專(zhuān)利名稱(chēng)：永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電梯控制及節(jié)能控制領(lǐng)域，特別涉及一種永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，大型商場(chǎng)、地鐵站、公交中轉(zhuǎn)站越來(lái)越多，而這些大型商 業(yè)公共場(chǎng)所中，扶梯是必不可少的運(yùn)輸工具，作為一種運(yùn)送旅客的交通工具，不僅成功地縮 小了目標(biāo)間的距離，而且使超短途(如樓層、月臺(tái)間等)的大流量人員運(yùn)輸成為可能。因此， 經(jīng)濟(jì)學(xué)家說(shuō)“自動(dòng)扶梯的出現(xiàn)使人們有了逛大型商場(chǎng)的欲望”。交通學(xué)家說(shuō)“是自動(dòng)扶梯 和自動(dòng)人行道的應(yīng)用使我們可以把車(chē)站、機(jī)場(chǎng)建的盡可能大”。自動(dòng)扶梯的應(yīng)用已經(jīng)改變了 我們的生活，并已經(jīng)成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的一個(gè)重要標(biāo)志。但與此同時(shí)扶梯的高能耗也極大 增加了終端客戶(hù)的運(yùn)營(yíng)成本，在能源日益緊張的今天給整個(gè)社會(huì)帶來(lái)了不良效應(yīng)。如何合 理利用扶梯，盡量節(jié)省其消耗的電能便成為我們研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。作為扶梯運(yùn)行的核心部件——驅(qū)動(dòng)主機(jī)，目前仍普遍采用異步電機(jī)+蝸輪蝸桿減 速的技術(shù)，其所應(yīng)用的電機(jī)最高效率為80%，平均效率僅為76%，而蝸輪蝸桿減速特點(diǎn)為 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音適中，其僅以一組蝸輪副進(jìn)行大減速比傳動(dòng)來(lái)提升電機(jī)的轉(zhuǎn)矩， 成本也較低，但此類(lèi)技術(shù)有著以下嚴(yán)重不足效率低(國(guó)內(nèi)普遍采用的兩頭蝸輪副的傳動(dòng) 效率僅在62 68%之間)、能耗高、齒面易磨損(降低整機(jī)使用壽命，增加維保量)。兩種 技術(shù)復(fù)合而成的驅(qū)動(dòng)主機(jī)總效率僅為51%左右，既造成能源的巨大浪費(fèi)，又制約了扶梯品 質(zhì)的提升。自動(dòng)扶梯作為城市重要交通設(shè)備之一，還有著運(yùn)轉(zhuǎn)率極高(統(tǒng)計(jì)表明自動(dòng)扶梯每 天運(yùn)行平均達(dá)10 16小時(shí))、運(yùn)行過(guò)程空載率較高的特征(空載時(shí)驅(qū)動(dòng)主機(jī)電機(jī)的電流與 負(fù)載時(shí)相差不大)，為了降低扶梯的能耗，部分廠(chǎng)商采用了加裝變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)， 此類(lèi)應(yīng)用的確實(shí)現(xiàn)了扶梯節(jié)能的目的，但絕大部分都利用了制動(dòng)電阻將位勢(shì)負(fù)載反饋回來(lái) 的能量以熱能的形式消耗掉，節(jié)能效果有限，不能從根本上解決扶梯節(jié)能的問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)常規(guī)自動(dòng)扶梯由于技術(shù)和資金的原因，大多采用電源供電，直接啟動(dòng)的 工作方式，總結(jié)起來(lái)普通自動(dòng)扶梯存在以下不足1)耗能大由于采用直接啟動(dòng)的方式，普通自動(dòng)扶梯一般每天運(yùn)轉(zhuǎn)10多個(gè)小時(shí)， 不管有無(wú)乘客搭乘.始終保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)，耗費(fèi)大量電能，尤其是一些地鐵、機(jī)場(chǎng)和中大型商 場(chǎng)周期性很明顯。2)機(jī)械磨損大、使用壽命短由于以恒定速度每天運(yùn)轉(zhuǎn)10多個(gè)小時(shí)，使扶梯部件 產(chǎn)生不必要的磨損及疲勞損傷，如扶手帶、梳齒板、梯級(jí)、電機(jī)和減速箱等部件磨損嚴(yán)重。一 般這種自動(dòng)扶梯壽命在10年左右，超過(guò)此年限后主要部件磨損相當(dāng)嚴(yán)重，需要更換才能使 用。3)故障率較高、導(dǎo)致使用成本高由于普通自動(dòng)扶梯始終保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使大量 易損件更換次數(shù)頻繁，需要大量經(jīng)費(fèi)；磨損加大且發(fā)熱量高，也導(dǎo)致自動(dòng)扶梯故障率增加，進(jìn)一步造成用戶(hù)使用成本上升，同時(shí)也增加扶梯的維修量而影響正常使用。本發(fā)明正是為了解決現(xiàn)有普通自動(dòng)扶梯存在的耗能大、機(jī)械磨損大、使用壽命較 短、故障率較高等技術(shù)缺陷，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)扶梯結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析、現(xiàn)有節(jié)能方式的分析和 總結(jié)，提出了 “永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)”這一發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)，達(dá)到有效解決傳統(tǒng) 自動(dòng)扶梯耗能大、機(jī)械磨損大、使用壽命短、故障率較高、使用成本高等缺點(diǎn)。本發(fā)明的具體內(nèi)容一種永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于1)其永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制整流裝置電路其供電主回路為三相電源的各相(Ua、Ub、Uc)分別依次經(jīng)過(guò)電感(La、Lb、Lc) 和電阻(Ra、Rb、Re)后連接兩組星形連接的脈沖寬度調(diào)制控制器(PWM1H、PWM2H、PWM3H ； PWM1L、PWM2L、PWM3L)每組脈沖寬度調(diào)制控制器的中心點(diǎn)分別為正電極和負(fù)電極的輸出端， 正電極輸出端和負(fù)電極輸出端之間跨接電容(Co)；其控制電路為分別從三相電源的各相(Ua、Ub、Uc)采樣取出三相電源的各相電 壓(Ua、Ub、Uc)信號(hào)和電流(ia、ib、ic)信號(hào)，各相電壓(Ua、Ub、Uc)信號(hào)和電流(ia、ib、 ic)信號(hào)經(jīng)整形與隔離電路連接微處理器；分別從正電極輸出端和負(fù)電極輸出端之間采樣 出輸出電壓(Udc)，輸出電壓(Udc)經(jīng)采樣隔離電路連接微處理器；微處理器的三相脈沖 寬度調(diào)制PWM輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)器與隔離器分別連接每個(gè)脈沖寬度調(diào)制控制器(PWM1H、PWM2H、 P麗3H ；PWM1L、PWM2L、P麗3L)；微處理器連接故障保護(hù)電路、鍵盤(pán)及顯示電路和通信接口電 路。2)采用永磁同步自動(dòng)扶梯逆變裝置的控制方式利用模糊直接轉(zhuǎn)矩控制，由電壓 型PWM整流裝置連接的三相電機(jī)，三相電流值經(jīng)傳感器直接采集而來(lái)，三相電壓值由采集 的直流母線(xiàn)電壓和開(kāi)關(guān)狀態(tài)表查表計(jì)算得到，再分別經(jīng)坐標(biāo)變換得到兩相電壓和兩相電流 值，然后采用U-I模型觀(guān)測(cè)出定子磁鏈，進(jìn)一步得到電磁轉(zhuǎn)矩值；其模糊直接轉(zhuǎn)矩控制的交 流永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)即是基于DSMV技術(shù)的交流永磁同步電機(jī)模糊直接 轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)三相電流值經(jīng)傳感器直接采集而來(lái)，三相電壓值由采集的直流母線(xiàn)電壓和開(kāi)關(guān)狀 態(tài)表查表計(jì)算得到，再分別經(jīng)坐標(biāo)變換得到兩相電壓和兩相電流值，然后采用U-I模型觀(guān) 測(cè)出定子磁鏈，進(jìn)一步得到電磁轉(zhuǎn)矩值；計(jì)算公式如下定子磁鏈觀(guān)測(cè)公式為Φ 3 = / (Uqs-R1Iqs)Clt(32)Φ 3 = / (Uds-R1Ijdt(33)電磁轉(zhuǎn)矩的觀(guān)測(cè)公式為T(mén)e = p(iq^ds-id^qs)(34)式中φ 3分別為d、q坐標(biāo)系中定子磁鏈的分量；Uds、U(ls分別為d、q坐標(biāo)系中定子電壓分量；ids、iqs分別為d、q坐標(biāo)系中定子電流分量；
Te為電磁轉(zhuǎn)矩；R1為定子電阻；ρ為電機(jī)極對(duì)數(shù)；得到定子磁鏈觀(guān)測(cè)值和電磁轉(zhuǎn)矩的觀(guān)測(cè)值后，分別用他們的參考值減去這兩個(gè)觀(guān)測(cè)值得到兩個(gè)誤差值ΕΤε，Evs，然后再用d、q坐標(biāo)系中的磁鏈分量得到磁通的空間位置角 θ，這三個(gè)量作為下一步模糊控制器的輸入量，經(jīng)模糊控制器輸出逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，最終 來(lái)控制電機(jī)，從而構(gòu)成閉環(huán)控制；1)電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)原理三相電壓型逆變器各對(duì)橋臂的狀態(tài)可用1或0表示1表示上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān) 斷；0表示下橋臂導(dǎo)通，上橋臂關(guān)斷；則三相逆變器的開(kāi)關(guān)模式共有八種，即000，100，110， 010,011,001,101,111 ；在100狀態(tài)下，逆變器輸出的三相電壓用空間矢量表示時(shí)，其值為 式中:Udc/2為相對(duì)于逆變器中點(diǎn)的相電壓；同樣可求出其他各個(gè)狀態(tài)下的電壓空間矢量，八種狀態(tài)下的電壓空間矢量分別
U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7, U8 ；Sn(η = 1,2,3,4,5,6)為磁鏈角的空間位置區(qū)域，U7和U8為零矢量，其余六個(gè)電壓 矢量，長(zhǎng)度相等，空間位置互差60° ；在采用空間矢量調(diào)制時(shí)，每個(gè)扇區(qū)以電壓空間矢量為邊界，在每個(gè)扇區(qū)內(nèi)任意一 個(gè)電壓矢量均可以由兩個(gè)有效電壓矢量和一個(gè)零矢量合成；如在第一扇區(qū)中為一合成電壓空間矢量它與基本電壓空間矢量U1的夾角θ可以 是介于0°和60°之間的任意角；Vt1^2為每一個(gè)采樣周期分成的三個(gè)時(shí)間段，各個(gè)時(shí)間 段所作用的基本電壓空間矢量為u7、U1, U2，則Us這個(gè)電壓空間矢量可以由這三個(gè)基本空間 電壓矢量來(lái)合成，它們滿(mǎn)足式(35)UsT = Uoto+Uiti+^t；,(36)其中T= t0+t1+t2T為系統(tǒng)的采樣時(shí)間；t0、t1、t2分別為u7、u1、u2作用的時(shí)間；因?yàn)閁7 = 0，所以 由三角關(guān)系式可得出 式中Us為電壓矢量長(zhǎng)度U1為矢量U1的長(zhǎng)度，叫=I^Zdc由此可以得出Ul、U2作用的時(shí)間 由以上兩式在扇區(qū)內(nèi)就可以合成所需長(zhǎng)度和角度的電壓空間矢量；由這個(gè)原理可 以在一個(gè)采樣周期內(nèi)在每個(gè)扇區(qū)內(nèi)調(diào)制出更多的等效電壓矢量用于逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)表的 選擇；2)在模糊直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中運(yùn)用空間矢量調(diào)制技術(shù)利用模糊控制技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的開(kāi)關(guān)狀態(tài)表進(jìn)行優(yōu)化，提高系統(tǒng)在起動(dòng) 和給定轉(zhuǎn)矩躍變時(shí)的響應(yīng)速度；但由于數(shù)字系統(tǒng)的采樣和數(shù)值運(yùn)算所造成的時(shí)間延遲，穩(wěn) 態(tài)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)會(huì)大大超過(guò)各自的容差，從而影響對(duì)速度的控制精度；在一個(gè)采樣周 期中，影響轉(zhuǎn)矩和磁鏈變化量的因素為采樣周期T和空間電壓矢量、的幅值和方向；減小 采樣周期和提高處理器的運(yùn)算速度可以減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈的脈動(dòng)；改變電壓空間矢量幅值和 方向也可獲得同樣的效果，但傳統(tǒng)的電壓型逆變器輸出的電壓空間矢量只有八個(gè)，可選性 太小，受電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)啟發(fā)，在不增加系統(tǒng)采樣頻率的情況下，可以在每個(gè)扇區(qū)調(diào) 制出不同幅值和幅角的等效電壓矢量，利用式(37)和(38)時(shí)間計(jì)算即可求得在同一采樣 周期內(nèi)，相應(yīng)基本電壓空間矢量各自的作用時(shí)間，這樣就可求得所需的合成電壓空間矢量， 從而大大增加了可選的電壓空間矢量的數(shù)量，這恰好滿(mǎn)足模糊控制的需要；針對(duì)模糊控制 器輸入的模糊控制量的情況，來(lái)選擇合適的電壓空間矢量，從而實(shí)現(xiàn)在每個(gè)采樣周期內(nèi)對(duì) 轉(zhuǎn)矩和磁鏈的變化量的控制；這就可以在不提高系統(tǒng)采樣頻率的情況下明顯減小轉(zhuǎn)矩和磁 