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曳引式电梯机械系统竖直振动的原因分析与抑制【摘要】曳引式电梯机械系统竖直振动是一种常见问题，可能会对乘客的乘坐体验和安全造成影响。
本文通过分析传动系统问题、平衡系统问题、机械部件老化或磨损、以及曳引装置不稳定等原因，揭示了振动产生的根源。
为了有效抑制电梯系统的竖直振动，我们提出了一些解决方案，包括定期维护保养、升级曳引装置以提高稳定性，以及加强平衡系统设计来降低振动风险。
这些方法有助于提高电梯系统的运行稳定性和安全性，为乘客提供更加舒适和安全的乘坐体验。
通过采取综合的措施，可以有效解决曳引式电梯机械系统竖直振动问题，确保电梯系统的正常运行。
【关键词】曳引式电梯、机械系统、竖直振动、原因分析、抑制方法、传动系统问题、平衡系统问题、机械部件老化、曳引装置不稳定、定期维护保养、升级曳引装置、加强平衡系统设计.1. 引言1.1 概述曳引式电梯是现代楼宇中广泛使用的一种升降设备，其利用钢丝绳曳引电动机，使电梯舱体沿着导轨上下运动。
在实际运行过程中，曳引式电梯机械系统可能会出现竖直振动的现象，这种振动不仅会影响乘坐者的舒适感，还会影响电梯的安全性能。
了解曳引式电梯机械系统竖直振动的原因，并采取相应的抑制措施，对保障电梯的平稳运行至关重要。
在本文中，将对曳引式电梯机械系统竖直振动的原因进行分析，包括传动系统问题、平衡系统问题、机械部件老化或磨损以及曳引装置不稳定等方面。
通过深入探讨这些原因，可以更好地理解竖直振动产生的机理，为制定相应的抑制措施提供依据。
2. 正文2.1 曳引式电梯机械系统竖直振动的原因分析曳引式电梯机械系统竖直振动是一种常见问题，可能由多种原因引起。
在进行原因分析时，我们需要考虑传动系统问题、平衡系统问题、机械部件老化或磨损以及曳引装置不稳定等方面。
传动系统问题是导致曳引式电梯机械系统竖直振动的常见原因之一。
如果传动系统出现故障或不平衡，会导致电梯在运行过程中产生震动，进而引起竖直振动现象。
高速曳引电梯机械系统振动特性探究发布时间：2023-01-13T07:00:14.764Z 来源：《中国科技信息》2022年16期第8月作者：滕启超[导读] 本文将以曳引钢丝绳的时变特性作为研究依据，通过建立物理模型，分析高速曳引电梯机械系统的振动特性，滕启超青岛市知识产权保护中心山东省青岛市 266000摘要：本文将以曳引钢丝绳的时变特性作为研究依据，通过建立物理模型，分析高速曳引电梯机械系统的振动特性，并利用仿真分析来论证相关论点，以此为电梯设计提供施工依据，确保电梯机械系统的稳定运行以及高效运用。
关键词：高速曳引电梯；导靴弹簧；机械系统引言：我国的高层建筑数量较多，若想帮助居民提高出行效率，需要采用高速曳引电梯。
但随着电梯行程数的提升及速度不断增长，导致电梯振动状况越来越明显，不仅影响了居民的乘坐舒适性，容易引发安全事故。
为此，笔者将针对高速曳引电梯的振动特性进行深入研究，以此保证电梯的系统结构设计合理，确保电梯的运行安全。
一、高速曳引电梯机械系统研究高速曳引电梯机械系统主要依靠电动机带动拽轮工作，利用曳引钢丝绳完成电梯厢的牵引。
当系统运转速度变化较为明显时，减速器便会完成电梯的拽引，进而转动拽引轮，使电梯受到拽引轮以及钢丝绳的牵引力作用，完成升降活动。
因此在电梯机械系统中，拽引系统是主要驱动部分，能够决定电梯是否保持可靠运行。
为此，在系统设计过程中，需要确保拽引轮上的钢丝绳始终维持临界平衡状态，且对重侧的钢丝绳与轿厢钢丝绳之间的拉力需要满足以下关系：T1/T2=efa其中，T1代表轿厢钢丝绳拉力，而T2代表对重侧钢丝绳拉力，至于e则表示自然对数，而a表示钢丝绳与拽引轮的接触弧中心角，f表示二者的当量摩擦系数。
因此可以结合上述公式得出以下结论，即电梯的拽引系数越大，则电梯拥有的负载能力越高。
