【正文】 轉(zhuǎn)子發(fā)熱，不利 只有定子線圈發(fā) 熱，有利 定轉(zhuǎn)子均發(fā)熱， 需要采取措施 高速 化 稍有困難 比較容易 容易 大容量化 難 稍微困難 容易 制動(dòng) 容易 容易 較容易 控制方法 簡單 稍復(fù)雜 復(fù)雜 磁通產(chǎn)生 永磁體 永磁體 二次感應(yīng)磁通 環(huán)境適應(yīng)性 受火花限制 好 好 維護(hù)性 較麻煩 無需保護(hù) 無需 保護(hù) 以上分析可以看出，在工業(yè)應(yīng)用及民用中，永磁 同步 電動(dòng)機(jī)在快速性、可控性、可靠性、體積小、重量輕、節(jié)能、效率、耐受環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。 正是 在這一背景下，電梯技術(shù)的門控電機(jī)也逐漸向永磁無刷化方向發(fā)展。然而，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電梯故障的 75%出在轎門處，即電梯門控系統(tǒng)。開發(fā)硬件體積小、運(yùn)行可靠、開關(guān)快速性、智能化更高、易維護(hù)的門機(jī)控制系統(tǒng)是勢(shì)在必行的，發(fā)展永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是一大趨勢(shì)，它不僅能實(shí)現(xiàn)了門機(jī)的全電動(dòng)控制 (包括檢測(cè)門位移參數(shù)的閉環(huán)控制 )，而且開關(guān)門無碰撞、噪聲小，開關(guān)速度快 ； 另外相對(duì)于數(shù)控機(jī)床方面伺服控制系統(tǒng)，伺服控制精度不要求那么高，成本也相對(duì)低很多 ； 同時(shí)也采用了限位開關(guān)位置檢測(cè)和光幕傳感器，起到多重保護(hù)功能 ； 最后很容易實(shí)現(xiàn)門機(jī)堵轉(zhuǎn)力矩保護(hù)，實(shí)現(xiàn)多重保護(hù)措施，安全性和可靠性相當(dāng)高。他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)中所用的變頻裝置是獨(dú)立的，其輸出頻率直接由速度給定信號(hào)決定，屬于速度開環(huán)控制系統(tǒng)。 根據(jù)逆變器組成器件和工作方式的不同， 可將自控式永磁同步電機(jī)作如下簡單分類 ： 一類電機(jī)為晶閘管無換向器電機(jī)，又稱為負(fù)載換向同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) ：另一類 電機(jī)稱為自控式永磁同步電動(dòng)機(jī)或者永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。盡管 BLDCM 有調(diào)速系統(tǒng)位置傳感器簡單、成本較低、材料利用率高、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)，但由于其原理上存在固有缺陷，使得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，鐵心附加損耗較大，因此只適用一般精度及性能要求低的場(chǎng)合 。 三、 PMSM 伺服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 縱觀 PMSM伺服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，國內(nèi)外在圍繞提高 PMSM 性能及性價(jià)比目標(biāo)從不同角度著手進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐，并取得了一些令人可喜的成果 ；尤其是近年來圍繞提高其伺服控制器性能目標(biāo)在系統(tǒng)控制策略上作了大膽的探索和研究，提出了一些新的思路，采用了一些具有智能性的先進(jìn)控制策略并取得 了一些具有實(shí)用性意義的成果。為此，結(jié)合控制理論新的發(fā)展，引進(jìn)一些先進(jìn)的“復(fù)合型控制策略”以改進(jìn) PMSM 伺服系統(tǒng)控制性能。通過微機(jī)控制，可使電機(jī)的調(diào)速性能有很大的提高，使復(fù)雜的矢量控制得以實(shí)現(xiàn)，大大簡化硬件，降低成本，提高控制精度，還能具有保護(hù)、顯示、故障監(jiān)視、自診斷、自 調(diào)試及自復(fù)位等功能。近幾年，在先進(jìn)的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中已采用高速數(shù)字信號(hào)處理芯片 (Digital SignalProcesso:簡稱 DSP )。它的指令執(zhí)行速度達(dá)到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運(yùn)算的指令 ，可實(shí)時(shí)產(chǎn)生平滑的參考信號(hào)，適應(yīng)不同的控制要求，完成系統(tǒng)速度環(huán)、 電流環(huán)以及位置環(huán)的精密快速調(diào)節(jié)和復(fù)雜的矢量控制算法，并產(chǎn)生高分辨率的 PWM 輸出 。在極端環(huán)境溫度條件下，仍具有良好的穩(wěn)定性和線性性，可提供可預(yù)計(jì)的輸出特性。因此，采用高性能數(shù)字信號(hào)處理器的全數(shù)字交流永磁伺服系統(tǒng)是交流伺服系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一 。國內(nèi)在這方面的研制工作也取得了長足的進(jìn)步，目前己有全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的系列產(chǎn)品問世。 