DE69835003T2

DE69835003T2 - Selbsttätige inbetriebnahme einer steuerung für ein feldorientieres aufzugmotor/treibersystem

Info

Publication number: DE69835003T2
Application number: DE69835003T
Authority: DE
Inventors: Roy Stephen Raleigh Colby; Alberto Middletown Vecchiotti; Ronnie E. Middletown Thebeau; Neil A. New Britain Greiner; Leslie M. Prospect Lamontagne
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2018-12-19
Also published as: EP0936730B1; CN1084960C; JPH11252965A; EP0936730A2; CN1222006A; DE69835003D1; US5929400A; EP0936730A3

Description

Die mit-anhängigen EP-Patentanmeldungen EP 98 310 406.8 , EP 98 310 410.0 , EP 98 310 433.2 und EP 98 310 409.7 , die gleichzeitig hiermit eingereicht wurden, enthalten Gegenstände, die zu dem hier offenbarten Gegenstand in Beziehung stehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft die selbsttätige Inbetriebnahme eines Aufzugs, insbesondere die selbsttätige Inbetriebnahme eines feldorientierten Motor/Antriebssystems für einen Aufzug
Auf dem Gebiet von Aufzugsystemen ist es bekannt, einen Wechselstrom-Asynchronmotor mit einer veränderlichen Frequenzansteuerung einzusetzen, um Traktionsleistung für ein Aufzugsystem bereitzustellen. Allerdings erfordert die ordnungsgemäße Arbeitsweise der Kombination aus Treiber und Motor, dass die Motorparameter ermittelt werden, und dass die Motor/Treiber-Steuerungsparameter auf Werte eingestellt werden, die die gewünschte Systemantwort ergeben. Darüber hinaus muss die Trägheit der bewegten Bauteile exakt ermittelt werden, um Motor und Aufzug genau zu steuern.
Typischerweise werden die Motorparameter und die Trägheit der sich bewegenden Bauteile mit Hilfe unterschiedlicher Methoden ermittelt. Eine Methode beinhaltet das Entfernen des Motors vom Einsatzort, um ihn zu einem Maschinenbauzentrum zu bringen, wo Motorparameter ermittelt werden. Eine andere Methode erfordert das Entsenden eines mit einer teuren Prüfanlage ausgerüsteten Ingenieurs zum Einsatzort, um den Motor mit der Treiberanordnung in Übereinstimmung zu bringen. Das Ermitteln des Trägheitsparameters lässt sich mit Hilfe einer komplexen Berechnung von Systemgewichten aus den Betriebsunterlagen bewerkstelligen, die an einem gegebenen Einsatzort möglicherweise genau und exakt vorliegen oder nicht. In vielen Fällen sind allerdings nicht sämtliche Systemmassen exakt bekannt, so dass eine exakte Berechnung von Systemgewich ten nicht ohne weiteres möglich ist. Die oben angesprochenen Methoden sind ineffizient und kostspielig und in einigen Fällen auch ungenau. Im Ergebnis wird eine Modernisierung oder eine Nachrüstung, mit der neue Antriebe alte Antriebe in existierenden Aufzugsystemen ersetzen sollen, für Gebäudebesitzer unattraktiv.
Ziele der Erfindung beinhalten eine sich selbst in Betrieb nehmende Aufzugsteuerung, die sich selbst automatisch vor Ort für ein gegebenes Aufzug/Motor-Antriebssystem kalibriert.
Erfindungsgemäß enthält ein Verfahren zum selbsttätigen Inbetriebnehmen einer Steuerung eines feldorientierten Aufzugmotors: a) Berechnen einer Integralverstärkung K_I, einer Proportionalverstärkung Kp und einer Gesamtverstärkung Gc für die Motorsteuerung; b) Erhalten von Anfangswerten einer Rotorzeitkonstante τ_R, eines Magnetisierungsstroms Id und einer Motordrehmomentkonstante K_T* für die Motorsteuerung und Erhalten eines Werts einer Transienteninduktivität Lσ des Motors; c) Berechnen von Endwerten für die Rotorzeitkonstante τ_R und den Magnetisierungsstrom Id unter Verwendung der Transienteninduktivität Lσ; d) Berechnen eines Parameters einer Systemträgheit J* für die Motorsteuerung.
Gemäß der Erfindung beinhaltet der Schritt zum Erhalten das Berechnen von Anfangswerten für τ_R, Id und K_T*. Weiterhin werden die Schritte (a) bis (d) automatisch beim Empfang eines Befehls von einem Wartungswerkzeug durchgeführt.
Die Erfindung stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik insofern dar, als eine Motorsteuerung geschaffen wird, die sich selbst automatisch in Betrieb nimmt. Die Erfindung ermittelt die notwendigen Motor-, Steuerungs- und Trägheitsparameter am Einsatzort, ohne dass es erforderlich ist, den Aufzug für getrennte Motorprüfungen vom Tragseil zu trennen, und ohne teure und/oder komplizierte Testanlagen oder speziell geschultes Personal einzustetzen. Dementsprechend verringert die Erfindung Zeit und Kosten beim Justieren des Aufzugsystems auf eine neue Motorsteuerung, was es attraktiver macht, alte Steuerungen auf diesem Gebiet nachzurüsten oder zu modernisieren. Die vorliegende Erfindung bestimmt automatisch die notwendigen Parameter und übermittelt diese zu dem Wartungspersonal, wenn die Selbst-Inbetriebnahme abgeschlossen ist, oder wenn ein Fehler aufgetreten ist.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm einer Aufzugsteuerung mit einer Autokalibrierlogik gemäß der Erfindung.
2 ein Blockdiagramm eines feldorientierten Stromreglers/Motortreiberschaltung innerhalb der in 1 gezeigten Steuerung gemäß der Erfindung;
3 ein auf höchster Ebene angesiedeltes Flussdiagramm der in 1 gezeigten Autokalibrierlogik gemäß der Erfindung;
4 ein Steuersystem-Blockdiagramm für das in 1 gezeigte System gemäß der Erfindung;
5 den Frequenzgang der Offenschleifen-Übertragungsfunktion des in 4 gezeigten Steuersystems gemäß der Erfindung;
6 den Amplitudengang der Regelschleifen-Übertragungsfunktion für das in 4 gezeigte Steuersystem gemäß der Erfindung.
7 ein logisches Ablaufdiagramm für die Autokalibrierlogik nach 1 gemäß der Erfindung;
8 eine schematische Darstellung eines Ersatzschaltungsmodells eines durch Feldorientierung gesteuerten Asynchronmotors gemäß der Erfindung;
9 ein vereinfachtes schematisches Diagramm der in 8 gezeigten Ersatzschaltung gemäß der Erfindung;
10 ein logisches Ablaufdiagramm der Autokalibrierlogik gemäß 1 entsprechend der Erfindung;
11 eine graphische Darstellung des Imaginärteils der Rotorimpedanz und der Motorimpedanz in Abhängigkeit der Frequenz gemäß der Erfindung;
12 ein logisches Flussdiagramm eines Teils des Flussdiagramms nach 10 gemäß der Erfindung;
13 ein Blockdiagramm eines Teils der in 1 gezeigten Autokalibrierlogik der Erfindung;
14 ein Asynchronmotor-Schaltungsdiagramm für q-Achsen-Variable eines feldorientierten angetriebenen Motors gemäß der Erfindung;
15 ein Asynchronmotor-Schaltungsdiagramm für d-Achsen-Variable eines feldorientierten angetriebenen Motors gemäß der Erfindung;
16 ein logisches Flussdiagramm eines Teils der in 1 gezeigten Autokalibrierlogik gemäß der Erfindung;
17 ein logisches Flussdiagramm eines Teils des Ablaufdiagramms nach 16 gemäß der Erfindung;
18 eine graphische Darstellung des zeitabhängigen Geschwindigkeitsprofils gemäß der Erfindung;
19 eine graphische Darstellung der drehzahlabhängigen Spannung Vd ohne Last für einen im Uhrzeigersinn bzw. im Gegenuhrzeigersinn laufenden Motor gemäß der Erfindung;
20 eine graphische Darstellung einer Verlustkomponente XDF und einer gefilterten Aufwärts-/Abwärts-Differenz FUDD abhängig von einer Rotor-Zeit-Konstanten für eine Aufwärtsfahrt bzw. eine Abwärtsfahrt gemäß der Erfindung;
22 ein Steuersystem-Blockdiagramm eines Teils der in 1 gezeigten Steuerung gemäß der Erfindung;
23 ein vereinfachtes Steuersystem-Blockdiagramm des Systems nach 22 gemäß der Erfindung;
24 ein vereinfachtes Steuersystem-Blockdiagramm für das System nach 23 gemäß der Erfindung;
25 ein logisches Ablaufdiagramm eines Teils der in 1 gezeigten Autokalibrierlogik gemäß der Erfindung;
26 eine graphische Darstellung von drei Motordrehzahl-Parametern in Abhängigkeit der Zeit, wenn die Innenschleifen-Verstärkungs-Abschätzung korrekt ist, entsprechend der Erfindung;
27 eine graphische Darstellung von drei Parametern in der in 1 gezeigten Autokalibrierlogik abhängig von der Zeit, wenn die Innenschleifenverstärkungs-Abschätzung korrekt ist, entsprechend der Erfindung;
28 eine graphische Darstellung von X_AVG in Abhängigkeit der abgeschätzten Trägheit (J*) für verschiedene Werte von J* gemäß der Erfindung.
In 1 ist der links von der Linie 7 dargestellte Teil ein Teil einer Aufzugsteuerung 7, die eine Bewegungssteuerung oder ein Bewegungssteuerung-Subsystem (MCSS) 10 enthält, das Geschoss-Zielbefehle von einer (nicht gezeigten) Betriebssteuerlogik über eine Leitung 8 empfängt und über eine Leitung 12 ein Geschwindigkeits-Referenzsignal ω_REF (in Form eines Geschwindigkeitsprofils) an eine Motorsteuerung oder an ein Treiber-/Brems-Subsystem (DBSS) 14 gibt. Die Motorsteuerung 14 enthält eine Geschwindigkeitsschleifen-Kompensationslogik 16, die eine Motordrehzahl-Regelschleife schließt, und die ein Drehmoment-Stromreferenzsignal I_qREF1 auf eine Leitung 15 gibt.
Die Motorsteuerung 14 enthält weiterhin eine bekannte feldorientierte (oder vektorbasierte) Motortreibersteuerung mit zwei Regelschleifen entsprechend unter schiedlichen Steuerachsen, nämlich einer d-Achse bezüglich einer Motormagnetisierung, und einer q-Achse, die auf das Drehmoment bezogen ist. Die d-Achsen-Schleife enthält ein d-Achsen-Stromreferenz-Eingangssignal I_dREF über eine Leitung 14, welches den d-Achsen-Strom Id einstellt. I_dREF (und mithin Id) wird auf einen vorbestimmten, konstanten Wert eingestellt, damit in dem Motor entsprechend von Motormagnetisierungskurven der passende magnetische Fluss bereitgestellt wird. Das Signal I_dREF wird einer feldorientierten Stromregler-/Motortreiberschaltung 20 zugeleitet, wie im Folgenden anhand der 2 näher erläutert wird.
Die q-Achsen-Stromschleife erhält über die Leitung 15 ein erstes q-Achsen-Stromreferenz-Eingangssignal I_dREF1, das an einen Schalter 19 gelangt und von der Geschwindigkeitsschleifen-Kompensationslogik 16 geliefert wird. Die Logik 16 gibt an die Schaltung 20 dann das q-Achsen-Stromreferenzsignal I_qREF1. wenn sie sich nicht im Autokalibriermodus (oder Selbst-Inbetriebnahme-Modus) befindet. Der andere Eingang am Schalter 19 erhält über eine Leitung 17 ein zweites q-Achsen-Stromreferenz-Eingangssignal I_dREF2. Am Ausgang des Schalters 19 erscheint auf einer Leitung 18 das q-Achsen-Stromschleifen-Referenzsignal I_dREF, welches basierend auf dem Zustand eines Signals MODE1, welches dem Schalter 19 über eine Leitung 13 zugeleitet wird, dem Signal I_qREF1 oder I_qREF2 entspricht. Das Signal I_qREF wird der feldorientierten Stromregler-/Motortreiberschaltung 20 zugeführt, was weiter unten anhand der 2 erläutert wird.
Die Schaltung 20 liefert Drehstrom-Treiberspannungen V_x, V_Y, V_Z über Leitungen 22 an einen Motor 24, das ist hier ein Drehstrom-Asynchronmotor. Der Motor 24 liefert ein Drehzahl-Rückkopplungssignal ω_R entsprechend der Drehzahl des Motors 24 über eine Leitung 36 zurück zu der Steuerung 7 (die im Folgenden noch als Regler bezeichnet wird).
Zwei Beispiele für Drehstrom-Induktionsmotoren, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, sind Modell LUGA-225LB-04A von der Firma Loher mit einer Nenn-Leistung von 45 kW, einer Nennspannung 355 Volt, einer Nenndrehzahl von 1480 und einer Nennfrequenz von 50 Hz in einer Getriebe-Konfiguration; und das Modell 156MST der Firma Tatung (Taiwan) mit einer Nennleistung von 40 kW, einer Nennspannung von 500 Volt, einer Nenndrehzahl von 251 und einer Nennfrequenz von 16,7 Hz in einer getriebelosen Konfiguration. Auf Wunsch können auch andere Motoren mit anderen Nenn-Parametern eingesetzt werden.
Der Motor 24 ist durch eine mechanische Verbindung (26), beispielsweise eine Welle und/oder einen Getriebekasten, mit einer Seilscheibe 28 gekoppelt. Ein Seil oder Kabel 30 ist um die Seilscheibe 28 geschlungen und ist mit einem Ende an einem Aufzugfahrkorb 32 festgemacht, während das andere Ende mit einem Gegengewicht 34 verbunden ist. Das Gegengewicht beträgt typischerweise dem Gewicht des leeren Fahrkorbs zuzüglich 40–50% der Nenn-Zuladung für den Fahrkorb.
Andere Aufzugsystem-Konfigurationen, mit oder ohne Gegengewicht, mit oder Getriebebox, können auf Wunsch eingesetzt werden, um das Ausgangsmoment des Motors 24 umzusetzen in einer Bewegung der Aufzugkabine 32, so beispielsweise ein Doppellift (bei dem zwei Aufzugfahrkörbe über ein einzelnes Seil verbunden sind und die Fahrkörbe sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, während jeder Fahrkorb ein Gegengewicht für den anderen Fahrkorb bildet), eine Trommelmaschine (bei der das Seil um eine von einem Motor angetriebene Trommel geschlungen ist), etc..
Eine Bremse 37, beispielsweise eine elektromagnetisch betätigte Scheibenbremse, befindet sich an der Welle 26 und wird von einem elektrischen Bremsbefehlsignal BRKCMD auf einer von der Schaltung 20 kommenden Leitung 38 angesteuert. Bei Aktivierung oder "Abfallen" klemmt die Bremse 32 an der Welle 26 und verhindert eine Drehung der Motorwelle 26, d. h. sie blockiert den Rotor und verhindert damit, dass sich die Seilscheibe 28 bewegt.
Gemäß 2 ist es, wie oben diskutiert wurde (dem Gebiet der feldorientierten Motorregelung bekannt, dass eine solche Regelung von Strom- und Spannungsparametern entsprechend den d- und q-Achsen Gebrauch macht. Insbesondere der in 1 gezeigte feldorientierte Stromregler/Motortreiber 20 enthält zwei Stromregelschleifen, eine für den d-Achsen(Magnetisierungs-)Strom Id, eine für den q-Achsen(Drehmoment-)Strom Iq. Die Id-Schleife empfängt für die Leitung 14 das Signal I_dREF an einem positiven Eingang eines Addierers 102. Ein gemesse nes oder Rückkopplungs-d-Achsen-Stromsignal Id auf einer Leitung 104 wird dem Addierer 102 über einen negativen Eingang zugeleitet. Das Ausgangssignal des Addierers 102 ist ein Fehlersignal I_dERR auf einer Leitung 106, die der Regelkompensationslogik 108 zugeführt wird, zum Beispiel in Form einer Proportional-Integral-Stromregelung (PI-Regelung) mit einer Proportionalverstärkung K_P, einer Integralverstärkung K_I und einer Gesamtverstärkung G_c, wobei das Signal über Leitungen 121 geführt wird, wie weiter unten näher ausgeführt wird. Die Logik 108 liefert über eine Leitung 110 ein d-Achsen-Spannungsbefehlssignal oder -Sollsignal V_CMO.
Für die q-Achse empfängt die Iq-Schleife das Signal I_qREF über die Leitung 18 an einem positiven Eingang eines Addierers 114. Ein gemessenes oder Rückkopplungs-q-Achsen-Stromsignal Iq auf einer Leitung 116 wird dem negativen Eingang des Addierers 114 zugeführt. Das Ausgangssignal des Addierers 114 ist ein Fehlersignal I_qERR auf einer Leitung 118, welches der Regelkompensationslogik 120 zugeleitet wird, beispielsweise einer Proportional-Integral-Logik (PI-Logik) ähnlich der Logik 108, die eine Proportionalverstärkung K_P und eine Integralverstärkung K_I ähnlich wie die Verstärkung für die Logik 108 aufweist. Das Ausgangssignal der Logik 120 ist ein q-Achsen-Spannungsbefehlssignal V_qCMD auf der Leitung 122. Da die q- und die d-Achsen-Stromschleifen Integralschleifen sind, wenn der stationäre Zustand gegeben ist, ist Id gleich I_dRE _F.
