用于控制系統(tǒng)的操作的控制器和方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的方法(200)控制系統(tǒng)(300)的操作。所述系統(tǒng)通過控制器(307)來操作。所述控制器是根據(jù)所述系統(tǒng)的模型確定的基于模型的控制器。所述方法在所述操作期間基于極值搜索來更新所述模型，并且基于經更新的模型來更新所述控制器。
【專利說明】用于控制系統(tǒng)的操作的控制器和方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及基于系統(tǒng)的模型來控制系統(tǒng)的操作，并且更具體地，涉及基于 極值搜索來更新系統(tǒng)的模型。

【背景技術】
[0002] 圖1A示出了示例性的致動器的示意圖。圖1A中的致動器是電磁致動器。所述致 動器包括殼體103、兩個線圈104、兩根彈簧105、橡膠墊102、活動元件（ME) 101和固定元件 100。
[0003] 通常，當致動器未被致動時，活動元件101與固定機械元件100相接觸。為了使活 動元件101朝向殼體103移動，通過向線圈104中注入電流來對致動器系統(tǒng)進行致動。當 電流被撤消時，所述活動元件被由位于致動器殼體103與活動元件101之間的彈簧102所 產生的彈簧力推動抵靠于固定元件100。為了衰減接觸力，在活動元件與殼體之間插設有橡 膠墊102。
[0004] 圖1B示出了用于電梯制動系統(tǒng)中的致動器的另一示例。在該示例中，固定元件 110是彎曲的，并且表示電梯制動輪120。與電梯制動系統(tǒng)相接觸的固定元件被稱為電梯鼓 (drum)。通常，電梯輪具有兩個對稱的電梯制動系統(tǒng)130。這兩個電梯制動系統(tǒng)是相同的，并 且類似地進行控制。出于說明目的，電梯制動系統(tǒng)被放大140,并且被示意性地顯示出150。 活動元件155也是彎曲的，以與電梯鼓的形狀相一致。其余的系統(tǒng)元件保持在適當?shù)奈恢谩?br> [0005] 電梯制動系統(tǒng)應當能夠產生相對較大的力矩，并且能夠快速地停止電梯轎廂和配 重（counterweight)。此外，制動系統(tǒng)可能位于建筑物居住者附近，所以安靜的制動操作是 必要的。而且，因為制動器的位置并不總是可容易到達的，所以易于調整和維護的可靠的制 動系統(tǒng)受到重視。
[0006] 在一種方法[美國專利5, 717, 174]中，通過位置傳感器反饋來控制制動，并且控 制器調整用于控制活動元件運動的電壓信號以使沖擊速度最小化。然而，對于相對于系統(tǒng) 老化的可實現(xiàn)的性能，不存在定量預測。而且，電子電路在兩個方向上控制制動活動元件： 對抗彈簧力以使活動元件的運動減速，以及朝向彈簧力以使活動元件朝向電梯鼓的運動加 速。
[0007] 某些系統(tǒng)使用極值搜索控制器來增強系統(tǒng)性能。例如，一種方法[US 8, 027, 742B2]使用極值搜索來產生直接控制該過程中的一個致動器（例如，機械閥或機械 阻尼器）的控制信號。在該方法中，極值搜索妨礙了該過程的用以檢測該過程中的故障的 一個輸出。
[0008] 其他方法[US 7, 827, 831B2和US 8, 096, 140B2]使用極值搜索來獲知系統(tǒng)的過程 的設定點。然而，提供一種使用極值搜索來進一步增強系統(tǒng)性能的系統(tǒng)也將是有利的。


