超高速電梯轎廂橫向振動控制研究.pdf

1、隨著電梯速度的提高，由導軌和空氣激勵引起的電梯轎廂橫向振動也越來越大。研究表明，當超高速電梯運行速度超過一定值后，轎廂橫向振動就無法滿足乘坐舒適性的要求。抑制轎廂橫向振動，除了采用被動控制策略外，研究人員也提出了各種主動振動控制策略以及執(zhí)行機構，其中主動滾動導靴(ActiveRollerGuides:ARG)和轎廂主動減震器(CabinActuator:CA)是兩種主要的執(zhí)行機構，但是有關這兩種執(zhí)行機構的特性卻很少進行深入地橫向比較研究

2、。同時由于主被動控制之間存在耦合關系，因此在給定被動控制的情況下，再進行主動控制器優(yōu)化的順序設計方法不能保證得到最優(yōu)的閉環(huán)系統(tǒng)；只有采用系統(tǒng)級的集成設計方法才能以最小控制代價得到最優(yōu)系統(tǒng)性能。 轎廂橫向振動控制集成設計是一個多目標優(yōu)化問題，存在一系列Pareto最優(yōu)解，傳統(tǒng)的集成設計方法常采用加權法將多目標優(yōu)化問題轉換為單目標問題，并在精心選擇權值的基礎上，通過多次運行求解出多個Pareto最優(yōu)解，這大大增加了計算的強度和復雜性

3、。 本文首先建立將導軌位移作為顯式激勵的轎廂橫向振動狀態(tài)方程，并給出以系統(tǒng)性能(轎廂振動)和控制代價的H2范數(shù)為優(yōu)化目標的轎廂橫向振動控制集成設計模型，對導靴和支撐橡膠的剛度和阻尼及主動控制器進行同時優(yōu)化。然后，根據(jù)控制器形式的不同將轎廂橫向振動控制集成設計方法分為兩類：具有固定結構控制器和最優(yōu)控制器的集成設計方法。采用基于帶約束非劣解排序策略的多目標遺傳算法(Multi-obiectiveGeneticAlgorithm:MO

4、GA)來求解具有固定結構控制器的集成設計問題，不需要確定目標權值。而對于具有最優(yōu)控制器的集成設計問題，則創(chuàng)新性地采用改進的進化動態(tài)加權算法(EvolutionaryDynamicWeightingAlgorithm：EDWA)和線性矩陣不等式(LinearMatrixInequalities:LMI)的組合策略；在該方法中，目標權值隨著進化代數(shù)的變化而變化。這兩種方法都可以一次運行就求解出均布的Pareto最優(yōu)解集。 結果表明，

5、集成設計方法得到的轎廂橫向振動主被動控制系統(tǒng)能夠有效地抑制轎廂廂體地板加速度，使超高速電梯的轎廂橫向振動在很廣的速度范圍內都能滿足乘坐舒適性的要求。在此基礎上，深入研究了采用ARG和CA作為主動執(zhí)行機構的轎廂橫向振動控制系統(tǒng)的特性，討論了不同控制策略、控制器階次等對系統(tǒng)性能的影響。具體內容如下： (1)建立采用ARG作為主動執(zhí)行機構和具有固定結構控制器的轎廂橫向振動控制集成設計模型，并采用MOGA算法來求解上述集成設計問題。設計

6、結果表明，集成設計方法可以求出最優(yōu)的主被動控制組合，從而獲得比初始設計更優(yōu)的系統(tǒng)性能；ARG采用sky-hook阻尼策略控制器(0階控制器)就可以得到最優(yōu)的系統(tǒng)性能和控制代價的Pareto前沿，再提高主動控制器階次并不能顯著地改善ARG抑制轎廂振動的效率；但是，采用該控制器的ARG無法有效地抑制由空氣激勵引起的轎廂異相振動模態(tài)。轎架上下都安裝ARG的轎廂系統(tǒng)振動抑制效率要優(yōu)于僅在轎架底部安裝ARG的系統(tǒng)。 (2)建立采用ARG作

7、為主動執(zhí)行機構和具有H2最優(yōu)控制器的轎廂橫向振動控制集成設計模型，并采用改進EDWA和LMI的組合策略來求解上述集成設計問題。在控制器設計中采用廂體加速度反饋。設計結果表明該集成設計方法的有效性；采用該方法得到的以ARG作為主動執(zhí)行機構的轎廂橫向振動閉環(huán)控制系統(tǒng)，對導軌和空氣激勵引起的振動都具有較好的抑制特性。 (3)建立采用CA作為主動執(zhí)行機構和具有固定結構控制器的轎廂橫向振動控制集成設計模型，并采用MOGA算法求解該集成設計

8、問題。設計結果表明，只需在廂體底部安裝CA就可以滿足振動控制的要求；1階控制器的閉環(huán)系統(tǒng)控制效率要高于采用sky-hook阻尼策略控制器(0階控制器)，但是再提高控制器的階次，系統(tǒng)控制效率并不能得到改善。由于傳感器及執(zhí)行機構位置的不同，采用CA作為執(zhí)行機構的轎廂橫向振動控制系統(tǒng)要比采用ARG的系統(tǒng)具有更好的振動抑制效果。 (4)轎廂橫向振動試驗平臺設計和ARG性能實驗研究。根據(jù)轎廂橫向振動的特點，設計了轎廂橫向振動模擬試驗臺。實