杜貴明 龐麗芹

（長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130033）

電梯是高層建筑不可缺少的交通運(yùn)輸設(shè)備。隨著建筑物規(guī)模越來越大，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等特性提出了更高的要求。電梯的性能對于乘坐者而言，要求能夠具有安全、舒適、速度快、振蕩小、平層精度高等性能。對于使用單位而言，還要求能夠具有成本低、效率高、維護(hù)方便、空間占據(jù)體積小等特點(diǎn)。為此，一部優(yōu)質(zhì)電梯系統(tǒng)需要同時(shí)滿足這兩方而的性能要求，這就對電機(jī)性能及其控制模式提出了新的挑戰(zhàn)。

1 曳引電動機(jī)的常用類型

電梯系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于電動機(jī)的性能，所以選擇理想的曳引電動機(jī)結(jié)構(gòu)對于電梯的正常運(yùn)行起到舉足輕重的作用，因此結(jié)構(gòu)的選擇非常重要。電梯中常用的曳引電動機(jī)類型包括:交流異步電動機(jī)、有刷直流電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)，各種電機(jī)的有各自的特點(diǎn)。

1.1 交流異步電動機(jī)

交流異步電動機(jī)也叫感應(yīng)電機(jī)，它和其他電機(jī)比較，它具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、制造容易、成本較低、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)。采用現(xiàn)代矢量控制方法，可以使感應(yīng)電機(jī)獲得良好的調(diào)速性能。感應(yīng)電機(jī)的缺點(diǎn)一是損耗大、效率較低、溫度較高;二是必須從電網(wǎng)吸取滯后電流，使電網(wǎng)功率因數(shù)降低。因此感應(yīng)電機(jī)在電梯曳引系統(tǒng)中將逐漸退出。

1.2 有刷直流電動機(jī)

由于直流電機(jī)具有良好的起動性能，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑而迅速地調(diào)速，所以曾被廣泛用于電梯系統(tǒng)中。但近幾年有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向器限制了功率的提高，給維護(hù)和檢修帶來了極大的困難，同時(shí)換向火花所帶來的無線電干擾，又會影響曳引驅(qū)動系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由于這些缺陷，直流電機(jī)在電梯曳引系統(tǒng)中已退出主流。

1.3 永磁同步電動機(jī)

電梯的驅(qū)動系統(tǒng)對電機(jī)的加速、穩(wěn)速、制動、定位都有一定的要求。20世紀(jì)70年代隨著變頻技術(shù)發(fā)展成熟，異步電動機(jī)的變頻調(diào)速驅(qū)動迅速取代了電梯行業(yè)中的直流調(diào)速系統(tǒng)。而近幾年電梯行業(yè)中最新驅(qū)動技術(shù)就是永磁同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其體積小，控制性能好，將能做到低速直接驅(qū)動，消除齒輪減速裝置；其低噪聲、平層精度和舒適性都優(yōu)于以前的驅(qū)動系統(tǒng)，適合在無機(jī)房電梯中使用。永磁同步電動機(jī)曳引技術(shù)采用高性能的永磁同步電動機(jī)、磁場定向的矢量變換控制技術(shù)、快速電流跟蹤變頻裝置以及低摩擦的無齒輪結(jié)構(gòu)，它是電梯驅(qū)動技術(shù)的飛躍，有很好的發(fā)展前景。

2 驅(qū)動系統(tǒng)的控制技術(shù)

電梯系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于電機(jī)性能及其采用的控制模式，所以選擇理想電機(jī)的控制模式對于電梯的正常運(yùn)行起到舉足輕重的作用。目前，常用的控制方式有以下幾種。

2.1 矢量控制

在逆變器供電情況下，對永磁同步電動機(jī)的分析，通常是采用同步旋轉(zhuǎn)的d-q坐標(biāo)系下的Park模型。在此模型中，同步電機(jī)的電壓、電流和磁通都可分解為相互解耦的d、q軸分量。對永磁同步電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的控制，可歸結(jié)為對交軸電流和直軸電流的控制。采用矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)，其性能超過直流電機(jī)的調(diào)速性能。

