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摘要：文章从高速电梯机械振动时域最优主动控制力设计、时域最优主动控制力布置方案设计两方面进行了详细的研究，并对设计结果进行了仔细分析。通过本文对高速电梯机械振动时域最优主动控制的研究，旨在为电梯在高速运行的同时，其安全能够得到可靠的保障，其机械振动得到有效的控制。
关键词：高速电梯；机械振动；时域最优；主动控制
前言
随着科学技术的不断进步，电梯建设在速度上有了很大的提升，而为了在电梯速度得到提升的同时，其运行安全性也能够得到有效的提升，就必须对其机械振动时域最优主动控制进行深入探究，对其主动控制力及其布置方案进行科学合理的设计，以减少电梯运行给人们带来的安全隐患。
1高速电梯机械振动时域最优主动控制力的设计
实际上，对于一般性能指标进行最优主动控制是非常复杂繁琐的，很难用简单的解析形式描述出来，而具有二次性能指标的线性系统最优主动控制则可以用解析式清楚的表述出，且计算过程较为简单。该线性系统是当前控制理论中最为成熟与重要的部分，对与控制理论相关内容的研究与解析具有重要的指导作用。
所谓最优主动控制，就是在同时考虑控制与响应两者之间相互矛盾要求的基础上，使控制器性能指标达到最优化设计的一种控制过程[1]。高速电梯机械振动的时域最优主动控制设计是以时间特定函数满足一定要求为前提基础，在状态空间中来进行的，这就需要建立系统状态空间模型。状态空间模型设计方法对具有多输入、输出关系的时域控制器设计尤为适用。
通过对一般时变系统的考虑，假设系统状态空间模型为
X(t)= A(t)X(t)+ B(t)U(t)+ d(t)
X(t0)= X0
Y(t)= C(t)X(t)
其中，Y为输出列向量，即受控响应，它是状态的某种线性组合，如速度、加速度、位移等，U为控制力矩阵，即最优主动控制，d为确定性外扰列阵。将相应维数权矩阵取值、预留稳态响应列阵取值、期望瞬态响应列阵取值、控制起始时间和终止时间共同带入到目标函数当中，求出目标函数的最小解。从目标函数涉及变量可以看出，要想系统响应时间短就需与期望值尽可能的接近，即增大权矩阵取值。在这一过程中，无论出现的是跟踪问题还是调节器问题，高速电梯机械振动的时域最优主动控制解都可以通过哈密顿函数的极值条件计算出来。利用哈密顿函数可以将时域最优控制力设计最终转化为矢量微分方程和矩阵微分方程的求解。
在高速电梯机械振动时域最优主动控制力实际设计当中，对状态系统在整个运行时间内进行离散化处理，将每个时间间隔内时域系统视为时不变系统，然后采用上述方法进行控制求解，可以得出电梯时域控制的最优解，并且所得出的时域最优主动控制能够保持闭环系统始终处于稳定状态。
2主动控制力布置方案的设计
在设计机械振动时域最优主动控制布置方案时，所面临的一个主要难题就是如何对控制力和传感器位置与数目进行准确确定。因为只有在最佳的位置、最少的数目条件下，才能够达到最优控制的效果。然而实际设计中，为得到更为全面的信息，为更容易达到优化控制目的，设计人员往往会使用较多的控制力与传感器[2]。但这会带来一些弊端，如增加整个系统重量，增加硬件成本，计算机处理传感器、控制力信号耗时更长，控制力、传感器故障发生可能性大大增加，降低整个控制系统可靠性，增大系统整体能源消耗等。不仅如此，控制力与传感器位置对电梯机械振动时域最优控制器的实现与优化设计结果具有极大的影响。因此，对控制力与传感器数目与位置进行准确确定与合理设置十分重要。
为保证高速电梯机械振动时域最优主动控制力布置方案设计的科学合理，需要对安装方便性、控制能量大小、控制效率等进行充分考虑，并在布置好控制力后，建立机械振动主动控制数学模型。
3时域最优主动控制结果分析
根据上文设计方法，在不考虑其他因素的情况下，本文提出了两种控制力布置方案，一种为在轿厢和轿架之间施加控制力，一种为在承重梁与基础之间施加控制力[3]。若以轿厢控制为目标则采用第一种方案，若以轿厢加速度为目标，则采用第二种方案。
按照第二种控制力布置方案，针对高速电梯重载上升状态，在控制采用不同加权系数的情况下，控制后的轿厢振动加速度响应时间、控制力施加情况等与控制前相比，都取得了较为理想的控制效果，且控制率也有一定程度提高。然而如前所述，虽然对控制力施加较小的加权系数或增加系统控制指标加权系数能够使控制响应时间大幅减少，但需要的控制力也会随之而增大，所消耗的控制能量也会增多。
4总结
根据上文对高速电梯机械振动时域最优主动控制的研究可知，虽然现代控制理论目前已建立出了一套相对严谨成熟的控制算法，但面对发展迅速的科学技术，其仍存在较多的不足与局限。为弥补这一缺陷，在今后的发展与应用中，控制理论在保持高控制精度的基础上，还应将越来越受到人们高度重视的系统模型误差分析方法应用其中。
参考文献：
[1]包继虎.高速电梯提升系统动力学建模及振动控制方法研究[D].上海交通大学，2014.
