Einrichtung und Verfahren zur Schwingungsdämpfung an einer Aufzugskabine

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung an einer an Schienen geführten Aufzugkabine, die zwischen zwei Endstellungen bewegbar mit ihr verbundene Führungselemente aufweist, wobei quer zur Fahrtrichtung auftretende Schwingungen von mehreren an der Kabine angebrachten Trägheitssensoren gemessen und zur Regelung mindestens eines zwischen Kabine und Führungselementen angeordneten Aktuators verwendet werden, der zu den auftretenden Schwingungen und entgegengesetzt zur Richtung der Schwingungen arbeitet.

[0002] Querschwingungen wirken aufgrund von Unebenheiten in den Führungsschienen, sowie durch den Fahrtwind, infolge von seitlichen Zugkräften, die durch die Zugseile übertragen werden oder bei Lageveränderungen der Last während der Fahrt auf die Kabine ein. Aus der US-PS 5,027,925 ist ein Verfahren zur Dämpfung von solchen Schwingungen bei einer Aufzugkabine oder bei einem Teil davon bekannt; nach Ermittlung der unerwünschten Querbeschleunigungen werden hier von einem Vibrationsdämpfer, der zwischen Kabine und Rahmen angeordnet ist, entsprechende Gegenkräfte auf die Kabine ausgeübt. Dieses Verfahren erfordert aber eine aufwendige schwimmende Lagerung der Kabine in einem Kabinenrahmen, was neben dem hohen apparativen Aufwand einen sehr hohen zusätzlichen Platzbedarf mit sich bringt. Ausserdem wirkt die Kraft auf den Rahmen, was bei tiefen Frequenzen ein ruckartiges Hin- und Herschlagen desselben zwischen den Führungen bewirken kann. Ein solches System ist regelungstechnisch kaum beherrschbar.

[0003] Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung zur Schwingungsdämpfung und das Verfahren zu vereinfachen und jederzeit eine befriedigende Dämpfung der verschiedenen auf die Kabine einwirkenden Schwingungen zu erzielen. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1, 6 und 8 angegebene Lehre gelöst.

[0004] Besonders vorteilhaft ist die Verwendung je eines Linearmotors pro Aktuator, weil diese Motoren grosse dynamische und statische Kräfte erzeugen können und einen geringen Energieverbrauch haben. Zudem weisen sie geringes Gewicht und geringe bewegte Massen auf und sind relativ einfach zu regeln. Mit der Erfindung werden die auf die Führungselemente ausgeübten Querbeschleunigungen und direkt auf die Kabine wirkende Querkräfte soweit reduziert, dass sie in der Kabine nicht mehr spürbar sind. Die Einrichtung zur Schwingungsdämpfung bleibt auch bei asymmetrischer Beanspruchung funktionstüchtig; sie stellt sich bei Schieflage der Kabine gegenüber den Führungsschienen selbsttätig nach, so dass nach beiden Seiten ein ausreichender Dämpfungsweg zur Verfügung steht.

[0005] Der apparative Aufwand zur Durchführung des Verfahrens ist gering und die schnell bewegten Massen sind sehr klein. Dies wird auch dadurch erreicht, dass alle Messsignale einer gemeinsamen Regelung zugeführt werden und diese pro Führungselement nur auf einen einzigen Aktuator wirkt. Ausserdem können durch Anpassung des Frequenzgangs des Reglers Strukturresonanzen unterdrückt werden.

[0006] Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

[0007] Vorteilhaft ist insbesondere die Positionsrückführung zur Rückstellung der Führungselemente in die Mittelposition, wobei die Positionsrückführung nur im tiefen Frequenzbereich aktiv ist.

[0008] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1

eine schematische Darstellung einer an Schienen geführten Aufzugskabine,

Fig.2

einen als Linearmotor ausgebildeten Aktuator,

Fig.3

eine Frontansicht einer Rollenführung,

Fig.4

eine Seitenansicht einer Rollenführung,

Fig.5a,b,c

drei Varianten eines Drehantriebs für den Aktuator,

Fig.6a

schematisch eine Aufzugskabine mit Aktuatoren und Sensoren in x_k-Richtung,

Fig.6b

schematisch eine Aufzugskabine mit Aktuatoren und Sensoren in y_k-Richtung,

Fig.7

den Reglerteil des aktiven Systems, und

Fig.8

das Blockdiagramm für das ganze System.

[0009] Fig.1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Einrichtung. Eine Kabine 1 ist mittels Rollenführungen 2 an Schienen 3 geführt, die in einem nicht gezeigten Schacht angebracht sind. Die Kabine 1 ist zur passiven Schwingungsdämpfung elastisch in einem Kabinenrahmen 4 gelagert. Dazu dienen Gummifedern 4.1, die relativ steif ausgelegt werden, um das Auftreten niederfrequenter Drehschwingungen um die y-Achse zu unterdrücken. Die Rollenführungen 2 sind seitlich unten und oben an dem Kabinenrahmen 4 angebracht. Sie bestehen aus einem Ständer 5, Aktuatoren 6 und aus Führungselementen in Form von je zwei seitlichen Rollen 8 und einer mittleren, um 90° dazu verdreht angeordneten Rolle 9.

