電梯門機控制系統(tǒng)設(shè)計與分析1.1電梯門機控制系統(tǒng)運行曲線的設(shè)計門機運行曲線的示意形狀如圖4-1所示。門機運行曲線按速度分區(qū)為:關(guān)門力矩保持區(qū)A0，開門低速區(qū)A1，開門加速區(qū)A2，開門高速區(qū)A3，開門減速區(qū)A4開門末段低速區(qū)A5，開門力矩保持區(qū)A6，關(guān)門低速及加速區(qū)A7，關(guān)門高速區(qū)A8，關(guān)門減速區(qū)A9，關(guān)門末段低速區(qū)A10，并且要求高速時速度過渡為光滑的S形曲線，其中高速過渡點為I2，I3，I6和I7。圖1-1電梯門機理想運行曲線圖1.1.1門機運行曲線的分段實現(xiàn)門機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)運行曲線的設(shè)計原理是一樣的，以下就以電機正轉(zhuǎn)開門的運行曲線設(shè)計的實現(xiàn)為例進行討論。為了論述方便，現(xiàn)以開門減速段的實現(xiàn)方法說明曲線計算過程。設(shè)計開門運行曲線時，門機控制系統(tǒng)的速度變化采用如圖4-2所示的速度與時間關(guān)系。圖1-2門機系統(tǒng)加減速特性由上述的時間速度控制可討論系統(tǒng)運行的位移速度曲線?！癝門位移；t時間；V電機的速度；T速度變化的時間間隔；dV在T內(nèi)的速度變化。在速度下降的過程中，速度從0V開始下降，則在t時刻，0()dVtVVt，又()dsVtdt，則有01011200000220101011(t)()21()()()2ddVVVVtVVdddSVdtVVtdtVtVtVVVVVVV（4-1）在一個速度變化時間T內(nèi)，01dVVV，則010d()2(2)2TSVVVV（4-）由此可知在一個T內(nèi)，其中T由門機的一個程序運行循環(huán)時間所確定門位移的距離與0(2)dVV成正比，當(dāng)0V大時則門位移也大，當(dāng)0V小時則門位移也?。辉?V相同的情況下，如果要改變速度下降的快慢，則可改變dV的大?。煌瑫r由以上的推導(dǎo)可知，系統(tǒng)運行位移S與電機速度V是成二次曲線關(guān)系，則運行曲線在高速前后的加減速變化是相當(dāng)平滑的，而且加減速的過程相當(dāng)迅速。圖4-3開門運行位移速度曲線由運行的對稱性可知在加速段過程，其位移速度特性與減速段過程相類似，可得開門運行曲線的特性曲線，實際設(shè)計的門機控制系統(tǒng)開門運行曲線如圖4.3所示，門機系統(tǒng)的關(guān)門運行曲線與開門曲線基本成中心對稱關(guān)系1.1.2S曲線加減速過程很好地實現(xiàn)電機加減速過程的S曲線，可使門機系統(tǒng)具有良好的運行特性，使電梯門開關(guān)平穩(wěn)，減小電機所受的負載沖擊，提高系統(tǒng)的可靠性，延長系統(tǒng)的使用壽命。本設(shè)計將電機的加減速過程分為三段，以加速過程為例，第一段采用勻加加速方式，第二段采用勻加速方式，第三段采用勻減加速方式，其工作曲線如圖4-4所示。同理對于減速過程也可以分為三個階段，其加速與減速曲線如圖4.5所示。圖4-4加速過程S曲線圖4-5加速曲線與減速曲線下面，以加速過程為例介紹S曲線的獲得。1.1.3連續(xù)時間下的分段速度表達式系統(tǒng)中假設(shè)勻加加速段(第一段)和勻減加速段(第三段)時間相等，且加加速度值和減加速度值相等。于是有132ttt（4-3）現(xiàn)分段計算：（1）初試狀態(tài)0t時，有()0a(0)0(0)0datvdt，（4-4）（2）勻加加速段，即10tt時，加速度的變化率為一常數(shù)，用()datdt來表示加速度的變化率，則有()bdatdtb，為一大于零的常數(shù)（4-5）其中b是加加速度值，也是減加速度的絕對值，積分可得00()()(0)0=bttdatatadtbdttdt（4-6）2001()(0)()0=b2ttvtvatdtbdtt（4-7）當(dāng)1tt時，將1tt代人式（4-6）和（4-7）得11()atbt（4-8）2111()2vtbt（4-9）（3）勻加速段，即12ttt11()()atatbt（4-10）1122211111111()()()22ttvtvtatdtbtbtdtbtbttbt21112bttbt（4-11）當(dāng)2tt時，分別代人（4-10）和（4-11）可得21()atbt（4-12）221211()2vtbttbt（4-13）（4）勻減加速()datdtb（4-14）22211123()()()()ttdatatatdtbtbdtdtbtbtbtbtbt（4-15）2223212131()()()()2ttvtvtatdtbttbtbtbtdt2212132232111222bttbtbttbtbttbt222213132111()222btttbtbttbtbt222312111222bttbtbtbt（4-16）當(dāng)3tt時，分別代人（4-15）和（4-16）3()0at（4-17）2223312111()222vtbtbtbt（4-18）以上得出了勻加加速段調(diào)速過程的加速度式和速度式。