使用 VFD 调整电梯运行质量

正确使用软件功能可以消除回滚的影响并增加速度控制响应。

许多人在使用电梯时认为乘坐质量是理所当然的，但平稳且响应迅速的乘坐需要对所有系统组件进行精确调整，例如控制器、变频驱动 (VFD) 和制动器。 如果应用得当，VFD 可以成为机械师的强大调整工具。 本文重点介绍电梯 VFD 中可用于两个主要电梯调整的软件功能：回滚和增加速度控制响应。

回滚

在骑行开始时，当制动器升起、速度命令尚未启动且 VFD 没有建立足够的保持扭矩以防止汽车向配重方向移动时，可能会发生短暂的回滚。 这可能是起飞期间车内乘客的颠簸感觉。 由于无齿轮电机的启动摩擦较低，永磁无齿轮电机的回滚比感应齿轮电机更明显。 如果电梯控制器与电机一起位于机房内，则可以直观地诊断回滚。 然而，在无机房 (MRL) 应用中，诊断回滚可能更加困难，因为电机不在视线范围内。 逆变器范围软件可以帮助识别和调整回滚。 图 1 使用显示命令速度（红色）、实际电机速度（蓝色）、电机扭矩（绿色）和电机位置（黄色）的四通道示波器轨迹提供了回滚的可视化表示。

在给出速度命令之前，电机位置（黄色）开始偏离零，表明制动器已解除，并且没有足够的保持扭矩（绿色）将汽车保持在零速度。 当制动器被抬起时，电机运动会发生几个扭矩颠簸，这可能导致乘客在起飞时感觉到颠簸。

有几种方法可以调整回滚。 例如，可以调整制动和速度命令定时，使得汽车在制动升起时开始移动。 虽然这可能会减少回滚的影响，但它并没有解决根本原因，仍然不能为乘客提供平稳的起飞。 幸运的是，根据 VFD 制造商的不同，可以使用软件来消除回滚。

大多数电梯驱动器制造商都有一些提供扭矩命令的方法——在刹车时或刹车后立即——以消除回滚。 一种方法涉及使用反馈控制回路，该回路由比例系数和积分系数组成，可用于为电机提供足够的保持扭矩，从而防止回滚。 使用此方法时，需要移动小车才能使该功能正常工作。 乍一看，这似乎违反直觉，但运动是如此之小，肉眼无法看到（因为滑轮在旋转），也无法被乘坐汽车的乘客感觉到。 图 2 显示了响应于运动的扭矩积累的示波器轨迹。

根据从电机编码器检测到的移动量，驱动器将快速增加转矩（绿色）以将电机保持在零速。 这是通过调整反馈控制回路的积分系数或增益来完成的。 随着时间的推移，积分响应会累积误差——在这种情况下，非零速度。 较高的积分增益值将使转矩更快地上升以适应非零速度误差，直到达到稳态情况（零速度）。 所有这一切都发生得非常快——在 0.3-0.5 秒内——这意味着乘客没有任何感觉。 这种在制动器升起时提供扭矩的方法非常适用于大多数电梯应用，但其基本功能，即比例积分 (PI) 反馈控制回路，依赖于误差（电机运动）才能发挥作用。

另一种提供扭矩的方法涉及使用负载称重器。 负载称重装置使用传感器来检测轿厢内的负载量，并可以根据不同的负载条件提供精确的保持扭矩响应。 根据使用的称重类型，它可以直接连接到 VFD 并通过模拟信号传输扭矩命令，也可以连接到控制器，在那里可以应用进一步的过滤； 然后，产生的扭矩命令可以通过串行通信发送到驱动器。

提高速度控制响应

对于大多数电梯应用，VFD 反馈控制回路中的标准比例、积分和微分 (PID) 增益可提供足够的速度控制响应，但对于一些高规格的电梯应用（高端办公楼、公寓大楼等） .)，可能需要进行额外的调整以达到所需的乘坐质量，例如当设置为激进的地板到地板时间时。 传统的 PID 反馈控制回路依靠来自电机编码器的反馈，根据来自编码器的指令速度和实际电机速度之间的差异进行速度控制调整。 这种差异称为误差。 VFD 对此误差的响应通过比例和积分速度控制增益进行调整。 虽然这种速度控制方法效果很好，但它依赖于电机编码器的反馈进行速度控制。 对于某些高性能应用，传统的 PI 控制可能无法提供所需的速度控制响应。 对于这些类型的应用，可以使用更复杂的速度控制方法。

前馈转矩控制 (FFTC) 可用于提供附加的速度控制响应。 FFTC 根据系统惯量预测系统将做什么，并根据该预测提供所需的扭矩命令，从而减少对来自电机编码器的速度反馈的依赖（图 3）。

FFTC 可以在 VFD 学习系统惯量后激活。 通过对电机数据建模， ysp，以及系统响应， uff，利用系统惯性，可以做出响应的预测。 在收到电机编码器反馈之前进行预校正，以减少误差量。 这种速度控制方法提供了更准确的响应，更少依赖于比例和积分增益。

为了展示 FFTC 的有效性，在受控研发实验室环境中设置了具有低速控制增益和关闭 FFTC 的失谐电机。 没有对电机进行额外的调整。 图 4 显示了模拟电梯运行的命令速度（红色）、实际电机速度（蓝色）、电机电流（黄色）和电机扭矩（绿色）的范围曲线。

轮廓的加速和减速部分（圆圈）都存在大量的下冲和过冲。 此外，这些下冲和过冲区域对应于可能对乘坐质量产生负面影响的大扭矩颠簸。

接下来，为了展示使用 FFTC 的影响，学习了系统惯性，并激活了 FFTC。 执行并确定了相同的运行（图 5）。

激活 FFTC 可显着减少曲线的加速和减速部分中存在的下冲和过冲。 此外，扭矩波动的幅度要小得多，扭矩过渡更平滑，乘坐体验更舒适。 虽然这是在实验室条件下完成的夸大案例，但它显示了 FFTC 对电梯速度控制的基本原理和影响。

可以调整低通滤波器以进一步提高乘坐质量。 当速度曲线由控制器在外部生成时，增加低通滤波器的采样时间有助于减少由控制器生成的速度曲线上的不连续拐点引起的任何不需要的影响。 此外，FFTC 还具有增益值，可用于增强或减弱其响应。

一般来说，激活 FFTC 会使电梯系统响应更快。 速度增益的影响较小，并且可以在更宽的增益范围内保持足够的速度控制。 FFTC 在具有激进速度控制曲线的应用和具有高启动摩擦的应用（例如齿轮感应电机）中表现良好。

电梯变频器是一种强大的调节工具，可以为两种常见的电梯乘坐质量问题提供解决方案。 使用 VFD 中的 PI 控制回路可以消除回滚。 其他工具，例如负载称重器，也可用于消除回滚。 FFTC 可以提供额外的响应，以在高动态电梯应用中实现所需的乘坐质量。 额外的调整，例如低通滤波器和增益，可以微调乘坐以获得最佳的乘客体验。