[0010] Unebenheiten in den Schienen 3, seitliche durch die Zugseile verursachte Zugkräfte oder Lageveränderungen der Last während der Fahrt bewirken Schwingungen des Kabinenrahmens 4 und der Kabine 1 und beeinträchtigen somit den Fahrkomfort. Solche Schwingungen der Kabine 1 sollen reduziert werden. Zwei Positionssensoren 10 pro Rollenführung 2 messen jeweils den Abstand der Kabine 1 zur Schiene 3. Mindestens drei oder fünf Trägheitssensoren 11 messen die quer zur Kabine 1 auftretenden Schwingungen oder Beschleunigungen. Die Trägheitssensoren 11 sind vorzugsweise in der Schwerachse des Kabinenrahmens 4 und paarweise weit voneinander entfernt angeordnet, um auch Drehungen um die z-Achse detektieren zu können. Ausserdem werden dadurch von Wind- und Seilkräften erzeugte Erschütterungen gut erfasst.

[0011] Durch Verarbeiten der gemessenen Werte werden die an den Rollenführungen 2 angeordneten Aktuatoren 6 geregelt, welche simultan zu den auftretenden Schwingungen und entgegengesetzt zur Richtung der Schwingungen arbeiten. Damit wird eine Dämpfung der auf die Kabine 1 einwirkenden Schwingungen erzielt. Schwingungen werden so reduziert, dass sie sich auf die Kabine 1 nicht mehr in für den Fahrgast spürbarer Weise auswirken. Jede Rollenführung 2 wird mit zwei Aktuatoren 6 ausgerüstet. Damit können fünf Freiheitsgrade oder Achsen der Kabine 1 geregelt werden: Verschiebung in x- und y-Richtung, sowie Verdrehung um die x-, y- und z-Achse.

[0012] Es besteht auch die Möglichkeit, nur die unteren beiden Rollenführungen 2 mit je zwei Aktuatoren 6 auszurüsten. Damit können die drei Freiheitsgrade einer Ebene oder drei Achsen geregelt werden: Verschiebung in x- und in y-Richtung, sowie Verdrehung um die z-Achse gemäss dem Koordinatensystem in Fig.1.

[0013] Fig.2 zeigt einen Linearmotor 7 eines Aktuators 6 nach der erfindungsgemässen Einrichtung. Der Linearmotor 7 beruht auf dem Prinzip des bewegten Magneten. Er besteht aus einem geblechten und mit Windungen 15 versehenen Stator 16 und einem als Magneten ausgebildeten, beweglichen Motorteil 17. Am beweglichen Motorteil 17 ist ein Magnet 18 angebracht. Vorteile des Linearmotors 7 sind seine einfache Regelbarkeit, sowie geringes Gewicht und geringe bewegte Massen und eine grosse dynamische und statische Kraft bei kleinem Energieverbrauch.

[0014] Fig.3 und Fig.4 zeigen eine Rollenführung 2 nach der erfindungsgemässen Einrichtung. Der Ständer 5 ist mittels Befestigungselementen 19 am Kabinenrahmen 4 befestigt. Jede Rollenführung 2 ist mit zwei Aktuatoren 6 ausgerüstet, die mit je einem Linearmotor 7 versehen sind. Einer verschiebt die mittlere Rolle 9, der andere Linearmotor 7 die beiden seitlichen Rollen 8. Die Rollen 8, 9 sind mittels Achsbolzen 20 an Rollenhebeln 21 befestigt. Die Rollenhebel 21 der beiden seitlichen Rollen 8 werden über eine Zugstange 22 miteinander verbunden. Zum Übertragen der von den Aktuatoren 6 ausgehenden Bewegungen werden die Rollenhebel 21 mittels Achsbolzen 23 gelenkig und reibungsarm mit dem Ständer 5 bzw. die Rollenhebel 21 der beiden seitlichen Rollen 8 mittels Achsbolzen 24 gelenkig und reibungsarm mit der Zugstange 22 verbunden. An den Ständern 5 sind Führungsstangen 25 mit Andruckfedern 26 angebracht. Die Andruckfedern 26 sind jeweils am äusseren Ende 27 der Führungsstangen 25 fixiert. Die Führungsstangen 25 verlaufen durch eine Durchführung 28 in den Rollenhebeln 21, so dass die Andruckfedern 26 auf den Aussenseiten 29 der Rollenhebel 21 aufliegen und die Rollen 8, 9 an die Führungsschiene 3 pressen.

[0015] Eine Befestigungsplatte 30 ist mittels Befestigungselementen 31 wie Schrauben am Ständer 5 angebracht. Die Statoren 16 der Aktuatoren 6 werden mit Befestigungselementen 32 an die Befestigungsplatte 30 geschraubt. Der bewegliche Motorteil 17 ist mittels Schrauben 33 am Rollenhebel 21 und somit mit den Rollen 8, 9 verbunden. Damit der Luftspalt 34 des Linearmotors 7 erhalten bleibt, ist noch eine seitliche Führung erforderlich. Diese besteht aus kugelgelagerten Rollen 35 und ist nahezu reibungsfrei. Zwei Bügel 36 ermöglichen die Montage der kugelgelagerten Rollen 35 und bilden die seitlichen Begrenzungen des beweglichen Motorteils 17. Eine reibungsarme Lagerung ist notwendig, um die vom Aktuator 6 zu erzeugende Kraft genau kontrollieren zu können. Die Länge des Stators 16 des Linearmotors 7 bestimmt ausgehend von einer Mittelstellung 37 die maximal möglichen inneren und äusseren Endstellungen. Die Wegbegrenzung erfolgt durch elastische Anschläge 38 und 39.