Die Spannungsbefehle V_dCMD und V_qCMD werden einer bekannten Feldorientierungs-Drehstrom-Umwandlungslogik 124 zugeleitet, welche die d-Achsen- und q-Achsen-Spannungsbefehle umwandelt in Drehstrom-Spannungsbefehle V_XCMO, V_YCMD und V_ZCMD auf Leitungen 126. Die Phasenspannugsbefehle V_XCMD, V_YCMD und V_YCMD werden einer bekannten Drehstrom-Treiberschaltung (einem Umrichter) 128 zugeleitet, die Dreiphasenspannung (Drehspannung) V_x, V_Y und V_Z über Leitungen 130, 132 und 134 (kollektiv als Leitungen 22 bezeichnet) zum Treiben des Motors 24 liefert (1).
Innerhalb der Treiberschaltung 128 (Einzelheiten sind nicht dargestellt) wird jeder der Spannungsbefehle V_XCMD, V_YCMD, V_ZCMD auf den Leitungen 126 in prozentuale Tastverhältnisbefehle umgewandelt, die kennzeichnend sind für den entsprechenden Eingangsspannungspegel. Das prozentuale Tastverhältnis wird umge wandelt in ein pulsweitenmoduliertes Treibersignal, welches Leistungstransistor treibt, um die pulsweitenmodulierten, eine variable Frequenz aufweisenden Drehspannungen V_X, V_Y, V_Z auf den Leitungen 130, 132 bzw. 126 bereitzustellen. Die Umwandlungen innerhalb der Treiberschaltung 128 erfolgen unter Verwendung elektronischer Bauteile und/oder Software, die auf dem Gebiet der Motortreiberschaltungen bekannt sind. Es kann auch irgendein anderer Typ von Treiberschaltung verwendet werden, der Eingangsspannungsbefehle (Sollspannungen) empfängt und Ausgangs-Phasenspannungen liefert, außerdem brauchen die Phasenspannungen nicht pulsweitenmoduliert zu sein.
Zu den Spannungen V_X, V_Y, V_Z gehörige Phasenströme I_X, I_Y, I_Z werden mit Hilfe bekannter Stromfühler 136, 138, 140 gemessen, beispielsweise geregelten Halleffekt-Stromsensoren (beispielsweise LEMS) und auf Leitungen 141, 142, 143 gegeben. Die Phasenströme I_X, I_Y;I_Z werden an eine bekannte Drehstrom-Feldorientierungs-Wandlerlogik 150 gegeben, die eine an sich bekannte Umwandlung von Phasenströmen in d-Achsen- und q-Achsen-Ströme Id, Iq auf den Leitungen 104 bzw. 116 vornimmt, die dann als Rückkopplungsströme auf die Addierer 102 bzw. 114 gegeben werden.
Auf dem Gebiet der feldorientierten Treiberschaltungen ist es bekannt, dass der Wert der Rotor-Zeitkonstanten τ_R, der Drehmoment-Konstanten K_T. des Nenn-Motormagnetisierungsstrom I_dRATED und des Nenn-Motordrehmomentstroms I_qRATED bekannt sein müssen. Diese Motorparameter werden über Leitungen 144 an die Logikschaltungen 124, 150 gegeben. Insbesondere wird τ_R dazu verwendet, die korrekte Schlupffrequenz ω_s zur Erzielung der Feldorientierung einzurichten, außerdem werden diese Parameter dazu benötigt, das gewünschte oder Nenn-Drehmoment des Motors bei der Nenndrehzahl und der Nennspannung des Motors zu erreichen. Die Leitungen 116, 118, 104, 122 und 110 werden kollektiv mit 147 bezeichnet, die Leitungen 121, 144 kollektiv mit 149.
Die Wandler 124, 150 erzeugen bekannte. Umwandlungen zwischen Vektor-(d- und q-Achsen-)Parametern und phasenbezogenen Parametern, wie dies beschrieben ist in D. Novotny et al. "Vector Control and Dynamics of AC Drives", Oxford University Press, 1996, Kapitel 5, Seiten 203 bis 251. Die Wandler 124, 150 können gleichermaßen die Umwandlungsvorgänge mit Hilfe von Software unter Verwendung eines Mikroprozessors oder dergleichen implementieren.
Die Motortreiberlogik 111 enthält außerdem eine Bremsentreiberschaltung 145, die auf einer Leitung 146 ein Eingangssignal BRK empfängt und über die Leitung 38 ein Signal BRKCMD liefert.
Nach 1 enthält die Erfindung eine Selbst-Inbetriebnahme-Logik 48, die automatisch die PI-Regelparameter K_I, K_P, Gc und den Motorparameter τ_R auf den Leitungen 149 bereitstellt und außerdem die Parameter J*, K_T* berechnet und auf den Leitungen 74 bereitstellt, ferner den Parameter I_dREF auf der Leitung 14 für die Motorsteuerung 14. Die Logik liefert außerdem ein Sekundär-Drehmoment-Stromreferenzsignal I_qREF2 auf der Leitung 17. Die Logik 48 empfängt die Parameter Vd, Vq, Id, Iq und I_qERR von der Schaltung 20 auf den Leitungen 147.
Außerdem liefert die Logik 48 das Signal MODE1 über die Leitung 13 an den Schalter 19. Das Flag MODE1 bewirkt, dass das Stromreferenzsignal I_qREF2 von der Kalibrierlogik 48 zu der Logik 20 gelangt. Die Logik 48 bildet außerdem ein Bremsanforderungssignal BRK auf der Leitung 146 für die Schaltung 20. Ferner liefert die Logik 66 Signale MODE und FLRCMD über die Leitungen 71 und 72 an die Bewegungssteuerlogik 10. Das Flag MODE veranlasst die Bewegungslogik 10, Geschossbefehle von dem Signal FLRCMD auf der Leitung 72 zu akzeptieren.
Das Signal FLRCMD befiehlt der Bewegungssteuerung 10, eine Aufzugfahrt in einer vorgegebenen Richtung für eine vorgegebene Anzahl von Geschossen (oder zu einem speziellen Zielgeschoss) auszuführen unter Verwendung eines vorbestimmten Standard-Geschwindigkeitsprofils für ω_REF (siehe 18) in der Motorsteuerung 10, wie im Folgenden diskutiert wird. Die Motorsteuerlogik 10 liefert außerdem ein Motorsteuerungs-Fehlersignal MCFAULT über eine Leitung 73 an die Logik 48, um zu signalisieren, wenn während einer Aufzugfahrt ein Fehler aufgetreten ist. Während der Aufzugfahrt fährt der Aufzug mit normalem Geschwindigkeitsprofil unter Verwendung einer leeren Kabine, während die normalen Sicherheitsmerkmale aktiviert sind.
Die Logik 48 kommuniziert außerdem über eine Serien-Schnittstelle 82 mit einem Wartungswerkzeug 80. Das Wartungswerkzeug 80 enthält ein Display 84 sowie ein Tastenfeld (oder eine Tastatur) 86 zum Eingeben von Daten in das Wartungswerkzeug 80 und über die Verbindung 82 zum Regler 7. Insbesondere empfängt die Logik 48 über die Verbindung 82 von dem Wartungswerkzeug 80 einen Startbefehl, der festlegt, wann die Eigenkalibrierung oder Autokalibrierung begonnen wird. Die Logik 48 liefert außerdem ein Signal DONE, ein Signal FAULT, und sie kann außerdem gewisse Motorparameter über die Verbindung 82 an das Wartungswerkzeug 80 liefern. Das Signal DONE gibt an, wann die Logik 48 fehlerfrei abgeschlossen hat, das Signal FAULT gibt an, wann ein Fehler während der Selbst-Inbetriebnahme nachgewiesen wurde.
Die Aufzugbewegungsbefehle (Zielgeschosse) können manuell über das Wartungswerkzeug 80 angegeben werden, oder alternativ kann der Aufzug auf den Zyklus zwischen zwei vorbestimmten Geschossen mit Hilfe des Wartungswerkzeugs 60 eingerichtet werden. Um außerdem die Implementierung zu vereinfachen und Sicherheit zu maximieren, können sämtliche Bewegungen des Aufzugs unter der Steuerung der normalen Aufzugsteuersysteme ablaufen, und sämtliche normalen Aufzugschacht-Sicherheitsfunktionen können wirksam sein.
Die Logik 48 enthält bekannte elektronische Bauteile, die wiederum einen Mikroprozessor, eine Schnittstellenschaltung, einen Speicher, Software und/oder Firmware beinhalten können, die in der Lage sind, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen.
Nach 3 umfasst die Logik 48 vier Tests 252, 258, 262 und 266. Die ersten beiden Tests 252, 258 sind Rotorblockierungs-Tests, die bei stillstehendem Motor (d.h. bei greifender Bremse) durchgeführt werden. Die anderen beiden Tests 256, 258 sind Tests bei laufendem Rotor, die durchgeführt werden, während der Aufzug nach oben und/oder nach unten fährt, um verschiedenen Motorparameter zu bestimmen.
Insbesondere tritt die Autokalibrierlogik 48 in einen Schritt 250 ein, der prüft, ob ein Startbefehl vom Wartungswerkzeug 80 empfangen wurde. Wurde kein Startbefehl empfangen, wird die Logik verlassen. Wenn ein Startbefehl empfangen wurde, führt ein Schritt 252 den ersten Tests bei blockiertem Rotor durch, indem Werte für K_I, K_P und Gc für die Stromschleifenkompensation 108, 120 (2) des Stromreglers und des Motortreibers 20 innerhalb der Motorsteuerung 14 (1) berechnet werden, wie dies im Folgenden näher erläutert wird. Der bei blockiertem Rotor ausgeführte Test 252 kann der gleiche sein, wie er in der anhängigen EP-Anmeldung EP 98 310 40 68 , die gleichzeitig hiermit eingereicht wurde, beschrieben ist. Dann prüft ein Schritt 254, ob während des vorausgehenden Tests ein Fehler aufgedeckt wurde, oder ob von dem Wartungswerkzeug 80 ein Stopbefehl empfangen wurde. Wurde ein Fehler erkannt oder wurde ein Stopbefehl empfangen, wird die Logik 48 verlassen.
Als nächstes testet ein Schritt 256, ob gewisse Motorparameter wie beispielsweise die Rotorzeitkonstante τ_R, die d-Achsen-Stromreferenz I_dREF (und folglich Id), die Motordrehmomentkonstante K_T* und die Transienteninduktivität Lσ von dem Wartungswerkzeug 80, beispielsweise von dem Motor-Datenblatt, verfügbar sind. Sind die Werte verfügbar, wird ein zweiter bei blockiertem Rotor auszuführende Test 258 übersprungen, und die Logik 48 geht zu dem Test 262 bei laufendem Rotor. Stehen die Parameter nicht über das Motordatenblatt zur Verfügung, führt die Logik 48 den zweiten bei blockiertem Rotor durchgeführten Test 248 aus, der Anfangswerte für τ_R, I_dREF (und mithin Id) und K_T* berechnet, außerdem gewisse weitere Motorparameter berechnet, so zum Beispiel Lσ und/oder den Statorwiderstand R1, wie im Folgenden näher diskutiert wird. Der zweite bei blockiertem Rotor ausgeführte Test 258 kann der gleiche sein, wie er in der mit-anhängigen EP 98 310 410.0 beschrieben ist, die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde, und im Folgenden näher diskutiert wird. Anschließend prüft ein Schritt 260, ob während des vorhergehenden Tests ein Fehler erkannt wurde oder ob von dem Wartungswerkzeug 80 ein Stopbefehl erhalten wurde. Ist ein Fehler erkannt worden, oder wurde ein Stopbefehl empfangen, wird die Logik 48 verlassen.
Als nächstes führt die Logik 48 den ersten Test 262 bei laufendem Rotor durch, bei dem eine Feinabstimmung der Werte für τ_R, I_dREF (und folglich Id) und K_T* mit Hilfe der Werte für die durch den Test 258 berechneten Parameter oder der von dem Wartungswerkzeug 80 erhaltenen Werte erfolgt. Der erste bei laufendem Rotor auszuführende Test 262 kann der gleiche sein, wie er in der gleichzeitig eingereichten anhängigen EP-Patentanmeldung 98 310 409.2 beschrieben ist. Atlernativ kann der erste bei laufendem Rotor ausgeführte Test 262 der gleiche sein, wie er in der gleichzeitig eingereichten anhängigen EP-Anmeldung 98 310 433.2 beschrieben ist. Anschließend prüft ein Schritt 264, ob während des vorausgehenden Tests ein Fehler erkannt wurde, oder ob von dem Wartungswerkzeug 80 ein Stopbefehl empfangen wurde. Wurde ein Fehler erkannt oder ein Stopbefehl empfangen, wird die Logik 48 verlassen.
Als nächstes führt die Logik 48 den zweiten bei laufendem Motor ausgeführten Test 266 durch, der den Wert der Systemträgheit J* berechnet. Dann liefert ein Schritt 268 einige der oder sämtliche Parameter, die in den vier Tests 252, 258, 262, 266 berechnet wurden, zur Verwendung durch das Wartungspersonal an das Wartungswerkzeug 80. Jeder der vier Tests bildet einen Teil der Autokalibrierlogik 48, wie im Folgenden erläutert wird, um die spezifischen Parameter für diesen Test zu berechnen.
Erster Test bei blockiertem Rotor:
Bezugnehmend auf 4 bezieht sich das dortige Steuersystem-Ersatz-Blockdiagramm für die q-Achsen-Stromschleife mit der Autokalibrierlogik 48 aus 1 und 2 für den Fall, dass das Signal MODE1 (1) den Schalter 19 veranlasst, I_qREF auf I_qREF2 als Referenz für die q-Achsen-Stromschleife (d.h. den Autokalibriermodus) zu setzen. Verschiedene Teile des in 4 gezeigten Steuersystems lassen sich gleichsetzen mit den Teilen des in den 1 und 2 gezeigten schematischen Blockdiagramms. Insbesondere enthält das in 4 gezeigte Steuersystem das q-Achsen-Stromreferenzsignal I_qREF auf einer Leitung 210 (analog der Leitung 18 in 2) von der Autokalibrierlogik 48, welches den positiven Eingang eines Addierers 212 (analog dem Addierer 114 in 2) zugeführt wird. Das Iq-Stromrückkopplungssignal auf der Leitung 214 wird an den negativen Eingang des Addierers 212 gegeben, der auf einer Leitung 216 ein Fehlersignal I_ERR an einen Kasten 218 gibt, der für die PI-Regelkompensation steht (analog der in 2 gezeigten q-Achsen-Schleifen-Kompensationslogik 120). Die Kompensation 218 enthält eine bekannte Proportional-Integral-(PI-)Regelübertragungsfunktion: Gc (KP + KI/s) Gl.1wobei K_I die Integralverstärkung, K_P die Proportionalverstärkung, Gc die Gesamtverstärkung und "s" der bekannte Laplacetransformations-Operator ist.
Die Kompensation 218 liefert ein Spannungssollsignal oder Spannungsbefehlssignal V_qCMD über eine Leitung 220 zu einem Kasten 222, der für die Übertragungsfunktion des Motortreibers 111 (2) steht und im interessierenden Frequenzbereich eine Übertragungsfunktion von 1 hat. Der Treiber 222 liefert eine phasenbezogene Treiberspannung Vph über eine Leitung 224 zu einem Kasten 226, der für die Übertragungsfunktion des Motors 24 (1) steht. Die Übertragungsfunktion des Motors 24 wird angenähert von einer Nacheilung erster Ordnung: 1/(Ls + R) Gl.2wobei L die phasenbezogene Induktivität des Motors, R der phasenbezogene Widerstand des Motors und "s" der Laplacetransformations-Operator ist. Der Motor 24 ist ein Drehstrom-Asynchronmotor, kann aber jeder Typ von Motor mit ähnlicher Übertragungsfunktion sein. Der q-Achsen-Strom Iq des Motors ist auf einer Leitung 214 dargestellt und wird zu dem Addierer 212 zurückgeführt. Iq wird tatsächlich innerhalb des Treibers (2) gemessen. Allerdings ist die Übertragungsfunktion des Motors Teil der Regelschleifendynamik, wie in 3 gezeigt ist.
Wie oben in Verbindung mit 1 und 2 erläutert wurde, liefert die Autokalibrierlogik 48 den I_qREF2 an die q-Achsen-Stromschleife auf der Leitung 210 (sowie das Signal MODE1 und das Signal I_dREF, wobei der Wert im vorliegenden Fall gleich der q-Achsen-Stromschleifenreferenz I_qREF ist, sie empfängt die Signale I_qERR, Iq über die Leitungen 216 bzw. 214 (analog den Leitungen 118, 116 in 2) aus der q-Achsen-Stromschleife, liefert die Steuerparameter K_I, K_P, Gc über die Leitungen 219 (analog den Leitungen 121 in 2) an den Kompensationsblock 218, und empfängt und liefert Parameter über die serielle Verbindung 82.