2.2 直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制之后發(fā)展起來的一種新型的高性能交流變頻調(diào)速技術(shù)。其基本思想是在維持定子磁鏈幅值恒定的前提下，通過調(diào)整定子磁鏈在空間的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而調(diào)整滑差頻率以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。該方法是在定子坐標(biāo)系下分析交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，強(qiáng)調(diào)對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，省略了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的變換和計(jì)算。因此，直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題，很大程度上克服了矢量控制的缺點(diǎn)。

目前，直接轉(zhuǎn)矩控制主要應(yīng)用于感應(yīng)電機(jī)，應(yīng)用于永磁同步電機(jī)的研究較少，原因是由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的差異，使感應(yīng)電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制手段不能直接應(yīng)用于永磁同步電機(jī)。另外，直接轉(zhuǎn)矩控制雖然對電機(jī)參數(shù)的依賴性較?。▋H需知道定子電阻），但算法較復(fù)雜，否則造成轉(zhuǎn)矩脈動，需在電機(jī)設(shè)計(jì)與控制手段上進(jìn)行改善。

2.3 自適應(yīng)控制

自適應(yīng)控制能在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐漸完善，所以是克服參數(shù)變化影響的有力手段。自適應(yīng)控制方法有:模型參考自適應(yīng)、參數(shù)辨識自校正控制以及新發(fā)展的各種非線性自適應(yīng)控制。這些方法存在的問題是:一是數(shù)學(xué)模型和運(yùn)算繁瑣，使控制系統(tǒng)復(fù)雜化；一是辨識和校正都需要一個過程，對于一些參數(shù)變化較快的系統(tǒng)，因來不及校正而難以產(chǎn)生很好的效果。

2.4 智能控制

智能控制理論是自動控制學(xué)科發(fā)展里程中的一個嶄新階段，與傳統(tǒng)的經(jīng)典、現(xiàn)代控制方法相比，具有一系列獨(dú)到之處。首先，它突破了傳統(tǒng)控制理論中必須基于數(shù)學(xué)模型的框架，不依賴或不完全依賴于控制對象的數(shù)學(xué)模型，只按實(shí)際效果進(jìn)行控制。其次，繼承了人腦思維的非線性，智能控制器也具有非線性特征；同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)控制的便利，可以根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)切換控制器的結(jié)構(gòu)，用變結(jié)構(gòu)的方法改善系統(tǒng)的性能。在復(fù)雜系統(tǒng)中，智能控制還具有分層信息處理功能和決策功能。利用智能控制的非線性、變結(jié)構(gòu)、自尋優(yōu)等功能來克服交流伺服系統(tǒng)變參數(shù)與非線性等不利因素，可以提高系統(tǒng)的魯棒性。

目前智能控制在交流伺服系統(tǒng)應(yīng)用中較為成熟，有模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，而且大多是在模型控制基礎(chǔ)上增加一定的智能控制手段，以消除參數(shù)變化和擾動的影響。模糊控制是利用模糊集合來刻畫人們?nèi)粘Ｋ褂玫母拍钪械哪：裕箍刂破髂芨普娴啬７率炀毑僮魅藛T和專家的控制經(jīng)驗(yàn)與方法，它包括精確量的模糊化、模糊推理、模糊判決二部分。模糊控制系統(tǒng)只有與其他控制方法相結(jié)合，才能獲得優(yōu)良的性能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指用工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)的結(jié)構(gòu)和功能的一種信息處理系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究從20世紀(jì)40年代初開始，20世紀(jì)80年代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論取得了突破性進(jìn)展，成為智能控制的一個重要分支。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于模擬人腦神經(jīng)元活動過程，其中包括信息的加工、處理，存儲等。

雖然智能控制用于交流傳動系統(tǒng)的研究已取得了一些成果，但是有許多問題尚待解決，如智能控制器主要憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)性能（如穩(wěn)定性和魯棒性）缺少客觀的理論預(yù)見性，且設(shè)計(jì)一個系統(tǒng)需獲取大量數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩。

總之，對現(xiàn)代電梯性能的衡量主要著重于安全的可靠性和乘坐的舒適性。另外，對經(jīng)濟(jì)性、能耗、噪聲和電磁干擾等方而也有相應(yīng)要求。無機(jī)房和小機(jī)房、無齒輪、電磁兼容性、遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)將是電梯工業(yè)今后的主要研究方向。多品種、智能化和綠色環(huán)保將是電梯的發(fā)展方向。

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