二、高速曳引电梯机械系统振动特性分析（一）水平振动特性若电梯本身的额定速度较低，则系统水平方向的振动几乎可以忽略不计。
高速曳引式电梯振动主动控制技术研究摘要：高速曳引式电梯已经逐渐成为了我国高层建筑中普遍使用的梯型，在评价电梯品质的过程中其舒适性、功能性和安全性是其中最主要的指标。
其中电梯振动是影响电梯性能的重要因素。
特别是随着电梯速度的不断增加，电梯在运行的过程中的机械振动也会得到相应的增加，这种情况不仅影响了电梯的安全和寿命，而且也会使电梯的曳引系统产生额外的荷载。
因此为了保证电梯的安全和性能，应当加强对电梯振动的控制研究。
关键词:高速曳引式电梯;电梯振动;主动控制技术研究1、振动的主动控制技术的发展1.1永磁同步曳引机永磁同步曳引机的定子绕组采用永磁材料产生励磁磁场，它不需要励磁电流，转子中无励磁损耗。
永磁同步曳引机装有转子永磁体磁极位置检测器，用来检测磁极位置，以此对电枢电流进行控制，达到伺服控制。
现在应用较多的是无齿轮永磁同步曳引机，其结构形式可以分为径向磁场结构和轴向磁场结构。
径向磁场结构按定子和转子的相对位置不同，又可分为内转子结构和外转子结构。
轴向磁场结构又称盘式结构，不同结构形式的曳引机应有和场合不同，其磁场分布形式也不同。
内转子式永磁同步曳引机的永磁体嵌装在转子铁中，外转子永磁同步电动机的永磁体贴装在转子的内表面。
内转子结构承载能力强，适于大载重量、高速电梯，一般多用于高层住宅和办公楼，外转子结构轴向尺寸相对较小，可用于小机房或无机房电梯应用场合，但其载重量受到限制。
盘式结构曳引机轴向尺寸更小，可直接安装于电梯井道中，最适于无机房电梯使用。
1.2直线电机技术直线驱动就是直线电动机直接驱动。
直线电动机直接驱动系统是近15年发展起来的一种新型进给传动方式。
直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能、而不需要任何中间转换机构的传动装置，具有起动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等优点。
特别是由于直线电动机无离心力作用，故直线移动速度可以不受限制；而且其加速度非常大，能实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停，因此，直线电机特别适合应用与高速电梯的驱动系统。
高层高速电梯振动特性研究与实验分析王冲富摘要：目前，我国经济快速发展，人口大量向城市集中，城市的高楼和超高楼越来越多。
高速曳引式电梯作为一种快速垂直的运输系统，成为了高层建筑垂直运输的最好选择，同时高速曳引式电梯在使用过程中也出现了不良振动问题。
文章对高层高速电梯振动特性研究与实验进行了研究分析，以供参考。
关键词：电梯；振动特性；实验分析前言随着我国城市化水平越来越高，大量的人口加速向城市集中，这导致了城市土地利用情况越来越紧张，出现了地狭人稠的情况。
在这种背景下，城市的高层建筑越来越多，并且建筑楼层也越来越高。
楼梯，这种低楼层的装置，已经不能满足当今城市的要求。
电梯具有占用空间小、提升速度快的特点，使其顺其自然地应用到了城市的高层和超高层建筑物中来。
高速曳引式电梯是目前在城市中应用最多的电梯类型。
1 电梯振动测试实验为了研究高速电梯的动态特性和验证仿真结果，进行电梯振动测试实验，配置了相应的测试系统。
实验的目的是验证所建立的模型和仿真结果的正确有效性。
通过电梯在不同的载荷、电梯运行曲线的改变、电梯安装时某些参数的不同得出的实验数据，分析这几种情况对电梯振动的影响。
1.1 振动测试系统本实验用到的振动测试系统是课题组自主研发的基于是基于labview设计的测试系统，其硬件部分由压电式加速度传感器，带低通滤波功能的电荷放大器，数据采集卡和PC机组成。