四、 PMSM 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及意義 永磁同步（ PMSM） 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一門包含著豐富內(nèi)容的綜合性技術(shù)，自世界上第一臺(tái)伺服控制系統(tǒng)出現(xiàn)以來，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)就一直不斷發(fā)展，尤其是各種現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生和廣泛的具體應(yīng)用，一方面為高性能伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制提供了理論依據(jù)，另一方面也使高性能伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、智能化、微型化成為 可能。永磁同步電機(jī)具有體積小、重量輕、 功率密度大、效率高、轉(zhuǎn)子消耗小等一系列優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療器械、儀器儀表、化工輕紡以及家用電器等方面正得到日益廣泛的應(yīng)用，并且成為新一代的航空，航天和航海用電機(jī)，加上我國又是永磁材料的生產(chǎn)大國。 (2) 高性能控制策略廣泛應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)。隨著高性能的微處理器應(yīng)用于 AC 伺服系統(tǒng)，在控制上由通常所采用的 PID 控制規(guī)律，開始轉(zhuǎn)向現(xiàn)代控制理論，如自適應(yīng)控制、人工智能、模糊控制、變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等新型控制系統(tǒng) 。 (3) 伺服系統(tǒng)向著全數(shù)字化的方向發(fā)展。交流伺服系統(tǒng)全數(shù)字化之后不僅使其控制系統(tǒng)的體積大大縮小，可靠性明顯提高，而且還便于一些自適應(yīng)控制等先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)，極大增強(qiáng)了 AC 伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用的柔性，可滿足高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、特種加工裝備精細(xì)進(jìn)給的需要，代表AC 伺服系統(tǒng)的發(fā)展水平和主導(dǎo)方向。傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)，需要較多的外部硬件，運(yùn)算速度不高，難以實(shí)現(xiàn) 一些較為復(fù)雜的控制算法，實(shí)時(shí)性很難得到保證，因而隨著對(duì)控制性能越來越高的要求和控制方法復(fù)雜度的提高已經(jīng)很難適應(yīng)實(shí)際的要求。 DSP 具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和很快的數(shù)據(jù)處理速度，由 DSP 來實(shí)現(xiàn)控制算法，大大的簡化了硬件，降低了成本，提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性。實(shí)時(shí)完成復(fù)雜的控制算法 ； 精確而快的 PWM 輸出 ； 能滿足要求增加功能和智能的需求 ； 性能價(jià)格比 高 。伺服系統(tǒng)中所用的位置與速度傳感器由單一功能向多功能一體化方向發(fā)展。伺服系統(tǒng)控制器的制造上，結(jié)構(gòu)日趨小型化，采用多單元組合構(gòu)成多坐標(biāo)軸控制器，可靠性進(jìn)一步提高，便于維護(hù)及擴(kuò)充 。 綜上所述， 電梯門機(jī)是電梯的重要組成部分，是電梯系統(tǒng)中動(dòng)作最頻繁，也是直接面對(duì)乘客的部分。這就要求電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)具有精度高、響應(yīng)快 、魯棒性好、計(jì)算簡單等特點(diǎn)。 門機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)方案圖見附圖 11。拖動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)直接影響電梯的起動(dòng)，制動(dòng)加減速度，平層精度，乘坐的舒適性等指標(biāo)。到目前為止應(yīng)用于電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)主要有： (1)單 、 雙速交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng) ； (2)交流電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng) ； (3)直流發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)可控硅勵(lì)磁拖動(dòng)系統(tǒng) ； (4)可控硅直接供電拖動(dòng)系統(tǒng) ； (5)VVVF 變頻變壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng) 。 單 、 雙速交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)采用開環(huán)方式控制 ， 線路簡單 ， 價(jià)格較低 ， 因此目前仍在電梯上廣泛應(yīng)用 。 這種系統(tǒng)控制的電梯速度在1米 /秒以下 。 這種系統(tǒng)采用可控硅閉環(huán)調(diào)速 ， 加上能耗或渦流等制動(dòng)方式 ， 使得它所控制的電梯能在中低速范圍內(nèi)大量取代直流快速和交流雙速電梯 。 