鏈脈動(dòng)的幅度；在合成電壓空間矢量數(shù)量的選取上，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速來(lái)合理配置，從而使轉(zhuǎn) 矩和電流脈動(dòng)變小，但電壓矢量過(guò)多會(huì)增加開(kāi)關(guān)表的復(fù)雜性；為此，本系統(tǒng)采用了一種利用模糊邏輯控制器從大量的離散空間電壓矢量中來(lái)選 擇最合適的電壓矢量的算法，該算法同時(shí)將模糊控制技術(shù)，離散空間矢量調(diào)制DVSM技術(shù)與 傳統(tǒng)DTC算法相結(jié)合；3)離散空間矢量調(diào)制D(SMV)技術(shù)傳統(tǒng)的DTC —個(gè)采樣周期只輸出一個(gè)電壓矢量，若把一個(gè)采樣周期分為多個(gè)時(shí)間 段，每時(shí)間段輸出不同的電壓矢量，從而可以合成許多新的電壓矢量；電壓矢量越多，轉(zhuǎn)矩 和電流脈動(dòng)越小，然而電壓矢量增多需要定義非常復(fù)雜的開(kāi)關(guān)表；一個(gè)好的方案應(yīng)該在脈 動(dòng)補(bǔ)償和復(fù)雜的電壓選擇策略之間折中；將一采樣周期分為三個(gè)時(shí)間段導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩和電流波 動(dòng)的明顯減小，且不需要太復(fù)雜的開(kāi)關(guān)表；三時(shí)間段離散電壓調(diào)制可合成的電壓矢量共37 個(gè)，其中非零電壓矢量共36個(gè) G)，零矢量1個(gè)(f);如圖所示；每個(gè)合成的空間電壓 矢量由三個(gè)基本電壓矢量合成；同傳統(tǒng)的DTC算法一樣，把qd坐標(biāo)平面分成6個(gè)扇區(qū)；假設(shè) 定子磁鏈處于扇區(qū)1內(nèi)，有5個(gè)基本電壓矢量供選擇以補(bǔ)償磁鏈和轉(zhuǎn)矩的誤差，這樣可得到 19個(gè)合成的電壓矢量，每個(gè)交點(diǎn)表示一個(gè)合成電壓矢量的終點(diǎn)；例如“223”表示由基本空 間電壓矢量i、"^和f合成，“ 322 ”表示由f和兩個(gè)零矢量合成，每個(gè)基本電壓空間矢量 占用三分之一的控制輸出周期時(shí)間；由于同一電壓矢量在低速和高速時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩變化的影響 是不同的；因此，在不同的速度范圍使用不同的電壓矢量；另外，在同一個(gè)扇區(qū)，在高速時(shí)， 不同的扇區(qū)位置使用的電壓矢量也是不同的；因此在下圖把第1扇區(qū)分成1+和1-兩個(gè)部 分；表3合成的空間電壓矢量與基本電壓矢量的對(duì)應(yīng)表
另外該算法中，在選擇電壓矢量時(shí)考慮了轉(zhuǎn)速的因素，因此要轉(zhuǎn)速進(jìn)行分區(qū) n<| 。時(shí)，表示轉(zhuǎn)子在低速范圍；當(dāng)i 。Sn<| 。時(shí)，表示轉(zhuǎn)子在中速范圍；當(dāng)時(shí)，
表示轉(zhuǎn)子在高速范圍(其中n表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，n0表示同步轉(zhuǎn)速)4)基于離散空間矢量調(diào)制技術(shù)的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制算法的基本原理基于離散空間矢量調(diào)制技術(shù)中最主要的工作就是設(shè)計(jì)一個(gè)模糊邏輯控制器，它的 作用就是根據(jù)定子磁鏈偏差、轉(zhuǎn)矩偏差、轉(zhuǎn)速以及定子磁鏈在空間中的位置，在37個(gè)合成 的空間電壓矢量中選擇一最佳電壓矢量；其中定子磁鏈偏差、轉(zhuǎn)矩偏差、轉(zhuǎn)速以及定子磁鏈 在空間中的位置用磁鏈角表示，(1)模糊子集的選取該模糊邏輯控制器有4個(gè)模糊輸入變量和1個(gè)輸出控制量；第一個(gè)輸入變量為磁鏈偏差(&=；1-；11,)，對(duì)￡ A進(jìn)行模糊化，則變?yōu)槟：斎胱?br> 量Ea，它包含兩個(gè)模糊子集{N、P}，其隸屬函數(shù)；第二個(gè)輸入變量為轉(zhuǎn)矩偏差=7；-7；)，對(duì)e T進(jìn)行模糊化，變?yōu)槟：斎胱兞?Et，它包含五個(gè)模糊子集{NL、NS、Z、PS、PL}，其隸屬函數(shù)；第三個(gè)輸入變量為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，(這里僅僅考慮一個(gè)轉(zhuǎn)速方向，比如逆時(shí)針?lè)较? 先把n轉(zhuǎn)化成角速度再除以電機(jī)的同步角速度《b，即(它是一個(gè)標(biāo)么值)，對(duì) r/ b進(jìn)行模糊化，變?yōu)槟：斎胱兞浚齻€(gè)模糊子集{Z、Ps、PL}，其隸屬函數(shù)；第四個(gè)模糊輸入變量為定子磁鏈角es(A=arctant)，它被均分成為角度為
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30°的12個(gè)區(qū)間，即 即e s的論域?yàn)閧e i，e 2，…，e 12}；其隸屬函數(shù)；該模糊邏輯控制器唯一的輸出控制量為37個(gè)合成的空間電壓矢量；即它是一個(gè) 離散清晰的數(shù)字量輸出，可用獨(dú)點(diǎn)模糊集n表示，其論域?yàn)閧0，1，2…，36}；(2)模糊控制規(guī)則的建立建立模糊控制規(guī)則時(shí)，應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)速的因素，特別在高速區(qū)，因此通常在高速區(qū)制 定規(guī)則來(lái)選擇電壓矢量時(shí)，定義兩個(gè)開(kāi)關(guān)表對(duì)應(yīng)與每個(gè)扇區(qū)的兩個(gè)半?yún)^(qū)，如圖9中的1+和 1-兩個(gè)半?yún)^(qū)，這樣做是為了充分利用電壓矢量；假定定子磁鏈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)且處于第1扇區(qū)， 若 ET 為 PS 時(shí)，4 個(gè)矢量(“333”、“332”、“223”、“222，，)可供選擇，“333”、“332” 使磁鏈減小，“223”、“222”使磁鏈增加；若減小磁鏈，在1+區(qū)時(shí)優(yōu)選“333”，在1-區(qū)時(shí)優(yōu)選“332”;但 是在中低速區(qū)，由于所選擇的電壓矢量數(shù)目不多，所以不這樣選擇；其它扇區(qū)的規(guī)則用類(lèi)似 方法制定；該模糊邏輯控制器的控制規(guī)則可由Ea，Et，Eu，e s和n描述，共360條規(guī)則，如算 法開(kāi)關(guān)表所示；其中第i條規(guī)則表示為Rj :if Ea is Ai，ET is Bj, is Cj and 0 s is Dj, then n is 隊(duì)其中★，By Q，Di和隊(duì)表示各個(gè)模糊子集；算法開(kāi)關(guān)表表4定子磁鏈在扇區(qū)1時(shí)開(kāi)關(guān)表 表5定子磁鏈在扇區(qū)2時(shí)開(kāi)關(guān)表 表6定子磁鏈在扇區(qū)3時(shí)開(kāi)關(guān)表 表7定子磁鏈在扇區(qū)4時(shí)開(kāi)關(guān)表 表9定子磁鏈在扇區(qū)6時(shí)開(kāi)關(guān)表 (3)模糊推理及模糊決策本項(xiàng)目模糊推理采用了 Mamdani操作算子；則，第i條控制規(guī)則的輸出采用最小化 原則
(40)其中ii A，ii B，ii e，ii D和ii N分別為各個(gè)模糊變量EA，ET，Eu，e s典y N的隸屬函 數(shù)；360條規(guī)則得到了 360個(gè)輸出，再經(jīng)過(guò)最大化原則得到第i條規(guī)則最終的輸出變量 隸屬度函數(shù) 這里所得到的輸出量仍是一個(gè)模糊集，需要進(jìn)行解模糊化；本項(xiàng)目采取“重心法” 來(lái)去模糊化，得到精確的控制變量輸出；由此，就可以得到所期望的合成空間電壓矢量；綜上所述，根據(jù)定子磁鏈偏差、轉(zhuǎn)矩偏差、轉(zhuǎn)速以及定子磁鏈在空間中的位置(用 磁鏈角表示)，運(yùn)用模糊邏輯控制器在37個(gè)合成的空間電壓矢量中選擇一個(gè)最佳電壓矢 量；再結(jié)合DSMV技術(shù)得到逆變器的三相控制信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控 制；整個(gè)算法基本結(jié)構(gòu)是基于DSMV技術(shù)的交流永磁同步電機(jī)模糊直接轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)；5) 一種新型死區(qū)補(bǔ)償算法在PWM逆變器中加入死區(qū)時(shí)間通常是為了避免直流源的短路；盡管死區(qū)時(shí)間是很 短的時(shí)間，它也會(huì)對(duì)逆變器的輸出電壓有很大的影響，比如波形的擾動(dòng)、壓降、轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)、 甚至?xí)箍刂菩Ч麌?yán)重退化；為了改善逆變裝置的輸出，本課題使用了一種新型的基于最 小電壓損耗的在線(xiàn)延時(shí)補(bǔ)償算法；該算法可以省掉開(kāi)關(guān)器件沒(méi)有必要的開(kāi)通和關(guān)斷，而且 該算法不需要任何額外的硬件電路和離線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量；帶一階低通濾波器的死區(qū)補(bǔ)償電壓的數(shù)學(xué)模型可表示為式(42)，該補(bǔ)償算法； 其中、‘Ot-1)分別為當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的輸出；Ts為采樣周期；3為濾波器的截至頻率；其中采用一種新型的“自動(dòng)重新啟動(dòng)”的運(yùn)行模式
1)正常運(yùn)行和備用運(yùn)行二種運(yùn)行模式；(1)運(yùn)行模式在運(yùn)行模式下，可根據(jù)客流情況，自動(dòng)變換調(diào)整運(yùn)行模式，達(dá)到節(jié)能和減少磨損的 效果；運(yùn)行方式如下停止模式由慢反射傳感器檢測(cè)到有乘客進(jìn)入時(shí)，使扶梯慢速啟動(dòng)，對(duì)射傳感器檢 測(cè)到有乘客進(jìn)入時(shí)，扶梯以正常額定值，快速完成運(yùn)客功能；慢速模式處于運(yùn)行狀態(tài)后或反向進(jìn)入后的工作模式，一般運(yùn)行狀態(tài)后，要經(jīng)過(guò)一 段可以設(shè)定的時(shí)間，進(jìn)入慢速，然后在經(jīng)過(guò)一段可以設(shè)定的時(shí)間進(jìn)入停梯，這兩個(gè)階段均是 通過(guò)無(wú)級(jí)等待速度過(guò)渡技術(shù)實(shí)現(xiàn)；該運(yùn)行模式可起到減少電梯運(yùn)行切換的次數(shù)和在反向進(jìn) 入時(shí)提示不能進(jìn)入的作用；無(wú)級(jí)等待速度過(guò)渡運(yùn)行曲線(xiàn)；其中為快速運(yùn)行至慢速運(yùn)行所設(shè)定的時(shí)間；設(shè)定的時(shí)間可由用戶(hù)自行設(shè)定；t2 為慢速等待時(shí)間；t2為慢速等待時(shí)間可由用戶(hù)自行設(shè)定，t3為慢速至停梯所用時(shí)間，t3為慢 速至停梯所用時(shí)間可由用戶(hù)自行設(shè)定；該運(yùn)行方式可以減小傳統(tǒng)雙速停車(chē)對(duì)機(jī)械部分的沖 擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的損耗，針對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)客流量及啟動(dòng)頻率的大小， 用戶(hù)對(duì)ti-t3合理調(diào)節(jié)，可以顯著的達(dá)到節(jié)能效果；正常運(yùn)行模式當(dāng)扶梯延時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間；其扶梯延時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間可根據(jù)需要 設(shè)定；，兩端傳感器一直沒(méi)有探測(cè)到有乘客進(jìn)入，則扶梯自動(dòng)平穩(wěn)地降速閑置運(yùn)行；其扶梯自動(dòng)平穩(wěn)地降速速度可根據(jù)需要設(shè)定)，一進(jìn)入停梯狀態(tài)；反向進(jìn)入模式在停梯狀態(tài)時(shí)，傳感器檢測(cè)到反向行人，正常慢速啟動(dòng)提示行人；如>當(dāng)位于扶梯兩端的傳感器檢測(cè)到有乘客進(jìn)入時(shí)，扶梯自動(dòng)平穩(wěn)地將速度提高到 正常額定值0. 5米/秒，快速完成運(yùn)客功能；在此期間如果有乘客陸續(xù)進(jìn)入，則自動(dòng)復(fù)位計(jì) 時(shí)延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，以保證將所有的乘客運(yùn)達(dá)；>當(dāng)扶梯延時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間，其扶梯延時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間可根據(jù)需要設(shè)定為30-180 秒，兩端傳感器一直沒(méi)有探測(cè)到有乘客進(jìn)入，則自動(dòng)平穩(wěn)地降速閑置運(yùn)行，速度可根據(jù)需要 設(shè)定在0. 05-0. 25米/秒；>如果扶梯閑置時(shí)間達(dá)到了 5分鐘之久，則可停止運(yùn)行進(jìn)入待客狀態(tài)，如有乘客進(jìn) 入，則自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，這樣可達(dá)到最佳的節(jié)能運(yùn)行方式；此功能可通過(guò)微處理器板上的開(kāi)關(guān) 選定；(2)備用模式可以通過(guò)切換開(kāi)關(guān)選擇備用工作方式，即單速運(yùn)行方式；此功能可作為應(yīng)急使用， 當(dāng)控制器，或傳感器出現(xiàn)故障，或客流量短期增加需要連續(xù)快速運(yùn)行時(shí)可保證運(yùn)客功能。本永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)，具體的控制器結(jié)構(gòu)由邏輯控制單元分別連 接運(yùn)行模式選擇模塊、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)模塊、故障診斷及維修單元模塊、上平臺(tái)漫反射傳 感器、上平臺(tái)對(duì)射傳感器、下平臺(tái)漫反射傳感器、下平臺(tái)對(duì)射傳感器、上平臺(tái)運(yùn)行標(biāo)志模塊、 下平臺(tái)運(yùn)行標(biāo)志模塊及變頻裝置接口單元模塊；變頻裝置接口單元模塊分別連接整流控制 單元和逆變控制單元；整流控制單元連接整流單元，整流單元連接電壓型PWM整流裝置；、 逆變控制單元連接逆變電源，逆變電源連接逆變電壓型PWM整流裝置。本發(fā)明的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)