（1）加速度传感器压电式传感器的的材料一般采用刚度较大的材料制造。
它的原理基于压电效应，采用弹簧一质量模型。
优点是频带宽、灵敏度高。
压电式传感器主要由弹賛、质量块、压电元件组成。
压电元件由两片压电片组成，在每个压电片的表面上渡一层薄薄的银，形成金属膜，输入端和输出端都是这个压电片上引出，在这两个压电片中间还夹着一个金属块，每一个压电片就是一个极性，其中的一个极性直接和传感器的基座相连。
压电片中间的那个质量块，当发生振动的时候，外界通过弹簧对质量块施加载荷，从而产生压力，质量块内部就产生了电极化现象，质量块的表面电荷分布在压电片上，并且电荷是相反的。
高速曳引电梯机械系统振动特性研究摘要：随着社会经济的不断发展，建筑水平的不断提高，各类的民用及商用建筑中普遍实现电梯的安装。
人们对电梯运作过程的可靠性与适用度提出了更高的要求。
在整个电梯工程运作过程中，相关参数要求众多，每个方向上的振动变化需要按照行业规范进行。
本文以高速曳引电梯机械系统为研究目标，针对电梯工作开展过程中各个方向上的震动变化，为提高电梯机械运作的安全和乘坐体验建立相关模型进行研究，结合实际情况进行分析，得到特性分析结果。
关键词：高速曳引；电梯机械系统；振动特性；探究引言：随着城市高层建筑的不断增多，人们对于建筑的相关设施提出更高的要求。
因此，电梯的使用与安装也更为普遍。
作为上下楼层的重要方式，高速曳引电梯逐步应用，并淘汰传统电梯，使人们的日常使用更为方便。
但随着电梯上下行速度的提高，在提高运作效率的同时，对电梯乘坐人员的安全和体验产生影响。
这就要求相关研究人员在高速曳引电梯的上下行速度、安全以及乘坐体验三者协调中达到平衡。
针对电梯运作时的振动问题，进行细致分析得到变化特征，找到高速曳引电梯运作的平衡点。
一、电梯机器系统运作横向振动分析在电梯运作的过程中，假若电梯保持稳定速度缓慢上升，便在实验过程中可以认定横向方向上的振动变化可以忽略，不影响实验结果。
但随着电梯上下行速度的不断提升，电梯的安全与乘坐体验将会受到横向振动的更多的影响,同低速状态下的相比具有较大的变化,其中横向振动方面电梯轿厢的影响更为严重。
由于当前的技术水平和安装条件的限制，高速曳引电梯的横向振动的研究通常忽略了轿厢底部与侧边的橡胶减振的积极作用,从而在实验过程中导致轿厢相关参数的不精确，将不完整的部分进行实验测试，导致了横向振动的增大。
而在实际施工过程中，在轿厢底部与侧边进行橡胶安装是常用的进行降低横向振动的手段。
因此在建立相关物理模型时因如图一所示，在此模型中对于轿厢的两侧加上了橡胶减震装置，对于上下行过程中的横向振动进行消减，再次进行实验数据发现横向振动相关参数明显发生变化。
高速电梯机械振动的时域最优主动控制摘要：文章从高速电梯机械振动时域最优主动控制力设计、时域最优主动控制力布置方案设计两方面进行了详细的研究，并对设计结果进行了仔细分析。
通过本文对高速电梯机械振动时域最优主动控制的研究，旨在为电梯在高速运行的同时，其安全能够得到可靠的保障，其机械振动得到有效的控制。
关键词：高速电梯；机械振动；时域最优；主动控制前言随着科学技术的不断进步，电梯建设在速度上有了很大的提升，而为了在电梯速度得到提升的同时，其运行安全性也能够得到有效的提升，就必须对其机械振动时域最优主动控制进行深入探究，对其主动控制力及其布置方案进行科学合理的设计，以减少电梯运行给人们带来的安全隐患。
1高速电梯机械振动时域最优主动控制力的设计实际上，对于一般性能指标进行最优主动控制是非常复杂繁琐的，很难用简单的解析形式描述出来，而具有二次性能指标的线性系统最优主动控制则可以用解析式清楚的表述出，且计算过程较为简单。
该线性系统是当前控制理论中最为成熟与重要的部分，对与控制理论相关内容的研究与解析具有重要的指导作用。
