黃根法 翁曉偉 徐華月 項(xiàng)京成

（1.臺(tái)州方圓質(zhì)檢有限公司，浙江臺(tái)州 318000；2.臺(tái)州市產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)研究院，浙江臺(tái)州 318000）

0 引言

近年來(lái)，隨著人們對(duì)設(shè)備、人身安全的愈加重視，加上穩(wěn)定性和節(jié)能高效性需求，各類動(dòng)力系統(tǒng)電力執(zhí)行部件的電機(jī)類型逐漸從傳統(tǒng)的直流電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)發(fā)展到高效的交流永磁同步電機(jī)，其控制方式也從簡(jiǎn)易的開(kāi)關(guān)啟停控制，發(fā)展到以高性能處理器為核心的變頻智能控制[1]。電機(jī)門(mén)機(jī)普遍采用隱極式永磁同步電機(jī)，與傳統(tǒng)的“交流異步+減速器+異步帶”結(jié)構(gòu)不同，永磁同步電機(jī)的電梯門(mén)機(jī)采用直驅(qū)傳動(dòng)形式，由低轉(zhuǎn)速、大扭矩同步電機(jī)直接牽引同步帶，帶動(dòng)門(mén)刀作往復(fù)水平運(yùn)動(dòng)，從而帶來(lái)運(yùn)行效率和控制性能的提升。

電梯作為特種設(shè)備，其產(chǎn)品質(zhì)量與使用者的人身安全息息相關(guān)，而門(mén)機(jī)作為電梯產(chǎn)品的核心部件，決定了開(kāi)關(guān)門(mén)速度、開(kāi)關(guān)力矩、耐久性等性能。電梯門(mén)開(kāi)合運(yùn)行過(guò)程中，速度范圍在0.3～0.8 m/s；另外，電梯電機(jī)所面對(duì)的場(chǎng)景和工況較為復(fù)雜，主要表現(xiàn)為重量差異、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不確定、自閉裝置等引起的慣量變化、溫濕度和風(fēng)壓引起的環(huán)境參數(shù)波動(dòng)以及初始安裝位置差異引起的不確定性等因素[2]，這些變化使得電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)變化，存在較多不確定性，且不利于精準(zhǔn)控制和研判。因此，迫切需要研制實(shí)時(shí)在線辨識(shí)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)復(fù)雜多變的電梯門(mén)機(jī)工作環(huán)境，提升現(xiàn)場(chǎng)使用和系統(tǒng)維護(hù)的安全性，而其關(guān)鍵技術(shù)是獲得準(zhǔn)確的系統(tǒng)參數(shù)。

1 永磁電梯門(mén)機(jī)檢測(cè)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于永磁電機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有《三相永磁同步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件（機(jī)座號(hào)80～355）》（GB/T 22711—2019）、《記錄儀表用永磁同步電動(dòng)機(jī)》（JB/T 7805—2007）、《外轉(zhuǎn)子永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)》（JB/T 12227—2015）等，其中對(duì)于永磁電機(jī)性能指標(biāo)的規(guī)定及存在的問(wèn)題如表1所示。

從表1可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)無(wú)專用的永磁電梯門(mén)機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)也不完善，為三相或外轉(zhuǎn)子或特定產(chǎn)品的專用標(biāo)準(zhǔn)，與復(fù)雜的電梯門(mén)機(jī)產(chǎn)品不相適應(yīng)。且最突出的問(wèn)題是，目前國(guó)內(nèi)永磁電機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要是在特定的環(huán)境溫度、濕度下，在測(cè)功機(jī)或模擬負(fù)載情況下進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試，無(wú)法檢測(cè)產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)下的性能參數(shù)，與復(fù)雜的門(mén)機(jī)運(yùn)行環(huán)境存在不相適應(yīng)性。

表1 國(guó)內(nèi)常見(jiàn)永磁電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)存在的問(wèn)題