1
本永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)最大特點(diǎn)即是它的節(jié)能效果。通過(guò)采用實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)、實(shí)時(shí)控制技術(shù)、無(wú)級(jí)等待速度過(guò)渡技術(shù)和現(xiàn)代的電機(jī)控 制算法，使自動(dòng)扶梯能平均節(jié)約能源40%以上。圖17是自動(dòng)扶梯節(jié)能控制的最佳控制方案及其邏輯分析圖，為了更好的節(jié)能，本 項(xiàng)目采用兩級(jí)確認(rèn)方案。經(jīng)實(shí)測(cè)比較，采用扶梯變頻節(jié)能控制器的自動(dòng)扶梯平均能耗為單速運(yùn)行時(shí)的 50%。另外，由于運(yùn)行的減少和速度的平穩(wěn)變化，同時(shí)也降低了機(jī)械磨損，延長(zhǎng)了零配件 和整機(jī)的使用壽命。


圖1三相PWM整流裝置主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2坐標(biāo)系與各矢量關(guān)系3基于虛擬磁鏈的三相PWM整流裝置直接功率控制系統(tǒng)原理3. 1永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制整流裝置電路4電壓矢量與扇區(qū)關(guān)系示意5模糊直接轉(zhuǎn)矩控制原理結(jié)構(gòu)6電壓空間矢量7電壓空間矢量合成原理8三時(shí)間段DSVM獲得的37個(gè)合成空間電壓矢量9三時(shí)間段DSMV在第1扇區(qū)的合成空間電壓矢量10磁鏈偏差Ea的隸屬函數(shù)11轉(zhuǎn)矩偏差&的隸屬函數(shù)12轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、的隸屬函數(shù)13定子磁鏈角e s的隸屬函數(shù)14基于DSMV技術(shù)的交流永磁同步電機(jī)模糊直接轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)15死區(qū)補(bǔ)償算法結(jié)構(gòu)框16無(wú)級(jí)等待速度過(guò)渡運(yùn)行曲線(xiàn)17控制方案及其邏輯分析18扶梯變頻節(jié)能控制器控制板結(jié)構(gòu)框19自動(dòng)扶梯傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)20電網(wǎng)側(cè)電壓電流曲線(xiàn)21電網(wǎng)側(cè)電流有效值曲線(xiàn)22電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)曲線(xiàn)23電網(wǎng)側(cè)總諧波畸變率(THD)曲線(xiàn)圖24負(fù)載轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)25發(fā)電時(shí)網(wǎng)側(cè)電壓電流曲線(xiàn)26網(wǎng)側(cè)電流有效值曲線(xiàn)27網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)曲線(xiàn)圖
圖28網(wǎng)側(cè)功率曲線(xiàn)29網(wǎng)側(cè)THD曲線(xiàn)30發(fā)電時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)圖
具體實(shí)施例方式一、永磁同步自動(dòng)扶梯整流裝置的控制策略的研究與實(shí)現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，由于電壓型PWM整流裝置具有諧波含量小、輸出電壓平直、功 率因數(shù)可調(diào)、且可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)的特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了 “綠色電能變換”，因此，廣泛應(yīng) 用于靜止無(wú)功補(bǔ)償、有源電力濾波、電氣傳動(dòng)、新型UPS等方面。直接功率控制DPC(Direct Power Control)與常規(guī)的電壓定向控制VOC(Voltage-Oriented-Control)是PWM常用的控 制技術(shù)。以空間矢量為基礎(chǔ)，建立基于虛擬磁鏈的直接功率控制系統(tǒng)，對(duì)于優(yōu)化三相PWM整 流裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減小裝置體積、節(jié)約成本、實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路的隔離、抑制整流 裝置對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾、改善功率因數(shù)、提高可靠性等具有重要意義。本發(fā)明通過(guò)對(duì)自動(dòng)扶梯的運(yùn)行特點(diǎn)、PWM整流裝置在a - 0、d_q兩相坐標(biāo)系中的 數(shù)學(xué)模型和PWM整流裝置DPC策略的詳細(xì)分析和研究，采用虛擬磁鏈來(lái)估計(jì)瞬時(shí)無(wú)功與有 功功率的新型DPC控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扶梯的能量回饋單元。實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁鏈信號(hào)干擾的良 好抑制，實(shí)現(xiàn)了有功功率和無(wú)功功率的合理調(diào)節(jié)。使自動(dòng)扶梯傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的動(dòng)、靜態(tài) 性能，實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用中驗(yàn)證了該控制策略的可行性。本永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)如圖3. 1所示的永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制整流裝置電路其供電主回路為三相電源的各相(Ua、Ub、Uc)分別依次經(jīng)過(guò)電感(La、Lb、Lc)和 電阻(Ra、Rb、Rc)和電阻(R)后連接兩組星形連接的脈沖寬度調(diào)制控制器(PWM1H、PWM2H、 PWM3H ；PWM1L、PWM2L、PWM3L)每組脈沖寬度調(diào)制控制器的中心點(diǎn)分別為正電極和負(fù)電極的 輸出端，正電極輸出端和負(fù)電極輸出端分別從之間跨接電容(Co)；其控制電路為分別從三相電源的各相(Ua、Ub、Uc)采樣取出三相電源的各相電 壓(Ua、Ub、Uc)信號(hào)和電流(ia、ib、ic)信號(hào)，各相電壓(Ua、Ub、Uc)信號(hào)和電流(ia、ib、 ic)信號(hào)經(jīng)整形與隔離電路連接微處理器；分別從正電極輸出端和負(fù)電極輸出端之間采樣 出輸出電壓(Udc)，輸出電壓(Udc)經(jīng)隔離電路連接微處理器；微處理器的三相脈沖寬度調(diào) 制PWM輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)器與隔離器分別連接每個(gè)脈沖寬度調(diào)制控制器(PWM1H、PWM2H、PWM3H ； PWM1L、PWM2L、PWM3L)；微處理器連接故障保護(hù)電路、鍵盤(pán)及顯示電路和通信接口電路。1)控制原理如下三相PWM整流裝置主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，為了分析方便，定義單極性邏輯函數(shù)Sk 為 其中1表示整流裝置的上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷；0表示整流裝置的上橋臂關(guān)斷， 下橋臂導(dǎo)通。以此為基礎(chǔ)，利用基爾霍夫電壓和電流定律建立三相PWM整流裝置數(shù)學(xué)模型為
式中ea、eb、e。為三相對(duì)稱(chēng)穩(wěn)態(tài)正弦波電動(dòng)勢(shì)；ia、ib、i。為三相相電流；ud。為直流 電壓；L為網(wǎng)側(cè)濾波電抗器等效電感；R為橋路電阻；C為直流側(cè)電容氓為直流側(cè)負(fù)載。2)功率控制的基本理論設(shè)整流裝置三相電路各相電源電壓和電流的瞬時(shí)值分別為ua、ub、uc和ia、ib、ic0 為了便于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)3/2變換將三相靜止坐標(biāo)系(a，b，c)變換成兩相靜止坐標(biāo) 系(a，日)和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d，q)。ua、ub、uc;和、、、、込變換為1^、110和ia、ie與ud、 U(^nid、iq。3個(gè)坐標(biāo)系的關(guān)系如圖2所示，其中a軸與a軸重合，3軸超前a軸90°， 取d軸與電源電壓矢量E方向重合，q軸超前d軸90°。所以d軸分量表示有功分量，q軸 分量表示無(wú)功分量。初始條件下，d軸與a軸重合，(d，q)坐標(biāo)系與E—起以角速度《沿 逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。虛擬磁鏈概念是由電壓型PWM逆變調(diào)速系統(tǒng)中交流永磁同步電機(jī)在定子側(cè)可 以等效成交流反電動(dòng)勢(shì)、定子漏電感和定子電阻所提出的。此時(shí)整流裝置網(wǎng)側(cè)可以等效 為一個(gè)虛擬電機(jī)，三相電源電壓可以認(rèn)為是由虛擬磁鏈感應(yīng)出來(lái)的。令&為線(xiàn)電壓合成
矢量，且與由Ua、ub、u。合成的矢量為同一矢量，;^為虛擬磁鏈合成矢量，二者之間滿(mǎn)足
LL = \bLdt。^^滯后于三相電壓合成矢量隊(duì)的角度為n/2;&為整流裝置橋臂輸入電
壓合成矢量，對(duì)時(shí)間的積分就是…；^為等效電感和電阻上電壓合成矢量，對(duì)應(yīng)積分值為
'￥l, 為線(xiàn)電流合成矢量。各電壓和磁鏈?zhǔn)噶康年P(guān)系如圖2所示。

定義P為三相電路瞬時(shí)有功功率，q為無(wú)功功率，由瞬時(shí)功率理論可知
P = udid+uqiq, q = uaid-udi
⑶
結(jié)合虛擬磁鏈，電壓合成矢量隊(duì)可表示為
d (
j(0t \ _ d i)/ L jot
dt
e + L
1.4；
d i//
dt
d if/
dt
①屮Lq
則⑶式在(d，q)坐標(biāo)系的表達(dá)式為
L
p=-—
dt
d y/
d'
dt
+ (0{y/ Lqiq-^ Lqid)
) 5
c
21 由于d軸與‘重合，因此，= 0，當(dāng)三相電網(wǎng)電壓平衡對(duì)稱(chēng)且正弦化時(shí)， d‘/dt=0,則式(3)可轉(zhuǎn)換為 由此可見(jiàn)，由于為常數(shù)，控制id就能實(shí)現(xiàn)p的控制，增加id時(shí)p也增加；控制 iq就能實(shí)現(xiàn)對(duì)q的控制，增加iq時(shí)q減小。通過(guò)控制id和iq來(lái)控制P和q，這便是VF-DPC 的基本思想。3)基于虛擬磁鏈的三相PWM整流裝置直接功率控制系統(tǒng)基于虛擬磁鏈的三相PWM整流裝置直接功率控制系統(tǒng)原理圖如圖3所示。為了避免旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，采用(a，0 )坐標(biāo)系下的功率估計(jì)，由視在功率Sz^jJ 可得 若忽略橋路等效電阻R，￥La和為 定義Ap = pref-p, Aq = qref-q。其中pref為有功功率的期望值，qref為無(wú)功功率 的期望值。為了系統(tǒng)運(yùn)行于單位功率因數(shù)，通常將qMf設(shè)為0。Sp = 1表示期望開(kāi)關(guān)動(dòng)作使 P增加，對(duì)應(yīng)Ap > 0，反之Sp = 0對(duì)應(yīng)Ap<0。同樣Sq= 1表示Aq>0，Sq = 0表示 Aq < 0。由圖3可看出，將檢測(cè)到的瞬時(shí)電流ia、ib、i。和直流電壓ud。經(jīng)計(jì)算得到瞬時(shí)有功 功率P和無(wú)功功率q，然后與各自的功率給定值進(jìn)行比較后，送入滯環(huán)比較器輸出開(kāi)關(guān)信號(hào) Sp、Sq ；同時(shí)由ua、ub、u。計(jì)算此時(shí)網(wǎng)側(cè)電壓矢量所在扇區(qū)，并得到扇區(qū)選擇信號(hào)en，根據(jù)Sp、 民和e 在開(kāi)關(guān)表中選擇所需的sa,b,。去控制開(kāi)關(guān)管的動(dòng)作。將電壓空間分為12個(gè)扇區(qū)，n是電源電壓矢量E所在扇區(qū)號(hào)，n = 1，2…12，0 由 公式(n-2)Ji/6彡(n-l) ji/6確定。扇區(qū)號(hào)n與8個(gè)電壓矢量Vk(k = 0，…，7)對(duì) 應(yīng)的位置關(guān)系如圖4所示。其中Sa,b,。= 000和111對(duì)應(yīng)矢量％和V7，Sa,b,。