所谓最优主动控制，就是在同时考虑控制与响应两者之间相互矛盾要求的基础上，使控制器性能指标达到最优化设计的一种控制过程[1]。
高速电梯机械振动的时域最优主动控制设计是以时间特定函数满足一定要求为前提基础，在状态空间中来进行的，这就需要建立系统状态空间模型。
状态空间模型设计方法对具有多输入、输出关系的时域控制器设计尤为适用。
通过对一般时变系统的考虑，假设系统状态空间模型为X(t)= A(t)X(t)+ B(t)U(t)+ d(t)X(t0)= X0Y(t)= C(t)X(t)其中，Y为输出列向量，即受控响应，它是状态的某种线性组合，如速度、加速度、位移等，U为控制力矩阵，即最优主动控制，d为确定性外扰列阵。
将相应维数权矩阵取值、预留稳态响应列阵取值、期望瞬态响应列阵取值、控制起始时间和终止时间共同带入到目标函数当中，求出目标函数的最小解。
浅析超高速电梯的噪声和振动控制摘要：随着我国社会经济的快速发展，我国各大城市的现代化建设进程也在不断加快。
特别是随着高层建筑数量的增加，超高速电梯也得到了较好的应用。
但是超高速电梯在使用过程中，也容易发出噪音和振动，必须要在后续的发展中进行针对性的控制。
本文首先阐述了超高速电梯噪音与振动控制的重要意义，接着分析了超高速电梯噪音的主要来源，并结合这些来源探讨了对应的控制策略，最后还分析了超高速电梯振动的控制方法，给我国超高速电梯的建设与运营管理带来了一定的参考与借鉴。
关键词：超高速电梯；噪音来源；振动控制在当前我国电梯行业领域中，通常都将运行速度大于5m/s的电梯称之为超高速电梯。
而随着我国电梯行业技术的不断发展，以及超高层建筑项目的增加，使得超高速电梯也得到了较好的应用。
在一些楼层非常高的建筑项目中，只有超高速电梯才能够较好的满足楼房消防与各类运输方面的任务，不仅仅给楼房居住民众带来了便捷的出行，同时也能够保证居住人群的安全性。
在这种情况下，就有必要针对超高速电梯进行全方位的研究与分析，同时做好电梯噪音和振动的有效控制工作。
1 超高速电梯噪音与振动控制的重要意义在当前我国高层建筑不断增多的背景下，超高速电梯的使用也变得越来越广泛。
而在超高速电梯运行过程中，噪音与振动的控制是非常重要的，这里也进行综合的阐述。
1.1 超高速电梯运行过程中的噪音和振动会直接影响乘坐电梯人员的具体体验。
当前我国社会民众的生活质量都得到了显著的提高，因此平时他们也非常重视自身的生活品质，对于电梯乘坐体验也有较高的要求，需要相关人员做好电梯噪音与振动的控制。
1.2 超高速电梯在运行过程中出现噪音和振动的情况，也说明了电梯某些构件和部分区域出现了一些问题，虽然该问题不会对电梯正常运作带来太大的阻碍，但长期下去也有可能造成零部件的磨损，并且也会影响整个电梯的寿命。
因此，对于电梯管理人员来说，必须要充分重视噪音和振动的情况与问题，并进行针对性的调整与改善。
中高速电梯曳引系统振动问题的研究的开题报告一、选题背景随着城市化进程的加速，人们在高层建筑楼群中居住或办公的需求越来越大，电梯已成为现代城市不可或缺的交通工具。
而中、高速电梯的出现，不仅提高了垂直交通的效率和速度，也进一步改善了人们的生活质量和工作效率。
然而，在电梯运行过程中，由于各种原因，曳引系统可能会产生振动，严重时可能会影响到电梯的运行安全和乘坐舒适度。
因此，针对中高速电梯曳引系统的振动问题进行深入研究，不仅有重要的理论研究价值，也能够为电梯行业的发展提供有益的参考和指导。
二、研究目的本研究旨在通过实验和理论分析，探讨中高速电梯曳引系统振动的原因和机理，分析振动对电梯运行安全和乘坐舒适度的影响，提出降低或消除振动的有效策略和方法，为电梯行业提供技术支持和参考。
三、研究内容和方法3.1 研究内容（1）中高速电梯曳引系统振动的原因和机理（2）振动对电梯运行安全和乘坐舒适度的影响（3）降低或消除振动的有效策略和方法3.2 研究方法（1）实验：采用实验方法建立中高速电梯曳引系统的振动测试平台，进行振动实验，收集振动数据。