【發(fā)明內容】

[0009] 發(fā)明的各種實施方式的目的在于提供一種用于控制致動器的操作的系統(tǒng)和方法。 例如，該致動器能夠被用于電梯的制動系統(tǒng)中。某些實施方式的進一步的目的在于提供這 樣一種方法，該方法降低了制動系統(tǒng)所產生的噪音，使制動系統(tǒng)的安裝和維護的成本最小 化，并且適應于制動系統(tǒng)中的元件的劣化。
[0010] 本發(fā)明的某些實施方式基于另一種實現(xiàn)：基于致動器的模型控制活動元件的運動 是有利的。這種實現(xiàn)能夠使監(jiān)測致動器的操作的傳感器的數(shù)量最小化，從而降低了致動器 的安裝和維護的成本。例如，在一種實施方式中，僅一個傳感器被用來感測致動器的線圈中 的電流?；顒釉膶嶋H位置是基于測量到的電流和致動器的模型來確定的。該實施方式 還降低了制動系統(tǒng)的安裝和維護的成本。
[0011] 控制制動系統(tǒng)的困難之一是確?？刂葡鄬τ谙到y(tǒng)劣化的魯棒性。實際上，在制動 系統(tǒng)的壽命期間，連續(xù)的制動器關閉和開啟可能例如導致彈簧常數(shù)的變化以及橡膠墊的阻 尼特性的變化。因此，本發(fā)明的某些實施方式在致動器的操作期間更新控制器。例如，響應 于致動器的操作，一種實施方式更新非線性控制器的增益。另一種實施方式修改系統(tǒng)的模 型，并且隨后使用經修改的模型來更新非線性控制器。控制器的更新使得制動系統(tǒng)的噪音 和磨損最小化。
[0012] 相應地，一種實施方式公開了一種用于控制系統(tǒng)的操作的方法。所述方法包括：通 過控制器來操作該系統(tǒng)，其中，所述控制器是根據(jù)所述系統(tǒng)的模型來確定的基于模型的控 制器；在所述操作期間基于極值搜索來更新所述模型；以及基于經更新的模型來更新所述 控制器，其中，所述方法的步驟通過處理器來執(zhí)行。
[0013] 另一種實施方式公開了一種用于控制系統(tǒng)的操作的控制器。所述控制器包括用于 執(zhí)行學習模塊的處理器，其中，所述學習模塊使用極值搜索來更新所述系統(tǒng)的模型。
[0014] 又一種實施方式公開了一種用于控制系統(tǒng)的操作的方法。所述方法包括基于極值 搜索來更新所述系統(tǒng)的模型的系數(shù)。所述方法的步驟通過處理器來執(zhí)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1A是傳統(tǒng)的致動器系統(tǒng)的示意圖。
[0016] 圖1B是傳統(tǒng)的電梯制動系統(tǒng)的示意圖。
[0017] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式的用于控制致動器的方法的框圖。
[0018] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式的用于使用圖2中的方法控制致動器的系統(tǒng)的 框圖。
[0019] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式的非線性控制器的框圖。
[0020] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式的電磁制動系統(tǒng)的模型的示意表示。
[0021] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式的學習模塊的框圖。
[0022] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式的學習模塊的框圖。
[0023] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式的用于控制系統(tǒng)的操作的方法的框圖。

【具體實施方式】
[0024] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式的用于控制致動器的操作的方法200的框 圖。所述致動器能夠適用于電梯的制動系統(tǒng)中。然而，這些實施方式能夠控制各種類型的 致動器（例如，電磁致動器）的活動元件（ME)。本發(fā)明的實施方式能夠使用處理器201來 實施。
[0025] 所述方法200確定210作為時間的函數(shù)的活動元件的位置的軌跡215，并且基于所 述致動器的模型（例如，模型500)和所述軌跡215來確定220第一控制信號229。所述第 一控制信號被確定為根據(jù)所述軌跡來改變所述活動元件的位置。
[0026] 第二控制信號239被確定230為補償由于致動器系統(tǒng)的模型的不確定性所造成的 操作誤差的第一分量。例如，能夠基于軌跡上的參考位置與速度232和活動元件在所述操 作期間的實際位置與速度234之間的位置與速度誤差236來確定第二信號。在某些實施方 式中，還能夠基于與所述第一控制信號相關聯(lián)的線圈的參考電流231與在所述操作期間所 測得的線圈的實際電流233之間的電流誤差235來確定第二信號。
[0027] 第三控制信號249被確定240為補償由于致動器系統(tǒng)上的外部干擾所造成的操作 誤差的第二分量，外部干擾的示例包括摩擦以及附加的未知干擾。例如，能夠基于致動器的 實際能量與通過所述第一控制信號和所述第二控制信號操作的致動器的能量之間的能量 誤差245來確定所述第三控制信號。在一種實施方式中，該能量誤差基于位置與速度誤差 236和電流誤差235。例如，在一種實施方式中，該能量誤差是有界的時變函數(shù)。所述致動 器系統(tǒng)的操作是基于所述第一控制信號、所述第二控制信號和所述第三控制信號的組合來 進行控制250的。
[0028] 圖5示出了本發(fā)明的某些實施方式所使用的模型500的示例。模型500是出于說 明目的被提供的，并且不意在限制本發(fā)明的范圍。根據(jù)模型500,致動器的機械部件是根據(jù) 以下微分方程來進行建模的：
[0029]