= 100對(duì)應(yīng) Vi，Sa,b,c = 110 對(duì)應(yīng) V2，Sa,b,c = 010 對(duì)應(yīng) V3，Sa,b,c = Oil 對(duì)應(yīng) V4，Sa,b,c = 001 對(duì)應(yīng) V5，Sa, b,c= 101 對(duì)應(yīng) V5。以電源電壓矢量在第一扇區(qū)為例，理想電流矢量L和實(shí)際電流矢量I的位置如圖 4所示，此時(shí)I相位落后于L且模值小于因此需要增大p減小q。用矢量方程描述整流 裝置，并忽略R的影響可得I = I0 + U(E-Ur)dt(U)其中、為電流矢量初始值。為使I趨近由式(11)可得實(shí)際作用的電壓矢量 應(yīng)選擇％，使I沿著E-w方向趨近此時(shí)對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)函數(shù)SaSbS。= 101。I在其它位置可 進(jìn)行同樣分析。同時(shí)在開(kāi)關(guān)制定的時(shí)候還要考慮避免開(kāi)關(guān)的頻繁動(dòng)作，這就要求在選擇矢 量的時(shí)候要盡量從鄰近的矢量中選擇。最后，由于電流矢量I的模值比電壓矢量Vk(k =1，…，6)的模值小，因此，在上述原則下，當(dāng)&=1時(shí)，不能從控制效果的角度選擇最理想 的電壓矢量，即對(duì)I的調(diào)節(jié)能力會(huì)有所下降，具體來(lái)說(shuō)便是適當(dāng)?shù)匾耄?、^來(lái)增加功率傳 輸能力。得到開(kāi)關(guān)表如表1所示。表1傳統(tǒng)直接功率控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)表 根據(jù)傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)表，對(duì)于p需要增加的情況，若E在奇數(shù)扇區(qū)，q需要增加時(shí)，會(huì)選 擇零矢量；為了改善控制效果，此處可以選擇別的電壓矢量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以E在第一扇區(qū)為 例，若Sp = 1，Sq = 0，則 選擇V6，這樣E- 在E上同時(shí)具有一定長(zhǎng)度的ud和uq，這樣對(duì) 無(wú)功電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時(shí)可避免開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻繁；而當(dāng)Sp = 1，Sq = 1時(shí)，選擇V2。針對(duì)在Vk附近出現(xiàn)無(wú)功電流失控的問(wèn)題，從產(chǎn)生原因來(lái)看，便是選擇矢量的不合 理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)功電流失控存在于偶數(shù)扇區(qū)，是因?yàn)樵谄鏀?shù)扇區(qū)無(wú)功電流調(diào)節(jié)能力的 弱化在此表現(xiàn)了出來(lái)。所以在上述改善開(kāi)關(guān)表的基礎(chǔ)上，當(dāng)E在偶數(shù)扇區(qū)中，^的選擇仍然 與之保持一致，這樣，從在奇數(shù)扇區(qū)開(kāi)始無(wú)功電流的調(diào)節(jié)能力就比較均勻，有功電流的調(diào)節(jié) 能力也得到了加強(qiáng)。按照上面的分析，得到改進(jìn)的直接功率控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)表如表2所示。表2改進(jìn)的直接功率控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)表 4)整流裝置主電路儲(chǔ)能元件參數(shù)選擇在主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交流電源電壓及負(fù)載一定的情況下，主電路設(shè)計(jì)主要是確定 網(wǎng)側(cè)濾波電感值、直流側(cè)電壓和直流側(cè)電容值。(l)PWM整流裝置中的電感L選擇交流電感的主要作用是濾除交流側(cè)PWM諧波電流，當(dāng)在整流裝置穩(wěn)定于單位功率 因數(shù)運(yùn)行時(shí)，瞬時(shí)有功功率決定了交流電流。對(duì)此，需找出功率與電感的關(guān)系。首先，經(jīng)T3s/2,變換，得到整流裝置在dq兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型
式中urd 二 Sd Ud。，urq = Sq Udc ；urd, urq與Sd，Sq分別為整流裝置輸入電壓矢量、幵 關(guān)函數(shù)在d，q軸上的分量ud uq與id，iq為交流電源電壓矢量、與電流矢量在d，q軸上的分 量 根據(jù)式(12)及三相對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)功率計(jì)算
(Um為電源相電 壓幅值)可得以P，Q為變量的功率控制數(shù)學(xué)模型 根據(jù)式(12)，略去了電阻R，考慮到整流裝置穩(wěn)態(tài)運(yùn)行單位功率因數(shù)時(shí)，q = 0，式 (13)可變?yōu)? 根據(jù)式(15)得:L 令生
(t為開(kāi)關(guān)周期，2Hp為有功功率滯環(huán)比較器滯寬)，則有
(19)式中fmasp，fminp, favp分別為對(duì)應(yīng)于有功功率在2Hp范圍內(nèi)的最高、最低及平均開(kāi)關(guān) 頻率.同理，根據(jù)式(15)及
(2Hq為無(wú)功功率滯環(huán)比較器滯寬)可得
(20)式中fmasp，fminp, favp分別為對(duì)應(yīng)于無(wú)功功率在2Hq范圍內(nèi)的最高、最低及平均開(kāi) 關(guān)頻率.由于整流裝置輸入電壓空間矢量同時(shí)對(duì)p和q進(jìn)行調(diào)節(jié)，則開(kāi)關(guān)頻率平均值取favp 和favq的幾何平均值，即 由式(22)可以看出，當(dāng)Um，pref(Udc) HpHq不能太小，以免fav過(guò)高；當(dāng)Um，L及HpHq 及L 一定，fav變高，HpHq就變小，當(dāng)fav —⑴時(shí)，HpHq — 0，則無(wú)動(dòng)態(tài)跟蹤偏差。由于Um，pref, co為定值，可根據(jù)選定的滯環(huán)寬度HpHq及fav確定電感值L。(2)直流側(cè)直流電壓的選擇直流側(cè)直流電壓與交流電壓、電感及負(fù)載有關(guān)，下面從功率角度來(lái)進(jìn)行分析。整流 裝置在A(yíng)B兩相靜止坐標(biāo)系中功率計(jì)算式為 略去R的影響，由式(23)可得
(23)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，
則由式(24)可得等效SAeq， SBeq :
(25)直流電壓的選擇在滿(mǎn)足負(fù)載要求的同時(shí)，必須滿(mǎn)足控制交流側(cè)電流波形的需要，即使交流電流不發(fā)生畸變并可控，在不考慮過(guò)調(diào)時(shí)，等效
，可得 當(dāng)RL≥4ωL時(shí)，Udc,r存在，可由式(26)確定Udc,r(3)直流側(cè)電容的選擇直流電容的主要作用是穩(wěn)定直流電壓和抑制直流側(cè)諧波電壓，同時(shí)在負(fù)載擾動(dòng)時(shí) 可減少直流電壓波動(dòng).對(duì)于電壓型PWM整流裝置，應(yīng)考慮在嚴(yán)重負(fù)載變化時(shí)使直流電壓波 動(dòng)在允許的范圍內(nèi)選擇直流電容器.對(duì)此，研究突加負(fù)載時(shí)直流電壓波動(dòng)與電容之間的關(guān) 系.考慮負(fù)載電流由額定值IM突增到情況，此情況下，為滿(mǎn)足負(fù)載功率的要求，導(dǎo) 致有功功率突增，直流電壓下降。當(dāng)Sd = -2/3時(shí)，由式(13)和式(15)可得有功功率最大 上升速率和直流電壓最大下降速率為 令、為突變開(kāi)始時(shí)刻，則有式(27)的初始條件 根據(jù)初始條件式(27)，由式(28)可得最小值，流電壓Ud。,min及最大直流電壓波動(dòng) 根據(jù)給定的AUd。, ^n 由式(30)可確定出滿(mǎn)足給定AUd。,m的最小電容值為

在實(shí)際工程中，由于負(fù)載電流突增需要一個(gè)暫短的時(shí)間，不能瞬間完成，式(31)所確定出的電容值偏大。二、永磁同步自動(dòng)扶梯逆變裝置的控制方式研究作為一種智能控制方法，模糊控制無(wú)需知道控制對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，而按照人 類(lèi)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)去構(gòu)造控制規(guī)則。從九十年代中后期開(kāi)始，各國(guó)學(xué)者已經(jīng)將模糊邏輯技術(shù)成 功地運(yùn)用于直接轉(zhuǎn)矩控制中。其中簡(jiǎn)單和典型的算法是用模糊邏輯控制器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)DTC 中的轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)控制器，去選擇8個(gè)基本空間電壓矢量，這樣可以得到更優(yōu)化的開(kāi)關(guān) 表，以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)控制，從而進(jìn)一步改善感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn) 態(tài)特性，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。隨著理論和技術(shù)的發(fā)展，目前，已經(jīng)出現(xiàn)了多種改進(jìn)技術(shù)。其中一 種方法是采用空間矢量調(diào)制(SVM)技術(shù)，本發(fā)明將空間矢量調(diào)制技術(shù)引入到模糊直接轉(zhuǎn)矩 控制系統(tǒng)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)自動(dòng)扶梯控制方式相比較，明顯 減少了自動(dòng)扶梯系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的脈動(dòng)，提高了速度控制精度。另外，本發(fā)明還將一 種新型的死區(qū)補(bǔ)償方法應(yīng)用于自動(dòng)扶梯的逆變裝置當(dāng)中，進(jìn)一步減小了系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)， 提高了系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性和舒適度。6)模糊直接轉(zhuǎn)矩控制原理基于模糊直接轉(zhuǎn)矩控制的交流永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的原理如圖所示。三相電 流值經(jīng)傳感器直接采集而來(lái)，三相電壓值由采集的直流母線(xiàn)電壓和開(kāi)關(guān)狀態(tài)表查表計(jì)算得 至IJ，再分別經(jīng)坐標(biāo)變換得到兩相電壓和兩相電流值，然后采用U-I模型觀(guān)測(cè)出定子磁鏈，進(jìn) 一步得到電磁轉(zhuǎn)矩值。計(jì)算公式如下定子磁鏈觀(guān)測(cè)公式為Φ 3 = / (Uqs-R1Iqs)Clt(32)Φ 3 = / (Uds-R1Ijdt(33)電磁轉(zhuǎn)矩的觀(guān)測(cè)公式為T(mén)e = p(iq^ds-id^qs)(34)式中φ 3分別為d、q坐標(biāo)系中定子磁鏈的分量；Uds、U(ls分別為d、q坐標(biāo)系中定子電壓分量；ids、iqs分別為d、q坐標(biāo)系中定子電流分量；Te為電磁轉(zhuǎn)矩；R1為定子電阻；ρ為電機(jī)極對(duì)數(shù)。得到定子磁鏈觀(guān)測(cè)值和電磁轉(zhuǎn)矩的觀(guān)測(cè)值后，分別用他們的參考值減去這兩個(gè)觀(guān) 測(cè)值得到兩個(gè)誤差值ΕΤε，Evs，然后再用d、q坐標(biāo)系中的磁鏈分量得到磁通的空間位置角 θ，這三個(gè)量作為下一步模糊控制器的輸入量，經(jīng)模糊控制器輸出逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，最終 來(lái)控制電機(jī)，從而構(gòu)成閉環(huán)控制。7)電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)原理三相電壓型逆變器各對(duì)橋臂的狀態(tài)可用1或0表示1表示上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)
斷；0表示下橋臂導(dǎo)通，上橋臂關(guān)斷。則三相逆變器的開(kāi)關(guān)模式共有八種，即000，100，110，