Bezugnehmend auf die 4, 5 und 6 für den ersten bei blockiertem Motor auszuführenden Test 252, setzt die Autokalibrierlogik 48 Gc fest und justiert K_I und K_P so, dass die gewünschte Gesamt-Treiber-Motorschleifen-Antwort erhalten wird, ohne dass dazu der Motor abgetrennt oder ausgebaut werden müsste. Insbesondere kombiniert die Offenschleifen-Übertragungsfunktion für das Steuersystem-Blockdiagramm die Gleichung 1 und 2 folgendermaßen:
Wenn K_P = L und K_I = R, reduziert sich die Offenschleifen-Übertragungsfunktion nach Gleichung 3 auf Gc/s, nämlich einen Integrator mit einer Verstärkung Gc, der die gewünschte Schleifenleistung des Motorsteuersystems liefert. Der resultierende Integrator besitzt einen Amplituden-(oder Verstärkungs-)Gang, der 1(0 dB) bei ω_c (rad/s) = Gc (d.h. die Offenschleifen-Übergangsfrequenz). Damit wird die Integratorverstärkung Gc gleichgesetzt mit der Soll-Offenschleifen-Übergangsfrequenz in rad/s (d.h. Gc = ω_c = 2πF_OL). Für ein System mit einer Offenschleifen-Übertragungsfunktion entsprechend einem Integrator ist die Frequenz, bei der die Offenschleifenverstärkung durch 1 (0 dB), d.h. die Offenschleifen-Übergangsfrequenz (F_OL) gleich derjenigen Frequenz, bei der die Regelschleifenantwort um einen vorbestimmten Betrag (z.B. 3 dB), das ist die Regelschleifen-Bandbreite, kleiner als 1 (0 dB) ist.
Die Autokalibrierlogik 48 empfängt den Wert von Gc und/oder F_OL über die Verbindung 82 von dem Wartungswerkzeug 80 (berechnet Gc oder F_OL), und sie liefert Gc an die Schaltung 20. Außerdem bestimmt die Logik 48 den Wert von K_I und K_P mit Hilfe eines zweistufigen Prozesses (der weiter unten in Verbindung mit 7 näher erläutert wird). Zunächst wird die Proportionalverstärkung K_P mit der auf K_I = 0 (oder nahe bei 0) gesetzten Integralverstärkung variiert (oder abgestimmt). Der Zweck, K_I = 0 (oder nahe bei 0) einzustellen, besteht darin, den Integratoranteil der Kompensation 108, 120 als Beitrag für die Systemantwort während dieses ersten Prozessschritts zu beseitigen oder zu minimieren. Es können andere Methoden nach Wunsch ebenfalls verwendet werden, um den Integratorbeitrag zu minimieren, so zum Beispiel kann den Integrator vorübergehend aus dem System nehmen oder man kann das Ausgangssignal des Integrators auf Null halten.
Dann wird ein sinusförmiges Eingangssignal als Referenzstrom I_qREF an die Schleife gegeben, wobei das Eingangssignal eine Frequenz F_OL gleich der gewünschten Offenschleifen-Übergangsfrequenz hat. Dieser Offenschleifen-Betrag wird berechnet, indem man das Verhältnis der Signale Iq/I_qERR berechnet. Kp wird so lange variiert, bis der Betrag der Offenschleifenverstärkung innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von 1 (0 dB) liegt.
Wenn gemäß 5 und 6 die Bremsfrequenz F_B ausreichend klein ist im Vergleich zu der Offenschleifen-Übergangsfrequenz F_OL, ähnelt die Offenschleifen-Antwort für die Offenschleifen-Übergangsfrequenz derjenigen eines Integrators. Dementsprechend ist die Offenschleifen-Bandbreite (angedeutet durch einen Punkt 300), das ist die Frequenz, bei der die Regelschleifen-Frequenzantwort oder Verstärkung abzufallen oder gedämpft zu werden beginnt, im Wesentlichen identisch mit der Offenschleifen-Übergangsfrequenz F_OL.
Zweitens wird die Integralverstärkung KI abgestimmt, während K_P auf den Wert eingestellt ist, der durch den erläuterten ersten Schritt ermittelt wurde. In diesem Fall wird an die Schleife eines sinusförmige Eingangsgröße als Referenzstrom I_qREF gegeben, wobei das Eingangssignal eine Frequenz F_CL = 0,8 F_OL aufweist, die der gewünschten Regelschleifen-Bandbreite entspricht. Man kann von anderen Multiplikatoren als 0,8 Gebrauch machen, wenn dies erwünscht ist, abhängig von der angestrebten Systemantwort. K_I wird so lange variiert, bis die Amplitude der Regelschleifen-Übertragungsfunktion innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von 1 (0 dB) liegt.
Insbesondere auf 7 bezugnehmend, beginnt ein auf oberster Ebene angesiedeltes Flussdiagramm für den ersten Test bei blockiertem Rotor, 252, bei einem Schritt 302, der die benötigten Parameter zum Ausführen einer Autokalibrierung anfordert und empfängt, wie im Folgenden diskutiert wird. Sodann wird eine Reihe von Schritten 304 abgearbeitet, die in der unten näher erläuterten Weise Einstellungen vornehmen, nämlich K_I = 0, K_P = K_P-INIT, Gc = 2πF_OL und den Wert für I_dREF. Außerdem setzen die Schritte 304 eine Variable COUNT = 0, setzen MODE1 = 1 und setzen BRK = 1, was die Bremse 37 (1) greifen lässt und den Rotor blockiert.
Der Wert von K_P-INIT wird anhand von Informationen aus dem Motor-Typenschild und/oder dem Motor-Datenblatt berechnet. Wie oben bereits diskutiert wurde, sollte K_P gleich der Motorinduktivität L sein. Als Anfangswert wird K_P-INIT basierend auf einer Annäherung der Motor-Transienteninduktivität Lσ eingestellt, die ihrerseits anhand einer Basis-"Induktivität" (L_BASE) des Motors approximiert wird, wozu folgende Gleichung verwendet wird: KP-INIT = 0,1 × L BASE
L_BASE umfasst sowohl die Magnetisierungsinduktivität (L_m) als auch die Transienteninduktivität (Lσ), wobei Lσ etwa 10–20% von L_m ausmacht. Man kann auf Wunsch auch andere Multiplikatoren als 0,1 verwenden. L BASE wird anhand des Motor-Typenschilds nach folgenden Gleichungen berechnet: Z_BASE = (PWR_RATED)/(VLL_RATED)2 L_BASE = Z_BASE/(2πHZ_RATED)wobei PWR_RATED die in Watt gemessene Nenn-Motorwellenleistung ist, RPM_RATED die Nenn-Motordrehzahl in UPM ist; VLL_RATED die verkettete Effektivspannung in Volt ist und HZ_RATED die Nennfrequenz in Hz ist.
Der Anfangswert von I_dREF wird folgendermaßen eingestellt: IdREF = 0,25 × I BASEwobei I_BASE der Motor-"Basis"-Strom ist, berechnet aus den Typenschild-Daten in der Form als (PWR_RATED)/((3)^1/2 × VLL_RATED) ist. Andere Einstellungen für I_dREF sind auf Wunsch möglich, vorausgesetzt in dem Motor wird die passende Flussstärke erzeugt.
Die Werte von K_P-INIT und I_dREF können von der Logik 252 und der Verwendung der Typenschild-Parameter PWR_RATED, RPM_RATED, VLL_RATED und HZ_RATED berechnet werden, können von dem Servicepersonal in das Wartungswerkzeug 80 eingegeben und über die Verbindung 82 der Logik 48 zugeführt werden. Alternativ können die Werte von K_P-INIT und I_dREF von dem Servicepersonal berechnet, in das Wartungswerkzeug 80 eingegeben und über die Verbindung 82 der Logik 48 zugeleitet werden.
Als nächstes setzt ein Schritt 310 I_qREF2 auf eine Sinuswelle mit einer Prüffrequenz von F_OL entsprechend der gewünschten Offenschleifen-Übergangsfrequenz, zum Beispiel 180 bis 133 Hz. Auf Wunsch können auch andere Frequenzen genutzt werden. Diese Sinuswelle wird digital von einem Digitalprozessor erzeugt, beispielsweise einem digitalen Signalprozessor, z.B. Motorola DSP 56002, mit einer Aktualisierungs-(oder Abtast-)Rate von 5 kHz. Andere Hardware- und/oder Software-Methoden oder Aktualisierungsraten können dazu dienen, die sinusförmigen Eingangssignale zu bilden.
Als nächstes überwacht ein Schritt 312 die Signale I_qERR und I_q auf den Leitungen 18 bzw. 116, und verwendet den oben angesprochenen digitalen Signalprozessor dazu, eine diskrete Fouriertransformation (DFT) der einzelnen Signale I_qERR und I_q zu bilden und so den Betrag der Grundwelle oder ersten Harmonischen I_qERR und I_q zu ermitteln (nämlich I_qMAG, I_qERR-MAG), um so die Offenschleifenverstärkung zu berechnen und die erste Harmonische dient zum Berechnen der Offenschleifenverstärkung, so dass Nichtlinearitäten im Steuersystem die Berechnung nicht stören. Die Grundwelle oder erste Harmonische eines gemessenen Signals einer DFT lautet bekanntlich Asin(ωt) + Bcos(ωt), wobei ω die Prüf- oder Testfrequenz (2πF_OL) ist. Als nächstes berechnet ein Schritt 314 den Betrag der ersten Harmonischen nach der bekannten Gleichung (A² + B²)^1/2.
Um eine DFT zu berechnen, werden in bekannter Weise innerhalb der Logik 48 Standard-Sinus- und -Cosinuswellen mit der Amplitude 1 bei der Prüffrequenz erzeugt. Das gemessene Signal (z.B. I_qERR, Iq) wird mit der Standard-Sinuswelle multipliziert, das Produkt wird über eine Erregungsperiode integriert, um den Fourierreihen-Koeffizienten A des Signals zu erhalten. Das Multiplizieren des Signals mit der Standard-Cosinuswelle und das Integrieren ergeben den Koeffizienten B. Wir haben herausgefunden, dass eine Integration über 15 Perioden des Eingangssignals ausreicht, um mögliche Transienten innerhalb der Systemant wort herauszufiltern. Dies gilt auch für die in einer geschlossenen Regelschleife ausgeführte DFT, wie im Folgenden diskutiert wird. Auf Wunsch können auch andere Anzahlen von Perioden verwendet werden. Außerdem können auch andere Arten der Fouriertransformation verwendet werden, so zum Beispiel die schnelle Fouriertransformation (FFT = Fast Fourier Transform), etc., vorausgesetzt, man erhält die erste Harmonische des gewünschten Signals. Anstelle einer Fouriertransformation kann auch von einer anderen Filterungs- oder Spektralanalyse-Methode zum Bestimmen der ersten Harmonischen der gewünschten Signale Gebrauch gemacht werden.
Als nächstes berechnet ein Schritt 316 die Offenschleifenverstärkung G_OL als das Verhältnis des Betrags des Stromrückkopplungssignals I_qMAG zu dem Betrag des Stromschleifenfehlers I_qERR-MAG.
Als nächstes prüft ein Schritt 318, ob G_OL innerhalb von +/– 0,5% von 1 (d.h. +/– 0,05) liegt. Auf Wunsch kann von anderen Toleranzen Gebrauch gemacht werden. Falls nicht, prüft ein Schritt 320 ob der Wert COUNT größer oder gleich 10 ist, d. h. ob die Schleife mindestens 10 Mal durchlaufen wurde. Wenn sie 10 Mal durchlaufen wurde, setzt ein Schritt 320 FAULT = 1, was an das Servicewerkzeug 80 (3) über die serielle Verbindung 82 gesendet wird, und ein Schritt 324 setzt MODE 1 = 0, BRK = 0, und anschließend wird die Logik verlassen. Wenn die Logik weniger als 10 Mal durchlaufen wurde, prüft ein Schritt 326, ob G_OL größer als 1 ist. Ist G_OL größer als 1, wird K_P im Schritt 328 um einen vorbestimmten Betrag dekrementiert. Wenn G_OL kleiner als 1 ist, wird K_P um einen vorbestimmten Betrag in Schritt 330 inkrementiert. In jedem Fall inkrementiert ein Schritt 332 als nächstes den Zähler COUNT um 1, und die Logik geht zur Neuberechnung von G_OL mit einem neuen Wert von K_P zum Schritt 310.
Ein Weg zu Iterieren von K_P besteht in der Verwendung einer binären Suchtechnik, bei der der Wert K_P bestimmt wird, indem er mit dem Durchschnitt einer unteren und oberen Grenze nach jedem Test gleichgesetzt wird. Die obere oder untere Grenze wird so eingestellt, dass das Suchintervall jedes Mal um einen Faktor 2 verkleinert wird, bis man den gewünschten Schwellenwert erhalten hat. Beispielsweise lautet die obere Grenze Kp-upper = 3K_P-INIT und die untere Grenze Kp-lower = 0. und Kp = (Kp-upper + Kp-lower)/2. Wenn Kp zu erhöhen ist (Schritt 330), wird die Untergrenze auf Kp-lower = Kp heraufgesetzt und wenn Kp zu vermindern ist (Schritt 328), wird die obere Grenze auf Kp-upper = Kp herabgesetzt. Dann wird der nächste Wert von Kp basierend auf den modifizierten oberen oder unteren Grenzen berechnet.
Alternativ kann Kp um einen kleinen Betrag von zum Beipiel 1 % bei jeder Iteration geändert werden, bis die gewünschte Toleranz erreicht ist. Man kann auch von irgendeiner anderen Suchmethode Gebrauch machen, die innerhalb der gewünschten Zeit konvergiert.
Wenn im Schritt 318 der Wert von G_OL innerhalb der gewünschten vorbestimmten Toleranz liegt, so wird die Integralverstärkung K_I basierend auf der angestrebten geschlossenen Schleifenfrequenzantwort auf eine sinusförmige Eingangsfrequenz bestimmt. Insbesondere setzt die Folge von Schritten 340 COUNT = 0 und KI = KI-INIT.
Um den Wert für K_I zu bestimmen, wird der Wert für K_P auf den in dem oben erläuterten ersten Schritt bestimmten Wert eingestellt, und K_I wird auf einen Anfangswert K_I-INIT eingestellt. Da K_I dem Motor-Widerstandswert R. gleichen soll, wird der Wert für K_I-INIT auf einen Schätzwert für R eingestellt: KI-INIT = 1000 × KP
Es können auch andere Multiplikatoren als 1000 für die Abschätzung von K_I-INIT verwendet werden.
Als nächstes setzt ein Schritt 342 K_qREF2 einer Sinuswelle gleich, die die Prüffrequenz F_CL = 0,8 F_OL entsprechend der gewünschten Bandbreite der geschlossenen Schleife besitzt, während I_dREF immer noch den zuvor eingestellten Wert hat. Die Sinuswelle wird in der oben in Verbindung mit dem Offenschleifen-Test des Schritts 310 beschriebenen Weise erzeugt.
Als nächstes überwacht ein Schritt 344 das Rückkopplungs-Stromsignal Iq auf den Leitungen 116 und berechnet die diskrete Fouriertransformation (DFT) des Signals Iq, um den Betrag der Grundwelle oder ersten Harmonischen des Signals Iq (I_qMAG) zu erhalten, der zum Berechnen der Regelschleifenverstärkung dient, damit Nichtlinearitäten im Regelsystem die Berechnung nicht stören, ähnlich dem, was für die oben diskutierte Schleifenverstärkung getan wurde. Die Grundwelle oder erste Harmonische des gemessenen Signals aus einer DFT lautet bekanntlich x = Asin(ωt) + Bcos(ωt), wobei ω die Prüffrequenz (2πF_CL) ist. Als nächstes berechnet ein Schritt 346 den Betrag der ersten Harmonischen durch die bekannte Gleichung (A² + B²)^1/2. Die Anzahl von Integrationsperioden für die DFT ist die gleiche, wie es oben diskutiert wurde.
Als nächstes berechnet ein Schritt 348 die Regelschleifenverstärkung G_CL als das Verhältnis des Betrags des Strom-Rückkopplungssignals I_qMAG zum Betrag des eingegebenen Stromschleifen-Referenzsignals I_qMAG (welches von der Logik 48 geliefert wurde und daher nicht gemessen werden muss).
Sodann prüft ein Schritt 350, ob G_OL innerhalb +/– 6% von 1 liegt. Man kann auch andere Toleranzen verwenden. Falls nicht, prüft ein Schritt 352, ob COUNT größer oder gleich 10, d. h., ob die Schleife mindestens 10 Mal durchlaufen wurde. Wurde die Schleife 10 Mal durchlaufen, setzt ein Schritt 354 FAULT = 1, was über die serielle Verbindung 82 an das Servicewerkzeug 80 (3) gesendet wird, und ein Schritt 324 setzt MODE1 = 0, BRK = 0, und dann wird die Logik verlassen. Wenn die Logik weniger als 10 Mal durchlaufen wurde, prüft ein Schritt 356, ob G_CL größer als 1 ist. Falls ja, wird K_I um einen vorbestimmten Betrag im Schritt 360 vermindert. Wenn G_CL kleiner als 1 ist, wird K_I um einen vorbestimmten Betrag im Schritt 358 erhöht. In jedem Fall erhöht als nächstes ein Schritt 362 den Zähler COUNT um 1, und die Logik geht zum Schritt 342, um G_CL mit einem neuen Wert von K_I neu zu berechnen.
Eine Möglichkeit zum Iterieren von K_I besteht in der Anwendung einer binären Suchmethode ähnlich derjenigen, die oben für die Iteration von K_P erläutert wurde, bei der der Wert von K_I durch Gleichsetzen mit dem Durchschnittswert einer oberen und einer unteren Grenze nach jedem Test festgelegt wird. Die obere oder untere Grenze wird so eingestellt, dass das Suchintervall jedes Mal um einen Faktor von 2 reduziert wird, bis der gewünschte Schwellenwert erreicht ist. Beispielsweise gilt für die obere Grenze K_I-upper = 2K_I-INIT und die untere Grenze K_I-lower = 0, und K_I = (K_I-upper + K_I-lower)/2. Wenn K_I zu erhöhen ist (Schritt 358), wird die untere Grenze auf K_I-lower = K_I erhöht, und wenn K_I zu vermindern ist (Schritt 360), wird die Obergrenze herabgesetzt auf KI-upper = K_I. Anschließend wird der nächste Wert für K_I basierend auf der modifizierten oberen und unteren Grenze berechnet.