直流發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)可控硅勵(lì)磁拖動(dòng)系統(tǒng) 直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好 ， 調(diào)速范圍大的特點(diǎn) ， 因此很早就應(yīng)用于電梯 ，采用發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)組形式驅(qū)動(dòng) 。 可控硅直接供電拖動(dòng)系統(tǒng) 可控硅直接供電拖動(dòng)系統(tǒng)在工業(yè)上早有應(yīng)用 ， 但用于電梯上卻要解決舒適感問題 。 如 ： 機(jī)房占地節(jié)省 35%， 重量減輕 40%，節(jié)能 25%到 35%。 VVVF 變頻變壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng) 80 年代初 ， VVVF 變頻變壓系統(tǒng)控制的電梯問世 。 它的體積小 ， 重量輕 ， 效率高 ， 節(jié)省能 源等幾乎包括了以往電梯的所有優(yōu)點(diǎn) 。 VVVF 電梯，采用交流單速電動(dòng)機(jī)，通過對(duì)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)供電電壓、供電頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到線性化，將交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線線性段區(qū)域擴(kuò)大。 VVVF 控制的電梯相對(duì)于交流雙速電梯、交流調(diào)壓調(diào)速電梯 (ACVV)都有十分突出的優(yōu)點(diǎn)。 安全可靠。倘若井道內(nèi)某個(gè)安全裝置出現(xiàn)故障，電腦將保護(hù)不沖頂、不蹲底、不關(guān)人。理想的電梯運(yùn)行速度曲線，根據(jù)人體生理適應(yīng)能力由高性能的微電腦設(shè)計(jì)而成，采用矢量控制技術(shù)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，使電梯運(yùn)行極其平衡、舒適。高速運(yùn)行，最佳召喚應(yīng)答處理和分配方式，根據(jù)乘客人流情況快速反應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使電梯運(yùn)行迅速、合理，最大限度地縮短乘客候梯時(shí)間，使電梯運(yùn)行效率得到充分發(fā)揮。全電腦控制的調(diào)節(jié)調(diào)頻調(diào)速 (VVVF)系統(tǒng)，不僅性能優(yōu)異、 功能齊全、質(zhì)量可靠，而且具有優(yōu)異的節(jié)能效果，與目前同規(guī)格的 ACVV 相比，節(jié)能約 40%，并可使用戶電源容量也大量減小。超小型的機(jī)房全電腦控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機(jī)房控制系統(tǒng)相比，體積減少 1/2以上，重量大大減輕。 利用率高。 準(zhǔn)確的平層精度。 自學(xué)習(xí)井道信息功能。 維護(hù)方便。新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，加強(qiáng)了電梯機(jī)械部件的耐磨損程度，提高了機(jī)械可靠性 。 無噪聲機(jī)房和小噪聲運(yùn)行，大大降低了對(duì)環(huán)境的影響。 電梯 主拖動(dòng)系統(tǒng)方案圖見附圖 12。但是，進(jìn)入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點(diǎn)就越來越明顯。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被 PLC 控制所代替。因此， PLC 控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。 但是，電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高；普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高；電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大；由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高，而且檢查故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會(huì)造成 電梯機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 PLC 與普通微機(jī)一樣，以通用或?qū)Ｓ?CPU 作為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道 (字 )的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外還有位處理器 (布爾處理器 )，進(jìn)行點(diǎn) (位 )運(yùn)算與控制。 首先，可靠性，對(duì)可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。 2） PLC 采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了 MTBF，降低了 MTTR，使可靠性提高。 4） PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。 5）在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造 。