（2）理论分析：通过动力学分析等理论手段，探讨中高速电梯曳引系统振动的原因和机理。
（3）数值模拟：通过建立中高速电梯曳引系统的数值模型，模拟电梯的振动特性和运行状态，进一步验证理论分析结果和实验数据。
四、预期成果本研究主要预期成果包括：（1）揭示中高速电梯曳引系统振动的原因和机理，并分析振动对电梯运行安全和乘坐舒适度的影响；（2）提出降低或消除振动的有效策略和方法；（3）建立中高速电梯曳引系统的振动测试平台，获取振动数据；（4）建立中高速电梯曳引系统的数值模型，模拟电梯的振动特性和运行状态，验证理论分析结果和实验数据。
五、研究意义本研究的主要意义包括：（1）为中高速电梯曳引系统的安全和性能优化提供有益的技术支持和参考。
（2）为电梯行业提供相关技术的研发和应用方向。
（3）在理论和实践上对电梯振动问题进行了深入探讨，拓展了动力学领域的知识体系。
曳引式电梯机械系统竖直振动的原因分析与抑制曳引式电梯是一种非常常见的电梯，由于电梯是在轿厢与对重之间通过钢丝绳相连，通过驱动电机使得钢丝绳绕过曳引轮从而实现升降的功能。
由于各种原因，曳引式电梯在运行过程中可能会出现竖直振动的问题。
本文将就曳引式电梯机械系统竖直振动的原因进行分析，并探讨相应的抑制方法。
1. 原因分析：1.1 梯速不匹配：梯速不匹配是曳引式电梯竖直振动的主要原因之一。
梯速不匹配是指电梯中索道的速度与曳引轮的转速不一致。
这种不匹配会导致钢丝绳在曳引轮上产生卡紧或滑动的现象，从而引起竖直振动。
1.2 钢丝绳老化：钢丝绳在使用过程中，由于受到拉力和摩擦力的作用，容易发生老化和磨损。
当钢丝绳老化时，其强度和刚度会下降，从而导致电梯的竖直振动。
1.3 悬吊系统不平衡：电梯的悬吊系统包括了钢丝绳、曳引轮和对重等组件。
如果悬吊系统设计不合理或存在故障，例如对重重量分布不均匀或对重悬挂位置不准确等问题，就会导致电梯的竖直振动。
1.4 摩擦力不稳定：曳引式电梯的运行过程中会产生钢丝绳与轨道或导向轨之间的摩擦力。
如果摩擦力不稳定，就会导致电梯的竖直振动。
2. 抑制方法：2.1 调整梯速匹配：解决梯速不匹配问题，可以通过调整电梯的梯速或曳引轮的转速来达到匹配。
还需对电梯的控制系统进行精确的调试和控制，确保电梯在运行过程中梯速与曳引轮转速的一致性。
2.2 定期更换钢丝绳：钢丝绳是电梯机械系统中容易测到老化和磨损的部件之一。
为了避免钢丝绳老化引起的竖直振动问题，建议定期更换钢丝绳，并进行必要的维护保养。
2.3 检查和调整悬吊系统：对电梯的悬吊系统进行定期的检查和调整，确保悬吊系统的各个组件的平衡性和准确性。
如果发现问题，及时进行调整和修复。
2.4 提高轨道和导向轨的质量：保证轨道和导向轨的平整度和光滑度，减小钢丝绳与轨道或导向轨之间的摩擦力。
曳引式电梯机械系统竖直振动的原因主要包括梯速不匹配、钢丝绳老化、悬吊系统不平衡和摩擦力不稳定等。
曳引式电梯机械系统竖直振动的原因分析与抑制曳引式电梯作为现代建筑中不可或缺的交通工具，其安全性和舒适性一直备受关注。
在实际应用过程中，曳引式电梯的机械系统竖直振动问题时有发生，给乘客带来一定的不便和安全隐患。
本文将从原因分析和抑制措施两个方面来探讨曳引式电梯机械系统竖直振动的问题。
一、原因分析1. 梯轮和导轨的磨损曳引式电梯的机械系统主要由梯轮和导轨组成，它们之间的摩擦力会随着使用时间的增加而逐渐增大，导致梯轮和导轨的磨损。
当磨损严重时，梯轮与导轨之间的接触不再是平滑的，会产生竖直方向上的振动。
2. 不平衡载荷在实际使用过程中，由于乘客上下车和不同楼层的负荷变化，电梯的载荷可能会出现不平衡情况，导致电梯的机械系统产生竖直振动。
特别是在高层建筑中，这种不平衡载荷可能会更为明显。
3. 电梯轿厢的几何形状电梯轿厢的几何形状也会对机械系统的振动产生影响。