【權利要求】
1. 一種用于控制系統(tǒng)的操作的方法，該方法包括： 通過控制器操作所述系統(tǒng)，其中，所述控制器是根據(jù)所述系統(tǒng)的模型確定的基于模型 的控制器； 在所述操作期間，基于極值搜索來更新所述模型；以及 基于經更新的模型來更新所述控制器，其中，所述方法的步驟通過處理器來執(zhí)行。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，更新所述模型包括： 更新所述模型的至少一個系數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，該方法進一步包括： 使表示所述系統(tǒng)的實際輸出與期望輸出之間的誤差的成本函數(shù)最小化；以及 基于經最小化的成本函數(shù)的值和擾動信號來更新所述模型。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述模型被重復地更新，其中，每次重復包括： 將性能指標確定為由成本函數(shù)所描述的所述系統(tǒng)的實際輸出與參考輸出之間的誤差， 其中，所述成本函數(shù)為正定函數(shù)；以及 基于通過擾動信號所修改的所述性能指標來更新所述模型的所述系數(shù)。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，該方法進一步包括： 基于擾動信號的集合來確定所述模型的待更新的系數(shù)的集合，其中，所述擾動信號的 頻率滿足收斂條件。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，根據(jù)所述收斂條件，所述集合中的第一擾動信號 的第一頻率和第二擾動信號的第二頻率之和不等于第三擾動信號的第三頻率。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，該方法進一步包括： 根據(jù)如下方程式來確定成本函數(shù)在迭代k次的值Q[k]: Q [k] = Ci (xref [k] -xest [k]) 2+C2 (xref [k] -xest [k])2 其中,q和C2為正常數(shù),xMf為所述系統(tǒng)的參考狀態(tài)，并且xest為所述系統(tǒng)的實際狀態(tài)； 以及 根據(jù)如下方程式來確定所述模型的系數(shù)β i : yjk+l] = yJkG+ai Λ TsirKc^k Λ T+<J〇Q[k] β i [k] = yi [k]+ai sin (ω ^ Λ Τ+Φ)，對于 i = 1，... η 其中，yjk]為中間積分變量在迭代k次的值，ΛΤ為抽樣時間，即t = kAT，i sin(c〇 I ikAT+Φ)為擾動信號，其中，所述擾動信號為具有振幅ap頻率和相位φ的 正弦函數(shù)，i = 1，…η，η為擾動信號的數(shù)量，并且ejk]為所述系數(shù)I在迭代k次的值。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，該方法進一步包括： 選擇所述頻率以滿足如下收斂條件： ωρ+ω, ^ ωΓ. P, q, r = 1, *··η〇
9. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述系統(tǒng)是包括具有活動元件的致動器的制動 系統(tǒng)，并且其中，所述參考狀態(tài)是所述活動元件的參考位置，并且所述實際狀態(tài)是所述活動 元件的實際位置。
10. -種用于控制系統(tǒng)的操作的控制器，該控制器包括： 處理器，所述處理器用于執(zhí)行學習模塊，其中，所述學習模塊使用極值搜索來更新所述 系統(tǒng)的模型。
11. 根據(jù)權利要求10所述的控制器，其中，所述學習模塊 使表示所述系統(tǒng)的實際輸出與期望輸出之間的誤差的成本函數(shù)最小化；以及 基于經最小化的成本函數(shù)的值和擾動信號來更新所述模型。
12. 根據(jù)權利要求10所述的控制器，其中，所述學習模塊在所述系統(tǒng)的操作期間重復 地更新所述模型。
13. 根據(jù)權利要求10所述的控制器，其中，所述學習模塊 根據(jù)如下方程式來確定成本函數(shù)在迭代k次的值Q[k]: Q [k] = Ci (xref [k] -xest [k]) 2+C2 (xref [k] -xest [k])2 其中,q和C2為正常數(shù),xMf為所述系統(tǒng)的參考狀態(tài)，并且xest為所述系統(tǒng)的實際狀態(tài)； 以及 根據(jù)如下方程式來確定所述模型的系數(shù)β i : yjk+l] = yJkG+ai Λ TsirKc^k Λ T+<J〇Q[k] β i [k] = yi [k]+ai sin (ω ^ Λ Τ+Φ)，對于 i = 1，... η 其中，yjk]為中間積分變量在迭代k次的值，ΛΤ為抽樣時間，即t = kAT，i sin(c〇 I ikAT+Φ)為擾動信號，其中，所述擾動信號為具有振幅ap頻率和相位φ的 正弦函數(shù)，i = 1，…η，η為擾動信號的數(shù)量，并且ejk]為所述系數(shù)I在迭代k次的值。
14. 一種用于控制系統(tǒng)的操作的方法，該方法包括： 基于極值搜索來更新所述系統(tǒng)的模型的至少一個系數(shù)，其中，所述方法的步驟通過處 理器來執(zhí)行。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，該方法進一步包括： 基于經更新的模型來更新操作所述系統(tǒng)的控制器。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，該方法進一步包括： 在所述系統(tǒng)的操作期間重復地更新所述模型和所述控制器。
【文檔編號】F24F11/00GK104246380SQ201380021426
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月30日 優(yōu)先權日:2012年5月10日
【發(fā)明者】M·本諾斯曼 申請人:三菱電機株式會社