[0016] Eine Variante besteht darin, den beweglichen Motorteil 17 über ein Zug-Druck-Glied mit dem Rollenhebel 21 zu verbinden. Die Lagerung des beweglichen Motorteils 17 erfolgt dann unabhängig vom Rollenhebel 21.

[0017] Durch die parallele Schaltung der Andruckfeder 26 mit dem Aktuator 6 bleibt die Rollenführung 2 auch im Falle eines teilweisen oder vollständigen Ausfalls der aktiven Schwingungsdämpfung funktionstüchtig, da die Andruckfedern 26 unabhängig vom Aktuator 6 die Rollen 8, 9 an die Führungsschiene 3 pressen.

[0018] Die Fig.5a, 5b und 5c zeigen Varianten, anstelle des Linearmotors 7 einen Drehantrieb 43 zu verwenden. Dieser Antrieb weist einen Schwenkwinkel von ca. 90 Grad auf und treibt den Rollenhebel 21 mit einer Kurbel 44 und einem Zug-Druck-Glied 45 (Fig.5a) oder einem flexiblen Zugmittel 46 (Fig.5b) oder mit einer Kurvenscheibe 47 (Fig.5c) an.

[0019] Fig.6a und 6b zeigen eine Aufzugskabine 1 mit Aktuatoren und Sensoren in x_k-Richtung bzw. in y_k-Richtung nach der erfindungsgemässen Einrichtung. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die x_k- und die y_k-Richtung jeweils separat dargestellt.

[0020] Die Regelung zur Unterdrückung der Kabinenschwingungen und zur Korrektur der Einstellung der Kabine 1 bezüglich der zwei Führungsschienen 3 basiert auf einem dynamischen Modell des Systems. Dieses Modell ist eine mathematische Beschreibung, die sämtliche vorhandenen praktischen und theoretischen Erfahrungen mit dem System zusammenfasst. Die Kabinenschwingungen, die von dieser Einrichtung zu dämpfen sind, treten in den folgenden Freiheitsgraden auf:

-Eine Verschiebung x_k in x_k-Richtung

- Eine Drehung ϕ_ky um die y_k-Achse

-Eine Verschiebung y_k in y_k-Richtung

-Eine Drehung ϕ_kx um die x_k-Achse

-Eine Drehung ϕ_kz um die z_k-Achse

[0021] Das Systemmodell beschreibt die Dynamik des Aufzugssystems in allen oben erwähnten Freiheitsgraden. Dieses Modell berücksichtigt auch alle relevanten Strukturresonanzen, die wegen den Elastizitäten zwischen den verschiedenen Massen sowie innerhalb des Kabinenrahmens 4 entstehen.

[0022] Basierend auf dem Systemmodell wird ein Regler verwendet, welcher sämtliche vom Modell beschriebenen Freiheitsgrade gleichzeitig behandelt. Für diesen Zweck werden die Methoden der robusten Mehrgrössenregelung eingesetzt (Multi-Input Multi-Output oder MIMO Robust Design). Diese Methoden benutzen das vorhandene Systemmodell, um einen beobachterbasierten Regler zu entwerfen. Der Beobachter ist ein dynamischer Teil des Reglers und hat die Aufgabe, aufgrund der vorhandenen Messungen (z.B. Beschleunigungen an verschiedenen Messpunkten), sämtliche nicht direkt messbaren Bewegungszustände (z.B. Geschwindigkeiten und Positionen der verschiedenen Massen) in Echtzeit zu schätzen. Somit wird der Regler über ein Maximum an Informationen über das System verfügen. Basierend auf allen Bewegungszuständen und nicht nur auf deren messbaren Teil, liefert der Regler für jeden Freiheitsgrad die beste Antwort, was die Qualität der Regelung wesentlich erhöht. Da das Modell und der darauf basierende Beobachter alle relevanten Strukturresonanzen berücksichtigt, regt der Regler keine dieser Resonanzen an. Die modellbasierte Regelung sorgt für die notwendige Stabilität des Systems. Dies wäre nicht der Fall, wenn die Systemdynamik im Reglerentwurf nicht berücksichtigt wäre.

[0023] Der robuste Regler wird so entworfen, dass er nur in einem bestimmten Frequenzbereich wirksam wird, damit er auf unerwünschte frequenzabhängige Systemdynamiken und Störungen nicht reagiert. Das wird gemacht, ohne zusätzliche Filter an den Regler anschliessen zu müssen.

[0024] Zusätzliche Filter können die Wirksamkeit des Reglers beschränken und leicht zu Instabilitäten führen. Sie erhöhen auch den Rechenaufwand des Regelalgorithmus wesentlich. Ein weiterer Vorteil der robusten Entwurfsmethode ist die Berücksichtigung des Modellfehlers während des Entwurfs. Das wird gemacht, indem die Ungenauigkeiten des Modells als frequenzabhängige Grössen quantifiziert und im Reglerentwurf mitberücksichtigt werden. Somit weist der resultierende Regler genügend Robustheit gegen allfällige Störungen und Modellierungsfehler auf.