一些设计不合理的电梯轿厢形状可能会导致梯轮受力不均匀，引起振动问题。
4. 机械系统的结构设计机械系统的结构设计直接影响着电梯的振动情况。
如果机械系统的结构设计存在缺陷或者制造过程中出现问题，可能会导致电梯机械系统的竖直振动。
二、抑制措施1. 定期维护对于曳引式电梯的机械系统来说，定期维护是非常重要的。
定期检查和维护梯轮和导轨的磨损情况，保证其表面光滑并加强润滑是防止竖直振动的重要措施。
2. 载荷平衡对于不平衡载荷的情况，可以通过改进电梯的控制系统，加强对电梯载荷的监测和调整，来尽可能地减少载荷不平衡引起的振动。
3. 合理设计轿厢形状通过合理设计电梯轿厢的几何形状，减小梯轮受力不均匀的情况，来减少竖直振动的发生。
4. 优化机械系统结构设计在机械系统的结构设计方面，可以通过优化设计来减少竖直振动的发生。
采用更耐磨损的材料、结构更坚固的部件等措施，可以有效地减少电梯机械系统的振动。
振 动 与 冲 击第26卷第6期JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCKVol .26No .62007 高速曳引式电梯振动主动控制技术研究收稿日期:2006-05-29 修改稿收到日期:2006-07-27第一作者艾延廷男,硕士,教授,1963年7月生艾延廷, 王 志, 李立新(沈阳航空工业学院工程振动与噪声研究所,沈阳 110034) 摘 要 运用运动弹性动力学方法建立高速曳引式电梯机械系统的动力学模型,进行其动态特性分析及振动控制研究。
利用模糊自适应主动振动控制的方法,使模糊控制规则在控制过程中自动调整、完善,从而达到最佳的控制效果。
应用MAT LAB 语言编程仿真表明,所设计的模糊自适应控制系统的振动控制效果优于传统的机械被动隔振,而且对振动环境的自适应能力强,控制器响应快,超调量小,有很强的鲁棒性,因而使电梯的乘坐舒适性得到很大的改善。
关键词:曳引式电梯,动态特性,振动控制,模糊自适应控制,仿真中图分类号:TH21;O324 文献标识码:A 电梯作为运载工具,在现代社会中发挥着重要作用。
随着超高层建筑的增多,电梯朝着高速和高行程方向发展,这就导致其振动问题越来越突出,成为影响乘梯舒适性甚至安全性的主要因素。
为了控制由于高速运行及起制动所造成的振动、冲击与噪声,电梯机械系统的动态特性分析及振动控制研究成为电梯界的研究热点之一。
从目前国内外关于电梯的振动问题所作的研究工作来看,引起电梯系统振动的原因包括两类:一类是机械振动,即由曳引机、称重装置、悬挂装置、轿厢等设计不良、制造安装质量不好所致;另一类是电气振动,即由电动机、拖动和控制系统的性能和匹配不合适所致。
电梯的振动控制重点是关注电梯在人体敏感频率段内的振动,以提高舒适性为目的,其振动控制可分为被动控制和主动控制。
目前国内的振动控制绝大部分采用被动控制,而主动控制尚处于理论研究阶段[1]。
电梯是一个复杂的多自由度非线性振动系统,传统的主动控制方法往往难以满足其振动控制的需要,而模糊控制技术在复杂、大滞后、难以建立精确数学模型的非线性控制过程中表现出了优越的性能,为电梯等复杂系统振动主动控制提供了新方法。
本文在建立高速曳引电梯垂直振动系统模型的基础上,采用模糊自适应主动控制技术,利用MAT LAB 语言编程进行振动控制仿真,进而对实际电梯振动主动控制方法及效果进行研究。
1 电梯机械系统的动力学模型1.1 系统模型及方程的建立电梯是一个复杂的多自由度非线性振动系统,将曳引机、平衡配重、轿架、轿厢等作为质点,电梯可简化为图1所示的一个8自由度的系统,图中x 1至x 6为线图1电梯垂直振动系统动力学模型位移,φ1、φ2为角位移,m 6为在原标准7自由度电梯系统上加裝的动力吸振器(图中虚线框内所示),以便对电梯的垂直振动进行主动控制[2]。