010，011，001，101，111。在100狀態(tài)下，逆變器輸出的三相電壓用空間矢量表示時(shí)，其值為 式中Udc/2為相對(duì)于逆變器中點(diǎn)的相電壓。同樣可求出其他各個(gè)狀態(tài)下的電壓空間矢量，八種狀態(tài)下的電壓空間矢量分別 ui，u2，u3，u4，u5，u6，u7，u8，如圖6所示。Sn(n= 1,2,3,4,5,6)為磁鏈角的空間位置區(qū)域(圖 中以虛線(xiàn)為邊界)，u7和u8為零矢量，其余六個(gè)電壓矢量，長(zhǎng)度相等，空間位置互差60°。在采用空間矢量調(diào)制時(shí)，在每個(gè)扇區(qū)(以電壓空間矢量為邊界)內(nèi)任意一個(gè)電壓 矢量均可以由兩個(gè)有效電壓矢量和一個(gè)零矢量合成。例如在第一扇區(qū)中如圖7所示為一 合成電壓空間矢量它與基本電壓空間矢量的夾角e可以是介于o°和60°之間的任意 角。、、ti、t2為每一個(gè)采樣周期分成的三個(gè)時(shí)間段，各個(gè)時(shí)間段所作用的基本電壓空間矢 量為U7、Ul、U2，則us這個(gè)電壓空間矢量可以由這三個(gè)基本空間電壓矢量來(lái)合成，它們滿(mǎn)足式 (35) 其中:T= t0+t1+t2T為系統(tǒng)的采樣時(shí)間；tQ、、、t2分別為u7、Ul、u2作用的時(shí)間。因?yàn)閁7 = 0，所以u(píng) = l^ + u冬由圖中的三角關(guān)系式可得出 式中us為電壓矢量長(zhǎng)度Ul為矢量Ul的長(zhǎng)度，叫=~UDC由此可以得出Ul、ll2作用的時(shí)間 由以上兩式我們?cè)谏葏^(qū)內(nèi)就可以合成所需長(zhǎng)度和角度的電壓空間矢量。由這個(gè)原 理我們可以在一個(gè)采樣周期內(nèi)在每個(gè)扇區(qū)內(nèi)調(diào)制出更多的等效電壓矢量用于逆變器開(kāi)關(guān) 狀態(tài)表的選擇。8)在模糊直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中運(yùn)用空間矢量調(diào)制技術(shù)利用模糊控制技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的開(kāi)關(guān)狀態(tài)表進(jìn)行優(yōu)化，可以提高系統(tǒng)在 起動(dòng)和給定轉(zhuǎn)矩躍變時(shí)的響應(yīng)速度。但由于數(shù)字系統(tǒng)的采樣和數(shù)值運(yùn)算所造成的時(shí)間延 遲，穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)會(huì)大大超過(guò)各自的容差，從而影響對(duì)速度的控制精度。在相關(guān)文 獻(xiàn)中提出，在一個(gè)采樣周期中，影響轉(zhuǎn)矩和磁鏈變化量的因素為采樣周期T和空間電壓矢 量 的幅值和方向。減小采樣周期和提高處理器的運(yùn)算速度可以減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈的脈動(dòng)， 但往往會(huì)受到硬件性能的限制。改變電壓空間矢量幅值和方向也可獲得同樣的效果，但傳 統(tǒng)的電壓型逆變器輸出的電壓空間矢量只有八個(gè)，可選性太小，受電壓空間矢量調(diào)制技術(shù) 啟發(fā)，在不增加系統(tǒng)采樣頻率的情況下，可以在每個(gè)扇區(qū)調(diào)制出不同幅值和幅角的等效電 壓矢量，利用式(37)和(38)時(shí)間計(jì)算即可求得在同一采樣周期內(nèi)，相應(yīng)基本電壓空間矢量各自的作用時(shí)間，這樣就可求得所需的合成電壓空間矢量，從而大大增加了可選的電壓空 間矢量的數(shù)量，這恰好滿(mǎn)足模糊控制的需要。針對(duì)模糊控制器輸入的模糊控制量的情況，來(lái) 選擇合適的電壓空間矢量，從而實(shí)現(xiàn)在每個(gè)采樣周期內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的變化量的控制。這 就可以在不提高系統(tǒng)采樣頻率的情況下明顯減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)的幅度。在合成電壓空間 矢量數(shù)量的選取上，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速來(lái)合理配置，從而使轉(zhuǎn)矩和電流脈動(dòng)變小，但電壓矢量 過(guò)多會(huì)增加開(kāi)關(guān)表的復(fù)雜性。為此，本項(xiàng)目采用了一種利用模糊邏輯控制器從大量的離散 空間電壓矢量中來(lái)選擇最合適的電壓矢量的算法，該算法同時(shí)將模糊控制技術(shù)，離散空間 矢量調(diào)制(DVSM)技術(shù)與傳統(tǒng)DTC算法相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用結(jié)果表明了該方法的可行性。9)離散空間矢量調(diào)制D(SMV)技術(shù)傳統(tǒng)的DTC —個(gè)采樣周期只輸出一個(gè)電壓矢量，若把一個(gè)采樣周期分為多個(gè)時(shí)間 段，每時(shí)間段輸出不同的電壓矢量，從而可以合成許多新的電壓矢量。電壓矢量越多，轉(zhuǎn)矩 和電流脈動(dòng)越小，然而電壓矢量增多需要定義非常復(fù)雜的開(kāi)關(guān)表。一個(gè)好的方案應(yīng)該在脈 動(dòng)補(bǔ)償和復(fù)雜的電壓選擇策略之間折中。實(shí)驗(yàn)表明將一采樣周期分為三個(gè)時(shí)間段導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩 和電流波動(dòng)的明顯減小，且不需要太復(fù)雜的開(kāi)關(guān)表。三時(shí)間段離散電壓調(diào)制可合成的電壓
矢量共37個(gè)，其中非零電壓矢量共36，零矢量1個(gè)(f)。如圖所示。每個(gè)合成
的空間電壓矢量由三個(gè)基本電壓矢量合成。其對(duì)應(yīng)圖8所示。同傳統(tǒng)的DTC算法一樣，把 qd坐標(biāo)平面分成6個(gè)扇區(qū)。假設(shè)定子磁鏈處于扇區(qū)1內(nèi)，有5個(gè)基本電壓矢量供選擇以補(bǔ) 償磁鏈和轉(zhuǎn)矩的誤差，這樣可得到19個(gè)合成的電壓矢量，如圖9所示，每個(gè)交點(diǎn)表示一個(gè)合 成電壓矢量的終點(diǎn)。例如“223”表示由基本空間電壓矢量"^、"^和^合成，“322”表示
由f和兩個(gè)零矢量合成，每個(gè)基本電壓空間矢量占用三分之一的控制輸出周期時(shí)間。由于 同一電壓矢量在低速和高速時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩變化的影響是不同的。因此，在不同的速度范圍使用 不同的電壓矢量。另外，在同一個(gè)扇區(qū)，在高速時(shí)，不同的扇區(qū)位置使用的電壓矢量也是不 同的。因此在下圖把第1扇區(qū)分成1+和1-兩個(gè)部分。表3合成的空間電壓矢量與基本電壓矢量的對(duì)應(yīng)表 另外該算法中，在選擇電壓矢量時(shí)考慮了轉(zhuǎn)速的因素，因此要轉(zhuǎn)速進(jìn)行分區(qū) nS^A時(shí)，表示轉(zhuǎn)子在低速范圍。當(dāng)。時(shí)，表示轉(zhuǎn)子在中速范圍。當(dāng)n》^ 。時(shí)，
表示轉(zhuǎn)子在高速范圍(其中n表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，n0表示同步轉(zhuǎn)速)10)基于離散空間矢量調(diào)制技術(shù)的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制算法的基本原理基于離散空間矢量調(diào)制技術(shù)中最主要的工作就是設(shè)計(jì)一個(gè)模糊邏輯控制器，它的 作用就是根據(jù)定子磁鏈偏差、轉(zhuǎn)矩偏差、轉(zhuǎn)速以及定子磁鏈在空間中的位置(用磁鏈角表示)，在37個(gè)合成的空間電壓矢量中選擇一最佳電壓矢量。(1)模糊子集的選取該模糊邏輯控制器有4個(gè)模糊輸入變量和1個(gè)輸出控制量。第一個(gè)輸入變量為磁鏈偏差= 2； -A-)，對(duì)e A進(jìn)行模糊化，則變?yōu)槟：斎胱?br> 量Ea，它包含兩個(gè)模糊子集{N、P}，其隸屬函數(shù)如圖10所示；第二個(gè)輸入變量為轉(zhuǎn)矩偏差=7 -7；)，對(duì)e T進(jìn)行模糊化，變?yōu)槟：斎胱兞?ET，它包含五個(gè)模糊子集{NL、NS、Z、PS、PL}，其隸屬函數(shù)如圖11所示。第三個(gè)輸入變量為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n (這里僅僅考慮一個(gè)轉(zhuǎn)速方向，比如逆時(shí)針?lè)较?先 把n轉(zhuǎn)化成角速度再除以電機(jī)的同步角速度《b，即(它是一個(gè)標(biāo)么值)，對(duì)《乂 b進(jìn)行模糊化，變?yōu)槟：斎胱兞縀u，它包含三個(gè)模糊子集{Z、Ps、PL}，其隸屬函數(shù)如圖 12所示。第四個(gè)模糊輸入變量為定子磁鏈角 θs
它被均分成為角度為
30°的12個(gè)區(qū)間，即
(39)

即ej々論域?yàn)閧0i，e2，…，e12}。其隸屬函數(shù)如圖13所示。該模糊邏輯控制器唯一的輸出控制量為37個(gè)合成的空間電壓矢量。即它是一個(gè) 離散清晰的數(shù)字量輸出，可用獨(dú)點(diǎn)模糊集n表示，其論域?yàn)閧0，1，2…，36}。(4)模糊控制規(guī)則的建立建立模糊控制規(guī)則時(shí)，應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)速的因素，特別在高速區(qū)，因此通常在高速區(qū)制 定規(guī)則來(lái)選擇電壓矢量時(shí)，定義兩個(gè)開(kāi)關(guān)表對(duì)應(yīng)與每個(gè)扇區(qū)的兩個(gè)半?yún)^(qū)，如圖9中的1+和 1-兩個(gè)半?yún)^(qū)，這樣做是為了充分利用電壓矢量。假定定子磁鏈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)且處于第1扇區(qū)， 若 ET 為 PS 時(shí)，4 個(gè)矢量(“333”、“332”、“223”、“222”)可供選擇，“333”、“332” 使磁鏈減 小，“223”、“222”使磁鏈增加。若減小磁鏈，在1+區(qū)時(shí)優(yōu)選“333”，在1-區(qū)時(shí)優(yōu)選“332”。 但是在中低速區(qū)，由于所選擇的電壓矢量數(shù)目不多，所以不這樣選擇。其它扇區(qū)的規(guī)則用類(lèi) 似方法制定。該模糊邏輯控制器的控制規(guī)則可由EA，ET，，e S和n描述，共360條規(guī)則，如算 法開(kāi)關(guān)表所示。其中第i條規(guī)則表示為Rj :if Ea is Ai，ET is B” is Ct and 0 s is Dp then n is 隊(duì)其中\(zhòng)，Bp Q，Di和隊(duì)表示各個(gè)模糊子集。算法開(kāi)關(guān)表表4定子磁鏈在扇區(qū)1時(shí)開(kāi)關(guān)表 表5定子磁鏈在扇區(qū)2時(shí)開(kāi)關(guān)表 表6定子磁鏈在扇區(qū)3時(shí)開(kāi)關(guān)表 表7定子磁鏈在扇區(qū)4時(shí)開(kāi)關(guān)表 表8定子磁鏈在扇區(qū)5時(shí)開(kāi)關(guān)表
表9定子磁鏈在扇區(qū)6時(shí)開(kāi)關(guān)表 (5)模糊推理及模糊決策本項(xiàng)目模糊推理采用了 Mamdani操作算子。則，第i條控制規(guī)則的輸出采用最小 化原則MNi = min(/^ (Ei), (ET ), Mq (K), (代),^ (")) ( 40 )其中y A，y B，y c，y D和y N分別為各個(gè)模糊變量EA，ET，Eu，0 s典P N的隸屬函 數(shù)。360條規(guī)則得到了 360個(gè)輸出，再經(jīng)過(guò)最大化原則得到第i條規(guī)則最終的輸出變量
這里所得到的輸出量仍是一個(gè)模糊集，需要進(jìn)行解模糊化。本項(xiàng)目采取“重心法” 來(lái)去模糊化，得到精確的控制變量輸出。由此，就可以得到所期望的合成空間電壓矢量。綜上所述，根據(jù)定子磁鏈偏差、轉(zhuǎn)矩偏差、轉(zhuǎn)速以及定子磁鏈在空間中的位置(用 磁鏈角表示)，運(yùn)用模糊邏輯控制器在37個(gè)合成的空間電壓矢量中選擇一個(gè)最佳電壓矢 量。再結(jié)合DSMV技術(shù)得到逆變器的三相控制信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控 制。整個(gè)算法基本框圖如圖14所示。11) 一種新型死區(qū)補(bǔ)償算法在PWM逆變器中加入死區(qū)時(shí)間通常是為了避免直流源的短路。盡管死區(qū)時(shí)間是很 短的時(shí)間，它也會(huì)對(duì)逆變器的輸出電壓有很大的影響，比如波形的擾動(dòng)、壓降、轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)、 甚至?xí)箍刂菩Ч麌?yán)重退化。為了改善逆變裝置的輸出，本課題使用了 一種新型的基于最 小電壓損耗的在線(xiàn)延時(shí)補(bǔ)償算法。該算法可以省掉開(kāi)關(guān)器件沒(méi)有必要的開(kāi)通和關(guān)斷，而且 該算法不需要任何額外的硬件電路和離線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。帶一階低通濾波器的死區(qū)補(bǔ)償電壓的數(shù)學(xué)模型可表示為式(42)，該補(bǔ)償算法框圖 如圖15所示。如認(rèn)+㈨ W + fc(眾-1))
2 + ar2+aTs(42)其中&/(幻、‘0-1)分別為當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的輸出；Ts為采樣周期；a為濾波器的截至頻率。三、一種新型的“自動(dòng)重新啟動(dòng)”的運(yùn)行模式的研究2)正常運(yùn)行和備用運(yùn)行二種運(yùn)行模式。(1)運(yùn)行模式在運(yùn)行模式下，可根據(jù)客流情況，自動(dòng)變換調(diào)整運(yùn)行模式，達(dá)到節(jié)能和減少磨損的 效果。運(yùn)行方式如下停止模式由慢反射傳感器檢測(cè)到有乘客進(jìn)入時(shí)，使扶梯慢速啟動(dòng)，對(duì)射傳感器檢 測(cè)到有乘客進(jìn)入時(shí)，扶梯以正常額定值，快速完成運(yùn)客功能。慢速模式處于運(yùn)行狀態(tài)后或反向進(jìn)入后的工作模式，一般運(yùn)行狀態(tài)后，要經(jīng)過(guò)一 段可以設(shè)定的時(shí)間，進(jìn)入慢速，然后在經(jīng)過(guò)一段可以設(shè)定的時(shí)間進(jìn)入停梯，這兩個(gè)階段均是 通過(guò)無(wú)級(jí)等待速度過(guò)渡技術(shù)實(shí)現(xiàn)。該運(yùn)行模式可起到減少電梯運(yùn)行切換的次數(shù)和在反向進(jìn) 入時(shí)提示不能進(jìn)入的作用。無(wú)級(jí)等待速度過(guò)渡運(yùn)行曲線(xiàn)如圖16所示。其中為快速運(yùn)行至慢速運(yùn)行所設(shè)定的時(shí)間(可由用戶(hù)自行設(shè)定)，t2為慢速等 待時(shí)間(可由用戶(hù)自行設(shè)定)，、為慢速至停梯所用時(shí)間(可由用戶(hù)自行設(shè)定)。該運(yùn)行 方式可以減小傳統(tǒng)雙速停車(chē)對(duì)機(jī)械部分的沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的損 耗，針對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)客流量及啟動(dòng)頻率的大小，用戶(hù)對(duì)、-t3合理調(diào)節(jié)，可以顯著的達(dá)到節(jié)能 效果。正常運(yùn)行模式當(dāng)扶梯延時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間(可根據(jù)需要設(shè)定)，兩端傳感器一直沒(méi)