[0025] Das erste Ziel des Reglers ist die Unterdrückung der Kabinenschwingungen im hohen Frequenzbereich ( zwischen 0.9 und 15 Hz), ohne dass der geregelte Aufzug ausserhalb dieses Bereiches schlechter als der ungeregelte wird. Andererseits muss der Regler dafür sorgen, dass die Einstellung des Kabinenrahmens 4 bezüglich der zwei Führungsschienen 3 so geregelt wird, dass es einen genügenden Dämpfungsweg an jeder Rolle 8, 9 gibt. Das ist besonders wichtig, wenn die Kabine 1 asymmetrisch beladen wird. Für den ersten Regelungszweck sollte eine Beschleunigungs- oder eine Geschwindigkeitsrückführung mit Trägheitssensoren 11 ausreichen, wobei für das zweite Regelungsziel ein Positionsrückführung notwendig wird. Falls die absolute Position der Kabine 1 gemessen und für die Regelung zurückgeführt werden könnte, hätte die zweite Rückführung mit der ersten keinen Konflikt. Da aber nur Messungen der relativen Positionen zwischen den Rollen 9 und dem Kabinenrahmen 4 zur Verfügung stehen, kann die absolute Position der Kabine 1 nicht gemessen werden, sondern nur die Lage des Kabinenrahmens 4 relativ zu den Führungsschienen 3. Die Positionsrückführung soll die Spiele zwischen Rahmen 4 und Rollenhebel 21 konstant halten, was nichts anderes ist als den Schienenunebenheiten zu folgen. Deshalb haben die zwei Rückführungen zwei widersprüchliche Ziele. Um den Konflikt zwischen Beschleunigungs- (oder Geschwindigkeits-) und Positionsrückführung zu vermeiden, wird folgende Strategie verfolgt:

[0026] Es werden zwei Regler zur Erzeugung eines gemeinsamen Ausgangssignals verwendet. Der erste Regler verfügt über die Messungen aus den Trägheitssensoren 11 alleine und ist deswegen für die Unterdrückung der Schwingungen verantwortlich. Der zweite Regler verfügt über die Positionsmessungen alleine und ist für die Führungsspiele der Kabine 1 zuständig. Die Sollwerte der Kräfte, die der erste Regler von den Aktuatoren 6 verlangt, werden zu den entsprechenden Grössen des zweiten Reglers addiert. Die Lösung zum Vermeiden des Konflikts zwischen den beiden Reglern basiert auf dem Umstand, dass die für die Schieflage der Kabine 1 verantwortlichen Kräfte (eine nicht symmetrische Beladung der Kabine, eine grosse seitliche Seilkraft, usw.) sich wesentlich langsamer ändern als die anderen Störquellen, welche die Kabinenschwingungen verursachen (hauptsächlich Schienenunebenheiten und Luftstörkräfte). Deswegen wird die im tiefen Frequenzbereich arbeitende Positionsregelung, welche für die Unterdrückung der Schwingungen eher schädlich ist, auf 0 bis 0.7 Hz begrenzt. Damit ist kein nachteiliger Einfluss auf die Unterdrückung der Schwingungen vorhanden, weil diese erst ab 0.9 Hz funktioniert. Die Rückführung der Signale aus den Trägheitssensoren 11 darf im Frequenzbereich unter 0.9 Hz nicht wirksam sein, damit der Sensornullfehler und, im Falle eines Beschleunigungssensors, der gemessene Teil der Gravitation, der wegen der Kippbewegung nicht konstant ist, keinen Einfluss auf die Positionsregelung hat. Damit wird auch die Gefahr einer Übersteuerung der Aktuatoren 6 vermieden. Für diesen Zweck wird die Begrenzung der Bandbreite jeder Rückführungsschlaufe mittels des robusten Entwurfsverfahrens besonders wichtig.

[0027] Ein weiterer Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass der Regler keine Nichtlinearität enthält. Eine Nichtlinearität macht die Stabilitätsanalyse sehr schwierig, wenn sie überhaupt möglich ist. Da die zwei Rückführungen gleichzeitig entworfen werden, berücksichtigt das Verfahren beide Regelschlaufen in der Stabilitätsanalyse.

[0028] Besonders vorteilhaft für eine effiziente Regelung ist die Montage der Trägheitssensoren 11 auf dem Kabinenrahmen 4 anstatt auf dem Kabinenkörper 1 oder auf den Rollenführungen 2. Würden die Sensoren auf dem Kabinenkörper 1 montiert, so würden die Messungen erhebliche Phasenverluste aufweisen, die auf die elastische Aufhängung der Kabine 1 zurückgehen. An den Rollenführungen treten weit höhere Schwingungsamplituden auf und der Schwerkrafteinfluss müsste kompensiert werden.

[0029] Die Regler werden für das System im Kabinenkoordinatensystem ausgelegt. Mit Hilfe von verschiedenen linearen Transformationen werden die Messungen vom Koordinatensystem jedes Sensors zum Kabinenkörperkoordinatensystem abgebildet. Eine andere Transformation vom Kabinenkoordinatensystem zu den Aktuatorkoordinatensystemen ist für die Ausgabe der Kraftsollwerte notwendig.

[0030] Das aktive System zur Dämpfung der Kabinenschwingungen und zur Einstellkorrektur der Kabine 1 in fünf Freiheitsgraden (x_k, ϕ_ky, y_k, ϕ_kx, ϕ_kz) besteht aus den folgenden Elementen:

• Acht Linearmotoren 7 oder Drehantriebe 43
• Acht Verstärker und Kraftregler 50 für die Linearmotoren 7 oder Drehantriebe 43
• Fünf Trägheitssensoren 11 (Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitsaufnehmer)
• Fünf Spannungs/Stromwandler 51 für die Ausgänge der Trägheitssensoren 11
• Acht Positionssensoren 10

[0031] Im Fall einer kostengünstigeren Version des aktiven Systems werden nur drei Freiheitsgrade der Kabine geregelt (x_k, y_k, ϕ _z). Es werden deshalb nur unten Linearmotoren 7 und Sensoren 10, 11 montiert. Der Rechenaufwand wird in diesem Fall wesentlich geringer, was die Anwendung eines langsamen und kostengünstigen Echtzeitrechners ermöglicht.