电梯系统总动能为: T =12m 1x ・21+12m 2x ・22+12m 3x ・23+12m 4x ・24+12m 5x ・25+12m 6x ・26+12I 1φ・21+12I 2φ・22(1)电梯系统总势能为:V =12k 1(x 1-x 2+r 1φ1)2+12k 0x 22+12k M φ21+12k 2(x 3-x 2-r 1φ1)2+12k 3(x 3-x 5-r 2φ2)2+12k 4(x 4-x 3)2+12k 5(x 5-x 1-r 2φ2)2+12k 6(x 6-x 4)2(2)电梯系统总耗散能为:D =12c 1(x ・1-x ・2+r 1φ・1)2+12c 0x ・22+12c 2(x ・3-x ・2-r 1φ・1)2+12c 3(x ・3-x ・5-r 2φ・2)2+12c 4(x ・4-x ・3)2+12c 5(x ・5-x ・1-r 2φ・2)2(3)根据第二类Lagrange 方程:d dt 9T 9x ・i -9T 9x i +9V 9x i +9D9x i=Q i (4)将式(1)～(3)代入式(4),整理可得电梯系统垂直方向振动方程为:[M ]{x ・・}+[C ]{x ・}+[K ]{X}={Q }(5)式中[M ]、[C ]、[K ]分别为系统的质量、阻尼、刚度矩阵。
{Q }为广义激振力向量。
电梯的垂直振动可通过两个加速度指标来衡量,即振动加速度的峰-峰值和A 95(它是这样一个加速度带宽值,使得95%的波峰与波谷落在这一带宽内,其单位为m /s 2)值。
本文选取(x 1,x 2,x 3,x 4,x 5,x 6,φ1,φ2,x ・1,x ・2,x ・3,x ・4,x ・5,x ・6,φ・1,φ・2)T作为状态变量,由于要求乘座舒适性好,选择轿厢振动加速度x ・4为控制目标,取其作为输出量,即使目标函数J =max t <[0,t 3]|x ・・4|达到最小;选取电梯曳引机转矩波动、可调阻尼器的输出阻尼力f d 作为输入(控制)量,根据式(5)建立系统的状态空间方程:X ・=AX +BUY =CX +DU(6)1.2 电梯振动系统参数分析电梯在运行过程中动力学参数是在变化的,其中载人轿厢质量在空载和满载之间变化。
在不同行驶高度,两侧钢丝绳的刚度也随之变化,即k 1,k 2,k 3,k 4均随轿厢的运行高度而改变。
k 1=k 3=5.8×1072.5+h (t ) (N /m )(7)k 2=k 5=5.8×1072.5+S 0-h (t ) (N /m )(8)根据工程设计手册,取模态阻尼比ξi =0.03。
电梯运行过程中,激励主要由起制动加、减速过程等随机因素产生[3],起制动过程电气系统设定的加速度a (t )(m /s 2)一般用下式描述: a (t )=v 0π2t 1sin πtt 10Φt Φt 10t 1Φt Φt 2-v 0π2(t 3-t 2)sinπ(t 3-t )t 3-t 2t 2Φt Φt 3(9)在电梯运行过程中,按照运动弹性动力学分析方法,对电梯机械系统采用瞬时结构假定,把它离散化成若干个时不变瞬时系统来求解。
离散按等采样周期T 的采样过程处理,认为只有在采样时刻kT,时变参数发生变化。
作动器是控制系统的执行构件。
本文通过使用RD -1005型磁流变阻尼器[4],利用它的阻尼系数可无级调节的特性,实现对减振阻尼力的自适应控制。
2 模糊自适应控制器结构设计 模糊控制是在自动控制的基础上发展起来的新型控制方法,特别适用于难以用一般的物理及化学规律描述,或者不具有任何数学模型的被控对象(或过程)。
模糊自适应控制器是以简单模糊控制器为基础的,实际上是将模糊控制系统辨识和模糊控制器结合起来的一种控制方式。
典型的模糊自适应控制器方框图如图2所示。
