加速度传感器，这些部位包括地板或顶棚，但这些部位明显地显示出是任意的，见第10页第33行。
在美国专利No.5027925中，示出并描述了对电梯吊舱的振动进行阻尼的步骤和装置。如其中所讨论的，电梯设有一个弹性的悬挂系统，以及一个加速度计，该加速度计提供控制抵消作用力的信号。电梯设有高通滤波器，把与电梯的正常运行加速度有关的信号成分滤出来。
实现这样一种以加速度测量为基础的闭环控制系统的一种明显的途径是把加速度计放置得靠近与它们有关的驱动器。对于一个主动的滚轮导轨系统来说，上文建议把加速度计安装在滚轮导轨本身上。
从先有技术可以清楚看出，高频水平方向上的加速度或振动的存在是为了改善行驶质量所必须克服的主要障碍。如该技术所采用的，“高频”这个词通常意味着频率高于约10Hz的机械振动。这种高频加速度使得实现控制环路非常困难，因为超过约20Hz的多个虚假的响应显著地影响了使控制环路达到稳定。因此，先有技术花费了许多精力和财力来寻求解决这一问题。不幸的是，由于采用常规的线性集总参数滤波器除去虚假响应的不稳定性，解决办法不是切实可行的。
结果，必须提供一种对振动进行主动控制的系统来克服先有技术系统的困难。
因此，本发明的目的是提供一种改进了的主动控制系统。按照本发明，为了对电梯振动进行主动控制，采用了空间滤波。
实现这一点可以依靠、至少部分地可以依靠只在高频振动最小的一个平面，即在其中对高频振动进行空间滤波的一个平面中安装对电梯水平悬挂进行主动控制的系统的加速度计。
对于那些熟悉本技术的人员来说，结合所附权利要求书和附图来阅读下面的说明会更清楚本发明的其它目的和优点。
附图不是按比例画出的，其中
图1是一个常规的主动滚轮导轨系统的简图；图2是包括一个按照本发明的原理设置的运动传感器的电梯吊舱组合体简图；图3为可归因于该机械系统的非刚体振动模式的图形表示。
图4为包括按照本发明的原理设置的多个运动传感器的一个电梯吊舱组合体的一部分的简图；图5为用于本发明的运动传感器的一个一般化了的控制系统的举例性的方框图6A和6B分别为具有靠近滚轮导轨设置的加速度计的一个电梯系统的振幅和位图；图7A和7B分别为具有按照本发明的原理设置的加速度计的一个电梯系统的振幅和相位图。
主动的滚轮导轨系统，比如上由上面引用的欧洲专利局出版物0647673A2所知道的，在图中以简化了的形式总体地用10表示，该系统包括适合于沿着导轨14滚动的滚轮12，它装在一个控制件18的第一连杆16上，该连杆在其一端20进行枢轴安装。控制件18的第二连杆22由枢轴点24伸展出去，并受驱动器26的控制，该驱动器有在第二连杆22远离枢轴点24的端部28处的一个重载荷的机电驱动器26a，以及靠近第二连杆22的中点的一个小作用力的磁驱动器26b。通常，主动滚轮导轨系统10包括一个运动传感器，例如，靠近驱动器26设置的一个加速度计30。该主动滚轮导轨系统10包括一个控制线路32，该线路包括接受来自加速度计30的信号、并把信息提供给控制线路32的磁推动器36以控制磁驱动器26b的一个控制器34。控制线路32还包括一个位置传感器38，一个定中心的控制器40和驱动器26a。定中心控制器40对驱动器26a提供输出信号，使得第二连杆22的端部28的位置相当慢地运动，造成滚轮12受力而压靠在导轨14上，由此，滚轮带有或大或小的作用力压靠在导轨上行驶。同样，磁驱动器快速地作用来抵消由加速度计所传感的相对较小作用力的振动。这样，与行驶的电梯吊舱有关的振动被传感并减少。
图2中所示的代表一个电梯吊舱42。如图所示，吊舱框架44包括在顶端50连接到一个横架48上并连接到一块板52上的多个竖框46，该板即靠近竖框46的底端54的一块安全板。安全装置56连接到安全装置56上，并在侧面/侧面方向上采用一个加速度计60对导向器进行控制。标准的滚轮导向器62(或者另外的导向装置，比如采用定中心控制的滚轮导向器)连接到横梁48上。这些滚轮导向器62压靠在常规的T型电梯轨道64上。图2示出了侧面到侧面的稳定轴线。当然，电梯吊舱42也在左侧的前/后方向上和右侧的前/后方向上被稳定住。因此，提供了三个稳定轴线侧面/侧面，前/后，以及围绕竖直轴线的转动(摆动)。
平台66连接到吊舱框架44上，并搁置在厚板52上。把平台66支撑在竖框46上以防止围绕水平轴线的转动。电梯吊舱68通过牢固的隔离垫70紧固在平台66上。采用支架72限制电梯吊舱68的转动。