Alternativ kann man K_I auch um einen kleinen Betrag von zum Beispiel 1 % bei jeder Iteration ändern, bis die gewünschte Toleranz erreicht ist. Man kann auch von jeder anderen Such- oder Iterationstechnik Gebrauch machen, die innerhalb der gewünschten Zeit konvergiert.
Wir haben herausgefunden, dass die oben für K_P und K_I diskutierte Binärsuche innerhalb von acht Iterationen bei ausreichender Genauigkeit konvergiert. Allerdings können auf Wunsch auch mehr oder weniger Iterationen erfolgen.
Wenn G_CL im Schritt 350 innerhalb der gewünschten Toleranz liegt, so setzt ein Schritt 364 das Flag DONE auf 1, was über die serielle Verbindung 82 an das Servicewerkzeug 80 gesendet wird, ein Schritt 324 setzt MODE1 = 0, BRK = 0, und dann wird die Logik verlassen.
Es können andere Regelschleifen-Bandbreiten und Offenschleifen-Übergangsfrequenzen sowie andere Eingangsfrequenzen benutzt werden, beispielsweise kann die Eingangsfrequenz für beide Berechnungen nach Wunsch auch F_OL betragen.
Zweiter Test bei blockiertem Rotor:
Die in 8 gezeigte bekannte Ersatzschaltung 90 eines Asynchronmotors ähnelt jener, die beschrieben ist in "Vector Control and Dynamics of AC Drives", Novotny und Lipo, Oxford 1996, Kapitel 5. 8 ist ein phasenbezogenes Ersatzschaltbild für einen stationären Wechselstrombetrieb, bei dem der Strom 11 und die Spannung V1 Vektorgrößen sind. Die Schaltung 90 enthält einen Widerstand Rs in Reihe mit einer Ersatz-"Transienten"-Induktivität Lσ in Reihe zu einer Rotorimpedanz Z_R, die eine "Magnetisierungs"-Induktivität LΦ parallel zu einem Ersatzwiderstand R₂/S aufweist. Dabei sind:

Rs: (oder R₁) = Statorwicklungswiderstand
Ls: = Statorwicklungsinduktivität
Lr: = Rotorwicklungsinduktivität
Lm: = Kopplungsinduktivität
Rr: = Rotorwicklungswiderstand
Lσ = Ls – Lm²/Lr: = Transienteninduktivität
LΦ = Lm²/Lr: = Magnetisierungsinduktiviät
ω_E: = elektrische Frequenz des Eingangsstroms I₁
ω_R: = Motor-Ausgangsdrehzahl in Radian pro Sekunde bezogen auf einen elektrischen Referenzrahmen
S: = Schlupf = (ω_E – ω_R)/ω_E
ω_s: = Schlupffrequenz = ω_E – ω_R (I/τ_R) (Iq/Id) wobei τ_R = Rotorzeitkonstante, Iq = a-Achsen-(oder Drehmoment-)Strom und Id = d-Achsen- (oder Magnetisierungs-)Strom
R₂: = (Lm²/Lr²)*Rr

Außerdem stehen die Rotor-Zeitkonstante τ_R und die Motordrehmoment-Konstante K_T* zu den Parametern der Schaltung 90 folgendermaßen in Beziehung: τR = Lr/Rr = LΦ/R2 KT* = (3/2)(P/2) LΦId = Drehmoment/Stromwobei P = Polzahl.
Nach 9 ist die Schaltung 92 äquivalent zu der Schaltung 90 de 8, wobei die Rotor-Impedanz Z_R transformiert ist in eine Ersatz-Reihenschaltungsimpedanz mit einem Realteil Real(Z_R) und einem Imaginärteil Imag(Z_R) gleich ωLx. Die Ersatzschaltung 92 mit der Transformation von Z_R ist nützlich bei der Bestimmung der Rotor-Zeitkonstanten τ_R (was im Folgenden näher erläutert wird).
Nunmehr auf 10 Bezugnehmend, ist dort ein stark abstrahiertes Flussdiagramm für den zweiten Test bei blockiertem Rotor, 258, dargestellt, beginnend bei einem Schritt 402, der Motorparameter von dem Wartungswerkzeug 80 über die Verbindung 82 (1) anfordert und empfängt, eingegeben von Bedienungspersonal. Die empfangenen Motorparameter sind: die Nenn-Motorwellen leistung in Watt (PWR_RATED); die Nenn-Motordrehzahl in UPM (RPM_RATED); die verkettete Nenn-Effektivspannung in Volt (VLL_RATED); die Nennfrequenz in Hertz (HZ_RATED); und die Polzahl (POLES), die sämtlich von den Motorschild-Daten erhalten werden.
Anschließend setzt ein Schritt 403 MODE1 = 1; BRK = 1, damit die Bremse 37 (1) den Rotor blockiert, und I_dREF2 = 0 Ampere. Für jeden der hier beschriebenen Test bleibt der Rotor blockiert (Rotordrehzahl ω_R = 0) und I_dREF2 = 0 A. Wenn ω_R = 0 und I_dREF2 = 0, beträgt der Schlupf S = 1, und der Motorstrom 1, entspricht dem q-Achsen-Strom Iq, während die Motorspannung V₁ der q-Achsen-Spannung Vq entspricht. Wenn Iq = 0, arbeitet der Motor im Einzelphasenbetrieb entsprechend den in den 8 und 9 dargestellten Schaltkreisen.
Als nächstes misst ein Schritt 404 die Transienteninduktivität Lσ dadurch, dass ein sinusförmiges Stromsignal in die q-Achse des Referenzstroms I_qREF2 auf der Leitung 17 (1) bei einer Frequenz eingegeben wird, die hoch genug ist, damit die Motorimpedanz von der Transienteninduktivität Lσ beherrscht wird, beispielsweise 31,25 Hz. Auf Wunsch kann man auch andere Frequenzen benutzen, zum Beispiel solche, die größer als 30 Hz sind. Das Sinuswellen-Eingangssignal wird digital von einem Signalprozessor erzeugt, beispielsweise einem digitalen Signalprozessor, zum Beispiel einem Prozessor Motorola DSP 56002, mit einer Aktualisierungs-(oder Abtast-)Rate von 5 kHz. Man kann von anderer Hardware und/oder Software oder anderen Abtastraten Gebrauch machen, um die sinusförmigen Eingangssignale zu erzeugen.
Der Schritt 404 liest den q-Achsen-Rückkopplungsstrom Iq und die q-Achsen-Ausgangsspannung Vq (gleich dem Motorstrom I₁ bzw. der Motorspannung V₁ wie im Folgenden diskutiert wird). Als nächstes verwendet der Schritt 404 den oben erläuterten digitalen Signalprozessor zum Ausführen einer diskreten Fouriertransformation (DFT), ähnlich, wie es oben diskutiert wurde, hier für Iq und Vq, um die Fourier-Koeffizienten für die erste Harmonische zu bestimmen. Die Grundwelle oder erste Harmonische eines gemessenen Signals von einer DFT lautet Asin(ωt) + Bcos(ωt), mit ω = 2πf als Eingangsfrequenz (in rad/s). Die erste Harmonische dient zum Vorberechnen der Impedanz, so dann Nicht-Linearitäten in dem System die Berechnung nicht stören.
Um eine DFT zu berechnen, werden in an sich bekannter Weise innerhalb der Logik 48 Standard-Sinus- und -Cosinuswellen der Amplitude 1 bei der Prüffrequenz erzeugt. Das Messsignal (Iq, Vq) wird mit der Standard-Sinuswelle multipliziert, und das Produkt wird über eine Anregungsperiode integriert, um den Fourierreihen-Koeffizienten A des Signals zu erhalten. Das Multiplizieren des Signals mit der Standard-Cosinusfunktion und das Integrieren liefern den Koeffizienten B. Wir haben festgestellt, dass das Integrieren über 15 Perioden des Eingangssignals ausreicht, um mögliche Transienten in der Systemantwort auszufiltern. Andere Perioden-Zahlen können auf Wunsch verwendet werden. Auch für jede hier diskutierte DFT können auch andere Arten der Fouriertransformation verwendet werden, beispielsweise eine schnelle Fouriertransformation (FFT) und dergleichen, vorausgesetzt, man erhält die erste Harmonische des gewünschten Signals. Anstelle einer Fouriertransformation kann man auch von jeder anderen Filterungs- oder Spektralanalysemethode Gebrauch machen, um die erste Harmonische der gewünschten Signale zu ermitteln.
Anschließend berechnet der Schritt 404 die Motorimpedanz Z_M durch Berechnen des Verhältnisses von Spannung zu Strom (V₁/I₁ = Vq/Iq) unter Verwendung der Komponenten der ersten Harmonischen von Spannung und Strom, die oben berechnet wurden. Der Schritt 404 berechnet dann Real- und Imaginärteile von Z_M aus den Fourier-Koeffizienten. Der Imaginärteil der Motorimpedanz Z_M bei F_HIGH Hertz wird von dem Transienteninduktivitäts-Term ωLσ beherrscht. Damit ist die Transienteninduktivität Lσ die Transientenreaktanz (oder der Imaginärteil von Z_M) bei der Eingangsfrequenz F_HIGH Hz dividiert durch die Kreisfrequenz ω in rad/s (2πF_HIGH) oder: Lσ = Imag(ZM)@FHIGHHz/(2πFHIGH)
Als nächstes misst ein optionaler Schritt 406 den Gesamtwiderstand der Schaltungsimpedanz (R_TOT = R_S + R₂), das ist die Summe der Stator- und Rotorwiderstände, als Realteil der Motorimpedanz Z_M, die im Schritt 404 bestimmt wurde. Damit gilt: RTOT = Real(Zm)@FHIGH
Insbesondere ist bei der relativ hohen Frequenz F_HIGH, die im Schritt 404 benutzt wird, die Induktivität LΦ in der Schaltung 90 groß, und der Realteil von Z_M gleicht R_TOT: Der Wert von R_TOT wird abgespeichert zur späteren Verwendung bei der Berechnung von Rs (siehe Schritt 412).
Als nächstes misst ein Schritt 408 die Rotor-Zeitkonstante τ_R folgendermaßen:
Der Schritt 408 erzeugt eine Progression von niederfrequenten, sinusförmigen Eingangs-Referenzströmen der q-Achse, I_qREF2, von 0,1 bis 8,0 Hz in Schritten, die durch einen im Folgenden diskutierten Suchalgoritmus definiert sind. Das Sinuswellen-Eingangssignal wird in der oben diskutierten Weise digital im Schritt 404 erzeugt. Bei jeder Frequenz werden der Motorstrom Iq und die Spannung Vq (entsprechend dem Motorstrom 1, bzw. der Spannung V₁, wie oben diskutiert wurde) gemessen, und eine DFT des Strom 1, und der Motorspannung V₁ werden separat berechnet. Die Koeffizienten der Grundwelle oder ersten Harmonischen werden in der oben in Verbindung mit Schritt 404 diskutierten Weise gewonnen.
Anschließend berechnet der Schritt 408 die Motorimpedanz Z_M bei jeder Frequenz, in dem das Verhältnis von Spannung zu Strom (V₁/I₁) berechnet wird. Danach berechnet der Schritt 408 den Real- und den Imaginärteil von Z_M aus den Fourier-Koeffizienten. Dann berechnet der Schritt 408 den Imaginärteil der Rotorimpedanz Imag(Z_R) = ωLx durch Subtrahieren der Transientenreaktanz (ωLσ) von dem Imaginärteil der Motorimpedanz Z_M, wobei Lσ zuvor im Schritt 404 berechnet wurde und ω die Eingangsfrequenz ist: Imag(ZR) = ωLx = Imag(ZM) – ωLσ
Bezugnehmend auf 11 zeigt eine Kurve 450 den Imaginärteil der Motorimpedanz Imag(Z_M) = ω(Lσ + Lx), und eine Kurve 452 zeigt den Imaginärteil der Rotorimpedanz Imag(Z_R) = ωLx. Die Frequenz ω (rad/s), bei der das Maximum 454 der Kurve 452 auftritt, ist der Umkehrwert der Rotor-Zeitkonstanten, d.h. ω = 1/τ_R. Ein bekannter Suchalgorithmus (beispielsweise der Algorithmus "Suche nach goldener Schnitt-Linie"); variiert die Eingangsfrequenz und ermittelt die Frequenz Fpeak, bei der der Maximalwert von ωLx auftritt. Der Typ des Suchalgorith mus ist nicht kritisch für die Erfindung, jeder Suchalgorithmus, der einen Eingangsparameter variiert und den Maximalwert eines Ausgangsparameters ermittelt, kann benutzt werden. Dann wird die Rotor-Zeitkonstante τ_R wie folgt berechnet: τR = 1/ωpeak = 1/(2πFpeak)
Als nächstes berechnet ein Schritt 410 die Magnetisierungsinduktivität LΦ. Insbesondere sind bei der Frequenz der Rotor-Zeitkonstanten (ω = 1/τ_R), bei der es sich auch um die Bremsfrequenz der Motorübertragungsfunktion handelt, Realteil und Imaginärteil der Rotorimpedanz Z_R einander gleich, d.h. ωLx = R_x. Außerdem lässt sich bei dieser gleichen Frequenz (weiter unten) zeigen, dass ωLx ebenfalls gleich ist zu 1/2ωLΦ (die Magnetisierungsreaktanz). Insbesondere ist die Rotorimpedanz Z_R gleich jωLΦ parallel zu R₂ wie folgt: ZR = jωLΦR2/(R2 + jωLΦ)
Multiplizieren des Zählers und des Nenners mit der Komplex-Konjugierten des Nenners (R₂ – jωLΦ) ergibt ZR = ω2LΦ2R2/(R2 + ω2LΦ2) + jωLΦR22/(R2 2+ω2LΦ2) Gl.4
Dies hat die Form einer Serienkombination von Impedanzen, oder einen Realteil und einen Imaginärteil wie folgt: ZR = Rx + jωLx ZR = Real + jImaginary
Bei dem Spitzenwert 454 der Kurve 452 von Imag(Z_R) sind Realteil und Imaginärteil einander gleich, was Folgendes ergibt: ω2LΦ2R2/(R2 + ω2LΦ2) = ωLΦR22/(R2 2 + ω2LΦ2) Gl.5
Eine Vereinfachung der Gleichung 5 liefert ωLΦ = R2
Ersetzen von R₂ = ωLΦ in den Imaginärteil von Z_R und Gleichsetzen mit ωLx liefert Imag(ZR) = (ωLΦ)(ω2LΦ2)/(ω2LΦ2 + ω2LΦ2) = ωLx Gl.6
Eine Vereinfachung der Gleichung 6 ergibt ωLx = ωLΦ/2 Gl.7
Folglich errechnet sich die Magnetisierungsinduktivität LΦ folgendermaßen: LΦ = 2Imag(ZR)/ω@ω = 1/τR
Als nächstes berechnet der optionale Schritt 412 den Statorwiderstand Rs, indem zunächst der Wert von R₂ berechnet wird. Man kann (wie unten geschehen) zeigen, dass der Realteil der Rotorimpedanz real (Z_R) bei ω = 1/τ_R den Wert R₂/2 hat. Insbesondere lautet der Realteil von Gleichung 4: Real(ZR) = Rx = LΦ2R2/(R2 2 + w2LΦ2)
Einsetzen von R2 = ωLΦ und Vereinfachen liefert: Rx = R2/2
Damit gilt R2 = 2Real(ZR)@ω = 1/τR
Alternativ lässt sich R₂ mit Hilfe folgender Gleichung berechnen: R2 = LΦ/τR wobei LΦ und τ_R zuvor in den Schritten 404, 408 berechnet wurden. In jedem Fall wird dann der Statorwiderstand R_S bestimmt durch Subtrahieren von R₂ vom Gesamtwiderstand (R_TOT = Rs + R₂), was im Schritt 406 berechnet wurde. Damit gilt RS = RTOT – R2
Wenn der Wert für Rs für den Motor bereits bekannt ist, beispielsweise aus dem Datenblatt, kann er über die Verbindung 82 an die Steuerung gegeben werden, und dann kann der Bereich von Rs auch im Schritt 412 geprüft werden, um sicher zu gehen, dass er in einem vorbestimmten Prozentsatzbereich des erwarteten Werts liegt. Liegt Rs nicht im gewünschten Bereich, so setzt der Schritt 412 ein Fehlerflag FAULT1 = 1. Alternativ lässt sich der Wert von Rs berechnen und an das Wartungswerkzeug liefern, um dem Servicepersonal zu helfen, den in dem System installierten Motortyp festzustellen.
Als nächstes verwendet ein Schritt 414 LΦ, ein τ_R und die Eingangsparameter PWR_RATED, RPM_RATED, VLL_RATED, HZ_RATED und POLES, die im Schritt 402 ermittelt wurden, um Motorparameter zu simulieren und den Nenn-Magnetisierungsstrom I_dRATED und die Drehmomentkonstante K_T* zu iterieren und zu berechnen, wie in 7 gezeigt ist.
