振 动 与 冲 击
第
26
卷第
6
期
JOURNAL OF V IBRATION AND SHOCK
Vol. 26 No. 6 2007
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
MA TLAB
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 MATLAB 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 ,φ
1
、
φ
2
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
=
1
2
m
1
x
・
2
1
+
1
2
m
2
x
・
2
2
+
1
2
m
3
x
・
2
3
+
1
2
m
4
x
・
2
4
+
1
2
m
5
x
・
2
5
+
1
2
m
6
x
・
2
6
+
1
2
I
1
φ
・
2
1
+
1
2
I
2
φ
・
2
2
(
1
)
电梯系统总势能为
:
V
=
1
2
k
1
( x
1
-
x
2
+
r
1
φ
1
)
2
+
1
2
k
0
x
2
2
+
1
2
k
M
φ
2
1
+
1
2
k
2
( x
3
-
x
2
-
r
1
φ
1
)
2
+
1
2
k
3
( x
3
-
x
5
-
r
2
φ
2
)
2
+
1
2
k
4
( x
4
-
x
3
)
2
+
1
2
k
5
( x
5
-
x
1
-
r
2
φ
2
)
2
+
1
2
k
6
( x
6
-
x
4
)
2
(
2
)