[0032] Fig.7 zeigt den Reglerteil des aktiven Systems nach der erfindungsgemässen Einrichtung. Da die Abstände zwischen den Sensoren und einer Analog/Digital-Wandlereinheit 55 relativ lang sind, müssen die Messsignale als Stromsignale und nicht als Spannungssignale übertragen werden. Die Positionssensoren 10 liefern ihre Ausgangssignale bereits als Strom. Hingegen liefern die Trägheitssensoren 11 ihre Ausgänge in Form von Spannungssignalen. In diesem Fall wird ein Spannung/Strom-Wandler 51 für den Ausgang jedes Trägheitssensors 11 notwendig. Da die Analog/Digital-Wandler 55 nur Spannungssignale abtasten können, wird eine analoge Signalverarbeitungseinheit 56 seitens des Echtzeitrechners 57 gebraucht, welche einen Kanal für jedes Messsignal hat. Ein Kanal besteht aus einem Strom/Spannungs-Wandler 58, einem Anti-Aliasing-Tiefpassfilter 59, welches für das Abtasten notwendig ist, und einer gewöhnlichen Spannungsverstärkung 60 zur Anpassung des Signalbereiches.

[0033] Der Kern des Echtzeitrechners 57 stellt der digitale Signalprozessor 61 dar, welcher für sämtliche mathematischen Berechnungen verantwortlich ist. Um die notwendigen Messungen aus der Hardware erfassen zu können, wird eine mehrkanalige Analog/Digital-Wandlereinheit 55 gebraucht. Für die Ausgabe der Kraftsollwerte zu den Linearmotoren 7 wird eine mehrkanalige Digital/Analog-Wandlereinheit 63 benutzt. In einem EEPROM 64 wird der gesamte Regleralgorithmus mit allen benötigten Programmen abgespeichert. Dieses Programm wird während der Inbetriebnahme des aktiven Systems von einem Hostrechner 65 geliefert und an die zu regelnde Kabine 1 angepasst. Nach der Inbetriebnahme wird der Hostrechner 65 abgekoppelt, wobei das auf dem EEPROM 64 abgespeicherte Programm dort bleibt, bis es während der nächsten Kalibration vom Hostrechner 65 modifiziert oder ersetzt wird. Ein RAM 66 wird vom digitalen Signalprozessor 61 als Speicher für die Zwischenwerte der Berechnungen gebraucht. Für die Kommunikation zwischen dem digitalen Signalprozessor 61 und allen diesen Komponenten wird ein Datenbus 67 benutzt. An diesem Datenbus 67 wird auch ein für die Verbindung mit dem Hostrechner verantwortliches Modul in Form eines Kommunikationsports 68 angeschlossen.

[0034] Die Möglichkeit, die Rechenaufgabe zwischen zwei digitalen Signalprozessoren 61 aufzuteilen, die an denselben Datenbus 67 angeschlossen sind, ist möglich, falls die Aufgabe von einem einzigen Signalprozessor 61 nicht genügend schnell gelöst werden kann.

[0035] Fig.8 zeigt das Blockdiagramm für das ganze System nach der erfindungsgemässen Einrichtung. Der Echtzeitrechner 57 wird in dieser Anwendung so programmiert, dass er den Regleralgorithmus mit einer bestimmten Frequenz in Echtzeit durchrechnet.

[0036] Der Algorithmus besteht aus den folgenden Schritten, die nicht unbedingt in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden müssen:

• Die Verarbeitung der Messungen aus den fünf Trägheitssensoren 11 auf dem Kabinenrahmen 4 in x_k- sowie in y_k-Richtung. Die gemessenen Signale werden in Spannungs/Strom-Wandler 51 umgewandelt und durch die analoge Signalverarbeitungseinheit 56 übertragen und von Analog/Digital-Wandlerkanälen 55 abgetastet.
• Die oben erwähnten Messungen liegen in den Koordinatensystemen der Trägheitssensoren 11 vor. Da die Regelung im Kabinenkoordinatensystem geschieht, müssen sie in dieses Koordinatensystem transformiert werden. Zu diesem Zweck benutzt der Algorithmus die lineare Transformation T_KT. Die Ausgänge dieser Transformation sind:
• Die Translationsbeschleunigung (bzw. die Translationsgeschwindigkeit) der Kabine 1 in x_k-Richtung (
  
  _k, bzw. ẋ_k).
• Die Drehbeschleunigung (bzw. die Drehgeschwindigkeit) der Kabine 1 um die y_k-Achse (
  
  _ky, bzw. ϕ̇_ky).
• Die Translationsbeschleunigung (bzw. die Translationsgeschwindigkeit) der Kabine in y_k-Richtung (ÿ_k, bzw. ẏ_k).
• Die Drehbeschleunigung (bzw. die Drehgeschwindigkeit) der Kabine 1 um die x_k-Achse (
  
  _kx, bzw. ϕ̇_kx).
• Die Drehbeschleunigung (bzw. die Drehgeschwindigkeit) der Kabine 1 um die z_k-Achse (
  
  _kz, bzw. ϕ̇_kz).

