高速電梯水平振動主動控制研究.pdf

1、隨著城市高層和超高層建筑的不斷涌現(xiàn)，電梯的速度在不斷地提高。電梯速度的提高，使得電梯的水平振動加劇，影響了乘坐舒適性以及電梯的使用壽命。高速電梯的水平振動控制成為一項重要課題。傳統(tǒng)的減振措施包括提高導(dǎo)軌精度，改變電梯尺寸以及在轎架與導(dǎo)靴之間安裝減振彈簧等，這些被動減振的方式不需外界能源，簡單易行，經(jīng)濟(jì)性與可靠性好，在電梯速度較低時，有滿意的效果。隨著電梯速度的提高，被動減振的局限性顯示出來，振動主動控制技術(shù)成為解決電梯振動的一條新途徑。

2、本文進(jìn)行了電梯水平振動主動控制的研究，首先建立了電梯水平振動的數(shù)學(xué)模型，然后完成了液壓主動導(dǎo)靴及其控制策略的設(shè)計，對液壓作動器的保壓性能及控制策略進(jìn)行了仿真驗證和臺架試驗，最后對電梯轎廂位姿的魯棒鎮(zhèn)定控制進(jìn)行了研究。 ⑴進(jìn)行電梯水平振動控制研究和實時仿真時需要建立電梯水平振動的動力學(xué)模型，所建模型的可靠與否將直接關(guān)系到系統(tǒng)響應(yīng)分析與控制的有效性?；趧傮w動力學(xué)理論，把電梯轎廂的運動分解為平動和繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動，根據(jù)牛頓運動定律和歐拉

3、方程給出了電梯轎廂水平振動的動力學(xué)模型，把導(dǎo)輪簡化為質(zhì)量-彈簧-阻尼結(jié)構(gòu)，在MATLAB/Simulink環(huán)境中建立了電梯水平振動的仿真模型，以實測導(dǎo)軌激勵為輸入對模型進(jìn)行了仿真驗證，仿真所得轎廂水平振動的加速度響應(yīng)及其功率譜密度與實測結(jié)果吻合程度較高，表明所建模型是正確的，能夠滿足仿真精度要求及后繼研究的需要。 ⑵導(dǎo)致電梯水平振動的因素有多種，其中導(dǎo)軌的不平度是產(chǎn)生電梯水平振動的主要因素之一，對于運行速度低于5m/s的電梯，水

4、平振動主要來源于此。而導(dǎo)靴在電梯轎廂的運行過程中可以衰減由導(dǎo)軌不平度引起的水平振動，保證電梯的平順行駛，提供良好的乘坐舒適性。因此，研究新型的電梯主動導(dǎo)靴，實現(xiàn)高速電梯的水平振動主動控制，具有重要的意義。按照這個思路，在被動導(dǎo)靴的基礎(chǔ)上，設(shè)計了液壓作動器，開發(fā)了一種新型的液壓主動導(dǎo)靴，針對液壓系統(tǒng)的非線性、時變等特性，分別進(jìn)行了液壓主動導(dǎo)靴的邏輯門限值控制研究和模糊控制研究，并且以導(dǎo)軌激勵作為前饋輸入變量，對模糊控制進(jìn)行了預(yù)瞄補(bǔ)償。利用

5、MATLAB/Simulink的工具箱和函數(shù)庫編制了仿真軟件，對液壓主動導(dǎo)靴的保壓性能以及控制策略進(jìn)行了仿真試驗，仿真結(jié)果證明了液壓主動導(dǎo)靴的有效性和模糊預(yù)瞄控制策略的優(yōu)越性，同時說明只要保證液壓作動器的保壓性能，即可保證電梯水平振動在允許的范圍之內(nèi)，從而保證電梯的乘坐舒適性。 ⑶在理論分析和仿真試驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計了液壓主動導(dǎo)靴的試驗臺架。從導(dǎo)軌激勵模擬裝置、液壓系統(tǒng)以及單片機(jī)控制系統(tǒng)三個方面敘述了試驗臺架的結(jié)構(gòu)和工作原理，利用

6、該模擬試驗臺架進(jìn)行了液壓系統(tǒng)動態(tài)特性試驗以及電梯水平振動主動控制模擬試驗，試驗中對比和優(yōu)化了控制策略。試驗結(jié)果證明了液壓系統(tǒng)具有良好的響應(yīng)快速性和穩(wěn)定性，驗證了液壓裝置及其控制策略的性能，試驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。 ⑷電梯轎廂的位姿系統(tǒng)具有非線性、變參數(shù)、受不確定性外擾的作用等特點。為了進(jìn)一步提高電梯，尤其是超高速電梯的水平振動的控制效果，本文最后進(jìn)行了電梯轎廂位姿的鎮(zhèn)定控制律設(shè)計。結(jié)合電梯水平振動模型，首先利用微分幾何的方法

7、實現(xiàn)了電梯轎廂姿態(tài)系統(tǒng)的反饋線性化。為了消除參數(shù)不確定性及外擾作用的影響，應(yīng)用Lyapunov方法分別針對轎廂的平動和轉(zhuǎn)動設(shè)計了位置魯棒控制器和姿態(tài)魯棒控制器。其中，應(yīng)用位移、速度和加速度反饋和Lyapunov方法設(shè)計了位置控制律；利用極點配置的方法和Lyapunov方法設(shè)計了姿態(tài)控制律。最后在MATLAB/Simulink環(huán)境下對魯棒主動控制率進(jìn)行了仿真驗證。仿真結(jié)果證明了在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化及存在外部干擾的情況下，魯棒鎮(zhèn)定控制律能夠?qū)?/p>