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引言：随着社会的发展，人们对于电梯的运行舒适的要求越来越高，电梯的运行舒适感主要表现在水平及垂直方向的振动，而垂直方向的振动更容易影响乘客的注意，在此根据以往的一些处理经验和总结，对电气方面引起电梯垂直方向的原因进行阐述，和大家分享一些处理的经验，共同提高问题处理的水平。
关键词： PI参数、主机、霍尔电流传感器、编码器
中图分类号：TU229 文献标识码：A 文章编号
Introduction: with the development of society, people for the operation of the elevator comfortable requirement more and more high, the operation of the elevator comfort mainly displays in horizontal and vertical direction of vibrations, and the vibration of the vertical direction more easily influence the attention of the passengers, according to some of the previous experience in dealing with and summarized, electrical cause elevator of perpendicular direction reason is expounded, and share some processing experience, to improve the level of treatment.
Keywords: PI parameters, host, hall to current sensor, encoder
1、电梯控制系统的原理
电梯控制系统原理图，如图1
图1电梯控制系统原理图
主控板处理电梯的内外找信号和各种的开关信号，当需要主控板收到指令需要运行电梯时，主控板则给速度指令给变频器运行，变频器通过U、V、W三相控制主機的正反转来控制轿厢的上下行，而变频器控制主机的运转又霍尔电流传感器反馈输出的电流及旋转编码器反馈电梯的速度和控制的距离来形成闭环控制，以保证系统控制的准确性。
2、影响电梯垂直振动的因素
2.1旋转编码器
2.1.1旋转编码器的原理
根据检测的原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度的方法及信号输出形式，可分为增量式以及混合式三种。电梯一般采用增量式旋转编码器。
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
2.1.2旋转编码器在电梯上的作用
旋编作为电梯的重要部件，其功能有：1、检测主机的运行速度，与变频器形成闭环控制，使变频器更精确的控制电梯的运行速度；2、通过旋编输出的脉冲数，准确检测电梯轿厢的所在的井道的位置；3、检测永磁同步主机的磁力角，使变频器有效的安全的控制电梯的正常启动、运行及停止，保证电梯运行的舒适感。
2.1.3 旋转编码器影响垂直振动的分析
（1）旋转编码器Z相对电梯振动的影响
电梯在运行过程中，由于脉冲的掉失，往往需要在运行过程中进行脉冲矫正，电梯在运行过程中除了通过井到设置的一些部件如平层感应器进行矫正电梯的脉冲数之外，旋编本身也要通过Z相来矫正旋编的脉冲，旋转编码器每旋转一圈会通过Z相输出一个波形来矫正旋编的脉冲数，以较少脉冲的偏差。当Z相输出收到干扰或输出不准的就会影响旋编的脉冲矫正，从而导致电梯控制系统脉冲数的累积误差增大，编码器反馈的脉冲信号偏差到一定程度就会影响变频器对主机的控制，从而引起电梯的垂直方向的振动。
（2）磁极对电梯振动的影响
永磁同步主机的正常运转需要通过编码器来检测其磁力角，如果磁力角出现偏差时，轻则引起电梯振动，严重的会导致主机失控。正常来说，电梯的磁力角是通过A、B、Z三相来检测主机的磁力角，如果由于旋转编码器损坏或受到干扰就会导致主机的磁力角检测出现偏差，引起变频器的输出力矩出现偏差，最终解决影响电梯的垂直振动。
（3）预防编码器影响电梯垂直振动的措施
a、编码器的信号线要用金属蛇皮管进行抗干扰处理，并且要单点接地，禁止多点接地或不接地；
b、编码器的安装要与主机轴同轴安装，避免偏心安装影响A、B、Z三相信号的准确输出；
c、强电和弱电信号要分开，避免强电对旋编的弱电信号造成干扰，导致脉冲输出出错；
d、尽量缩短编码器信号线的传输距离同时要提高旋编的供电电源的稳定性，已保证旋编的正常工作。
2.2 主机
近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。目前电梯市场普遍应用永磁同步主机。永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高、噪音小等优点。
2.2.1、主机影响电梯振动的原因
（1）主机线圈绝缘对电梯振动的影响
对于电梯来说，一般要求主机线圈与主机外壳之间的阻值大于1兆欧。如果主机三相的绝缘值不满足这个要求，则电梯在加减速或重在上行或轻载下行的时候轿厢会感觉到明显的高频振动。这时测量主机的U、V、W三相的输出电流也会异常的偏大，很容易导致变频器过流检出。
（2）主机线圈阻值对电梯振动的影响
在测量主机的三相电阻时需要用到的工具是微电阻计，要求三相的阻值要均匀，当三相的阻值不平衡时，电梯三相的电流就会存在偏差，从而影响电梯的力矩的输出，引起电梯振动。
2.3霍尔电流传感器
2.3.1霍尔电流传感器原理