Gemäß 12 sind die simulierten Motorparameter durch ein Sternchen (*) gekennzeichnet, um eine Verwechslung mit tatsächlich gemessenen Motorparametern zu vermeiden, wie oben diskutiert wurde. Insbesondere berechnet ein Schritt 500 die Nenn-Drehzahl des Motors, die zu dem elektrischen Referenzrahmen ω_{R_}RATED in Beziehung steht. Als nächstes wandelt ein Schritt 502 die verkettete Nenn-Spannung (VLL_RATED) in eine Nenn-Phasenspannung (Einzelphasenspannung) Vph_RATED um. Sodann berechnet ein Schritt 503 das Nenn-Drehmoment T_RATED basierend auf der Nennleistung und der Nenn-Drehzahl. Anschließend berechnet ein Schritt 504 die Statorinduktivität Ls als die Summe der Transienteninduktivität Lσ und der Magnetisierung LΦ. Danach berechnet ein Schritt 506 einen Anfangswert zum Simulieren des d-Achsen-Stroms Id* basierend auf einer Approximation erster Ordnung von Id unter Verwendung von Nennspannung und Nenndrehzahl. Sodann setzt ein Schritt 508 eine Variable COUNT auf Null.
Als nächstes berechnet eine Folge von Schritten 510 bis 522 K_T* und eine simulierte Motorspannung V_M* unter Verwendung von verschiedenen simulierten Motorparametern, basierend auf dem Wert von LΦ, der im Schritt 410 berechnet wurde (10), den in den obigen Schritten 500 bis 508 berechneten Parametern und unter Verwendung bekannter Beziehungen für eine feldorientierte Motorregelung, von denen einige oben diskutiert wurden. Insbesondere berechnet ein Schritt 510 die Drehmoment-Konstante K_T* basierend auf dem in Schritt 410 (10) berechneten Wert LΦ und dem Stromwert für den Magnetisierungsstrom Id*. Sodann berechnet ein Schritt 512 den Drehmomentstrom Iq*. Dann berechnet ein Schritt 514 eine simulierte Schlupffrequenz ω_s*, die in einem nächsten Schritt 516 zum Berechnen einer simulierten elektrischen Stromfrequenz ω_E* verwendet wird, die gleich der Drehzahl (oder Geschwindigkeit) des Motors (als Nenn-Drehzahl emuliert) ω_{R_}RATED zuzüglich der Schlupffrequenz ω_s* ist.
Als nächstes berechnet ein Schritt 518 eine simulierte q-Achsen-Ausgangsspannung Vq* basierend auf dem Magnetisierungsstrom Id*, und ein Schritt 520 berechnet eine simulierte d-Achsen-Ausgangsspannung Vd* basierend auf dem Drehmomentstrom Iq*.
Anschließend berechnet ein Schritt 522 eine simulierte Vektorsummen-Gesamtmotorspannung Vm* entsprechend der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate von d-Achsen- und q-Achsen-Ausgangsspannungen Vd* bzw. Vq*.
Sodann berechnet ein Schritt 524 einen Verhältnisparameter entsprechend dem Verhältnis der Nenn-Phasenspannung Vph_RATED zu der simulierten Phasenmotorspannung Vm*. Die Logik führt solange eine Iteration durch, bis das Verhältnis (Ratio) den Wert 1 innerhalb der gewünschten Toleranz von beispielsweise 0,001 annimmt. Wenn das Verhältnis den Wert 1 hat, liefert der Wert von Id* die Nennspannung bei der Nenn-Frequenz und dem Nenn-Drehmoment.
Als nächstes berechnet ein Schritt 520 den nächsten Wert für Id* entsprechend dem Wert des Verhältnisses, multipliziert mit der Stromstärke Id*. Danach prüft ein Schritt 528, ob Ratio (das Verhältnis) innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von 1 liegt, beispielsweise 0,001. Liegt der Wert nicht innerhalb der gewünschten Toleranz, prüft ein Schritt 530, ob COUNT größer oder gleich 10 ist (d.h., ob die Schleife mindestens zehn Mal durchlaufen wurde). Wurde die Schleife mindestens zehn Mal durchlaufen, wird ein Flag FAULT im Schritt 532 auf 1 gesetzt und über die Verbindung 82 (1) an das Wartungswerkzeug 80 gegeben, bevor der Logikablauf verlassen wird. Sind weniger als 10 Iterationen durchlaufen, so erhöht ein Schritt 534 den Wert COUNT um 1, und die Logik 414 geht zur erneuten Iteration zum Schritt 510.
Wenn Ratio im Schritt 528 innerhalb der gewünschten Toleranz liegt, wird davon ausgegangen, dass die Logik zu Konvergenz gelangt ist, und dass die Konvergenz der Werte Id* und Iq* dem Soll-e-Achsen-Strom I_dRATED bzw dem Nenn-q-Achsen-Strom I_qRATED entsprechen. Folglich setzt ein Schritt 540 den d-Achsen-Stromreferenzwert I_dREF auf Id*, was dem Wert I_dRATED entspricht, und ein Schritt 544 setzt I_qRATED auf Iq*. Dann wird die Logik 414 verlassen, und es wird zu der Logik 258 in 10 zurückgekehrt.
Nach 10 bestimmt als nächstes ein Schritt 416, ob in einem der obigen Schritte 402–414 ein Fehler entdeckt wurde (d.h., ob FAULT1 = 1). Wurde ein Fehler erkannt, setzt ein Schritt 418 FAULT = 1, was über die serielle Verbindung 82 zu dem Wartungswerkzeug 80 (1) übermittelt wird, und ein Schritt 420 setzt MODE1 = 0, BRK = 0, und der Logikablauf wird verlassen. Wenn kein Fehler aufgetreten ist, setzt ein Schritt 422 das Flag DONE auf 1, was über die serielle Verbindung 82 zu dem Wartungswerkzeug 80 übermittelt wird. Als nächstes werden in einen Schritt 424 über die serielle Verbindung 82 an das Wartungswerkzeug 80 sämtliche Motorparameter übertragen, nämlich τ_R, K_T*, I_dRATED, Lσ, LΦ, Rs und I_qRATED. Das Wartungswerkzeug 80 zeigt die Parameter zur Verwendung durch das Servicepersonal an. Als nächstes setzt der Schritt 420 MODE1 = 0, BRK = 0, und die Logik 258 wird verlassen.
Erster Test bei laufendem Rotor:
Bezugnehmend auf die 14 und 15 besitzen die gekoppelten Schaltungsdiagramme 180, einerseits 82 für die Variablen der q-Achse bzw. der d-Achse für einen feldorientiert getriebenen Motorschaltungsparameter, die folgendermaßen definiert sind:
Id = Strom der d-Achse (oder Magnetisierungsstrom); Iq = Strom der q-Achse (oder Drehmomentstrom);
Vd = d-Achsen-Spannung; Vq = q-Achsen-Spannung;
R₁ = Statorwiderstand;
L_1s = Statorstreuinduktivität; L_1r = Rotorstreuinduktivität;
Lm = Koppelinduktivität;
λ_ds = d-Achsen-Statorfluss; λ_dr = d-Achsen-Rotorfluss;
λ_qs = q-Achsen-Statorfluss; λ_qr = q-Achsen-Rotorfluss;
ω_s = Schlupffrequenz; ω_E = elektrische Frequenz der Motorströme; und
R₂ = Rotorwiderstand.
Für Feldorientierungsbedingungen fordern bekanntlich die in den 14 und 15 dargestellten Induktionsmotor-Schaltungsdiagramme, dass λ_qr = 0, λ_qr = Lmld, λ_qs = Lσlq und λ_ds = Lsld, mit Ls = Lm + L_1s, wobei Lσ die Transienteninduktivität des Motors ist.
Der hier beschriebene Treiber variabler Frequenz arbeitet mit einem konstanten Magnetisierungsstrom. Sämtlicher Strom- und Spannungs-Motorparameter mit dem Index "r" oder "R" sind Rotorparameter, sämtliche übrigen Strom- und Spannungs-Motorparameter sind Statorparameter, wenn nichts anderes gesagt ist.
Bei einem feldorientierten Treiber ist bekanntlich der Regler-Referenzrahmen so orientiert, dass die d-Achse mit dem Rotorfluss ausgerichtet ist. Nach 15 beträgt im stationären Zustand, wenn die Transienten stabilisiert sind (d.h. dld/dt = 0 und dlq/dt = 0) die Spannung an den Induktivitäten Lm, L_1s 0 Volt. Damit ist die Gleichung für die d-Achsen-Statorspannung Vd für einen feldorientierten Treiber folgendermaßen definiert: Vd = R1Id – ωELσIq Gl.8wobei die Parameter der Gleichung 8 oben in Verbindung mit 4 definiert wurden.
Es ist außerdem bekannt, dass ω_E = ω_R + ω_s and ω_s = Iq/(Idτ_R), wobei ω_R die Drehzahl des Rotors ist. Dies für ω_E in Gleichung 8 einsetzen, liefert: Vd = R1Id – (ωR + Iq/(1dτR))Lσlq Gl.9
Bringt man die rechte Seite der Gleichung 9 auf die linke Seite, so definieren wir einen Parameter V_dERR: VdERR = Vd – R1Id + (ωR + Iq/(IdτR))Lσlq Gl.10
Ein Nullbetrag von V_dERR bedeutet, dass der Treiber feldorientiert ist, d.h., dass die Gleichung 8 erfüllt ist, wenn man Motorkernverluste vernachlässigt.
Allerdings haben wir herausgefunden, dass zwei Faktoren möglicherweise Fehler in der Berechnung von V_dERR hervorrufen. Der erste Faktor besteht aus Fehlern in der Statorwiderstands-Abschätzung (R₁). Insbesondere haben wir herausgefunden, dass der Statorwiderstand R₁ in dem Treiber schwer zu messen ist aufgrund der geringen Signalamplituden, und das Offline-Prüfungen des Statorwiderstands nicht exakt die d-Achsen-Spannung während des Treiberbetriebs vorhersagen. Während dieser Fehler nicht den Stromreglerbetrieb des indirekten feldorientierten Treibers beeinträchtigt (der den Strom reguliert, mit welchem die gewünschte Leistung unabhängig vom Wert von R1 erreicht werden soll), betrifft dieser Fehler doch die Genauigkeit der Berechnung von τ_dERR.
Der zweite Faktor ist der Kernverlust L_C in dem Asynchronmotor, der in dem in 14 und 15 gezeigen Standard-Asynchronmotor-Modell nicht verwirklicht ist. Der Kernverlust L_C ist ein konstanter Motorfluss und etwa proportional zur Motordrehzahl, manifestiert wird er als Komponente einer Spannung in der d-Achse des Motors (Vd). Außerdem muss der Kernverlust von der Statorspannung und dem Statorstrom elektrisch bereitgestellt werden, auch wenn kein Drehmoment vorhanden ist, d.h., wenn der q-Achsen-Strom Iq Null beträgt. Damit erscheint die elektrische Leistungseingabe für den Motor zur Bereitstellung des Kernverlustes als positive Komponente von Vd.
Wie insbesondere 19 zeigt, haben an Asynchronmotoren durchgeführte Experimente gezeigt, dass, wie an sich bekannt, die Kernverlustkomponente von Vd sich in der IR-Spannungsabfallkomponente bei der Nenndrehzahl mehr als verdoppeln kann. 19 zeigt Kernverlustzunahmen mit der Drehzahl durch eine Darstellung der Größe Vd in Abhängigkeit der Motordrehzahl für einen lastfrei laufenden vierpoligen Asynchronmotor von 32kW. Insbesondere ergibt im lastfreien Zustand Iq = 0 und Einsetzen Iq = 0 in die Gleichung 8 dann Vd = R₁Id, wobei Id ein konstanter Wert ist. Damit sollte Vd bei jeder Motordrehzahl konstant sein. Aus der graphischen Darstellung der 19 lässt sich jedoch entnehmen, dass Vd = R1Id + LC(ωE)wobei der Kernverlust Lc eine Funktion der Motordrehzahl ω_E ist.
Anstatt das Signal V_dERR zu berechnen, kann man also den ersten Test bei laufendem Motor, 262, durchführen, um eine Verlustkomponente VDX entsprechend dem Stator-1-R-Spannungsabfall (R₁Id) zuzüglich des Kernverlusts (L_C) zu berechnen, was zu der folgenden, von der Gleichung 10 abgeleiteten Gleichung führt, um anschließend den Kernverlust L_C zu addieren: VDX = Vd + ωELσIq = R1Id + LC Gl.11 wobei Id, Iq und Vd Statorparameter sind. Außerdem ergibt die bekannte Beziehung ω_E = ω_R + Iq/(Idτ_R) bei Einsetzen in die Gleichung 4: VDX = Vd + (ωR + Iq/I(IdτR))Lσlq Gl.12
Wenn die Rotor-Zeitkonstante τ_R korrekt ist, erfolgen zwei Messungen bei gleicher Drehzahl, jedoch verschiedenen Belastungen (d.h. bei unterschiedlichen Werten von Iq), so dass im Wesentlichen gleiche Werte von VDX erhalten werden sollten.
Außerdem haben wir herausgefunden, dass das Vorzeichen VDX angibt, ob die Rotor-Zeitkonstante niedrig oder hoch ist. Insbesondere wird VDX dann positiv, wenn die Rotor-Zeitkonstante τ_R als Parameter zu niedrig ist, und ist negativ, wenn τ_R zu groß ist, unabhängig von Drehmoment oder Richtung und unabhängig von IR-Abfall oder Kernverlust.
Der erste Test 262 bei laufendem Rotor führt eine Aufwärtsfahrt und eine Abwärtsfahrt des Aufzugs bei leerer Kabine durch (bei normalen Bewegungs- und Geschwindigkeitsprofilen), um dadurch zwei verschiedene Lastbedingungen zu erreichen. Der Wert von VDX wird berechnet und gefiltert, um Rauschen (als Signal XDF) während der Aufwärtsfahrt und der Abwärtsfahrt zu reduzieren, und die Werte von τ_R und I_dREF (und mithin Id) werden so lange justiert, bis die Werte von XDF für die Aufwärts- und die Abwärtsfahrten gleichgroß sind oder innerhalb einer vorbestimmten Toleranz liegen (was im Folgenden weiter diskutiert wird). Die Differenz in den Lastbedingungen für die Aufwärts- und die Abwärtsfahrten gibt es deshalb, weil das Gegengewicht 34 (1) ein im leeren Fahrkorb entsprechendes Gewicht zuzüglich 40–50% der Nennlast des Fahrkorbs aufweist, wie oben diskutiert wurde.
Nachdem erst einmal ein Wert für τ_R durch die obige Suche ermittelt wurde, wird der Wert der Magnetisierungsstromreferenz I_dREF (der zu einer entsprechenden Änderung des Magnetisierungsstroms Id führt) so eingestellt, dass der korrekte Wert der Motorspannung unter Lastbedingungen erreicht wird (d.h. während einer Abwärtsfahrt bei leerem Fahrkorb). Eine Änderung des Magnetisierungsstroms Id ändert den Flusspegel und mithin die Sättigung der Magnetisierungs kennlinie des Motors und eine Änderung des Flusspegels ändert auch den erforderlichen Momentenstrom. Im Ergebnis kann sich auch die Rotor-Zeitkonstante τ_R ändern. Damit wird die Abstimmung der Rotor-Zeitkonstanten τ_R in der oben beschriebenen Weise unter Verwendung des neuen Einstellwerts für den Magnetisierungstrom I_dREF wiederholt, woraufhin die Motorspannung geprüft und gegebenenfalls der Magnetisierungsstrom I_dREF erneut justiert wird, um auf diese Weise die Motorspannung in einen vorbestimmten Toleranzbereich des Nennwerts zu bringen.
Bezugnehmend insbesondere auf 13 beinhaltet der erste Testabschnitt 262 bei laufendem Motor der Autokalibrierlogik 48 eine VDX-Berechnungslogik 50, die die notwendigen Parameter zum Berechnen von VDX unter Verwendung der Gleichung 11 empfängt. VDX wird nur berechnet, wenn der Drehzahlparameter ω_R mehr als 50% der vollen oder Nenn-Drehzahl (RPM_Duty) beträgt, was zu einer Fensterfunktion führt, mit der die Berechnung zugelassen wird, wenn die Spannungs- und Strommesswerte am genauesten sind (d.h., bei oder nahe der Nenndrehzahl). Eine solche Fensterfunktion ist nicht erforderlich, liefert aber genauere Berechnungen. Außerdem kann man von anderen Fensterbildungs- oder Signalskalierungsmethoden Gebrauch machen, um fehlerbehaftete Signale zu vermeiden. Beispielsweise kann man VDX mit der Motordrehzahl ω_R oder ω_E multiplizieren, was dem Signal VDX bei höheren Drehzahlen ein stärkeres Gewicht verleihen würde, da bei hohen Drehzahlen die Messungen genauer sind und der Motor bei der Nenndrehzahl läuft.
Der Wert von VDX wird über eine Leitung 52 auf ein Tiefpassfilter 62 mit einer Eckfrequenz von 10 Hz gegeben, um Messrauschen zu verringern. Andere Eckfrequenzen für das Filter 62 sind möglich. Das Tiefpassfilter 62 liefert ein gefiltertes Signal XDF über eine Leitung 64 an die Berechnungslogik 66 für die Größen τ_R, I_dREF. Auf Wunsch können auch andere Filtertypen verwendet werden.