[0037] Der Sollwert für jede dieser Grössen ist Null. Deshalb werden die fünf Signale von Null subtrahiert, bevor sie dem robusten Mehrgrössenregler I überliefert werden. Dieser Regler I reagiert auf die fünf Signale gleichzeitig nach dem oben beschriebenen Konzept und liefert am Ausgang die folgenden Signale aus:

• Einen Kraftsollwert F^T_xs in x_k-Richtung.
• Einen Drehmomentsollwert M^T_ys um die y_k-Achse.
• Einen Kraftsollwert F^T_ys in y_k-Richtung.
• Einen Drehmomentsollwert M^T_xs um die x_k-Achse.
• Einen Drehmomentsollwert M^T_zs um die z_k-Achse.

[0038] Anhand einer linearen Transformation T^T_AK werden die Sollwerte aus dem Regler I in die Aktuatorkoordinatensysteme transformiert.

• Die Messungen aus den Positionssensoren 10 in x_k-Richtung und in y_k-Richtung. Die gemessenen Signale werden durch die analoge Signalverarbeitungseinheit 56 übertragen und von Analog/Digital-Wandlerkanälen 55 abgetastet. Da diese Messungen im Positionssensorkoordinatensystem vorliegen, müssen sie ins Kabinenkoordinatensystem transformiert werden. Dafür wird eine lineare Transformation T_KP benutzt. Diese Transformation liefert fünf Positionssignale als Ausgang. Um die Positionsfehlersignale zu erhalten, wird jedes dieser Signale von Null subtrahiert. Somit werden zwei translatorische (x^E_K und y^E_K) und drei rotatorische Positionsfehlersignale (ϕ^E_Kx, ϕ^E_Xy und ϕ^E_Kz) erhalten.
• Auf die fünf Positionsfehler reagiert ein robuster Mehrgrössenregler II gemäss dem oben erwähnten Konzept und liefert als Ausgang die folgenden Sollwerte zur Korrektur der Aufzugseinstellung:
  • Den Kraftsollwert F^P_xs für die Verschiebung in x_k-Richtung.
  • Den Drehmomentsollwert M^P_ys für die Drehung um die y_k-Achse.
  • Den Kraftsollwert F^P_ys für die Verschiebung in y_k-Richtung.
  • Den Drehmomentsollwert M^P_xs für die Drehung um die x_k-Achse.
  • Den Drehmomentsollwert M^P_zs für die Drehung um die z_K-Achse.
  • Anhand der linearen Transformation T^P_AK werden die Sollwerte aus dem Regler II in das Aktuatorkoordinatensystem transformiert. Der Unterschied zwischen den beiden linearen Transformationen T^T_AK und T^P_AK liegt darin, dass die von der zweiten Transformation resultierenden Kraftsollwerte der Linearmotoren 6 in x_k-Richtung nur Druckkräfte auf die Schienen 3 verursachen. Das wird erreicht, indem ein einziger Aktuator in xk-Richtung unten und ein einziger Aktuator in x_k-Richtung oben gleichzeitig vom Regler II betätigt werden. Somit wird sichergestellt, dass keine der vier Rollen 9 in x_k-Richtung den Kontakt mit den Führungsschienen 3 verliert. Im Fall der ersten Transformation ist dies nicht möglich, weil sie wesentlich weniger Kräfte verlangt als die zweite Transformation.
  • Die entsprechenden Ausgänge aus den zwei Transformationen T^T_AK und T^P_AK werden zusammen addiert, um die Kraftsollwerte für jeden der acht Linearmotoren 7 zu berechnen.
  • Die Kraftsollwerte werden von den Digital/Analog-Wandlerkanälen 63 zu analogen Signalen umgewandelt. Die resultierenden Signale treiben die entsprechenden Leistungsverstärker und Kraftregler 50, welche die Ströme der Linearmotoren 7 durch analoge Rückführungen regeln. Die Leistungsverstärker 50 sind pulsbreitenmoduliert. Der Kabinenrahmen 4 wird nun von den resultierenden Kräften so beeinflusst, dass die zwei Regelziele erreicht werden. Sollte der jeweilige Kraftsollwert (bei störungsfreier Fahrt) den Wert Null annehmen, so übt der zugeordnete Aktuator keine Kräfte aus.

[0039] Die Ausführung aller linearen Transformationen sowie die Berechnung des Regleralgorithmus wird vom digitalen Signalprozessor 61 in jeder Abtastperiode durchgeführt.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Reduktion von Schwingungen einer an Schienen (3) geführten Aufzugskabine (1), die zwischen Anschlägen (38, 39) bewegbar mit ihr verbundene Führungselemente (21) aufweist, wobei quer zur Fahrtrichtung auftretende Schwingungen von am Kabinenrahmen (4) angebrachten Trägheitssensoren (11) gemessen und zur Regelung von mindestens einem zwischen Kabine (1) und Führungselementen (21) angeordneten Aktuator (6) verwendet werden, der zu den auftretenden Schwingungen und entgegengesetzt zur Richtung der Schwingungen arbeitet,
dadurch gekennzeichnet,
dass der oder die Aktuatoren (6) mit Linearmotoren (7) ausgerüstet sind, wobei der feststehende Motorteil (16) am Rahmen der Kabine (1) und der bewegliche Motorteil (17) an den Führungselementen (21) befestigt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der bewegliche Motorteil (17) ein Magnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Führungselement (21) ein Rollenhebel dient, an dem der bewegliche Motorteil (17) befestigt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Führungselement (21) ein Rollenhebel dient, der über ein Zug-Druck-Glied mit dem beweglichen Motorteil (17) verbunden ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine reibungsarme Führung (35) einen Luftspalt (34) zwischen dem feststehenden Motorteil (16) und dem beweglichen Motorteil (17) aufrechterhält.