原边电流Ip产生的磁通量聚集在磁路中，并由霍尔器件检测出霍尔电压信号，经过放大器放大，该电压信号精确地反映原边电流。 磁平衡霍尔电流传感器 原边电流Ip产生的磁通量和霍尔电压经放大产生的副边电流Is通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。副边电流Is精确地反映原边电流。 磁平衡霍尔电压传感器 原边电压Vp通过原边电阻R1转换为原边电流Ip，Ip产生的磁通量和霍尔电压经放大产生的副边电流Is通过副边线圈产生的磁通量相平衡。副边电流Is精确地反映原边电压。
2.3.2、霍尔电流传感器的特点
（1） 测量范围广：它可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲、三角波形等，甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映;
（2）响应速度快：最快者响应时间只为1us。
（3）测量精度高：其测量精度优于1[%]，该精度适合于对任何波形的测量。普通互感器是感性元件，接入后影响被测信号波形，其一般精度为3[%]~5[%]，且只适合于50Hz 正弦波形。
（4） 线性度好：优于0.2[%]
（5）动态性能好：响应时间快，可小于1us;普通互感器的响应时间为10~20m
（6）工作频带宽：在0~100KHz 频率范围内的信号均可以测量。
（7）可靠性高，平均无故障工作时间长：平均无故障时间>5 10 小时
（8）过载能力强、测量范围大：0---几十安培~上万安培
（9）体积小、重量轻、易于安装。
2.3.2霍尔电流传感器对电梯振动影响的分析
(1)一般电梯采用的霍尔电流传感器的工作电压是±15v，因此首先保证其工作电压的稳定性，使其在要求范围内，以避免霍尔电流传感器的正常工作。
（2）电梯U、V、W三相的输出电流大小通过霍尔电流传感器来检测，U、V、W三相扰过霍尔电流传感器的札数要与变频器设置霍尔传感器偏置值有关，如果这个因素之间不匹配，变频器对霍尔电流传感器反馈回来的信号进行准确判断，因此会影响变频器三相电流的输出，引起振动。
（3）在电梯系统当中，一般霍尔电流传感器将检测的电流信号以弱电压信号反馈给变频器，变频器通过换算，得出实际的电流输出值，以有效控制电流的输出值，如果该电压信号受到干扰，就会影响变频器的三相电流的输出，从而导致电梯力矩输出的突变，引起电梯振动。由于霍尔电流传感器的反馈信号属于弱电信号，因此在传输的过程中要尽量避开强电回路，或在信号线上增加磁环做屏蔽处理。
2.4
变频器PI参数
2.4.1PI参数的控制原理
（1）比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
（2）积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。
2.4.2、PI参数的调整
（1）一般的矢量变频器为了适应电动机低速和高速带载运行都有快速响应的情况，都设有两套pi参数值（即低速pi值和高速pi值），同时设有切换频率。为了保证两套pi值的正常过渡，一些变频器还另外设置了两个切换频率，即切换频率1和切换频率2。其控制原理是:低于切换频率1的频率动态响应pi值取a点的数值，高于切换频率2的频率动态响应pi值取b点的数值，位于切换频率1和切換频率2的频率动态响应pi值取两套pi参数的加权平均值。
（2）如果pi参数设置不当，系统在快速启动到高速后，可能产生减速过电压故障（如果没有外接制动电阻或制动单元），这是由于在速度超调后的下降过程中系统再生制动状态能量回馈所致，因此合适的pi值对于系统的稳定性至关重要。
（3）一般来说，如果电梯出现振动即系统超调时，可以响应的调整低速段或高速段的PI参数，将P、I减小，以降低系统的响应度，使控制系统平稳。当电梯拖动力出现不足时，可能是系统的响应度和跟随性低导致，可以提高P参数来提高系统 响应度，满足电梯启动的力矩要求。
3、结论
电梯是一个由多个电气件和机械件组成的机电系统，影响电梯振动的因素有很多，以上所总结的是现场振动问题处理中比较常见的关于电气方面引起的振动的问题。在实际的处理过程中，需要对振动的特性进行分析，同时要结合各个部件在电梯控制系统中的作用及特性进行逐一排查处理，才能有效解决电梯的振动问题。
参考文献：
[1] 孟少凯等，《电梯技术与工程实务》，中国宇航出版社出版[2002年 4月]
[2] 吴志刚，《光电编码器的原理与应用》，浙江冶金 [2001年 第01期 ]
[3] 唐任远等，《现代永磁电机•理论与设计》，机械工业出版社[2005年 1月]
关键词： PI参数、主机、霍尔电流传感器、编码器
中图分类号：TU229 文献标识码：A 文章编号
Introduction: with the development of society, people for the operation of the elevator comfortable requirement more and more high, the operation of the elevator comfort mainly displays in horizontal and vertical direction of vibrations, and the vibration of the vertical direction more easily influence the attention of the passengers, according to some of the previous experience in dealing with and summarized, electrical cause elevator of perpendicular direction reason is expounded, and share some processing experience, to improve the level of treatment.