Die Logik 66 liefert die Konstante Lσ über eine Leitung 68 an die VDX-Berechnungslogik 50. Die Logik 66 berechnet die Rotor-Zeitkonstante τ_R, die über die Leitung 144 an die Stromregler-/Motortreiberschaltung 20 und an die VDX-Berechnungslogik 50 gegeben wird. Die Logik 66 berechnet außerdem I_dREF, wel cher Wert über einer Leitung 76 an die Stromregler-/Motortreiberschaltung 20 gegeben wird.
Die Logik 66 gibt außerdem die Signale MODE und FLRCMD über die Leitungen 71 bzw. 72 an die Bewegungssteuerlogik 10. Das Flag MODE bewirkt, dass die Bewegungslogik 10 Geschossbefehle aus dem Signal FLRCMD auf der Leitung 72 akzeptiert.
Das Signal FLRCMD veranlasst die Bewegungssteuerung 10, eine Aufzugfahrt in einer vorgegebenen Richtung über eine vorgegebene Anzahl von Geschossen auszuführen (oder zu einem speziellen Zielgeschoss), wobei ein vorbestimmtes Standard-Geschwindigkeitsprofil für ω_REF (18) in der Motorsteuerung 10 verwendet wird, wie im Folgenden diskutiert wird. Die Bewegungssteuerlogik 10 liefert außerdem über eine Leitung 73 ein Motorregler-Fehlersignal MCFAULT an die Logik 66, um zu signalisieren, dass während einer Aufzugfahrt ein Fehler aufgetreten ist. Während der Aufzugfahrt läuft der Aufzug entsprechend einem normalen Geschwindigkeitsprofil bei leerem Fahrkorb, während die normalen Sicherheitsmerkmale aktiviert sind.
Nach 18 besitzt ein Standard-Geschwindigkeitsprofil 600 für ω_REF, das durch die Bewegungssteuerlogik 10 bereitgestellt wird, einen Anstiegsbereich A, eine Zone B konstanter Geschwindigkeit (in der der Motor bei der Soll- oder Vorgabegeschwindigkeit für eine gegebene Anwendung läuft), und eine Abstiegszone C. Die Dauer der Konstantgeschwindigkeitszone B basiert auf der Anzahl von Geschossen (oder dem Zielgeschoss), vorgegeben durch das Signal FLRCMD. Immer dann, wenn hier ein Befehl für eine Aufzug-Aufwärtsfahrt oder -Abwärtsfahrt gegeben wird, wird die Anzahl von Geschossen in der Weise vorgegeben, das die Konstantgeschwindigkeitszone B für die Aufzugfahrt eine Dauer hat, die ausreicht, damit die Transienten des Systems stabilisiert werden, beispielsweise mindestens etwa drei Sekunden, was etwa drei bis vier Geschossen entspricht, abhängig von der Geschosshöhe des Gebäudes. Das Profil 600 dient lediglich Anschauungszwecken, es können andere Anstiegs-/Abstiegsraten, Sollgeschwindigkeiten und Gesamtprofile verwendet werden, vorausgesetzt, es gibt einen Abschnitt konstanter Geschwindigkeit mit einer Dauer, die ausreicht, damit sich die System-Transienten stabilisieren können. Die Anzahl von Geschossen oder das Zielgeschoss kann von dem Wartungswerkzeug 80 über die Verbindung 82 geliefert werden.
Die Berechnungslogik 66 kommuniziert außerdem mit dem Wartungswerkzeug 80 über die serielle Verbindung 82. Ferner empfängt die Logik 66 Motorparameter, die notwendig sind, um den ersten Test bei laufendem Motor, 262, durchzuführen, beispielsweise Lσ und Anfangswerte von τ_R (τ_R _INIT) und die d-Achsen-Stromschleifenreferenz I_dREF, wie im Folgenden näher erläutert wird. Die Logik 66 liefert ein Signal DONE und ein Signal FAULT über die Verbindung 82 zu dem Wartungswerkzeug 80. Das Signal DONE signalisiert, wann der erste Test bei laufendem Rotor, 262 vollständig ist, das Signal FAULT gibt an, das bei dem Test 262 ein Fehler festgestellt wurde.
Bezugnehmend auf 16, beginnt ein abstraktes Flussdiagramm für die Berechnungsschaltung 66 für τ_R, I_dREF bei einem Schritt 602, der die notwendigen Parameter zum Durchführen des ersten Tests bei laufendem Motor, 262, von dem Wartungswerkzeug 80 anfordert und empfängt, so zum Beispiel Lσ, I_dINIT, τ_R-INIT. Einige oder sämtliche der Parameter Lσ, τ_R-INIT, I_dINIT können basierend auf den Werten von R₁, Lσ, τ_R, I_dRATED eingestellt werden, welche zuvor von dem zweiten Test bei blockiertem Motor, 258 berechnet wurden, wie oben diskutiert wurde.
Alternativ können einige oder sämtliche der Parameter Lσ, τ_RINIT, I_dINIT aus Motor-Datenblock-Parameter wie folgt approximiert werden: Lσ = Ls – (Lm2/Lr) τR-INIT = Lr/Rr IdINIT = INO-LOAD wobei Ls die Statorwicklungs-Induktivität, Lr die Rotorwicklungs-Induktivität, Lm die Motor-Kopplungsinduktivität, Rr der Rotorwicklungs-Widerstand und I_NO-LOAD der lastfreie Strom ist, wobei Ls, Lm, Lr, Rr und I_NO-LOAD aus dem Motor-Datenblatt ermittelt werden. In diesem Fall kann das Servicepersonal die Parameter Lσ, τ_RINIT, Id_INIT berechnen und sie über das Wartungswerkzeug 80 in die Logik 66 eingeben. Alternativ kann das Servicepersonal die Parameter Ls, Lm, Lr, Rr und I_NO-LOAD über das Wartungswerkzeug 80 an die Logik 66 geben, so dass die Logik 66 die Parameter Lσ, τ_RINIT und I_dINIT im Schritt 602 berechnet. Man kann auch von anderen Methoden Gebrauch machen, um die Anfangsparameter zu gewinnen, die zum Durchführen des ersten Tests 262 bei laufendem Rotor benötigt werden.
Der Fachmann auf dem Gebiet der Motoren sieht, dass der Wert I_NO-LOAD gleich ist dem gesamten Motorstrom für den Fall, dass der Motor keiner Belastung oder keinem Drehmoment ausgesetzt ist, d.h. Iq = 0. Damit entspricht I_NO-LOAD dem Nenn-d-Achsen-Strom (oder Magnetisierungsstrom) I_dRATED.
Als nächstes stellt eine Reihe von Schritten 606 τ_R auf den Anfangswert τ_RINIT ein, stellt I_dREF auf den Anfangswert I_dINIT ein, setzt MODE = 1 und eine Variable COUNT = 1. Anschließend berechnet ein Schritt 612 einen Wert für τ_R mit Id auf der laufenden Einstellung von I_dREF, wie im Folgenden anhand der 6 näher erläutert wird. Sodann prüft ein Schritt 214, ob im Schritt 212 ein Fehler festgestellt wurde. Falls ja, setzt die Logik 66 MODE = 0 im Schritt 615 und beendet den Vorgang.
Wenn kein Fehler nachgewiesen wurde, führt die Logik 66 eine Folge von Schritten durch, um die Motorspannung zu prüfen, um bei Bedarf den Magnetisierungsstrom Id einzustellen. Insbesondere läuft ein optionaler Schritt 616 ab, bei dem der Aufzug in Aufwärtsrichtung fährt, so dass der Aufzug sich dann oberhalb des Erdgeschosses befindet. Sodann bringt der Schritt 618 den Aufzug in Abwärtsrichtung in Fahrt, um Messungen vorzunehmen. Während der Aufzug nach unten fährt, sichert ein Schritt 620 die Werte von Vd und Vq, wenn die Drehzahl ω_R sich am Ende der (oder im Verlauf der) Konstantgeschwindigkeitszone des Geschwindigkeitsprofils befindet, um eine Messung der stationären Spannung zu erzielen, die man nicht gewinnen kann, während sich Geschwindigkeit und/oder Drehmoment ändern. Anstatt den Aufzug nach unten fahren zu lassen, um Vm zu erhalten, kann der Aufzug auch hochfahren, vorausgesetzt, der Motor "zieht" eine Last, d.h., der Motor arbeitet im Motorbetrieb, im Gegensatz zur Wiedergewinnung oder einem Bremsvorgang, da es dieser Zustand ist, unter welchem der Treiber Leistung in den Motor gibt. Um diesen Zustand bei einer Aufwärtsfahrt mit dem in 1 gezeigten System zu erreichen, muss die in dem Fahrkorb befindliche Last zuzüglich des Fahrkorbgewichts größer sein als das Gegengewicht.
Dann berechnet ein Schritt 622 die gemessene Gesamtmotorspannung unter Verwendung der Vektor-Summengleichung V_M = (Vd² + Vq²)^1/2. Die stationäre Spannung Vm während der Konstantgeschwindigkeitszone der Fahrt sollte annähernd der verketteten Nennspannung (VLL_RATED) sein; justiert bezüglich Differenzen zwischen der Typenschild-Nenndrehzahl in upm (RPM_RATED) und der maximalen (oder Vorgabe- oder Soll-) Drehzahl in upm des Geschwindigkeitsprofils für die Gebäudeanwendung (RPM_DUTY). Weil der Motor bei leerem Fahrkorb im Verlauf der Autokalibrierprozedur arbeitet, ist die Motorspannung bei leerem Fahrkorb während der Abwärtsfahrt etwas niedriger als die Spannung bei Aufwärtsfahrt mit vollem Fahrkorb. Aus diesem Grund wird die Sollspannung V_T für leeren Fahrkorb bei Abwärtsfahrt auf etwa 98% der einjustierten Typenschild-Spannung eingestellt. Damit wird der Sollwert V_T im Schritt 623 durch folgende Gleichung berechnet: VT = (K × VLL_RATED × RPM_DUTY)/RPM_RATEDwobei K eine vorbestimmte Prozentzahl, beispielsweise 98% ist, VLL_RATED die Verkettete-Nennspannung und RPM_RATED die Nenndrehzahl in upm ist, beides von dem Motor-Typenschild entnommen, und RPM_DUTY die Soll- oder Vorgabe- oder Maximalgeschwindigkeit des Geschwindigkeitsprofils für die Gebäudeanwendung ist. Die benötigten Parameter können von dem Servicepersonal aus dem Wartungswerkzeug 80 über die Verbinung 82 gesendet werden. Bedarfsweise können andere Prozentzahlen für die Konstante K verwendet werden.
Als nächstes prüft ein Schritt 624, ob die Motorspannung V_M innerhalb von 2% der Sollspannung V_T liegt. Falls die Spannung nicht innerhalb von 2% liegt, prüft ein Schritt 626, ob die Schleife mindestens fünf Mal durchlaufen wurde. Typischerweise wird eine Neuberechnung für I_dREF zweimal wiederholt, um zu erreichen, dass der Magnetisierungsstrom den korrekten Wert erreicht. Wurde fünf Mal eine Iteration durchlaufen, so gibt es ein Problem mit dem System, und der Schritt 628 setzt FAULT = 1, was an das Wartungswerkzeug 80 (1) über die Verbindung 82 signalisiert wird, und ein Schritt 615 setzt MODE = 0, bevor die Logik verlassen wird. Wurde die Iteration weniger als fünf Mal durchlaufen, so justiert ein Schritt 630 I_dREF (und mithin Id) durch die Gleichtung I_dREF = I_dREF(V_T/V_M). Als nächstes inkrementiert ein Schritt 632 den Wert COUNT um 1, und die Logik 66 geht zum Schritt 612, um eine neue Iteration vorzunehmen. Liegt V_M innerhalb von 2% von V_T während des Schritts 624, so wird davon ausgegangen, dass durch den Algorithmus Konvergenz erreicht wurde, und ein Schritt 634 setzt DONE = 1, was über die Verbindung 82 zum Wartungswerkzeug 80 übermittelt wird, und ein Schritt 615 setzt MODE = 0, wovor die Logik 66 verlassen wird und zur Hauptlogik 48 zurückgekehrt wird (3).
Bezugnehmend auf 17, beginnt der Schritt 612 in 16, welcher τ_R berechnet, durch Einstellen eines Zählers COUNT1 = 0 im Schritt 700. Sodann veranlasst ein Schritt 702 eine Aufwärtsfahrt des Fahrstuhls unter Verwendung des Standard-Geschwindigkeitsprofils (18), wie es oben diskutiert wurde. Während der Aufwärtsfahrt des Aufzugs sicherte ein Schritt 704 die Werte von XDF als XDF(1), wenn die Geschwindigkeit ω_R sich am Ende der (oder im Verlauf der) Konstantgeschwindigkeitszone des Geschwindigkeitsprofils befindet.
Als nächstes lässt ein Schritt 706 den Aufzug in Abwärtsrichtung unter Verwendung des Standard-Geschwindigkeitsprofils (18) laufen, wie es oben diskutiert wurde. Während der Abwärtsfahrt des Aufzugs rettet ein Schritt 708 die Werte XDF als XDF(2), wenn sich ω_R am Ende der (oder im Verlauf der) Konstantgeschwindigkeitszone des Geschwindigkeitsprofils für die Fahrt befindet. Sodann berechnet ein Schritt 710 eine gefilterte Aufwärts/Abwärts-Differenz (FUDD) entsprechend. XDF(1) – XDF(2). Der Wert FUDD für die Fahrt gibt an, ob T_R zu hoch (FUDD > 0) oder zu klein (FUDD < 0) ist.
Als nächstes prüft ein Schritt 712, ob das Vorzeichen (oder die Polarität) von FUDD sich gegenüber FUDD für die vorhergehende Aufwärts-/Abwärtsfahrt des Aufzugs geändert hat. Hat sich das Vorzeichen von FUDD nicht geändert, so prüft ein Schritt 714, ob das Vorzeichen von FUDD positiv ist. Ist FUDD positiv, so ist τ_R groß, und ein Schritt 716 dekrementiert τ_R um einen vorbestimmten Betrag von zum Beispiel 10%. Ist FUDD nicht positiv, so ist τ_R klein, und ein Schritt 718 inkrementiert τ_R um einen vorbestimmten Betrag, beispielsweise 10%. Auf Wunsch können auch andere Inkrementierungs- und/oder Dekrementierungsbeträge verwendet werden.
Sodann prüft ein Schritt 720, ob die Schleife mindestens zehn Mal durchlaufen wurde (d.h. ob COUNT ≥ 10 ist). Sind mindestens zehn Iterationen gelaufen, setzt ein Schritt 722 FAULT = 1, was über die serielle Verbindung 82 zum Wartungswerkzeug 80 gemeldet wird, und die Logik 612 wird verlassen, um zu der in 16 gezeigten Logik 66 zurückzukehren. Sind weniger als 10 Iterationen durchlaufen, inkrementiert ein Schritt 724 den Wert COUNT1 um 1, und die Logik 612 geht weiter zur Durchführung einer weiteren Aufwärts-/Abwärtsfahrt des Aufzugs, beginnend beim Schritt 702. Hat sich im Schritt 712 das Vorzeichen von FUDD geändert, so führt ein Schritt 726 eine lineare Interpolation zwischen den positiven und den negativen Werten von FUDD und den entsprechenden τ_R-Werten durch, um einen neuen Wert von τ_R aufzufinden, bei dem FUDD einen Nulldurchgang hat, und ein Schritt 728 setzt τ_R auf den neuen Wert von τ_R (New τ_R), und die Logik 612 kehrt zur Logik 66 zurück.
Es können auch andere Suchmethoden verwendet werden, um den korrekten Wert von τ_R durch Iteration zu gewinnen. Ein alternativer Suchalgorithmus für τ_R ist die Verwendung einer binären Suche, bei der der Suchbereich in aufeinanderfolgenden Durchgängen verkleinert wird, bis die Änderung von τ_R oder von FUDD innerhalb einer vorbestimmten Toleranz liegt.
Außerdem führt die Logik 66, 612 eine Überwachung bezüglich eines Stoppbefehls (nicht dargestellt) durch, der von dem Wartungswerkzeug 80 über die Verbindung 82 empfangen wird. Wenn ein Stoppbefehl empfangen wird, lässt die Logik 66, 612 den Rest der Prozedur fahren, geht zum Schritt 615 und beendet den Vorgang.
Die Reihenfolge der Richtung zur Aufwärts-/Abwärts-Fahrt des Aufzugs ist für die Erfindung nicht kritisch, beispielsweise kann der Aufzug im Schritt 702 nach unten und im Schritt 706 nach oben fahren (17). Typischerweise jedoch fährt das Servicepersonal den Aufzug zum Erdboden oder zum ersten Geschoss, um mit der Wartung oder der Kalibrierung zu beginnen. In diesem Fall kann es notwendig sein, dass der Aufzug zunächst nach oben fährt, um eine Fahrt zur Verfü gung zu haben, deren Dauer ausreichend lang ist, wie dies oben in Verbindung mit dem Standardprofil erläutert wurde.
Bezugnehmend auf 20, ist dort die Kurve 752 von XDF(1) für die Aufzug-Aufwärtsfahrt sowie die Kurve 750 von XDF(2) für die Abwärtsfahrt in Verbindung mit einer Kurve 754 dargestellt, die die zugehörigen Werte der variablen FUDD darstellt. XDF(1), (2) und der Wert FUDD sind gegenüber der Rotor-Zeitkonstanten τ_R als Parameter für Messungen auf einer Skala aufgetragen, die einer Fahrt von 2,0 Metern pro Sekunde entlang dem Aufzugschacht entspricht. Die Kurve 754 von FUDD ist eine sich langsam ändernde, monoton ansteigende Kurve mit einem gut definierten Nulldurchgang am Punkt 756, was deutlich den korrekten Wert der Rotor-Zeitkonstanten angibt. Der Schritt 612 in der Logik 66 berechnet den Wert von τ_R entsprechend der Stelle, wo FUDD einen Nulldurchgang hat, in der Kurve 754 für FUDD bei 756 dargestellt.