6. Einrichtung zur Reduktion von Schwingungen einer an Schienen (3) geführten Aufzugskabine (1), die zwischen zwei Anschlägen (38, 39) bewegbar mit ihr verbundene Führungselemente (21) aufweist, wobei quer zur Fahrtrichtung auftretende Schwingungen von am Kabinenrahmen (4) angebrachten Trägheitssensoren (11) gemessen und zur Regelung von mindestens eines zwischen Kabine (1) und Führungselementen (21) angeordneten Aktuators (6) verwendet werden, der zu den auftretenden Schwingungen und entgegengesetzt zur Richtung der Schwingungen arbeitet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aktuatoren (6) mit Drehantrieben (43) ausgerüstet sind, wobei der bewegliche Motorteil über eine Kurbel (44) und ein Zug-Druck-Glied (45) an den Führungselementen (21) befestigt ist.

7. Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aktuatoren (6) mit Drehantrieben (43) ausgerüstet sind, wobei der bewegliche Motorteil über eine Kurvenscheibe (47) oder über ein flexibles Zugmittel (46) mit den Führungselementen (21) verbunden ist.

8. Verfahren zur Reduktion von Schwingungen einer an Schienen (3) geführten Aufzugskabine (1), die zwischen zwei Anschlägen (38, 39) bewegbar mit ihr verbundene Führungselemente (21) aufweist, wobei quer zur Fahrtrichtung auftretende Schwingungen von am Kabinenrahmen (4) angebrachten Trägheitssensoren (11) gemessen und zur Regelung von mindestens eines zwischen Kabine (1) und Führungselementen (21) angeordneten Aktuators (6) verwendet werden, der zu den auftretenden Schwingungen und entgegengesetzt zur Richtung der Schwingungen arbeitet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aktuatoren (6) mit geregelten Linearmotoren (7) oder geregelten Drehantrieben (43) ausgerüstet sind, wobei die Regelung durch die zu einem Kraftsollwert zusammengefassten Ausgänge zweier Regler, einer im hohen Frequenzbereich arbeitenden Beschleunigungsrückführung und einer im tiefen Frequenzbereich arbeitenden Positionsrückführung, erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch,
eine auf die gemessenen Schwingwege oder deren zeitliche Ableitungen reagierende Rückführung an die Führungselemente (21), um die tatsächlichen Schwingungen der Kabine (1) zu minimieren und dadurch gekennzeichnet, dass für die Führungselemente (21) relativ zu ihren Endstellungen (38, 39) eine Mittelposition (37) definiert ist und sie im Falle von merklichen Abweichungen davon durch die Aktuatoren (6) im tiefen Frequenzbereich in diese Position rückgeführt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die im hohen Frequenzbereich arbeitende Beschleunigungsrückführung und die im tiefen Frequenzbereich arbeitende Positionsrückführung durch zwei Regelkreise mit einem Regler (I) und einem Regler (II) realisiert werden, die zu einem als Rechenprogramm in einem vorzugsweise digitalen Signalprozessor (61) implementierten Regelungsteil gehören.

Claims

1. Equipment for the reduction of oscillations of a lift cage (1), which is guided at rails (3) and displays guide elements (21), which are connected with it to be movable between abutments (38, 39), wherein oscillations arising transversely to the direction of travel are measured by inertia sensors (11) mounted at the cage (1) and used for the regulation of at least one actuator (6), which is arranged between the cage (1) and the guide elements (21) and operates simultaneously with the arising oscillations and oppositely to the direction of the oscillations, characterised thereby that the or each actuator (6) is equipped with a respective linear motor (7), wherein the stationary motor part (16) is fastened at the frame of the cage (1) and the movable motor part (17) is fastened at the guide elements (21).

2. Equipment according to claim 1, characterised thereby that the movable motor part (17) is a magnet.

3. Equipment according to claim 1 or 2, characterised thereby that a roller lever, at which the movable motor part (17) is fastened, serves as guide element (21).

4. Equipment according to claim 1 or 2, characterised thereby that a roller lever, which is connected with the movable motor part (17) by way of a tension-compression member, serves as guide element (21).

5. Equipment according to one of the claims 1 to 4, characterised thereby that a low-friction guide (35) maintains an air gap (34) between the stationary motor part (16) and the movable motor part (17).

6. Equipment for the reduction of oscillations of a lift cage (1), which is guided at rails (3) and displays guide elements (21), which are connected with it to be movable between two abutments (38, 39), wherein oscillations arising transversely to the direction of travel are measured by inertia sensors (11) mounted at the cage (1) and used for the regulation of at least one actuator (6), which is arranged between the cage (1) and the guide elements (21) and operates simultaneously with the arising oscillations and oppositely to the direction of the oscillations, characterised thereby that the actuators (6) are equipped with rotary drives (43), wherein the movable motor part is fastened at the guide elements (21) by way of a crank (44) and a tension-compression member (45).

7. Equipment according to the classifying clause of the claim 6, characterised thereby that the actuators (6) are equipped with rotary drives (43), wherein the movable motor part is connected with the guide elements (21) by way of a cam plate (47) or by way of a flexible tension means (46).

