淺析高速曳引式電梯振動(dòng)的主動(dòng)控制技術(shù)

陸海

摘 要：高速曳引式電梯已經(jīng)逐漸成為了我國(guó)高層建筑中普遍使用的梯型，在評(píng)價(jià)電梯品質(zhì)的過程中其舒適性、功能性和安全性是其中最主要的指標(biāo)。其中電梯振動(dòng)是影響電梯性能的重要因素。特別是隨著電梯速度的不斷增加，電梯在運(yùn)行的過程中的機(jī)械振動(dòng)也會(huì)得到相應(yīng)的增加，這種情況不僅影響了電梯的安全和壽命，而且也會(huì)使電梯的曳引系統(tǒng)產(chǎn)生額外的荷載。因此為了保證電梯的安全和性能，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)電梯振動(dòng)的控制研究。

關(guān)鍵詞：電梯振動(dòng) 主動(dòng)控制技術(shù) 研究

中圖分類號(hào)：TU857 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0071-01

隨著我國(guó)城市化的發(fā)展和高層建筑的增多，電梯作為高樓中的重要交通工具其應(yīng)用也越來越廣泛。同時(shí)人們對(duì)于電梯的舒適性要求也越來越高，其中振動(dòng)對(duì)于電梯的性能影響比較大。特別是隨著電梯速度的增加，其振動(dòng)的影響也更加的突出。主動(dòng)控制技術(shù)作為消除或者降低電梯振動(dòng)的不利影響的重要技術(shù)，在電梯的發(fā)展過程中日益扮演著重要的角色。

1 主動(dòng)控制技術(shù)簡(jiǎn)介

主動(dòng)控制技術(shù)在振動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在主動(dòng)振動(dòng)的控制方面發(fā)揮了重要的作用。主動(dòng)振動(dòng)控制主要是指在振動(dòng)控制的過程中，根據(jù)檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)，采取積極的控制措施，從而達(dá)到消除或者降低振動(dòng)的目的。主動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)又可以按照控制方式的不同分為隔振控制、主動(dòng)或半主動(dòng)吸振控制以及阻振控制以及消振控制等方式，主動(dòng)控制技術(shù)主要由傳感器、被動(dòng)懸置、控制裝置以及作動(dòng)器等設(shè)備組成[1]。作動(dòng)器主要是用來提供靈敏的合適的動(dòng)態(tài)作用力，傳感器用來就被控制信號(hào)傳輸?shù)娇刂蒲b置中；被動(dòng)懸置是在作動(dòng)器不能夠發(fā)揮作用時(shí)支撐發(fā)動(dòng)機(jī)，控制裝置是用來控制作動(dòng)器在工作中產(chǎn)生的力的大小和位移，減少振動(dòng)。作動(dòng)器和傳感器是主動(dòng)控制系統(tǒng)中最主要的設(shè)備，傳感器的選擇主要和被控制的參數(shù)有關(guān)，常見的傳感器有速度傳感器、加速度傳感器、非接觸式探頭傳感器、位移傳感器以及壓力式傳感器等。作動(dòng)器是主動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行裝置，負(fù)責(zé)為主動(dòng)控制系統(tǒng)提高主動(dòng)動(dòng)力，減少電梯的振動(dòng)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，作動(dòng)器的類型也非常的多，提高了主動(dòng)控制系統(tǒng)的性能。

在電梯運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)主要由電氣振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)兩種方式組成，其中電氣振動(dòng)主要是由于電動(dòng)機(jī)與控制系統(tǒng)之間性能不匹配所導(dǎo)致的；機(jī)械振動(dòng)主要是由于電梯的轎廂、懸掛裝置以及曳引機(jī)以及電梯的安裝質(zhì)量等缺陷所導(dǎo)致的。在電梯的振動(dòng)控制中主要關(guān)注的是人體敏感頻率段的振動(dòng)，因?yàn)檫@些振動(dòng)對(duì)人的舒適性影響最大。電梯作為一個(gè)復(fù)雜的非線性的振動(dòng)系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的被動(dòng)控制技術(shù)往往難以取得比較好的效果。模糊控制等控制技術(shù)的發(fā)展，為非線性控制帶來良好的控制效果，同時(shí)也為電梯復(fù)雜系統(tǒng)的主動(dòng)控制帶來了新的方法。

2 高速曳引式電梯振動(dòng)的主動(dòng)控制研究

電梯作為一種比較復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，其各部件在運(yùn)行的過程中都會(huì)產(chǎn)生一定程度的振動(dòng)現(xiàn)象。曳引機(jī)作為整個(gè)電梯的基礎(chǔ)，為電梯提高了動(dòng)力作用。在電梯的運(yùn)行過程中由于其中的電動(dòng)機(jī)、減速箱等結(jié)構(gòu)之間的誤差和變形等，都會(huì)導(dǎo)致電梯在水平或者垂直方向上的振動(dòng)。