图中,R 为系统设定值(精确量);e,e ・分别为系统误差与误差变化率(精确量);E,EC 分别为反映系统误差与误差变化率的语言变量的模糊集合(模糊量);u 为模糊控制器输出的控制作用(精确量);y 为系统输出(精确量)。
图2自适应模糊控制器结构本文采用二维控制器,将轿厢振动加速度x ・・4与给定的参考加速度(x ・・4m =0)的偏差e (t )和偏差变化率e ・(t )作为为输入,输出为控制被控对象的控制力f d 。
由于模糊自适应机构的作用,不断地调节f d ,从而使x ・・4“能趋于x ・・4m ”,即使得e =x ・・4-x ・・4m →0。
从而达到抑制电梯振动的目的[5]。
考虑到控制规则的灵活性与细致性,又要兼顾其简单与易行的要求,选取“正大(P B )”、“正中(P M )”、“正小(PS )”、“零(Z R )”、“负小(NS )”、“负中(NM )”和“负大(NB )”,即(NB ,NM ,NS,ZR,PS,P M ,P B )为语言变量值。
窄型隶属度函数反映模糊集合具有高分辨率特性,如果系统误差e 采用高分辨率集合,则误差控制的灵敏度便高;宽型隶属度函数反映模糊集合具有低的分辨率,但采用低分辨率的模糊集合时,控制特性比较平缓。
因此,一般在系统误差较大的范围内,采用具有75第6期 艾延廷等:高速曳引式电梯振动主动控制技术研究低分辨率隶属度函数的模糊集合,而在系统误差较小或接近零时,宜采用具有高分辨率隶属度函数的模糊集合。
根据经验以及本系统的特点,选取隶属度函数如图3所示。
图3 隶属度函数模糊规则是基于手动控制策略,由人们通过学习、试验以及长期经验积累而逐渐形成的,它可以用条件语句加以描述。
设系统中由轿厢加速度偏差、偏差变化率确定控制力的规则为R 1,并称其为基本模糊规则,如表1所示。
表1 模糊控制规则edeNB NM NS Z R PS P M P B NB P B P B P M P M PS PS Z R NM P B P M P M PS PS ZR Z R NS P M P M PS PS ZR ZR NS ZR P M PS PS Z R ZR NS NS PS PS PS ZR Z R NS NS NM P M PS ZR ZR NS NS NM NM P BZ RZRNSNSNMNMNB根据上述隶属度函数和模糊控制规则,应用加权平均法求得模糊判决结果如图4所示。
图4模糊推理系统输出曲面图模糊控制器的自身性能在很大程度上取决于模糊控制规则,为使模糊控制器具有更强的通融性,要求控制规则具有自调节功能。
对于一个二维模糊控制器,当输入变量e,e ・和输出量u 的论域等级划分相同时,引入描述控制规则的解析表达式u =-[αe +(1-α)e ・]α∈(0,1)(10)本文通过调整α值便可以调整模糊控制规则。
α的大小直接反映对误差和误差变化率的加权程度,这恰恰体现了人们进行控制活动的思维特点。
表1为α=0.5的结果。
3 动态仿真及结果分析根据前面的分析方法,选取满载、空载这两种工况进行计算,取时间间隔Δt =0.12s,编制MAT LAB 程序,运用龙格-库塔法求解该系统状态方程,得出各工况下系统的各阶固有频率,如表2所示。
普通7自由度电梯系统与带主动控制的8自由度电梯系统的轿厢振动加速度响应及频谱如图5～8所示。
表2 高速曳引电梯8自由度系统固有频率/Hz 满载时固有频率f 1f 2f 3f 45.7219.5031.0635.84f 5f 6f 7f 846.1468.07137.20174.15图5 7自由度满载时轿厢振动加速度响应及PS D 图图6 8自由度满载时轿厢振动加速度响应及PS D 图图7 7自由度空载时轿厢振动加速度响应及PS D 图(下转第78页)工方案的选择提出了建议,得到以下结论:1)在既有洞室旁开挖新洞室时,其洞室合理间距不能仅考虑满足规范要求,最好还考虑施工方法对既有洞室衬砌造的影响。