8. Method according for the reduction of oscillations of a lift cage (1), which is guided at rails (3) and displays guide elements (21), which are connected with it to be movable between two abutments (38, 39), wherein oscillations arising transversely to the direction of travel are measured by inertia sensors (11) mounted at the cage (1) and used for the regulation of at least one actuator (6), which is arranged between the cage (1) and the guide elements (21) and operates simultaneously with the arising oscillations and oppositely to the direction of the oscillations, characterised thereby that the actuators (6) are equipped with regulated linear motors (7) or regulated rotary drives (43), wherein the regulation takes place through the outputs, which are combined into one force target value, of two regulators, a rapid acceleration return movement and a slow position return movement.

9. Method according to claim 8, characterised by a return movement to the guide elements (21), which reacts to the measured oscillation travels or their time derivatives in order to minimise the actual oscillations of the cage (1) and characterised thereby that a midposition is defined for the guide elements (21) relative to their end settings (38, 39) and that, in the case of noticeable deviations therefrom, they are guided back slowly into this position by the actuators (6).

10. Method according to one of the preceding claims, characterised thereby that the rapid acceleration return movement and the slow position return movement are realised by two regulating loops with a regulator (I) and a regulator (II), which belong to a regulating part implemented as a computing program in a preferably digital signal processor (61).

Revendications

1. Dispositif pour réduire les vibrations d'une cabine d'ascenseur (1), guidée sur des rails (3), qui comporte des éléments de guidage (21) reliés à ladite cabine en étant mobiles entre des butées (38, 39), les vibrations apparaissant transversalement par rapport au sens de marche étant mesurées par des capteurs inertiels (11) montés sur le châssis de cabine (4), et servant à l'asservissement d'au moins un organe d'actionnement (6) qui est disposé entre la cabine (1) et les éléments de guidage (21) et qui fonctionne en même temps que les vibrations qui apparaissent, et en sens inverse par rapport au sens des vibrations,
   caractérisé en ce que le ou les organes d'actionnement (6) sont équipés de moteurs linéaires (7), l'élément de moteur fixe (16) étant fixé au châssis de la cabine (1) tandis que l'élément de moteur mobile (17) est fixé aux éléments de guidage (21).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de moteur mobile (17) est un aimant.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que c'est un levier de galets, auquel est fixé l'élément de moteur mobile (17), qui sert d'élément de guidage (21).

4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que c'est un levier de galets, relié à l'élément de moteur mobile (17) par l'intermédiaire d'un organe de traction et de compression, qui sert d'élément de guidage (21).

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce qu'un guidage sans frottement (35) maintient un entrefer (34) entre l'élément de moteur fixe (16) et l'élément de moteur mobile (17).

6. Dispositif pour réduire les vibrations d'une cabine d'ascenseur (1), guidée sur des rails (3), qui comporte des éléments de guidage (21) reliés à ladite cabine en étant mobiles entre deux butées (38, 39), les vibrations apparaissant transversalement par rapport au sens de marche étant mesurées par des capteurs inertiels (11) montés sur le châssis de cabine (4), et servant à l'asservissement d'au moins un organe d'actionnement (6) qui est disposé entre la cabine (1) et les éléments de guidage (21) et qui fonctionne en même temps que les vibrations qui apparaissent, et en sens inverse par rapport au sens des vibrations,
   caractérisé en ce que les organes d'actionnement (6) sont équipés d'entraînements rotatifs (43), l'élément de moteur mobile étant fixé aux éléments de guidage (21) par l'intermédiaire d'une manivelle (44) et d'un organe de traction et de compression (45).

7. Dispositif selon le préambule de la revendication 6, caractérisé en ce que les organes d'actionnement (6) sont équipés d'entraînements rotatifs (43), l'élément de moteur mobile étant relié aux éléments de guidage (21) par l'intermédiaire d'une came (47) ou d'un moyen de traction flexible (46).

8. Procédé pour réduire les vibrations d'une cabine d'ascenseur (1), guidée sur des rails (3), qui comporte deux éléments de guidage (21) reliés à ladite cabine en étant mobiles entre deux butées (38, 39), les vibrations apparaissant transversalement par rapport au sens de marche étant mesurées par des capteurs inertiels (11) montés sur le châssis de cabine (4), et servant à l'asservissement d'au moins un organe d'actionnement (6) qui est disposé entre la cabine (1) et les éléments de guidage (21) et qui fonctionne en même temps que les vibrations qui apparaissent, et en sens inverse par rapport au sens des vibrations,
   caractérisé en ce que les organes d'actionnement (6) sont équipés de moteurs linéaires asservis (7) ou d'entraînements rotatifs asservis (43), l'asservissement se faisant grâce aux sorties de deux régulateurs réunies en une valeur de force théorique, à la rétroaction d'accélération fonctionnant dans la gamme de fréquences élevée et à une rétroaction de position fonctionnant dans la gamme de fréquences basse.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par une rétroaction, vers les éléments de guidage (21), qui réagit aux courses de vibrations mesurées ou à leurs dérivées dans le temps, afin de minimaliser les vibrations réelles de la cabine (1), et caractérisé en ce que pour les éléments de guidage (21), une position centrale (37) est définie par rapport à leurs positions de fin de course (38, 39), et lesdits éléments de guidage (21), en cas d'écarts importants, sont ramenés dans cette position par les organes d'actionnement (6) dans la gamme de fréquences basse.

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rétroaction d'accélération fonctionnant dans la gamme de fréquences élevée et la rétroaction de position fonctionnant dans la gamme de fréquences basse sont réalisées grâce à deux circuits de régulation avec un régulateur (I) et un régulateur (II) qui appartiennent à un élément d'asservissement mis en application comme programme de calcul dans un processeur de signaux de préférence numériques (61).

Zeichnung