在主動(dòng)振動(dòng)控制中由多種控制方法可以選用，例如獨(dú)立模態(tài)空間的方法、最優(yōu)控制方法以及自適應(yīng)控制方法等內(nèi)容。獨(dú)立模態(tài)空間控制是將具有參數(shù)特征的彈性體采用離散的方法劃為一定的模態(tài)序列，然后采用主動(dòng)控制模態(tài)對(duì)彈性體進(jìn)行控制。但是由于振動(dòng)過程中各個(gè)模態(tài)不是單一存在的，往往會(huì)發(fā)生多模態(tài)耦合的現(xiàn)象，導(dǎo)致了耦合模態(tài)控制的計(jì)算方法比較大，因此，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的范圍。特征結(jié)構(gòu)配置的方法包含了特征向量和特征值的配置，特征向量往往對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有比較大的影響，特征值決定了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征。根據(jù)振動(dòng)控制的要求來確定系統(tǒng)的特征向量和特征值的分布范圍，然后通過狀態(tài)反饋等反饋方法來改變極點(diǎn)的位置來達(dá)到主動(dòng)控制的目的[2]。最優(yōu)控制法是利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃、極值原理等方法解決結(jié)構(gòu)振動(dòng)的方法。對(duì)于自由度比較高的高階系統(tǒng)，采用這種控制方法比較復(fù)雜，也難以用解析式表達(dá)。對(duì)于具有二次型指標(biāo)的線性系統(tǒng)可以用最優(yōu)解析式來表示，而且其計(jì)算方法也比較簡(jiǎn)單。

自適應(yīng)控制是用來對(duì)被控制對(duì)象參數(shù)不確定的振動(dòng)系統(tǒng)，它能夠自動(dòng)的檢測(cè)到振動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)變化從而保證系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到控制的要求。自適應(yīng)控制又可以按照過程的不同分為自校正控制、自適應(yīng)前饋控制以及模型參考自適應(yīng)控制等，自校正控制是一種將受控結(jié)構(gòu)參數(shù)在線識(shí)別和受控器參數(shù)相整合的控制形式；自適應(yīng)前饋控制是假設(shè)控制參數(shù)可測(cè)；模型參考自適應(yīng)控制是由相應(yīng)結(jié)構(gòu)能夠跟蹤受控結(jié)構(gòu)的參考模型的輸出。雖然自適應(yīng)控制能夠用到不確定性的振動(dòng)系統(tǒng)中，但是其本身并沒有魯棒性。通過選擇魯棒性控制，增強(qiáng)了閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)的抗干擾能力。

隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，模糊控制和智能控制逐漸在電梯振動(dòng)中得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用，而且也成為了解決難以建模復(fù)雜系統(tǒng)振動(dòng)控制的重要方法。模糊控制作為一種重要的自動(dòng)控制方法，對(duì)于物理規(guī)律比較復(fù)雜或者難以建立數(shù)學(xué)模型的被控制對(duì)象具有良好的效果。模糊自適應(yīng)控制器是以簡(jiǎn)單的模糊控制器為基礎(chǔ)的，它將模糊控制系統(tǒng)和模糊控制器有效的結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯振動(dòng)的控制。通過采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來模擬結(jié)構(gòu)和功能，是一種具有規(guī)模比較大的非線性系統(tǒng)。它需要對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行恰當(dāng)?shù)哪M，然后提供精確的樣本數(shù)據(jù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以信息的分布式存儲(chǔ)和并行處理技術(shù)為基礎(chǔ)，具有一定的學(xué)習(xí)和組織功能，對(duì)于非線性系統(tǒng)具有良好的模擬和逼近能力[3]。同時(shí)控制結(jié)構(gòu)的一體化發(fā)展，能夠有效的將數(shù)學(xué)控制器、傳感器和作動(dòng)器集成，能夠有效的改變結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和阻尼，最終實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)振動(dòng)控制的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的精確控制，主動(dòng)控制技術(shù)對(duì)于精度高、靈敏度高的傳感器和作動(dòng)器的要求也越來越迫切，因此，發(fā)展高精度的智能化傳感器、作動(dòng)器，以及實(shí)現(xiàn)傳感作動(dòng)設(shè)備的集成化已經(jīng)成為了主動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。

3 結(jié)語

主動(dòng)振動(dòng)控制作為振動(dòng)控制中的重要技術(shù)，具有良好的發(fā)展前景，特別是隨著新材料和 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳感器和作動(dòng)器都將得到快速的進(jìn)步。再加上控制策略由傳統(tǒng)的線性控制模型逐漸的向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及模糊控制的發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯振動(dòng)的智能化控制，對(duì)于提高電梯的振動(dòng)效果具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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[3] 白衛(wèi)宏.曳引式電梯振動(dòng)的主動(dòng)控制技術(shù)研究[J].電子制作，2012（7）：110-112.endprint