每个滚轮都借助于悬挂弹簧(图2中未画出)有效地连接到吊舱框架44上。刚体主振动模式的共振频率(即侧面/侧面。前/后，以及摆动)为1至3Hz的量级。每个振动模式可以被描述为由一个自然(共振)频率，有效质量和阻尼比所确定的一个二级系统(Zefa＝阻尼常数/[4×π×自然频率×有效质量])。
如图1所示的那样来实现主动控制。通过控制器34和磁推动器36把加速度计的输出信号进行反馈。可以由加速度/作用力传递函数对这个控制环路的可能的功效进行判断。理想的情况，传递函数G为G＝S2/[Ms2＋Ds＋K]式中M＝有效质量D＝有效阻尼K＝有效回弹率S＝拉普拉斯算子(＝jw)传递函数G是对于低频(例如，低于10Hz的频率)系统的动力学特性的有较好的表示。在高频极限下，对于理想体系来说G≌1/M。在较高频率下的函数G为一个常数，并有零度的相位。
在较高频率下，实际系统的传递函数G的振幅显著地大于1/M，并且其相位滞后于零度。由于存在着多个振动模式，所以不可能预计一个实际体系的G的高频响应。这些振动模式为可归因于机械系统的每个部分的非刚体模式。模式的性质在图3中画出。此图示出准刚体模式74和两个高频模式76。74和76每个模式都有一个规定的空间取向和共振频率。一个实际系统的加速度/作用力传递函数中有多种共振。处理这些共振的最实际的方法是借助于一个滞后控制器。这样的控制器使较高频率受到衰减，同时增加相位移动。在控制理论中众所周知，如果当相移达到180°时总环路的增益数值超过1.0，这种控制就非常可能是不稳定的。在这里所采用的总环路增益被定义为加速度/作用力传递函数乘以磁推动器和控制器的传递函数的乘积。
对加速度/作用力响应进行空间滤波是一种使得不想要的响应消除掉或被抑制、同时又不引起明显的相应延迟的方法。这一技术包括把加速度计放置得使这些加速度计充分地响应三个主振动模式，但对虚假(乱真)的振动模式几乎没有响应。在图3中，在板52上确定了一个节点平面或节点区域。板52本身是大而重的，并且是刚性的。由于平台66和隔离垫68放在它的上面而增加了它的质量和刚度。振动被抑制(被减到最小的点是一个节点。板52代表不可能存在强列振动的一个区域。图3中说明了一个节点或波节区域的意义。主要振动模式振幅由参考点“0”(在该处设置了一个作用力传感器)到节点平面(在该处设置了一个加速度计60)变化很小。加速度计60对高频振动模式几乎没有响应。
图4示出电梯吊舱42的下部结构部分，其中以前讨论的结构部件用相同的标号表示。如图所示，吊舱42包括地板77，以及安全板52。业已确定，吊舱42的高频振动的一个共同节点所在的水平方向上的平面基本上与板52的平面相重合。因此，如图4所示，把多个加速度计78a，78b和78c放置在厚板52上。由于在这个平面中高频振动有一个共同的节点，所以电梯吊舱52的这一平面没有明显的高频振力作用在此平面上。也就是，该平面对于高频振动来说是安静的。因此，由于这样放置加速度计78a，78b和78c，由于高频振动而产生的作用力从加速度计78a，78b的78c上被空间滤波滤掉了。结果，被加速度计78a，78b，78c明显检测到的振动是那些刚体振动模式引起的振动。
在优选实施例中，加速度计中的一个78b最好设置在共同的节点平面中靠近电梯吊舱42的水平方向上的中点处，或者尽可能靠近该点。另两个加速度计78a和78c也安置在该共同的节点平面中，靠近电梯吊舱42的两个侧边，并在电梯吊舱42的前、后壁之间取中。在这样一个实施例中，加速度计78a，78b和78c主要对侧面到侧面的运动，前后运动和水平方向上的转动(通常称之为“摆动”)有响应。这些运动通常由电梯轨道的不规则和作用在吊舱上的空气动力学作用力所造成。在此优选实施例中，把52与其中设置着驱动器26的主动滚轮导轨58之间的距离减到最小，以便减少加速度计78a，78b和78c与马区动器之间的相移。
图5中示出一个简化了的振动控制系统80。在该优选实施例中，如图5中所示，每个加速度计78a，78b和78c都有一个控制环补偿电路82与之相关联，该电路接受来自加速度计78a，78b和78c中一个的信号，并把补偿信号提供给与主动滚轮导轨58相关的一个或多个磁推动器/驱动器阻件84。在这种方式中，所要求的控制电路的数目等于加速度计78的数目，而不是像以前所要求的那样等于导轨滚轮12的数目。系统80示出一个体积力F，比如作用在有效质量86上的风。在这个模型中，有效质量代表电梯吊舱42承受作用到它上面的作用力的能力。与此相应，加速度计78对控制电路82提供一个输出信号。控制电路82把一个补偿信号提供给一个或多个驱动器26的磁推动器26b，如图1所示，这些驱动器控制着导轨滚轮12的运动。