Keywords: PI parameters, host, hall to current sensor, encoder
1、电梯控制系统的原理
电梯控制系统原理图，如图1
图1电梯控制系统原理图
主控板处理电梯的内外找信号和各种的开关信号，当需要主控板收到指令需要运行电梯时，主控板则给速度指令给变频器运行，变频器通过U、V、W三相控制主機的正反转来控制轿厢的上下行，而变频器控制主机的运转又霍尔电流传感器反馈输出的电流及旋转编码器反馈电梯的速度和控制的距离来形成闭环控制，以保证系统控制的准确性。
2、影响电梯垂直振动的因素
2.1旋转编码器
2.1.1旋转编码器的原理
根据检测的原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度的方法及信号输出形式，可分为增量式以及混合式三种。电梯一般采用增量式旋转编码器。
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
2.1.2旋转编码器在电梯上的作用
旋编作为电梯的重要部件，其功能有：1、检测主机的运行速度，与变频器形成闭环控制，使变频器更精确的控制电梯的运行速度；2、通过旋编输出的脉冲数，准确检测电梯轿厢的所在的井道的位置；3、检测永磁同步主机的磁力角，使变频器有效的安全的控制电梯的正常启动、运行及停止，保证电梯运行的舒适感。
2.1.3 旋转编码器影响垂直振动的分析
（1）旋转编码器Z相对电梯振动的影响
电梯在运行过程中，由于脉冲的掉失，往往需要在运行过程中进行脉冲矫正，电梯在运行过程中除了通过井到设置的一些部件如平层感应器进行矫正电梯的脉冲数之外，旋编本身也要通过Z相来矫正旋编的脉冲，旋转编码器每旋转一圈会通过Z相输出一个波形来矫正旋编的脉冲数，以较少脉冲的偏差。当Z相输出收到干扰或输出不准的就会影响旋编的脉冲矫正，从而导致电梯控制系统脉冲数的累积误差增大，编码器反馈的脉冲信号偏差到一定程度就会影响变频器对主机的控制，从而引起电梯的垂直方向的振动。
（2）磁极对电梯振动的影响
永磁同步主机的正常运转需要通过编码器来检测其磁力角，如果磁力角出现偏差时，轻则引起电梯振动，严重的会导致主机失控。正常来说，电梯的磁力角是通过A、B、Z三相来检测主机的磁力角，如果由于旋转编码器损坏或受到干扰就会导致主机的磁力角检测出现偏差，引起变频器的输出力矩出现偏差，最终解决影响电梯的垂直振动。
（3）预防编码器影响电梯垂直振动的措施
a、编码器的信号线要用金属蛇皮管进行抗干扰处理，并且要单点接地，禁止多点接地或不接地；
b、编码器的安装要与主机轴同轴安装，避免偏心安装影响A、B、Z三相信号的准确输出；
c、强电和弱电信号要分开，避免强电对旋编的弱电信号造成干扰，导致脉冲输出出错；
d、尽量缩短编码器信号线的传输距离同时要提高旋编的供电电源的稳定性，已保证旋编的正常工作。
2.2 主机
近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。目前电梯市场普遍应用永磁同步主机。永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高、噪音小等优点。
2.2.1、主机影响电梯振动的原因
（1）主机线圈绝缘对电梯振动的影响
对于电梯来说，一般要求主机线圈与主机外壳之间的阻值大于1兆欧。如果主机三相的绝缘值不满足这个要求，则电梯在加减速或重在上行或轻载下行的时候轿厢会感觉到明显的高频振动。这时测量主机的U、V、W三相的输出电流也会异常的偏大，很容易导致变频器过流检出。
（2）主机线圈阻值对电梯振动的影响
在测量主机的三相电阻时需要用到的工具是微电阻计，要求三相的阻值要均匀，当三相的阻值不平衡时，电梯三相的电流就会存在偏差，从而影响电梯的力矩的输出，引起电梯振动。
2.3霍尔电流传感器
2.3.1霍尔电流传感器原理
原边电流Ip产生的磁通量聚集在磁路中，并由霍尔器件检测出霍尔电压信号，经过放大器放大，该电压信号精确地反映原边电流。 磁平衡霍尔电流传感器 原边电流Ip产生的磁通量和霍尔电压经放大产生的副边电流Is通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。副边电流Is精确地反映原边电流。 磁平衡霍尔电压传感器 原边电压Vp通过原边电阻R1转换为原边电流Ip，Ip产生的磁通量和霍尔电压经放大产生的副边电流Is通过副边线圈产生的磁通量相平衡。副边电流Is精确地反映原边电压。