33有探測(cè)到有乘客進(jìn)入，則扶梯自動(dòng)平穩(wěn)地降速閑置運(yùn)行(速度可根據(jù)需要設(shè)定)一進(jìn)入停 梯狀態(tài)。反向進(jìn)入模式在停梯狀態(tài)時(shí)，傳感器檢測(cè)到反向行人，正常慢速啟動(dòng)提示行人。如>當(dāng)位于扶梯兩端的傳感器檢測(cè)到有乘客進(jìn)入時(shí)，扶梯自動(dòng)平穩(wěn)地將速度提高到 正常額定值(0.5米/秒)，快速完成運(yùn)客功能。在此期間如果有乘客陸續(xù)進(jìn)入，則自動(dòng)復(fù)位 計(jì)時(shí)延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，以保證將所有的乘客運(yùn)達(dá)。>當(dāng)扶梯延時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間(可根據(jù)需要設(shè)定為30-180秒)，兩端傳感器一直沒(méi) 有探測(cè)到有乘客進(jìn)入，則自動(dòng)平穩(wěn)地降速閑置運(yùn)行，速度可根據(jù)需要設(shè)定在0. 05-0. 25米/秒。>如果扶梯閑置時(shí)間達(dá)到了 5分鐘之久，則可停止運(yùn)行進(jìn)入待客狀態(tài)，如有乘客進(jìn) 入，則自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，這樣可達(dá)到最佳的節(jié)能運(yùn)行方式。(此功能可通過(guò)微處理器板上的開(kāi) 關(guān)選定。)(2)備用模式可以通過(guò)切換開(kāi)關(guān)選擇備用工作方式，即單速運(yùn)行方式。此功能可作為應(yīng)急使用， 當(dāng)控制器，或傳感器出現(xiàn)故障，或客流量短期增加需要連續(xù)快速運(yùn)行時(shí)可保證運(yùn)客功能。3)自動(dòng)扶梯節(jié)能控制器節(jié)能特性自動(dòng)扶梯節(jié)能控制器的最大特點(diǎn)即是它的節(jié)能效果。通過(guò)采用實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)、實(shí)時(shí)控制技術(shù)、無(wú)級(jí)等待速度過(guò)渡技術(shù)和現(xiàn)代的電機(jī)控 制算法，使自動(dòng)扶梯能平均節(jié)約能源40%以上。圖17是自動(dòng)扶梯節(jié)能控制的最佳控制方案及其邏輯分析圖，為了更好的節(jié)能，本 項(xiàng)目采用兩級(jí)確認(rèn)方案。經(jīng)實(shí)測(cè)比較，采用扶梯變頻節(jié)能控制器的自動(dòng)扶梯平均能耗為單速運(yùn)行時(shí)的 50%。另外，由于運(yùn)行的減少和速度的平穩(wěn)變化，同時(shí)也降低了機(jī)械磨損，延長(zhǎng)了零配件 和整機(jī)的使用壽命。四、基于人工智能算法自動(dòng)扶梯的故障診斷采用人工智能算法對(duì)自動(dòng)扶梯的故障進(jìn)行診斷，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)人員 (二級(jí))檢測(cè)，通過(guò)自動(dòng)變換扶梯控制器的各種工作模式及安全監(jiān)測(cè)保護(hù)回路，使扶梯的運(yùn) 行性能達(dá)到最優(yōu)。自動(dòng)扶梯安全運(yùn)行需要安全監(jiān)測(cè)，電氣回路中具有對(duì)各機(jī)械開(kāi)關(guān)、電機(jī)過(guò)電流、電 機(jī)線(xiàn)圈過(guò)熱、電機(jī)超速運(yùn)轉(zhuǎn)和電網(wǎng)電源相序等安全信號(hào)的監(jiān)測(cè)功能，一旦有異常情況出現(xiàn)， 無(wú)論扶梯工作在任何工作模式，立即停止運(yùn)行保證乘客的安全。1)防突反向本控制裝置在硬件和軟件上均采取了多項(xiàng)措施，防止扶梯突然的變向運(yùn)行，保障 乘客的安全。在硬件線(xiàn)路上，采用上/下行繼電器互鎖，避免上下行狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)。在軟件設(shè)計(jì)中，添加了相關(guān)的防護(hù)程序，當(dāng)微處理器監(jiān)測(cè)到上下行信號(hào)錯(cuò)亂時(shí)，則 立即停止輸出所有運(yùn)行信號(hào)，使控制器停止工作。
在控制器的運(yùn)行參數(shù)上設(shè)定了 2秒鐘的啟動(dòng)延時(shí)，欲重新停起，必須有2秒鐘的等 待，以保證扶梯減速停穩(wěn)后方可重新運(yùn)行。2)防狀態(tài)切換在軟硬件上均有防止運(yùn)行狀態(tài)和備用狀態(tài)互竄干擾的功能，以保護(hù)控制器和電機(jī) 等器件不被損毀或短路。在硬件上采用接觸器互鎖，防止同時(shí)輸出。在軟件上添加了監(jiān)測(cè)防護(hù)程序，一旦發(fā)現(xiàn)兩種方式同時(shí)工作，則立即停止變頻器 的工作，同時(shí)切斷輸出回路。3)無(wú)級(jí)變速曲線(xiàn)由于本系統(tǒng)采用了基于離散空間矢量調(diào)制技術(shù)的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制方式，使速度 和轉(zhuǎn)矩的變化以無(wú)級(jí)平滑緩慢的效果完成，過(guò)度時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5秒，即使扶梯上有乘客站立，也 不會(huì)因速度的變化帶來(lái)任何的危險(xiǎn)和不適。五、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖18是扶梯變頻節(jié)能控制器邏輯控制單元板結(jié)構(gòu)框圖，此板輸入輸出信號(hào)基本 上都是低電平有效，相應(yīng)指示燈在低電平時(shí)點(diǎn)亮，表示信號(hào)給定。只有上下行傳感器這兩路 信號(hào)，根據(jù)廠(chǎng)商的不同要求分成了高電平有效和低電平有效兩種，切換的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)控制 器上的撥碼開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)扶梯傳動(dòng)部分包括整流和逆變及其相應(yīng)的控制單元，結(jié)構(gòu)框 圖如圖19所示。仿真結(jié)果根據(jù)以上分析，利用Matlab中的Simulink工具箱對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。仿 真參數(shù)如下n* = 273r/min,電源相電壓為380V。系統(tǒng)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的仿真結(jié)果系統(tǒng)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的直流母線(xiàn)電壓為660V，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為900N m，結(jié)果如圖 20-24。表10電動(dòng)狀態(tài)時(shí)網(wǎng)側(cè)各次諧波的幅值 從仿真結(jié)果中可以看出網(wǎng)側(cè)電壓與電流同相位；網(wǎng)側(cè)電流經(jīng)0. 3s后趨于平穩(wěn)；網(wǎng) 側(cè)功率因數(shù)接近于1 ；網(wǎng)側(cè)總諧波畸變率(THD)約為1. 32%，符合國(guó)家4%的標(biāo)準(zhǔn)；在表10 中給出了網(wǎng)側(cè)各次波形的幅值。從以上結(jié)果可以得出，當(dāng)輸入功率因數(shù)為1時(shí)，并不向電網(wǎng) 吸收無(wú)功功率，電機(jī)等感性負(fù)載只與直流母線(xiàn)上的電容進(jìn)行無(wú)功交換。PWM整流器的輸入 LC濾波器的作用是濾除電流波形中的高頻分量。功率因數(shù)為1的控制可最大限度的降低 PWM整流器的容量。系統(tǒng)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)的仿真結(jié)果系統(tǒng)工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)的仿真曲線(xiàn)如圖25-30所示。系統(tǒng)所加負(fù)載轉(zhuǎn)矩 為-600Nm。表11發(fā)電狀態(tài)時(shí)網(wǎng)側(cè)各次諧波的幅值
35
從仿真結(jié)果中可以看出當(dāng)PMSM工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，有功功率經(jīng)PWM整流器回饋給 交流電網(wǎng)，電流與電壓相位相反；網(wǎng)側(cè)電流經(jīng)0. 02s后趨于平穩(wěn)，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近于1，網(wǎng) 側(cè)THD值約為0. 7%，負(fù)荷國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍，表3中給出了仿真時(shí)網(wǎng)側(cè)電流中各次波形的 峰值。從以上仿真結(jié)果中可以看出有功功率經(jīng)PWM整流器回饋給電網(wǎng)，無(wú)功功率沒(méi)有隨 著能量的回饋返回給電網(wǎng)，這體現(xiàn)了 PWM整流器可實(shí)現(xiàn)能量回饋，可等效成雙向開(kāi)關(guān)為能 量流動(dòng)提供了自由通路。
權(quán)利要求
一種永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于1)其永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制整流裝置電路其供電主回路為三相電源的各相(Ua、Ub、Uc)分別依次經(jīng)過(guò)電感(La、Lb、Lc)和電阻(Ra、Rb、Rc)后連接兩組星形連接的脈沖寬度調(diào)制控制器(PWM1H、PWM2H、PWM3H；PWM1L、PWM2L、PWM3L)每組脈沖寬度調(diào)制控制器的中心點(diǎn)分別為正電極和負(fù)電極的輸出端，正電極輸出端和負(fù)電極輸出端之間跨接電容(Co)；其控制電路為分別從三相電源的各相(Ua、Ub、Uc)采樣取出三相電源的各相電壓(Ua、Ub、Uc)信號(hào)和電流(ia、ib、ic)信號(hào)，各相電壓(Ua、Ub、Uc)信號(hào)和電流(ia、ib、ic)信號(hào)經(jīng)整形與隔離電路連接微處理器；分別從正電極輸出端和負(fù)電極輸出端之間采樣出輸出電壓(Udc)，輸出電壓(Udc)經(jīng)采樣隔離電路連接微處理器；微處理器的三相脈沖寬度調(diào)制PWM輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)器與隔離器分別連接每個(gè)脈沖寬度調(diào)制控制器(PWM1H、PWM2H、PWM3H；PWM1L、PWM2L、PWM3L)；微處理器連接故障保護(hù)電路、鍵盤(pán)及顯示電路和通信接口電路。2)采用永磁同步自動(dòng)扶梯逆變裝置的控制方式利用模糊直接轉(zhuǎn)矩控制，由電壓型PWM整流裝置連接的三相電機(jī)，三相電流值經(jīng)傳感器直接采集而來(lái)，三相電壓值由采集的直流母線(xiàn)電壓和開(kāi)關(guān)狀態(tài)，經(jīng)查表計(jì)算得到，再分別經(jīng)坐標(biāo)變換得到兩相電壓和兩相電流值，然后采用U-I模型觀(guān)測(cè)出定子磁鏈，進(jìn)一步得到電磁轉(zhuǎn)矩值；其模糊直接轉(zhuǎn)矩控制的交流永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)即是基于DSMV技術(shù)的交流永磁同步電機(jī)模糊直接轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)三相電流值經(jīng)傳感器直接采集而來(lái)，三相電壓值由采集的直流母線(xiàn)電壓和開(kāi)關(guān)狀態(tài)，經(jīng)查表計(jì)算得到，再分別經(jīng)坐標(biāo)變換得到兩相電壓和兩相電流值，然后采用U-I模型觀(guān)測(cè)出定子磁鏈，進(jìn)一步得到電磁轉(zhuǎn)矩值；計(jì)算公式如下定子磁鏈觀(guān)測(cè)公式為φqs＝∫(uqs-R1iqs)dt(32)φds＝∫(uds-R1ids)dt(33)電磁轉(zhuǎn)矩的觀(guān)測(cè)公式為T(mén)e＝p(iqsφds-idsφqs) (34)式中φds、φqs分別為d、q坐標(biāo)系中定子磁鏈的分量；uds、uqs分別為d、q坐標(biāo)系中定子電壓分量；ids、iqs分別為d、q坐標(biāo)系中定子電流分量；Te為電磁轉(zhuǎn)矩；R1為定子電阻；p為電機(jī)極對(duì)數(shù)；得到定子磁鏈觀(guān)測(cè)值和電磁轉(zhuǎn)矩的觀(guān)測(cè)值后，分別用他們的參考值減去這兩個(gè)觀(guān)測(cè)值得到兩個(gè)誤差值ETe，EψS，然后再用d、q坐標(biāo)系中的磁鏈分量得到磁通的空間位置角θ，這三個(gè)量作為下一步模糊控制器的輸入量，經(jīng)模糊控制器輸出逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，最終來(lái)控制電機(jī)，從而構(gòu)成閉環(huán)控制；1)電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)原理三相電壓型逆變器各對(duì)橋臂的狀態(tài)可用1或0表示1表示上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷；0表示下橋臂導(dǎo)通，上橋臂關(guān)斷；則三相逆變器的開(kāi)關(guān)模式共有八種，即000，100，110，010，011，001，101，111；在100狀態(tài)下，逆變器輸出的三相電壓用空間矢量表示時(shí)，其值為 <mrow><msub> <mi>u</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msub> <mi>U</mi> <mi>DC</mi></msub><mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac><msub> <mi>U</mi> <mi>DC</mi></msub><mn>2</mn> </mfrac> <msup><mi>e</mi><mrow> <mi>j</mi> <mfrac><mrow> <mn>2</mn> <mi>&pi;</mi></mrow><mn>3</mn> </mfrac></mrow> </msup> <mo>-</mo> <mfrac><msub> <mi>U</mi> <mi>DC</mi></msub><mn>2</mn> </mfrac> <msup><mi>e</mi><mrow> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mfrac><mrow> <mn>2</mn> <mi>&pi;</mi></mrow><mn>3</mn> </mfrac></mrow> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn></mfrac><msub> <mi>U</mi> <mi>DC</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>35</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中UDC/2為相對(duì)于逆變器中點(diǎn)的相電壓；同樣可求出其他各個(gè)狀態(tài)下的電壓空間矢量，八種狀態(tài)下的電壓空間矢量分別u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7，u8；Sn(n＝1，2，3，4，5，6)為磁鏈角的空間位置區(qū)域，u7和u8為零矢量，其余六個(gè)電壓矢量，長(zhǎng)度相等，空間位置互差60°；在采用空間矢量調(diào)制時(shí)，每個(gè)扇區(qū)以電壓空間矢量為邊界，在每個(gè)扇區(qū)內(nèi)任意一個(gè)電壓矢量均可以由兩個(gè)有效電壓矢量和一個(gè)零矢量合成；如在第一扇區(qū)中為一合成電壓空間矢量它與基本電壓空間矢量u1的夾角θ可以是介于0°和60°之間的任意角；t0、t1、t2為每一個(gè)采樣周期分成的三個(gè)時(shí)間段，各個(gè)時(shí)間段所作用的基本電壓空間矢量為u7、u1、u2，則us這個(gè)電壓空間矢量可以由這三個(gè)基本空間電壓矢量來(lái)合成，它們滿(mǎn)足式(35)usT＝u0t0+u1t1+u2t2(36)其中T＝t0+t1+t2T為系統(tǒng)的采樣時(shí)間；t0、t1、t2分別為u7、u1、u2作用的時(shí)間；因?yàn)閡7＝0，所以由三角關(guān)系式可得出式中us為電壓矢量長(zhǎng)度u1為矢量u1的長(zhǎng)度，由此可以得出u1、u2作用的時(shí)間 <mrow><msub> <mi>t</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msqrt> <mn>3</mn></msqrt><mfrac> <mi>u</mi> <msub><mi>U</mi><mi>DC</mi> </msub></mfrac><mi>T</mi><mi>sin</mi><mi>&theta;</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>38</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>由以上兩式在扇區(qū)內(nèi)就可以合成所需長(zhǎng)度和角度的電壓空間矢量；由這個(gè)原理可以在一個(gè)采樣周期內(nèi)在每個(gè)扇區(qū)內(nèi)調(diào)制出更多的等效電壓矢量用于逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)表的選擇；2)在模糊直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中運(yùn)用空間矢量調(diào)制技術(shù)利用模糊控制技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的開(kāi)關(guān)狀態(tài)表進(jìn)行優(yōu)化，提高系統(tǒng)在起動(dòng)和給定轉(zhuǎn)矩躍變時(shí)的響應(yīng)速度；但由于數(shù)字系統(tǒng)的采樣和數(shù)值運(yùn)算所造成的時(shí)間延遲，穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)會(huì)大大超過(guò)各自的容差，從而影響對(duì)速度的控制精度；在一個(gè)采樣周期中，影響轉(zhuǎn)矩和磁鏈變化量的因素為采樣周期T和空間電壓矢量us的幅值和方向；減小采樣周期和提高處理器的運(yùn)算速度可以減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈的脈動(dòng)；改變電壓空間矢量幅值和方向也可獲得同樣的效果，但傳統(tǒng)的電壓型逆變器輸出的電壓空間矢量只有八個(gè)，可選性太小，受電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)啟發(fā)，在不增加系統(tǒng)采樣頻率的情況下，可以在每個(gè)扇區(qū)調(diào)制出不同幅值和幅角的等效電壓矢量，利用式(37)和(38)時(shí)間計(jì)算即可求得在同一采樣周期內(nèi)，相應(yīng)基本電壓空間矢量各自的作用時(shí)間，這樣就可求得所需的合成電壓空間矢量，從而大大增加了可選的電壓空間矢量的數(shù)量，這恰好滿(mǎn)足模糊控制的需要；針對(duì)模糊控制器輸入的模糊控制量的情況，來(lái)選擇合適的電壓空間矢量，從而實(shí)現(xiàn)在每個(gè)采樣周期內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的變化量的控制；這就可以在不提高系統(tǒng)采樣頻率的情況下明顯減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)的幅度；在合成電壓空間矢量數(shù)量的選取上，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速來(lái)合理配置，從而使轉(zhuǎn)矩和電流脈動(dòng)變小，但電壓矢量過(guò)多會(huì)增加開(kāi)關(guān)表的復(fù)雜性；為此，本系統(tǒng)采用了一種利用模糊邏輯控制器從大量的離散空間電壓矢量中來(lái)選擇最合適的電壓矢量的算法，該算法同時(shí)將模糊控制技術(shù)，離散空間矢量調(diào)制DVSM技術(shù)與傳統(tǒng)DTC算法相結(jié)合；3)離散空間矢量調(diào)制D(SMV)技術(shù)傳統(tǒng)的DTC一個(gè)采樣周期只輸出一個(gè)電壓矢量，若把一個(gè)采樣周期分為多個(gè)時(shí)間段，每時(shí)間段輸出不同的電壓矢量，從而可以合成許多新的電壓矢量；電壓矢量越多，轉(zhuǎn)矩和電流脈動(dòng)越小，然而電壓矢量增多需要定義非常復(fù)雜的開(kāi)關(guān)表；一個(gè)好的方案應(yīng)該在脈動(dòng)補(bǔ)償和復(fù)雜的電壓選擇策略之間折中；將一采樣周期分為三個(gè)時(shí)間段導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩和電流波動(dòng)的明顯減小，且不需要太復(fù)雜的開(kāi)關(guān)表；三時(shí)間段離散電壓調(diào)制可合成的電壓矢量共37個(gè)，其中非零電壓矢量共36個(gè)零矢量1個(gè)如圖所示；每個(gè)合成的空間電壓矢量由三個(gè)基本電壓矢量合成；同傳統(tǒng)的DTC算法一樣，把qd坐標(biāo)平面分成6個(gè)扇區(qū)；假設(shè)定子磁鏈處于扇區(qū)1內(nèi)，有5個(gè)基本電壓矢量供選擇以補(bǔ)償磁鏈和轉(zhuǎn)矩的誤差，這樣可得到19個(gè)合成的電壓矢量，每個(gè)交點(diǎn)表示一個(gè)合成電壓矢量的終點(diǎn)；例如“223”表示由基本空間電壓矢量和合成，“322”表示由和兩個(gè)零矢量合成，每個(gè)基本電壓空間矢量占用三分之一的控制輸出周期時(shí)間；由于同一電壓矢量在低速和高速時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩變化的影響是不同的；因此，在不同的速度范圍使用不同的電壓矢量；另外，在同一個(gè)扇區(qū)，在高速時(shí)，不同的扇區(qū)位置使用的電壓矢量也是不同的；因此在下圖把第1扇區(qū)分成1+和1-兩個(gè)部分；表3合成的空間電壓矢量與基本電壓矢量的對(duì)應(yīng)表另外該算法中，在選擇電壓矢量時(shí)考慮了轉(zhuǎn)速的因素，因此要轉(zhuǎn)速進(jìn)行分區(qū)時(shí)，表示轉(zhuǎn)子在低速范圍；當(dāng)時(shí)，表示轉(zhuǎn)子在中速范圍；當(dāng)時(shí)，表示轉(zhuǎn)子在高速范圍(其中n表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，n0表示同步轉(zhuǎn)速)4)基于離散空間矢量調(diào)制技術(shù)的模糊直接轉(zhuǎn)矩控制算法的基本原理基于離散空間矢量調(diào)制技術(shù)中最主要的工作就是設(shè)計(jì)一個(gè)模糊邏輯控制器，它的作用就是根據(jù)定子磁鏈偏差、轉(zhuǎn)矩偏差、轉(zhuǎn)速以及定子磁鏈在空間中的位置，在37個(gè)合成的空間電壓矢量中選擇一最佳電壓矢量；其中定子磁鏈偏差、轉(zhuǎn)矩偏差、轉(zhuǎn)速以及定子磁鏈在空間中的位置用磁鏈角表示，(1)模糊子集的選取該模糊邏輯控制器有4個(gè)模糊輸入變量和1個(gè)輸出控制量；第一個(gè)輸入變量為磁鏈偏差對(duì)ελ進(jìn)行模糊化，則變?yōu)槟：斎胱兞縀λ，它包含兩個(gè)模糊子集{N、P}，其隸屬函數(shù)；第二個(gè)輸入變量為轉(zhuǎn)矩偏差對(duì)εT進(jìn)行模糊化，變?yōu)槟：斎胱兞縀T，它包含五個(gè)模糊子集{NL、NS、Z、PS、PL}，其隸屬函數(shù)；第三個(gè)輸入變量為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，(這里僅僅考慮一個(gè)轉(zhuǎn)速方向，比如逆時(shí)針?lè)较?先把n轉(zhuǎn)化成角速度ωr，再除以電機(jī)的同步角速度ωb，即ωr/ωb(它是一個(gè)標(biāo)么值)，對(duì)ωr/ωb進(jìn)行模糊化，變?yōu)槟：斎胱兞縀ω，它包含三個(gè)模糊子集{Z、Ps、PL}，其隸屬函數(shù)；第四個(gè)模糊輸入變量為定子磁鏈角θs它被均分成為角度為30°的12個(gè)區(qū)間，即即θs的論域?yàn)閧θ1，θ2，…，θ12}；其隸屬函數(shù)；該模糊邏輯控制器唯一的輸出控制量為37個(gè)合成的空間電壓矢量；即它是一個(gè)離散清晰的數(shù)字量輸出，可用獨(dú)點(diǎn)模糊集n表示，其論域?yàn)閧0，1，2…，36}；(2)模糊控制規(guī)則的建立建立模糊控制規(guī)則時(shí)，應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)速的因素，特別在高速區(qū)，因此通常在高速區(qū)制定規(guī)則來(lái)選擇電壓矢量時(shí)，定義兩個(gè)開(kāi)關(guān)表對(duì)應(yīng)與每個(gè)扇區(qū)的兩個(gè)半?yún)^(qū)，如圖9中的1+和1-兩個(gè)半?yún)^(qū)，這樣做是為了充分利用電壓矢量；假定定子磁鏈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)且處于第1扇區(qū)，若ET為PS時(shí)，4個(gè)矢量(“333”、“332”、“223”、“222”)可供選擇，“333”、“332”使磁鏈減小，“223”、“222”使磁鏈增加；若減小磁鏈，在1+區(qū)時(shí)優(yōu)選“333”，在1-區(qū)時(shí)優(yōu)選“332”；但是在中低速區(qū)，由于所選擇的電壓矢量數(shù)目不多，所以不這樣選擇；其它扇區(qū)的規(guī)則用類(lèi)似方法制定；該模糊邏輯控制器的控制規(guī)則可由Eλ，ET，Eω，θs和n描述，共360條規(guī)則，如算法開(kāi)關(guān)表所示；其中第i條規(guī)則表示為Riif Eλ is Ai，ET is Bi，Eω is Ci and θs is Di，then n is Ni其中Ai，Bi，Ci，Di和Ni表示各個(gè)模糊子集；算法開(kāi)關(guān)表表4定子磁鏈在扇區(qū)1時(shí)開(kāi)關(guān)表表5定子磁鏈在扇區(qū)2時(shí)開(kāi)關(guān)表表6定子磁鏈在扇區(qū)3時(shí)開(kāi)關(guān)表表7定子磁鏈在扇區(qū)4時(shí)開(kāi)關(guān)表表8定子磁鏈在扇區(qū)5時(shí)開(kāi)關(guān)表表9定子磁鏈在扇區(qū)6時(shí)開(kāi)關(guān)表(3)模糊推理及模糊決策本項(xiàng)目模糊推理采用了Mamdani操作算子；則，第i條控制規(guī)則的輸出采用最小化原則 <mrow><msup> <msub><mi>&mu;</mi><msub> <mi>N</mi> <mi>i</mi></msub> </msub> <mo>&prime;</mo></msup><mo>=</mo><mi>min</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>&mu;</mi><msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi></msub> </msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>E</mi> <mi>&lambda;</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <msub><mi>&mu;</mi><msub> <mi>B</mi> <mi>i</mi></msub> </msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>E</mi> <mi>T</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <msub><mi>&mu;</mi><msub> <mi>C</mi> <mi>i</mi></msub> </msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>E</mi> <mi>&omega;</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <msub><mi>&mu;</mi><msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi></msub> </msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>&theta;</mi> <mi>s</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <msub><mi>&mu;</mi><msub> <mi>N</mi> <mi>i</mi></msub> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>40</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中μA，μB，μC，μD和μN(yùn)分別為各個(gè)模糊變量Eλ，ET，Eω，θs典μN(yùn)的隸屬函數(shù)；360條規(guī)則得到了360個(gè)輸出，再經(jīng)過(guò)最大化原則得到第i條規(guī)則最終的輸出變量隸屬度函數(shù) <mrow><msub> <mi>&mu;</mi> <mi>N</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>max</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mn>360</mn></munderover><mrow> <mo>(</mo> <msup><msub> <mi>&mu;</mi> <msub><mi>N</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mo>&prime;</mo> </msup> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>41</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>這里所得到的輸出量仍是一個(gè)模糊集，需要進(jìn)行解模糊化；本項(xiàng)目采取“重心法”來(lái)去模糊化，得到精確的控制變量輸出；由此，就可以得到所期望的合成空間電壓矢量；綜上所述，根據(jù)定子磁鏈偏差、轉(zhuǎn)矩偏差、轉(zhuǎn)速以及定子磁鏈在空間中的位置(用磁鏈角表示)，運(yùn)用模糊邏輯控制器在37個(gè)合成的空間電壓矢量中選擇一個(gè)最佳電壓矢量；再結(jié)合DSMV技術(shù)得到逆變器的三相控制信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制；整個(gè)算法基本結(jié)構(gòu)是基于DSMV技術(shù)的交流永磁同步電機(jī)模糊直接轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)；5)一種新型死區(qū)補(bǔ)償算法在PWM逆變器中加入死區(qū)時(shí)間通常是為了避免直流源的短路；盡管死區(qū)時(shí)間是很短的時(shí)間，它也會(huì)對(duì)逆變器的輸出電壓有很大的影響，比如波形的擾動(dòng)、壓降、轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)、甚至?xí)箍刂菩Ч麌?yán)重退化；為了改善逆變裝置的輸出，本課題使用了一種新型的基于最小電壓損耗的在線(xiàn)延時(shí)補(bǔ)償算法；該算法可以省掉開(kāi)關(guān)器件沒(méi)有必要的開(kāi)通和關(guān)斷，而且該算法不需要任何額外的硬件電路和離線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量；帶一階低通濾波器的死區(qū)補(bǔ)償電壓的數(shù)學(xué)模型可表示為式(42)，該補(bǔ)償算法； <mrow><msub> <mover><mi>h</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>sf</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mo>-</mo><msub> <mi>aT</mi> <mi>s</mi></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mo>+</mo><mi>aT</mi> </mrow></mfrac><msub> <mover><mi>h</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>sf</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <msub><mi>aT</mi><mi>s</mi> </msub> <mrow><mn>2</mn><mo>+</mo><msub> <mi>aT</mi> <mi>s</mi></msub> </mrow></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mover> <mi>h</mi> <mo>^</mo></mover><mi>s</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub><mover> <mi>h</mi> <mo>^</mo></mover><mi>s</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>42</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中分別為當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的輸出；Ts為采樣周期；a為濾波器的截至頻率；其中采用一種新型的“自動(dòng)重新啟動(dòng)”的運(yùn)行模式1)正常運(yùn)行和備用運(yùn)行二種運(yùn)行模式；(1)運(yùn)行模式在運(yùn)行模式下，可根據(jù)客流情況，自動(dòng)變換調(diào)整運(yùn)行模式，達(dá)到節(jié)能和減少磨損的效果；運(yùn)行方式如下停止模式由慢反射傳感器檢測(cè)到有乘客進(jìn)入時(shí)，使扶梯慢速啟動(dòng)，對(duì)射傳感器檢測(cè)到有乘客進(jìn)入時(shí)，扶梯以正常額定值，快速完成運(yùn)客功能；慢速模式處于運(yùn)行狀態(tài)后或反向進(jìn)入后的工作模式，一般運(yùn)行狀態(tài)后，要經(jīng)過(guò)一段可以設(shè)定的時(shí)間，進(jìn)入慢速，然后在經(jīng)過(guò)一段可以設(shè)定的時(shí)間進(jìn)入停梯，這兩個(gè)階段均是通過(guò)無(wú)級(jí)等待速度過(guò)渡技術(shù)實(shí)現(xiàn)；該運(yùn)行模式可起到減少電梯運(yùn)行切換的次數(shù)和在反向進(jìn)入時(shí)提示不能進(jìn)入的作用；無(wú)級(jí)等待速度過(guò)渡運(yùn)行曲線(xiàn)；其中t1為快速運(yùn)行至慢速運(yùn)行所設(shè)定的時(shí)間；設(shè)定的時(shí)間可由用戶(hù)自行設(shè)定；t2為慢速等待時(shí)間；t2為慢速等待時(shí)間可由用戶(hù)自行設(shè)定，t3為慢速至停梯所用時(shí)間，t3為慢速至停梯所用時(shí)間可由用戶(hù)自行設(shè)定；該運(yùn)行方式可以減小傳統(tǒng)雙速停車(chē)對(duì)機(jī)械部分的沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的損耗，針對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)客流量及啟動(dòng)頻率的大小，用戶(hù)對(duì)t1-t3合理調(diào)節(jié)，可以顯著的達(dá)到節(jié)能效果；正常運(yùn)行模式當(dāng)扶梯延時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間；其扶梯延時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間可根據(jù)需要設(shè)定；，兩端傳感器一直沒(méi)有探測(cè)到有乘客進(jìn)入，則扶梯自動(dòng)平穩(wěn)地降速閑置運(yùn)行；其扶梯自動(dòng)平穩(wěn)地降速速度可根據(jù)需要設(shè)定)，→進(jìn)入停梯狀態(tài)；反向進(jìn)入模式在停梯狀態(tài)時(shí)，傳感器檢測(cè)到反向行人，正常慢速啟動(dòng)提示行人；如當(dāng)位于扶梯兩端的傳感器檢測(cè)到有乘客進(jìn)入時(shí)，扶梯自動(dòng)平穩(wěn)地將速度提高到正常額定值0.5米/秒，快速完成運(yùn)客功能；在此期間如果有乘客陸續(xù)進(jìn)入，則自動(dòng)復(fù)位計(jì)時(shí)延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，以保證將所有的乘客運(yùn)達(dá)；當(dāng)扶梯延時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間，其扶梯延時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間可根據(jù)需要設(shè)定為30-180秒，兩端傳感器一直沒(méi)有探測(cè)到有乘客進(jìn)入，則自動(dòng)平穩(wěn)地降速閑置運(yùn)行，速度可根據(jù)需要設(shè)定在0.05-0.25米/秒；如果扶梯閑置時(shí)間達(dá)到了5分鐘之久，則可停止運(yùn)行進(jìn)入待客狀態(tài)，如有乘客進(jìn)入，則自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，這樣可達(dá)到最佳的節(jié)能運(yùn)行方式；此功能可通過(guò)微處理器板上的開(kāi)關(guān)選定；(2)備用模式可以通過(guò)切換開(kāi)關(guān)選擇備用工作方式，即單速運(yùn)行方式；此功能可作為應(yīng)急使用，當(dāng)控制器，或傳感器出現(xiàn)故障，或客流量短期增加需要連續(xù)快速運(yùn)行時(shí)可保證運(yùn)客功能。FSA00000155814800022.tif,FSA00000155814800023.tif,FSA00000155814800031.tif,FSA00000155814800032.tif,FSA00000155814800041.tif,FSA00000155814800042.tif,FSA00000155814800043.tif,FSA00000155814800044.tif,FSA00000155814800045.tif,FSA00000155814800047.tif,FSA00000155814800048.tif,FSA00000155814800049.tif,FSA000001558148000410.tif,FSA000001558148000411.tif,FSA00000155814800051.tif,FSA00000155814800052.tif,FSA00000155814800082.tif,FSA00000155814800083.tif,FSA00000155814800091.tif,FSA00000155814800092.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于其具體的控 制器結(jié)構(gòu)由邏輯控制單元分別連接運(yùn)行模式選擇模塊、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)模塊、故障診斷 及維修單元模塊、上平臺(tái)漫反射傳感器、上平臺(tái)對(duì)射傳感器、下平臺(tái)漫反射傳感器、下平臺(tái) 對(duì)射傳感器、上平臺(tái)運(yùn)行標(biāo)志模塊、下平臺(tái)運(yùn)行標(biāo)志模塊及變頻裝置接口單元模塊；變頻裝 置接口單元模塊分別連接整流控制單元和逆變控制單元；整流控制單元連接整流單元，整 流單元連接電壓型PWM整流裝置；、逆變控制單元連接逆變電源，逆變電源連接逆變電壓型 PWM整流裝置。
全文摘要
一種永磁同步自動(dòng)扶梯節(jié)能控制系統(tǒng)，主回路為三相電源的各相分別依次經(jīng)過(guò)電感和電阻后連接兩組星形連接的脈沖寬度調(diào)制控制器每組脈沖寬度調(diào)制控制器的中心點(diǎn)分別為正、負(fù)電極輸出端，正電極和負(fù)電極輸出端跨接電容；控制電路為分別從三相電源的各相采樣取出各相電壓和電流信號(hào)經(jīng)整形與隔離電路連接微處理器；從正、負(fù)電極輸出端輸出電壓經(jīng)隔離電路連接微處理器；微處理器的三相脈沖寬度調(diào)制輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)器與隔離器分別連接每個(gè)脈沖寬度調(diào)制控制器；微處理器連接故障保護(hù)電路、鍵盤(pán)及顯示和通信接口電路。最大特點(diǎn)是節(jié)能。使自動(dòng)扶梯平均節(jié)約能源40％以上。平均能耗為單速運(yùn)行時(shí)的50％。同時(shí)降低了機(jī)械磨損，延長(zhǎng)了零配件和整機(jī)的使用壽命。
文檔編號(hào)B66B25/00GK101863413SQ201010208978
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者潘雷, 王慧慧, 龔?fù)?申請(qǐng)人:天津城市建設(shè)學(xué)院