另外，图5中示出的系统80以系统对加速进行积分88表示吊舱的水平方向上的速度，此速度再一次被积分90以确定吊舱的位置。吊舱的运动受到其余的机械阻尼装置92的阻尼，该阻尼装置是电梯系统80的一部分。利用经过方块94到作用力求和接点95的位置反馈示出了弹簧阻尼作用。
由于靠把加速度计78a，78b和78c设置在高频振动的共同的节点平面中，即靠空间滤波减少了高频振动所造成的噪音，所以控制系统80，特别是加速度计环路能够有足够的环路增益对振动进行有效的闭环控制。在一个具体的实施例中，控制电路32有这样形式的传递函数 这个传递函数切掉了低频响应，以消除加速度计的漂移效应。此外，它采用了级联的延迟分区除去了高频响应。当把加速度计78a，78b和78c放在把高频振动作了空间滤波的共同的节点平面中时，在这些加速度计所经受的振动作用力的范围内，这个函数是稳定的。
示于图6A和6B的实验上测得的传递函数(加速度/作用力)以图解的方式画出先有技术用设置在驱动器附近或设置在驱动器上的加速度计所感知到的振动，而图7A和7B示出用设置在高频振动空间滤波的节点平面中的加速度计所感知到的振动，它们表明后一种技术显著地减少了所测得的高频噪音。结果，当合在一起的质量M实际上是一个复杂的机械结构时，对于如图5中所示的控制体系来说可能有好的闭环响应。
对振幅(图6A)和相位(图6B)所用的实验测量示出当加速度计设置在靠近电梯的滚轮导轨组件时所检测到的作用力。如清楚地示出的，由于频率高于约10Hz的振动，出现了相当高的信号水平。然而，同样的测量，即用设置在靠近高频振动被空间滤波了的平面的一个平面中的加速度计所作的振幅(图7A)和相位(图7B)的测量显示出显著降低的信号水平。
由上面可以很容易理解到，把运动传感器设置在把由高频振动所造成的作用力空间滤波掉的一个平面中是特别有利的，这在于控制系统的噪音较低，并且在所被控制的刚体振动的范围内控制系统是稳定的。
虽然本发明在这里对一个或多个具体的构型作了描述，但应理解，可以有其它的安排和构型而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明只受所附的权利要求书和它们的合理说明的限制。
权利要求
1.用来对电梯吊舱(42)的振动进行阻尼的一种控制系统(80)，所述系统(80)包括多个驱动器(84)，每个驱动器(84)都与一个滚轮导轨(58)相关联，用来按照一个感知到的信号把所述滚轮导向器(58)压靠在一根轨道(64)上；以及用来感知水平方向上的作用力的变化的装置(78)，所述传感装置(78)只设置在把高频进行了空间滤波的一个平面中，使高频振动与所述传感装置(78)隔绝开。
2.如权利要求1中所要求的控制系统(80)，其特征在于，用来感知水平方向上的作用力的变化的所述装置(78)包括三个加速度计。
3.如权利要求2中所要求的控制系统(80)，其特征在于所述加速度计被放置在所述电梯吊舱(42)的地板(77)下面的一块板(52)上。
4.如权利要求3中所要求的控制系统。其特征在于，所述驱动器(84)与所述板(52)之间的距离应减至最小。
5.如权利要求3中所要求的控制系统(80)，其特征在于，所述加速度计之一沿着所述板(52)取中，并在前后方向上取中。
6.如权利要求5中所要求的控制系统(80)，其特征在于，所述加速度计中的两个被设置在靠近所述板(52)的两个端部，并在前后方向上取中。
7.如权利要求2中所要求的控制系统(80)，其特征在于，还包括至少一个与每个所述加速度计相关联的控制线路(30)。
全文摘要
用来对电梯吊舱(42)的振动进行阻尼的一种控制系统(80)，所述系统(80)包括多个驱动器(84)，每个驱动器(84)都与一个滚轮导轨(58)相关联，用来按照一个感知到的信号把所述滚轮导向器(58)压靠在一根轨道(64)上；以及用来感知水平方向上的作用力的变化的装置(78)，所述传感装置(78)只设置在把高频进行了空间滤波的一个平面中，使高频振动与所述传感装置(78)隔绝开。
文档编号B66B7/04GK1117014SQ95102378
公开日1996年2月21日 申请日期1995年3月6日 优先权日1994年3月31日
发明者C·A·施考尔斯基 申请人:奥蒂斯电梯公司