1.1.4連續(xù)S曲線的離散化若將S曲線加速/減速過程按時間平均分為20段，即320t，包括起點在內(nèi)，共有21點。為了使電機加速/減速具有良好的特性，可將勻加加速段和勻減加速段適當(dāng)取長一些，系統(tǒng)中18t,212t，即勻加加速段和勻減加速段分別占8個時間段，而勻加速段占4個時間段。加速度變化率的絕對值b是一系數(shù)，為方便分析，取1b。以上參數(shù)定好后，帶入前面所得各式，可求出各時間點的速度值，以5t點為例，該點位于第一段，按第一段所得表達式計算。22111(5)1512.522vbt（4-19）為方便數(shù)字量的存儲，將計算出的速度乘以2，使之為整數(shù)。各速度點的對應(yīng)值如表4-1所示。表1-1各速度點對應(yīng)的樣點值tda/dtav2v0123456789101112131415161718192001111111100001111111101234567888887654321000.524.5812.51824.5324048566471.57883.58891.59495.5960149162536496480961121281431561671761831881911921.1.5S曲線的實現(xiàn)系統(tǒng)中將20個2v值保存在一個一維數(shù)組中(不存零點)，在主程序中系統(tǒng)初始化時將此數(shù)組設(shè)定為字符型全局變量，同時進行賦值。因為最大值為192小于256，可保存在一個字節(jié)中，所以將其設(shè)置為字符型，可節(jié)省數(shù)據(jù)存儲器空間。實際運行中，需要加速/減速時，程序先根據(jù)加速/減速前后速度之差，以及第一加減速時間(正常運行情況)或第二加減速時間(堵轉(zhuǎn)開門情況)，計算出整個加速/減速所需時間，再計算出每一步所需時間。將此時間換算成TimerA的定時值，由TimerA定時中斷確定。對于具體的每一步，程序根據(jù)加速/減速前后速度之差，與當(dāng)前步的2v/192相乘，得到當(dāng)前所需轉(zhuǎn)速與初始轉(zhuǎn)速的偏移量，在與初始轉(zhuǎn)速相加(加速情況)減(減速情況)，得到當(dāng)前所需轉(zhuǎn)速，輸出相應(yīng)寬度的PWM波，達到控制目的。1.2數(shù)字PID控制器的算法與參數(shù)選擇PID控制算法是由比例，積分和微分三種算法組成。所以只要分別求出比例，積分和微分三種算法，然后將它們綜合起來，就得到PID算法。下式即為增量式的PID控制器的算法:231211nnnnnneKeKeKmmm（4-20）其中1dPKKKT（4-21）212dPKKKTKT（4-22）3dKKT（4-23）離散PID控制算法的控制參數(shù)主要是dIPKKK,和采樣周期T。PID控制器的質(zhì)量主要決定于參數(shù)的選擇是否合理。下面介紹上述參數(shù)選擇的一些經(jīng)驗。（1）采樣周期T的選擇采樣周期應(yīng)比控制對象的最小一個時間常數(shù)還要小，否則采樣信號無法反映系統(tǒng)的真實的過度過程。采樣的頻率至少為有效信號頻率的兩倍，實際上選用4到6倍。采樣頻率的選擇還應(yīng)注意系統(tǒng)主要干擾的頻譜，特別是工業(yè)電網(wǎng)的干擾，一般希望它們有整數(shù)倍的關(guān)系，這對抑制干擾大為有益。（2）dIPKKK,的選擇比例常數(shù)加大時，表示系統(tǒng)的放大倍數(shù)增加，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差將減小，提高了控制精度.通常比例系數(shù)是根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的要求來選擇，此外，當(dāng)其增大時系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，但過大的PK將使系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定。積分控制能消除慣性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度，但積分控制通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，需要合理的進行積分系數(shù)IK的選擇。微分控制作用能反應(yīng)誤差變化率，產(chǎn)生越前的校正作用。合理地選擇dK可以改