Während ein leerer Fahrkorb möglicherweise die einfachste zu erreichende Bedingung darstellt, arbeitet die Erfindung auch bei Volllast oder bei Teillast, vorausgesetzt, es wird zwischen dem Fahrkorb und dem Gegengewicht eine Netto-Lastungleichheit erreicht. Für eine Lastbedingung (beispielsweise Volllast), die eine Netto-Lastungleichheit bedeutet, bei der der Fahrkork zuzüglich seiner Belastung schwerer als das Gegengewicht ist, ändern sich die Steigungen der Graphen in 13, und dementsprechend ändert sich auch die Suchlogik.
Anstatt das Filter 62 (13) zu verwenden, kann das Signal VDX direkt ohne Filter von der Logik 66 abgetastet werden. In diesem Fall tastet die Logik 612 den Wert von VDX am Ende der (oder im Verlauf der) Konstantgeschwindigkeitszone der Fahrt in den Schritten 704, 708 ab, und VDX ersetzt XDF überall dort, wo auf diesen Wert Bezug genommen ist. Anstatt oder zusätzlich zum Filtern von VDX können die Eingangssignale für die Gleichung 12 für VDX gefiltert werden. Alternativ kann die VDX-Berechnungslogik 50 VDX nur für den Fall berechnen, dass die Motordrehzahl oberhalb einer gewissen Drehzahl liegt, oder für eine vorbestimmte Zeitspanne einer Soll-Drehzahl entspricht.
Zweiter Test bei laufendem Rotor:
Bezugnehmend auf 21 umfasst der zweite Testabschnitt für laufenden Rotor, 266, der Autokalibrierlogik 48 eine Modelllogik 850, welche die Übertragungsfunktion der angestrebten Regelkreis-Übertragungsfunktion des Motorreglers und der Anlage modelliert (wie dies im Folgenden anhand der 22 bis 24 erläutert wird). Die Logik 850 umfasst einen Addierer 862, der den Wert ω_REF er eine Leitung 12 am positiven Eingang des Addierers 882 empfängt, und der einen Schätzwert für die Geschwindigkeit, W*, über eine Leitung 854 an einem negativen Eingang des Addierers 852 empfängt. Das Ausgangssignal des Addieres 852 wird auf einen eine Verstärkung G aufweisenden Integrator 853 gegeben (G/s).
Die Ausgangswerte der Logik 850 bilden die modellierte (oder abgeschätzte) Drehzahl W* auf der Leitung 854, die zu dem negativen Eingang des Addierers 855 führt. Das Geschwindigkeits- oder Drehzahl-Rückkopplungssignal ω_R (oder ω_FB) vom Motor 24 aus der Leitung 36 wird an den positiven Eingang des Addierers 855 gegeben, dessen Ausgangssignal einem modelliertem Referenzfehlersignal W_MRE auf einer Leitung 856 entspricht, kennzeichnend für die Differenz zwischen der Ist-Motordrehzahl ω_R und der Modell-Motordrehzahl W* von der Modell-Logik 850. Das Signal W_MRE wird einem Multiplizierer 857 zugeführt. Das Drehzahlreferenzsignal W_REF auf der Leitung 12 wird einer Absolutwertschaltung (ABS) 861 zugeleitet, die auf eine Leitung 862 ein Absolutwertsignal W_ABS gibt, kennzeichnend für den Absolutwert von ω_REF, wobei dieses Signal dem Multiplizierer 857 zugeführt wird, der W_MRE mit dem Absolutwert des Drehzahlreferenzsignals ω_REF auf der Leitung 862 multipliziert.
Das Ausgangssignal des Multiplizierers 857 wird über eine Leitung 858 an einen Muttiplizierer 859 gegeben, der das Signal aus der Leitung 858 mit einem Durchlasssignal PASS auf der Leitung 860 multipliziert. Der Zweck der Multiplizierer 857 und 859 wird weiter unten diskutiert. Die Polarität des Addierers 855 an dessen Eingängen kann umgekehrt werden.
Das Absolutwertsignal W_ABS auf der Leitung 862 wird außerdem einem Vergleicher 863 zugeleitet, der das Signal PASS liefert. Ist das Signal W_ABS größer als die Hälfte einer vollen (oder Soll- oder Nenn-)Laufgeschwindigkeit des Motors RPM_DUTY, zum Beispiel RPM_DUTY = 700. upm, so beträgt das Ausgangssig nal PASS auf der Leitung 860 eins. Wenn hingegen das Signal W_ABS kleiner als die Hälfte der vollen Drehzahl RPM_DUTY ist, ist das Ausgangssignal PASS aus der Vergleicher 863 null. Die volle Drehzahl RPM_DUTY hängt ab von der vorgesehenen Anwendung und kann 700 upm, 1400 upm oder ein anderer Wert sein. Der Wert für RPM_DUTY kann von dem Servicepersonal über die Verbindung 82 aus dem Wartungswerkzeug 80 gegeben werden.
Das Ausgangssignal des Multiplizierers 859 ist ein Signal DX auf einer Leitung 864. Wenn das Signal PASS den Wert eins hat, so ist das Signal DX gleich dem Signal aus der Leitung 858, hat das Signal PASS den Wert null, so ist auch DX null. Das Signal DX auf der Leitung 864 wird einem Integrator 865 zugeleitet, der ein Ausgangssignal X über die Leitung 867 zu der Verstärkungsberechnungslogik 866 liefert. Die Logik 866 enthält bekannte Elektronik und/oder Software, die in der Lage ist, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen (dies wird im Folgenden anhand der 25 noch näher erläutert). Außerdem liefert die Verstärkungsberechnungslogik 866 ein Integrator-Rücksetzsignal auf einer Leitung 870 an den Integrator 865. Die Logik 866 liefert außerdem das Signal MODE und das Geschossbefehlssignal FLRCMD über die Leitungen 71 bzw. 72 an die Bewegungssteuerung 10. Das Signal MODE veranlasst die Bewegungssteuerung 10, Geschossbefehle aus dem Signal FLRCMD auf der Leitung 72 zu akzeptieren.
Das Signal FLRCMD befiehlt der Bewegungssteuerung 10, eine Aufzugfahrt in einer vorgegebenen Richtung über eine vorgegebene Anzahl von Geschosszeiten (oder bis zu einem bestimmten Geschoss) auszuführen, was der Fahrt des Aufzugs während einer vorbestimmten Zeitspanne entspricht, wobei ein vorbestimmtes Standard-Geschwindigkeitsprofil in der Motorsteuerung 10 verwendet wird, was im Folgenden näher erläutert wird. Die Bewegungssteuerlogik 10 liefert außerdem ein Motorsteuerungs-Fehlersignal MCFAULT über eine Leitung 73 an die Logik 866, um zu signalisieren, dass es während einer Aufzugfahrt zu einem Fehler gekommen ist. Die Logik 866 liefert außerdem einen Schätzwert für J* und K_T* über die Leitungen 74 zu der Geschwindigkeitsschleifen-Kompensationslogik 16 des Motorreglers 14.
Die Berechnungslogik 866 kommuniziert außerdem mit dem Wartungswerkzeug 80 über die serielle Verbindung 82. Ferner empfängt die Logik 866 Parameter, die für den zweiten Test 266 bei laufendem Motor benötigt werden, um die Werte von J* und K_T* zu berechnen (was weiter unten diskutiert wird). Die Logik 866 liefert ein Signal DONE und ein Signal FAULT über die Verbindung 82 zum Wartungswerkzeug 80. Das Signal DONE signalisiert, wann der zweite Test 266 bei laufendem Rotor ohne jegliche Fehler beendet ist, und das Signal FAULT signalisiert, wenn es während des Tests 266 zu einem Fehler gekommen ist.
Die Logik 866 überwacht das Signal X auf der Leitung 867 nach jeder Aufzugfahrt. Wenn der Wert von X nicht innerhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, berechnet sie einen neuen Wert für J* und veranlasst eine weitere Aufzugfahrt nach oben oder nach unten. Die Logik 866 iteriert den Wert von J* so lange, bis der Wert innerhalb der vorbestimmten Toleranz liegt, um dadurch ein abgestimmtes System zu erhalten, wie unten näher erläutert wird.
Bezugnehmend auf 22, sind ein Ersatzschaltbild eines Steuersystem-Blockdiagramms für eine Geschwindigkeitsregelschleife dargestellt, die den Motorregler 14, den Motor 24 und die an den Motor 24 (19 und 21) angeschlossene Aufzugsystemkomponenten beinhaltet. Verschiedene Teile des in 22 gezeigten Regelsystems sind analog zu den in 1 und 21 gezeigten Teilen der schematischen Blockdiagramme. Insbesondere enthält das Regelsystem nach 22 das Drehzahlreferenzsignal ω_REF auf einer Leitung 910 (analog der Leitung 12 in 1) von der Bewegungssteuerlogik 10. Das Drehzahlrückkopplungssignal ω_R auf der Leitung 914 wird an den negativen Eingang des Addierers 912 gegeben. Der Addierer 912 liefert ein Fehlersignal W_E auf einer Leitung 916 zu einer Außenschleifen-Vorwärtskompensation 918, die eine bekannte Proportional-Integral-Regellogik mit folgender Übertragungsfunktion enthält:
wobei G die Verstärkung der äußeren offenen Schleife ist, ω_C die Eckfrequenz für die Zähler-Voreilung ist und "s" der bekannte Laplacetransformations-Operator ist.
Das Ausgangssignal der Kompensationslogik 918 ist ein Signal W, von der Leitung 920, bei dem es sich um eine Bezugsgröße für eine innere Geschwindig keitsregelschleife 922 handelt. Die Innenschleifen-Drehzahlreferenz W, wird einem positiven Eingang eines Addierers 924 zugeleitet. Das Drehzahl-Rückkopplungssignal ω_R auf der Leitung 914 wird an den negativen Eingang des Addierers 924 gelegt. Das Ausgangssignal des Addierers 224 ist ein Innenschleifen-Fehlersignal W_IE auf einer Leitung 926, das einem Multiplizierer 928 zugeführt wird, der W_IE mit konstanten ω_C × J* multipliziert, wobei J* die abgeschätzte Systemträgheit ist. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 928 ist ein Drehmomentsignal T₁ auf einer Leitung 932, welches einem Multiplizierer 934 zugeleitet wird, der das Signal T₁ mit 1/K_T* multipliziert, wobei K_T* die abgeschätzte Motordrehmoment-Konstante ist. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 934 ist ein Soll-Strom I, auf einer Leitung 936, der einem Block 938 zugeleitet wird, kennzeichnend für die Übertragungsfunktion des Stromreglers/Motortreibers 20 (1) mit einer Übertragungsfunktion von eins in dem für die Erfindung interessanten Frequenzbereich.
Der Treiber 938 liefert einen Treiberstrom I über eine Leitung 940 an einen Block 942, der einen Strom-Drehmoment-Multiplizierer (oder eine Drehmoment-Konstante K_T) des Motors 24 (1) repräsentiert. Die Drehmoment-Konstante K_T ist bekanntlich das Verhältnis des Motordrehmoments zum Motorstrom. Der Motor 24 ist ein Drehstrom-Induktionsmotor, kann aber jeder Motortyp mit einer Drehmoment-Konstanten sein. Bei einem mittels Feldorientierung gesteuerten Asynchronmotor repräsentiert der Strom I den Referenz-q-Achsen-Vektorstrom I_qREF. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 942 ist das Motor-Ausgangsdrehmoment T_E auf einer Leitung 944, welches an einen positiven Eingang eines Addierers 946 gegeben wird. Dessen negativer Eingang ist ein Signal T_LOAD auf einer Leitung 948, welches für zusätzliche externe Laststörungen am Aufzugkabinensystem steht, so zum Beispiel Reibung oder eine Beladungs-Unausgewogenheit zwischen Fahrkorb und Gegengewicht. Das Ausgangssignal des Addierers 946 wird über eine Leitung 950 an einen Block 952 gegeben, der kennzeichnend ist für die Dynamik der Aufzugträgheit J, die als Integrator 1/Js mti einer Stärkung von 1/J nachgebildet ist. Das Ausgangssignal des Blocks 952 auf der Leitung 914 ist die Drehzahl ω_R (oder ω_FB) des Motors 24 (1). Die Bezugszeichen 912–934 stehen für die Steuerlogik innerhalb der Geschwindigkeitsschleifen-Kompensationslogik 16 (1).
Bezugnehmend auf 23, lässt sich das in 22 dargestellte Blockdiagramm dadurch vereinfachen, dass man die innere Schleife 922 als Regelschleifen-Übertragungsfunktion mit Hilfe folgender Gleichung ausdrückt:
wobei K₁ = (J*/K_T*) × (K_T/J). Damit ist die Regelschleifen-Übertragungsfunktion der inneren Schleife eine Nacheilung erster Ordnung mit einer Eckfrequenz bei ω_CK₁.
Bezugnehmend auf 24, stimmt, wenn die Konstante K₁ den Wert 1 hat, der Zähler (Voreilung) der äußeren Offenschleifen-Übertragungsfunktion 918 überein, mit dem Nenner (Nacheilung) der inneren Regelschleifen-Übertragungsfunktion 922 und hebt sich mit diesem auf. Die resultierende Übertragungsfunktion 960 ist ein Integrator (G/s) mit einer Verstärkung G. Wir haben herausgefunden, dass, wenn K₁ = 1, das Aufzug-/Motorsystem ein gewünschtes Ansprechverhalten zeigt.
Auf 25 bezugnehmend, beginnt ein Flussdiagramm für die Verstärkungsberechnungslogik 866 mit einem Schritt 1202, der die notwendigen Parameter zum Durchführen des zweiten Tests 266 bei laufendem Rotor von dem Wartungswerkzeug 80 anfordert und empfängt, so zum Beispiel J*_INIT, K_T*_INIT.
Der Parameter K_T*_INIT lässt sich aus dem zuvor gelaufenen zweiten Test bei blockiertem Rotor, 258, gewinnen. Die Werte für den Parameter J*_INIT können in der im Folgenden gezeigten Weise approximiert werden, und eine Alternative zum Empfangen von K_T*_INIT aus einem vorhergehenden Motortest ist die folgende Approximation: J*INIT = 2,0 + 6,0 × Load_Duty × ((RPM_Duty*60)/RPM_Rated)2 KT*INIT = TRATED/(IFULL-LOAD 2 – INO-LOAD 2)1/2 wobei T_RATED das Nenn-Drehmoment von dem Motor-Datenblatt ist, I_{FULL_LOAD} der Volllast-Motorstrom von dem Motor-Datenblatt ist, I_NO-LOAD der Motorstrom für lastfreien Betrieb von dem Motor-Datenblatt ist, RPM_DUTY die Vorgabe- oder Nenn- oder Maximalgeschwindigkeit des Rotors ist, der für die Anwendung läuft, Load_Duty die Soll- oder Maximallast für den Aufzug bei der jeweiligen Anwendung ist, RPM_RATED die Nenn-Motordrehzahl von dem Motor-Typenschild ist. In diesem Fall kann das Servicepersonal die Parameter J*_INIT, K_T*_INIT berechnen und sie mit Hilfe des Wartungswerkzeugs 80 an die Logik 866 geben. Alternativ kann das Servicepersonal die Parameter Load_Duty, RPM_Duty, RPM_Rated, I_FULL-LOAD, I_NO-LOAD. T_RATED mit Hilfe des Wartungswerkzeugs 80 an die Logik 866 geben, so dass diese die Parameter J*_INIT, K_T*_INIT im Schritt 1201 berechnet. Auf Wunsch können andere Werte für die Anfangsparameter J*_INIT, K_T*_INIT verwendet werden, wobei allerdings die für J*_INIT, K_T*_INIT gewählten Werte festlegen, wie J* eingestellt wird (was im Folgenden diskutiert wird). Zum Erhalten der zur Durchführung des zweiten Tests 266 bei laufendem Rotor benötigten Anfangsparameter können auch andere Methoden verwendet werden.
Als nächstes setzt eine Reihe von Schritten 1202 J* und K_T* auf Anfangswerte J*_INIT, K_T*_INIT, setzt COUNT = 0, um den Schleifenzähler zu löschen, und setzt MODE = 1. Als nächstes setzt ein Schritt 1206 den Integrator 865 (21) auf null.
Sodann setzt ein Schritt 1210 das Signal FLRCMD, um den Aufzug in Aufwärtsrichtung zu fahren, wobei ein Standard-Geschwindigkeitsprofil verwendet wird, was im Folgenden erläutert wird. Das Geschoss, bei dem sich der Aufzug am Anfang befindet, legt fest, welche Richtung der Aufzug nimmt.
Nachdem die Aufwärts-/Abwärtsfahrt des Aufzugs beendet ist (sowie während der Aufzugfahrt), bestimmt ein Schritt 1212, ob während der Fahrt des Aufzugs ein Fehler aufgetreten ist, wozu das Signal MCFAULT auf der Leitung 73 (21) gelesen wird. Wurde ein Fehler festgestellt, setzt ein Schritt 214 das Signal FAULT auf 1, was über die Verbindung 82 zum Wartungswerkzeug 80 gemeldet wird.
