前馈控制在电梯驱动系统中的作用分析

摘要：近年来，各大电梯厂家均在不断地加大对技术创新研究的投入，电梯系统的控制也随之出现很多新的应用技术。本文将介绍前馈控制技术的基础原理，以及对前馈控制在电梯驱动系统中的作用进行分析，并提出适合电梯运动特性的前馈系统。

背景

　　近年来，变频技术以及自动控制技术均已在电梯行业中得到了广泛的应用，而且越来越多的高端客户对电梯运行的性能要求也越来越高，因此，行业内处于领先水平的电梯企业都在电梯控制技术上不断地推出一些新的应用技术，并结合相应的产品推向市场。本文将介绍前馈控制技术的基础原理，以及对前馈控制在电梯驱动系统中的作用进行分析，并提出适合电梯运动的前馈系统。

1 前馈控制介绍

　　1.1 前馈控制原理

　　反馈控制是将系统运行的实际与指令进行相减，并将此偏差量作为输入条件对被控对象进行控制的技术。它是在系统已经发生了偏差的情况下发挥调节作用，因此，也不可避免地使系统响应速度变慢，从而产生超调现象。

　　前馈控制(Feed Forward Control)的定义是：将被控变量的一个或多个影响条件的信息转换成反馈回路外的附加作用的控制。前馈控制是通过观察情况、收集整理信息、掌握规律、预测趋势，正确预计未来可能出现的问题，提前采取措施，将可能发生的偏差消除在萌芽状态中，为避免在未来不同发展阶段可能出现的问题而事先采取的措施。

　　将前馈控制技术与反馈控制技术结合使用，能够提高系统的响应速度，减小速度偏差以及超调现象，同时即使前馈指令略有不准确时，亦能通过反馈控制技术进行闭环调节，提高系统稳定性与准确性。

　　1.2 电梯系统分析

　　电梯是服务于建筑物中的运输设备，为了能满足这一特定工作条件的需要，电梯必须具有相应的性能要求。电梯需要保证其自身的安全性、可靠性、快捷性以及舒适性。

　　电梯系统是一个非常复杂的机械、电气一体化系统，机械部分相当于人的躯体，电气部分相当于人的中枢神经，机械与电气两方面的高度结合，形成了现代科学的综合电梯产品。电梯系统的结构主要包括电梯曳引主机、轿厢、钢丝绳、对重、补偿装置、控制柜、安全装置等，如图1所示。电梯控制柜对曳引主机进行变频控制，主机通过曳引钢丝绳使得被其悬挂的轿厢与对重在电梯井道内进行上下运行，从而达到人员运输的目的。

　　电梯系统属于一种大惯量系统，而电梯变频驱动器几乎全部都是采用反馈控制的方法来驱动电梯运行的，其结果往往会使得电梯运行时发生速度超调的现象，如图2所示。

　　为了提高系统响应速度并抑制这种速度超调现象，我们可以采用增加前馈控制环节的方式，如图3所示。系统对速度指令进行微分，得到加速度指令，然后利用加速度指令作为前馈控制的参量，再将其放大到与力矩指令等同的量纲，最后直接外加到原力矩指令中。