2 永磁電梯門(mén)機(jī)在線檢測(cè)方法的構(gòu)建

本方法將設(shè)計(jì)一種“成果借鑒”—“參數(shù)預(yù)辨識(shí)方法研究”—“在線修正與優(yōu)化方法研究”相結(jié)合的整定流程。首先通過(guò)現(xiàn)有文獻(xiàn)分析比對(duì)確定目前電機(jī)參數(shù)在線檢測(cè)的技術(shù)指標(biāo)及存在的缺陷，并對(duì)比較的結(jié)論進(jìn)行分析、整理；然后采用典型工況測(cè)試法獲取電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)并使系統(tǒng)具備自運(yùn)行能力，將預(yù)辨識(shí)參數(shù)值作為初始條件代入模型參考自適應(yīng)算法中，通過(guò)可調(diào)的自適應(yīng)律校驗(yàn)并修正電機(jī)參數(shù)和控制參數(shù)，從而解決多參數(shù)辨識(shí)過(guò)程中辨識(shí)模型的非滿秩不收斂的問(wèn)題。在永磁電機(jī)參數(shù)中，繞組相電阻、軸電感、系統(tǒng)慣量是永磁電機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)，其值與矢量控制的電流環(huán)、速度環(huán)PI參數(shù)密切相關(guān)。永磁門(mén)機(jī)在線關(guān)鍵參數(shù)預(yù)辨識(shí)機(jī)制，將根據(jù)辨識(shí)需求由電機(jī)控制器逐步給出信號(hào)，采用差分測(cè)試法來(lái)獲取電壓、電流、轉(zhuǎn)速及響應(yīng)時(shí)間等關(guān)鍵信息，考慮逆變器非線性、鐵芯磁飽和、負(fù)載工況對(duì)參數(shù)辨識(shí)精度的影響，基于永磁電機(jī)數(shù)學(xué)模型辨識(shí)出繞組相電阻、交直流軸電感、反電勢(shì)常數(shù)及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)二階振動(dòng)控制模型整定電流環(huán)與速度環(huán)PI參數(shù)。最后，通過(guò)MRAS模型參考自適應(yīng)法優(yōu)化辨識(shí)精度，實(shí)現(xiàn)在線修正與優(yōu)化，可大量減少人工干預(yù)，提高辨識(shí)速度與精度。具體流程如圖1所示。

圖1 永磁電梯門(mén)機(jī)在線檢測(cè)方法流程圖

3 電梯門(mén)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電梯門(mén)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩個(gè)方面。

在硬件設(shè)備方面，其核心要點(diǎn)為搭建永磁伺服電機(jī)參數(shù)修正與優(yōu)化在線辨識(shí)平臺(tái)，包含系統(tǒng)上位機(jī)、供電電源、控制電路（含主控芯片）、驅(qū)動(dòng)電路以及被試電機(jī)等，具體如圖2所示。在硬件設(shè)計(jì)中，控制器將電網(wǎng)系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能傳遞到驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，使電梯門(mén)達(dá)到期望輸出的扭矩，實(shí)現(xiàn)轎廂門(mén)的穩(wěn)定平移運(yùn)行。電機(jī)控制器主要由電源轉(zhuǎn)換單元、母線儲(chǔ)能單元、處理器單元、功率變換單元、監(jiān)控檢測(cè)單元及帶有接口和散熱功能的外殼組成。當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，電機(jī)控制器接收來(lái)自電梯總控制PLC的運(yùn)行信號(hào)，由內(nèi)部的處理器單元進(jìn)行計(jì)算，再依靠功率變換單元實(shí)現(xiàn)變流，將交流市電變?yōu)橹绷麟姡缓筠D(zhuǎn)換成所需要的交流電傳遞給電機(jī)；監(jiān)控單元檢測(cè)母線電壓、電機(jī)電流、溫度等并在異常情況下進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)采集速度/位置信號(hào)反饋給PLC。

圖2 電梯門(mén)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在軟件方面，主要在控制電路的主控芯片中完成測(cè)量方法的軟件程序編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模型與算法。主控程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，其流程如圖3所示?？刂瞥绦蚧赟T的芯片配置工具CubeMX開(kāi)發(fā)，通過(guò)圖形界面生成初始化代碼，可以大大減少開(kāi)發(fā)工作時(shí)間。

圖3 控制程序流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文所探究的電機(jī)及其智能化參數(shù)辨識(shí)機(jī)制，無(wú)須人工干預(yù)系統(tǒng)參數(shù)整定，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，降低了系統(tǒng)調(diào)試的難度和風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步保障了安裝調(diào)試者和使用者的人身安全，且節(jié)省了企業(yè)調(diào)試時(shí)間和次數(shù)，減少了各類永磁伺服電控設(shè)備的維護(hù)及檢測(cè)成本。該系統(tǒng)可用于第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)快速對(duì)企業(yè)新研發(fā)電磁電機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行確定，又可對(duì)在用的產(chǎn)品進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控，還可在企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)和售后檢修過(guò)程中幫助快速確認(rèn)并解決問(wèn)題；對(duì)于我國(guó)的電機(jī)企業(yè)特別是體量巨大的中小型電機(jī)企業(yè)，該設(shè)備可作為企業(yè)常規(guī)檢驗(yàn)設(shè)備，方便地進(jìn)行永磁電機(jī)性能試驗(yàn)，全面快速檢測(cè)電機(jī)的各項(xiàng)性能，以提升電機(jī)產(chǎn)品的出廠質(zhì)量和一致性，從而推動(dòng)中小型電機(jī)制造企業(yè)以質(zhì)量為導(dǎo)向的品牌建設(shè)。