2.3.2、霍尔电流传感器的特点
（1） 测量范围广：它可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲、三角波形等，甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映;
（2）响应速度快：最快者响应时间只为1us。
（3）测量精度高：其测量精度优于1[%]，该精度适合于对任何波形的测量。普通互感器是感性元件，接入后影响被测信号波形，其一般精度为3[%]~5[%]，且只适合于50Hz 正弦波形。
（4） 线性度好：优于0.2[%]
（5）动态性能好：响应时间快，可小于1us;普通互感器的响应时间为10~20m
（6）工作频带宽：在0~100KHz 频率范围内的信号均可以测量。
（7）可靠性高，平均无故障工作时间长：平均无故障时间>5 10 小时
（8）过载能力强、测量范围大：0---几十安培~上万安培
（9）体积小、重量轻、易于安装。
2.3.2霍尔电流传感器对电梯振动影响的分析
(1)一般电梯采用的霍尔电流传感器的工作电压是±15v，因此首先保证其工作电压的稳定性，使其在要求范围内，以避免霍尔电流传感器的正常工作。
（2）电梯U、V、W三相的输出电流大小通过霍尔电流传感器来检测，U、V、W三相扰过霍尔电流传感器的札数要与变频器设置霍尔传感器偏置值有关，如果这个因素之间不匹配，变频器对霍尔电流传感器反馈回来的信号进行准确判断，因此会影响变频器三相电流的输出，引起振动。
（3）在电梯系统当中，一般霍尔电流传感器将检测的电流信号以弱电压信号反馈给变频器，变频器通过换算，得出实际的电流输出值，以有效控制电流的输出值，如果该电压信号受到干扰，就会影响变频器的三相电流的输出，从而导致电梯力矩输出的突变，引起电梯振动。由于霍尔电流传感器的反馈信号属于弱电信号，因此在传输的过程中要尽量避开强电回路，或在信号线上增加磁环做屏蔽处理。
2.4
变频器PI参数
2.4.1PI参数的控制原理
（1）比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
（2）积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。
2.4.2、PI参数的调整
（1）一般的矢量变频器为了适应电动机低速和高速带载运行都有快速响应的情况，都设有两套pi参数值（即低速pi值和高速pi值），同时设有切换频率。为了保证两套pi值的正常过渡，一些变频器还另外设置了两个切换频率，即切换频率1和切换频率2。其控制原理是:低于切换频率1的频率动态响应pi值取a点的数值，高于切换频率2的频率动态响应pi值取b点的数值，位于切换频率1和切換频率2的频率动态响应pi值取两套pi参数的加权平均值。
（2）如果pi参数设置不当，系统在快速启动到高速后，可能产生减速过电压故障（如果没有外接制动电阻或制动单元），这是由于在速度超调后的下降过程中系统再生制动状态能量回馈所致，因此合适的pi值对于系统的稳定性至关重要。
（3）一般来说，如果电梯出现振动即系统超调时，可以响应的调整低速段或高速段的PI参数，将P、I减小，以降低系统的响应度，使控制系统平稳。当电梯拖动力出现不足时，可能是系统的响应度和跟随性低导致，可以提高P参数来提高系统 响应度，满足电梯启动的力矩要求。
3、结论
电梯是一个由多个电气件和机械件组成的机电系统，影响电梯振动的因素有很多，以上所总结的是现场振动问题处理中比较常见的关于电气方面引起的振动的问题。在实际的处理过程中，需要对振动的特性进行分析，同时要结合各个部件在电梯控制系统中的作用及特性进行逐一排查处理，才能有效解决电梯的振动问题。
参考文献：
[1] 孟少凯等，《电梯技术与工程实务》，中国宇航出版社出版[2002年 4月]
[2] 吴志刚，《光电编码器的原理与应用》，浙江冶金 [2001年 第01期 ]
[3] 唐任远等，《现代永磁电机•理论与设计》，机械工业出版社[2005年 1月]