對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)等。例如：采用軟件濾波 。簡化編程語言等。大多數(shù) PLC 采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。 2）編程方便 PLC 有多種程序設(shè)計(jì)語言可供使用。采用布爾助記符編程語言時(shí)，十分有助于編程人員的編程。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。 PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖，功能模塊和語句描述編程語言。 2）擴(kuò)展的靈活性。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。 (2)去掉了選層器及大部分繼電器 ，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。 (4)PLC 可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。 (6)更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。 從 表 21 可以看出， PLC 控制系統(tǒng)具有繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)將逐漸被 PLC 控制系統(tǒng)所取代是大勢(shì)所趨。工控機(jī)有通用微機(jī)應(yīng)用發(fā)展而來，在硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，能提供實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持， 故對(duì)要求快速，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，模型復(fù)雜的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)?？删幊炭刂破鲗?duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，變通用為專用，有利于降低成本，縮小體積，提高可靠性等特性，更適應(yīng)過程控制的要求。 從 表 22 可見，在控制功能方面， PLC 與通用計(jì)算機(jī)相比，工作更穩(wěn)定可靠，而且編程簡單，使用方便，應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期可大大縮短，加之又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下和強(qiáng)電一起工作，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 綜上所述，本設(shè)計(jì) 采用 PLC 控制。 圖 電梯控制系統(tǒng)原理框圖 平層感應(yīng)器 平層 拖動(dòng) 減速 減速點(diǎn)信號(hào) 定向平層 樓層信號(hào) 位置信號(hào) 起動(dòng) 指層 轎內(nèi)指令、廳內(nèi)召喚 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)由轎廂、開關(guān)門機(jī)構(gòu)、曳引機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成，如圖 。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需解決好電機(jī)的選擇問題，控制電路的 選擇及設(shè)計(jì)問題 。在工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用的交流異步電機(jī)雖然控制簡單，卻有著調(diào)速精度不高的問題，而交流同步電機(jī)存在著控制復(fù)雜，容易失步的缺點(diǎn)。 因此，門 拖動(dòng)系統(tǒng)采用 三相交流永磁同步 伺服電機(jī) 。 伺服電機(jī)的電源及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是由驅(qū)動(dòng)器提供和控制的。 伺服電機(jī)的選型是多個(gè)因素綜合考慮、合理選擇的過程，一般應(yīng)著重注意這曳引機(jī) 門機(jī) 顯示 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) PLC 變頻器 電源 PGggGgGGFGGG 幾個(gè)參數(shù)的選擇：電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩、電機(jī)運(yùn)行的最高 轉(zhuǎn)速、負(fù)載慣量及電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量、加減速時(shí)所需要的過載能力、電機(jī)起停頻率等。本系統(tǒng)的 伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置了 伺服電機(jī)全部的參數(shù)，采用 先進(jìn)的控制算法及伺服電機(jī)優(yōu)良的性能 ， 性價(jià)比極佳。 （ 2） 電機(jī)自動(dòng)識(shí)別 自動(dòng)識(shí)別伺服電機(jī)的容量和型號(hào)，自動(dòng)設(shè)定電機(jī)參數(shù)。 高性能 （ 1） 整定時(shí)間短 擴(kuò)充了新的控制算法，實(shí)現(xiàn)了模式跟蹤控制、制振控制，強(qiáng)化了對(duì)振動(dòng)的抑制。 （ 2） 高速高精度 采用高分辨率的編碼器（ 16 位、 17 位），提高了位置控制精度。 5%提高到177。 （ 3） 平穩(wěn)運(yùn)行 采用速度跟蹤控制