Wurde während der Aufzugfahrt kein Fehler festgestellt, prüft die Logik 866, ob vom Wartungswerkzeug 80 ein Stopbefehl empfangen wurde, Schritt 1216. Wurde ein Stopbefehl empfangen, so setzt der Schritt 1215 MODE = 0, die Logik wird verlassen, und es wird der zweite Test 266 bei laufendem Rotor verlassen. Wurde kein Stopbefehl empfangen, liest die Logik das Signal X auf der Leitung 867 (21) und sichert den Wert als Variable X(1) in einem Schritt 1218.
Als nächstes lässt ein Schritt 220 den Aufzug in Abwärtsrichtung (entgegengesetzt zu der Fahrt in Schritt 1210) unter Verwendung des Standard-Geschwindigkeitsprofils laufen, wie im Folgenden diskutiert wird. Ist die Aufwärts-/Abwärts-Fahrt des Aufzugs abgeschlossen (und auch während der Fahrt), prüft ein Schritt 1222, ob während der Aufzugfahrt ein Fehler aufgetreten ist, wozu das Signal MCFAULT überwacht wird. Falls ja, setzt der Schritt 1214 das Signal FAULT auf 1 (4), was über die Verbindung 82 an das Wartungswerkzeug 80 gemeldet wird, der Schritt 1215 setzt MODE = 0, und die Logik 866 wird verlassen. Wurde kein Fehler nachgewiesen, prüft ein Schritt 1224, ob ein Stopbefehl von dem Wartungswerkzeug 80 empfangen wurde. Wurde ein Stopbefehl empfangen, setzt der Schritt 215 MODE = 0, die Logik wird verlassen, und die Autokalibrierprozedur wird beendet. Falls nicht, sichert der Schritt 1226 den Wert von X als Variable X(2). Man kann auf Wunsch die Aufwärts-/Abwärts-Fahrt in ihrer Reihenfolge umkehren.
Als nächstes berechnet ein Schritt 1228 den Durchschnitts-X-Wert für die Aufwärts-/Abwärts-Fahrt in der Form X_AVG = [X(1) + X(2)]/2. Dann wird in einem Schritt 1230 X_AVG darauf überprüft, ob es nach der letzten Aufwärts-/Abwärts-Fahrt einen Vorzeichenwechsel (oder Polaritätswechsel) gegeben hat. Hat sich das Vorzeichen nicht geändert, prüft ein Schritt 632, ob der Wert COUNT größer oder gleich zehn Iterationen ist. Wenn die Schleife weniger als zehn Durchläufe vollzogen hat, setzt ein Schritt 1234 das Flag FAULT auf eins und sendet es über die Verbindung 82 an das Wartungswerkzeug 80 (21). Falls nicht, erhöht ein Schritt 1236 den Wert COUNT um eins, und ein Schritt 1238 berechnet den nächsten Wert für J*. Wenn beispielsweise J*_INIT auf einen hohen Wert eingestellt wurde, wie oben diskutiert wurde, wird J* um einen vorbestimmten Betrag, beispielsweise 20%, vermindert, oder es wird gerechnet J*(n + 1) = J*(n) × 0,8, was im Schritt 1238 geschieht, und die Logik 866 geht zurück zum Schritt 1206, um eine weitere Aufwärts-/Abwärts-Fahrt des Aufzugs vorzunehmen. Auf Wunsch können andere prozentuale Änderungen für J* gewählt werden. Wenn hingegen J*_INIT niedrig eingestellt wurde, so wird J* um einen vorbestimmten Betrag im Schritt 1238 erhöht.
Wenn X_AVG das Vorzeichen gewechselt hat, so ist das Ergebnis des Tests 1230 ja, und ein Schritt 1240 führt eine Interpolation durch, um den Wert von J* zu bestimmen, bei dem X_AVG einen Nulldurchgang vollzieht. Insbesondere zeigt gemäß 28 eine Kurve 1360 die Werte für X, aufgetragen für einen abgeschätzten Satz von Werten J*. Wenn der Wert von X durch null geht, werden die Werte von J*, die zu dem Datenpunkten 1362, 1364 auf beiden Seiten von null gehören, interpoliert, um den Punkt 1366 zu ermitteln, bei dem die Kurve 1360 durch null geht. Das Ergebnis dieser Interpolation ist der approximierte Wert für die Systemträgheit J*, der von der Motorregelung 8 verwendet wird (21).
Es können auch andere Algorithmen zu Verstärkungseinstellung für die Logik 688 verwendet werden, vorausgesetzt, der Algorithmus führt zu einer Konvergierung zum korrekten Wert von J* mit den gewünschten Toleranzen. Außerdem kann die hier beschriebene Logik unter Verwendung von Werten von X für lediglich eine Aufwärtsfahrt oder eine Abwärtsfahrt eingesetzt werden (d.h. ohne Durchschnittsbildung). Allerdings sorgt die Durchschnittsbildung von X für Aufwärtsund Abwärtsfahrten für robustere Werte von J*.
Bezugnehmend auf 26, sind das Referenzsignal ω_REF, das Ausgangssignal des idealen Modells 850 (21) W* und die Ist-Drehzahl des Motors ω_R (oder ω_FB) durch die Kurven 1340, 1342 bzw. 1344 angegeben. Die Drehzahlprofil-Referenzkurve 1340 (ω_REF) steht für ein typisches Drehzahlprofil für den Aufzug mit einer Anlaufgeschwindigkeitszone A (oder Zunahme- oder Beschleunigungszone), einer Konstantgeschwindigkeitszone B (in der der Motor bei der Nenn- oder Vorgabe- oder Vollgeschwindigkeit für eine gegebene Anwendung läuft), und einer Abstiegszone (oder Abnahme- oder Verzögerungszone) C, die zurück auf null führt, wie dies oben erläutert wurde.
Die Dauer der Konstantgeschwindigkeitszone W basiert auf der Anzahl von Geschossen (oder dem Zielgeschoss), wie durch das Signal FLRCMD (21) vorgegeben ist. Die Dauer der Konstantgeschwindigkeitszone B ist für den zur Bestimmung von J* dienenden zweiten Test 266 bei laufendem Rotor nicht kritisch.
Allerdings liefern die Beschleunigungs- und die Verzögerungszonen A, C des Geschwindigkeitsprofils Information zum Bestimmen des korrekten Werts von J*. Außerdem gilt: Je höher die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl, desto besser sind die Messungen für J*. Folglich wird der Aufzug bei seiner Aufwärtsfahrt mit der Nenn-Geschwindigkeit betrieben.
Das Profil 1340 dient lediglich der Anschauung, möglich sind auch andere Steigungen bei den Aufwärts-/Abwärts-Geschwindigkeiten, Nenngeschwindigkeiten und Gesamtprofilen. Die Anzahl von Geschossen oder das Zielgeschoss kann von dem Wartungswerkzeug 80 über die Verbindung 82 bereitgestellt werden.
Wenn die Parameter des Modells nach den 22 bis 24 folgendermaßen eingestellt sind: J* = 4,0 (hoch); 1,0 (niedrig); 2,28 (korrekt); K_T* = 2,44; K_T = 2,44; J = 2,28; G = 8; ω_C = 4, so liefert dies Werte für K1 in der Form K1 = J*/2,28, bei Auswertung erhält man J* = 1; 4,0; 2,28 und K1 = 0,44; 1,75; bzw. 1.
Bezugnehmend auf die 26 und 27 ist, wenn der Trägheitswert J* der korrekte Wert ist (d.h. K1= 1,0; J* = 2,26), der Parameter ω_REF durch die Kurve 1340 dargestellt, der Parameter W* durch eine Kurve 1342 und der Parameter ω_R durch eine Kurve 1344. Wie zu erwarten war, gleicht das Rückkopplungssignal ω_R im Wesentlichen dem Soll-Signal W* mit minimalem Über- oder Unterschwinger. Nach 27 ist der Parameter W_MRE durch eine Kurve 1350 angegeben, der Parameter DX durch eine Kurve 1352, und der Parameter X durch eine Kurve 1354. Wie erwartet, liegt der Parameter X am Ende der Aufzugfahrt nahe bei null, was darauf hinweist, dass der Fehler zwischen der Soll-Geschwindigkeit und der Ist-Geschwindigkeit gering ist und innerhalb der gewünschten Toleranz liegt.
Wenn allerdings der Wert der Trägheit J* groß ist, beispielsweise J* = 4,0, und folglich K1 = 1,75, so zeigt die Ist-Motordrehzahl ein träges Ansprechverhalten. In diesem Fall ist der Wert von X am Ende der Fahrt negativ. Wenn hingegen der Trägheitswert J* gering ist, beispielsweise J* = 1,0 und mithin K1 = 0,44, so besitzt die Ist-Motorgeschwindigkeit einen Überschwinger. In diesem Fall ist bei der geringen Trägheitsabschätzung der resultierende Wert von X am Ende einer einzelnen Aufzugfahrt positiv.
Nach 21 liefert der Multiplizierer 857 eine Drehzahlskalierung oder -fensterbildung des Fehlersignals W_MRE für den Integrator 865, so dass bei geringen Geschwindigkeiten oder Drehzahlen, d.h. während des Hochfahrens oder Absenkens des Geschwindigkeitsprofils der Signalfehler W_MRE im Maßstab verkleinert wird. Eine solche Skalierung erfolgt deshalb, weil die Modelllogik 850 nicht die Belastungsmomente des Aufzugsystems berücksichtigt, welches Reibung und Aufzugschacht-Ungleichmäßigkeiten beinhaltet, die im Allgemeinen schwierig zu quantifizieren sind. Die Reibung ist nicht linear, insbesondere bei mit Getriebeelementen versehenen Aufzugsystemen, wobei die Reibung des Getriebes bei niedrigeren Drehzahlen höher ist und sich allmählich verringert bis auf niedrigste Werte, wenn die Drehzahl die volle Drehzahl erreicht.
Außerdem liefert der Multiplizierer 859 eine Fenster-Totzonenfunktion, die den Integrator 865 zwingt, Modell-Referenzfehler bei niedrigen Drehzahlen dadurch zu ignorieren, dass der Wert DX zwangsweise auf null gebracht wird, bis die Drehzahl einen vorbestimmten Prozentsatz der vollen Drehzahl erreicht. Der Vergleicher 863 verwendet einen Wert von 50% der vollen Systemgeschwindigkeit als Totzonen-Breite, wobei andere Werte möglich sind.
Während die Multiplizierer 857, 859 für die Erfindung nicht unerlässlich sind, sorgen sie doch für Optimalleistung. Anstelle der Verwendung der beiden Multiplizierer 857, 859 zum Skalieren und zur Fensterbildung für das Eingangssignal DX am Integrator 865 kann auch nur einer der beiden Multiplizierer individuell eingesetzt werden, um einen ähnlichen Effekt zu erzielen. Außerdem können auch andere Fenster- oder Signalskalierungsmethoden angewendet werden, um fehlerbehaftete Signale zu vermeiden.
Der Begriff "Schleifenverstärkung" bezieht sich hier auf den Parameter (oder Faktor) J* der Verstärkung der inneren Geschwindigkeitsschleife 922 (22) innerhalb der Geschwindigkeitsschleifenkompensation 16, die in der hier beschriebenen Weise variiert wird, sowie auf die Gesamtschleifenverstärkung (z.B. ω_CJ*/K_T*). Die anderen Faktoren ω_C K_T* der Geschwindigkeitsschleife sind konstante Werte und insofern bringt die Variation von J* eine Variation der Geschwindigkeitsschleifenverstärkung. Außerdem sollte gesehen werden, dass an stelle der Bereitstellung einer Variablen J* und einer Konstanten K_T* und die Logik 866 auch einen einzelnen variablen Parameter liefern kann, der einer Kombination der Schleifenverstärkungsfaktoren entspricht (z.B. J*/K_T*), oder der der Gesamtschleifenverstärkung entspricht (z.B. ω_CJ*/K_T*), um an die Logik 16 gegeben zu werden. In jedem Fall wird der Wert der Schleifenverstärkung in der hier beschriebenen Weise so lange variiert, bis das gewünschte Ansprechverhalten erreicht ist.
Anstelle des Integrators 865 kann ein Tiefpassfilter oder irgendein anderer Filtertyp verwendet werden, um Transienten von DX auszufiltern und einen Mittelwert von DX über eine gegebene Fahrt zu erhalten. In diesem Fall kann das Ausgangssignal des Filters 865 von der Logik 866 vor dem Durchgang abgetastet werden, oder dann, wenn ω_R den Wert null annimmt, beispielsweise während der Konstantgeschwindigkeitszone oder der Nenngeschwindigkeitszone der Fahrt. Außerdem können die Multiplizierer 857, 859 so modifiziert werden, dass sie mit dem gewählten Filter in der Weise arbeiten, dass die gewünschten Ausgangssignale erhalten werden.
Anstelle der Verwendung des Integrators (oder Filters) 865 kann das Signal DX direkt ohne Filter oder Integrator von der Logik 866 abgetastet werden. In diesem Fall tastet die Logik 866 den Wert DX am Ende der (oder im Verlauf der) Konstantgeschwindigkeitszone der Fahrt in den Schritten 1218, 1226 (25) ab, und DX ersetzt den Wert X immer dann, wenn hier auf diesen Wert Bezug genommen ist. Anstatt den Wert DX zu filtern oder zusätzlich zu dieser Maßnahme können auch die Eingangssignale für die Berechnung von DX gefiltert werden. Alternativ kann die Logik 266 DX nur dann berechnen, wenn die Motordrehzahl über einer gewissen Drehzahl liegt, oder wenn der Motor mit der Nenndrehzahl während einer vorbestimmten Zeispanne läuft.
Die Reihenfolge der Richtung bei der Aufwärts-/Abwärts-Fahrt des Aufzugs ist für die Erfindung nicht kritisch, der Aufzug kann im Schritt 1210 beispielsweise nach unten und im Schritt 1220 nach oben fahren (25). Allerdings wird das Servicepersonal den Aufzug typischerweise zu Beginn des Wartungsvorgangs oder Kalibrierung als erstes zum Boden oder zum ersten Geschoss fahren lassen. In diesem Fall kann eine Aufwärtsfahrt des Aufzugs notwendig werden, damit eine Fahrt genügend lange Dauer zur Verfügung steht, wie oben in Verbindung mit dem Standardprofil erläutert wurde.
Wenn jeder der vier Tests 252, 258, 262, 266 abgeschlossen ist, werden die Parameter automatisch im Speicher der Motorsteuerung 14 abgespeichert, was es erübrigt, dass der Installateur oder das Servicepersonal diese Parameter von Hand eingeben müssen. Wenn jeder Test innerhalb des Selbstinbetriebnahmevorgangs abgeschlossen ist, liefert die Logik 48 (oder die spezifische Testlogik) ein Flag DONE an das Wartungswerkzeug 80 und liefert spezielle, für das Servicepersonal interessante Motorparameter. Alternativ kann die Logik 48 eine Anzeige an das Wartungswerkzeug liefern, wenn sämtliche Prüfungen abgeschlossen sind.
Anstatt die vier Prüfungen 252, 258, 262, 266 automatisch ablaufen zu lassen, kann nach Abschluss jeder Prüfung die Logik 48 warten, bis das Wartungswerkzeug 80 einen weiteren Startbefehl liefert, um dann den nächsten Test innerhalb der Folge auszuführen. Alternativ kann das Wartungswerkzeug 80 vorgeben, welche Prüfung als nächstes auszuführen ist.
Obschon die Erfindung hier in Verbindung mit speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben und dargestellt wurde, versteht sich für den Fachmann, dass zahlreiche weitere Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen möglich sind, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum selbsttätigen Inbetriebnehmen einer Steuerung eines feldorientierten Aufzugmotors, aufweisend die folgenden Schritte: a) Berechnen einer Integralverstärkung K_I, einer Proportionalverstärkung Kp und einer Gesamtverstärkung Gc für die Motorsteuerung; b) Erhalten von Anfangswerten einer Rotorzeitkonstante τ_R, eines Magnetisierungsstroms Id und einer Motordrehmomentkonstante K_T* für die Motorsteuerung und Erhalten eines Werts einer Transienteninduktivität Lσ des Motors; c) Berechnen von Endwerten für die Rotorzeitkonstante τ_R und den Magnetisierungsstrom Id unter Verwendung der Transienteninduktivität Lσ; d) Berechnen eines Parameters einer Systemträgheit J* für die Motorsteuerung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b) des Erhaltens von Anfangswerten ein Berechnen der Anfangswerte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (a) bis (d) beim Empfangen einer Anweisung von einem Wartungswerkzeug durchgeführt werden.
Selbst-Inbetriebnahme-Steuerung (7) für eine Steuerung (14) eines feldorientierten Aufzugmotors, aufweisend: eine Einrichtung zum Berechnen einer Integralverstärkung K_I, einer Proportionalverstärkung Kp und einer Gesamtverstärkung Gc für die Motorsteuerung; eine Einrichtung zum Erhalten von Anfangswerten einer Rotorzeitkonstante τ_K, eines Magnetisierungsstroms Id und einer Motordrehmomentkonstante K_T* für die Motorsteuerung und eine Einrichtung zum Erhalten eines Wertes für eine Transienteinduktivität Lσ des Motors; eine Einrichtung zum Berechnen von Endwerten für die Rotorzeitkonstante τ_R und den Magnetisierungsstrom Id unter Verwendung der Transienteninduktivität Lσ; und eine Einrichtung zum Berechnen eines Parameters einer Systemträgheit J* für die Motorsteuerung.