浅析高速曳引式电梯振动的主动控制技术

陆海

摘 要：高速曳引式电梯已经逐渐成为了我国高层建筑中普遍使用的梯型，在评价电梯品质的过程中其舒适性、功能性和安全性是其中最主要的指标。其中电梯振动是影响电梯性能的重要因素。特别是随着电梯速度的不断增加，电梯在运行的过程中的机械振动也会得到相应的增加，这种情况不仅影响了电梯的安全和寿命，而且也会使电梯的曳引系统产生额外的荷载。因此为了保证电梯的安全和性能，应当加强对电梯振动的控制研究。

关键词：电梯振动 主动控制技术 研究

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0071-01

随着我国城市化的发展和高层建筑的增多，电梯作为高楼中的重要交通工具其应用也越来越广泛。同时人们对于电梯的舒适性要求也越来越高，其中振动对于电梯的性能影响比较大。特别是随着电梯速度的增加，其振动的影响也更加的突出。主动控制技术作为消除或者降低电梯振动的不利影响的重要技术，在电梯的发展过程中日益扮演着重要的角色。

1 主动控制技术简介

主动控制技术在振动领域得到了广泛的应用，特别是在主动振动的控制方面发挥了重要的作用。主动振动控制主要是指在振动控制的过程中，根据检测到的振动信号，采取积极的控制措施，从而达到消除或者降低振动的目的。主动振动控制技术又可以按照控制方式的不同分为隔振控制、主动或半主动吸振控制以及阻振控制以及消振控制等方式，主动控制技术主要由传感器、被动悬置、控制装置以及作动器等设备组成[1]。作动器主要是用来提供灵敏的合适的动态作用力，传感器用来就被控制信号传输到控制装置中；被动悬置是在作动器不能够发挥作用时支撑发动机，控制装置是用来控制作动器在工作中产生的力的大小和位移，减少振动。作动器和传感器是主动控制系统中最主要的设备，传感器的选择主要和被控制的参数有关，常见的传感器有速度传感器、加速度传感器、非接触式探头传感器、位移传感器以及压力式传感器等。作动器是主动系统中的执行装置，负责为主动控制系统提高主动动力，减少电梯的振动。随着科学技术的快速进步，作动器的类型也非常的多，提高了主动控制系统的性能。

在电梯运行过程中产生的振动主要由电气振动和机械振动两种方式组成，其中电气振动主要是由于电动机与控制系统之间性能不匹配所导致的；机械振动主要是由于电梯的轿厢、悬挂装置以及曳引机以及电梯的安装质量等缺陷所导致的。在电梯的振动控制中主要关注的是人体敏感频率段的振动，因为这些振动对人的舒适性影响最大。电梯作为一个复杂的非线性的振动系统，采用传统的被动控制技术往往难以取得比较好的效果。模糊控制等控制技术的发展，为非线性控制带来良好的控制效果，同时也为电梯复杂系统的主动控制带来了新的方法。

2 高速曳引式电梯振动的主动控制研究

电梯作为一种比较复杂的机电设备，其各部件在运行的过程中都会产生一定程度的振动现象。曳引机作为整个电梯的基础，为电梯提高了动力作用。在电梯的运行过程中由于其中的电动机、减速箱等结构之间的误差和变形等，都会导致电梯在水平或者垂直方向上的振动。

在主动振动控制中由多种控制方法可以选用，例如独立模态空间的方法、最优控制方法以及自适应控制方法等内容。独立模态空间控制是将具有参数特征的弹性体采用离散的方法划为一定的模态序列，然后采用主动控制模态对弹性体进行控制。但是由于振动过程中各个模态不是单一存在的，往往会发生多模态耦合的现象，导致了耦合模态控制的计算方法比较大，因此，限制了其在实际应用中的范围。特征结构配置的方法包含了特征向量和特征值的配置，特征向量往往对系统的稳定性有比较大的影响，特征值决定了系统的动态特征。根据振动控制的要求来确定系统的特征向量和特征值的分布范围，然后通过状态反馈等反馈方法来改变极点的位置来达到主动控制的目的[2]。最优控制法是利用动态规划、极值原理等方法解决结构振动的方法。对于自由度比较高的高阶系统，采用这种控制方法比较复杂，也难以用解析式表达。对于具有二次型指标的线性系统可以用最优解析式来表示，而且其计算方法也比较简单。

自适应控制是用来对被控制对象参数不确定的振动系统，它能够自动的检测到振动系统的参数变化从而保证系统性能指标达到控制的要求。自适应控制又可以按照过程的不同分为自校正控制、自适应前馈控制以及模型参考自适应控制等，自校正控制是一种将受控结构参数在线识别和受控器参数相整合的控制形式；自适应前馈控制是假设控制参数可测；模型参考自适应控制是由相应结构能够跟踪受控结构的参考模型的输出。虽然自适应控制能够用到不确定性的振动系统中，但是其本身并没有鲁棒性。通过选择鲁棒性控制，增强了闭环系统对振动的抗干扰能力。

随着自动控制技术的发展，模糊控制和智能控制逐渐在电梯振动中得到了快速的发展和应用，而且也成为了解决难以建模复杂系统振动控制的重要方法。模糊控制作为一种重要的自动控制方法，对于物理规律比较复杂或者难以建立数学模型的被控制对象具有良好的效果。模糊自适应控制器是以简单的模糊控制器为基础的，它将模糊控制系统和模糊控制器有效的结合起来，从而实现对电梯振动的控制。通过采用神经网络系统来模拟结构和功能，是一种具有规模比较大的非线性系统。它需要对系统的性能进行恰当的模拟，然后提供精确的样本数据。神经网络是以信息的分布式存储和并行处理技术为基础，具有一定的学习和组织功能，对于非线性系统具有良好的模拟和逼近能力[3]。同时控制结构的一体化发展，能够有效的将数学控制器、传感器和作动器集成，能够有效的改变结构的质量和阻尼，最终实现自适应振动控制的目标。为了实现对振动的精确控制，主动控制技术对于精度高、灵敏度高的传感器和作动器的要求也越来越迫切，因此，发展高精度的智能化传感器、作动器，以及实现传感作动设备的集成化已经成为了主动控制技术发展的趋势和潮流。

3 结语

主动振动控制作为振动控制中的重要技术，具有良好的发展前景，特别是随着新材料和 计算机技术的发展，传感器和作动器都将得到快速的进步。再加上控制策略由传统的线性控制模型逐渐的向神经网络控制以及模糊控制的发展，最终实现对电梯振动的智能化控制，对于提高电梯的振动效果具有重要的意义。

参考文献

[1] 杨丹，崔廷浩.浅议高速电梯水平振动的主动控制[J].中国科技财富，2012（17）：42.

[2] 陶新康.浅议高速电梯水平振动的主动控制[J].科技致富向导，2011（14）：83，128.

[3] 白卫宏.曳引式电梯振动的主动控制技术研究[J].电子制作，2012（7）：110-112.endprint