[2]马幸福.基于虚拟样机技术的高速电梯系统动态特性仿真研究[D].湖南大学，2009.
[3]尹纪财.中高速电梯曳引系统振动问题的研究[D].苏州大学，2011.
关键词：高速电梯；机械振动；时域最优；主动控制
前言
随着科学技术的不断进步，电梯建设在速度上有了很大的提升，而为了在电梯速度得到提升的同时，其运行安全性也能够得到有效的提升，就必须对其机械振动时域最优主动控制进行深入探究，对其主动控制力及其布置方案进行科学合理的设计，以减少电梯运行给人们带来的安全隐患。
1高速电梯机械振动时域最优主动控制力的设计
实际上，对于一般性能指标进行最优主动控制是非常复杂繁琐的，很难用简单的解析形式描述出来，而具有二次性能指标的线性系统最优主动控制则可以用解析式清楚的表述出，且计算过程较为简单。该线性系统是当前控制理论中最为成熟与重要的部分，对与控制理论相关内容的研究与解析具有重要的指导作用。
所谓最优主动控制，就是在同时考虑控制与响应两者之间相互矛盾要求的基础上，使控制器性能指标达到最优化设计的一种控制过程[1]。高速电梯机械振动的时域最优主动控制设计是以时间特定函数满足一定要求为前提基础，在状态空间中来进行的，这就需要建立系统状态空间模型。状态空间模型设计方法对具有多输入、输出关系的时域控制器设计尤为适用。
通过对一般时变系统的考虑，假设系统状态空间模型为
X(t)= A(t)X(t)+ B(t)U(t)+ d(t)
X(t0)= X0
Y(t)= C(t)X(t)
其中，Y为输出列向量，即受控响应，它是状态的某种线性组合，如速度、加速度、位移等，U为控制力矩阵，即最优主动控制，d为确定性外扰列阵。将相应维数权矩阵取值、预留稳态响应列阵取值、期望瞬态响应列阵取值、控制起始时间和终止时间共同带入到目标函数当中，求出目标函数的最小解。从目标函数涉及变量可以看出，要想系统响应时间短就需与期望值尽可能的接近，即增大权矩阵取值。在这一过程中，无论出现的是跟踪问题还是调节器问题，高速电梯机械振动的时域最优主动控制解都可以通过哈密顿函数的极值条件计算出来。利用哈密顿函数可以将时域最优控制力设计最终转化为矢量微分方程和矩阵微分方程的求解。
在高速电梯机械振动时域最优主动控制力实际设计当中，对状态系统在整个运行时间内进行离散化处理，将每个时间间隔内时域系统视为时不变系统，然后采用上述方法进行控制求解，可以得出电梯时域控制的最优解，并且所得出的时域最优主动控制能够保持闭环系统始终处于稳定状态。
2主动控制力布置方案的设计
在设计机械振动时域最优主动控制布置方案时，所面临的一个主要难题就是如何对控制力和传感器位置与数目进行准确确定。因为只有在最佳的位置、最少的数目条件下，才能够达到最优控制的效果。然而实际设计中，为得到更为全面的信息，为更容易达到优化控制目的，设计人员往往会使用较多的控制力与传感器[2]。但这会带来一些弊端，如增加整个系统重量，增加硬件成本，计算机处理传感器、控制力信号耗时更长，控制力、传感器故障发生可能性大大增加，降低整个控制系统可靠性，增大系统整体能源消耗等。不仅如此，控制力与传感器位置对电梯机械振动时域最优控制器的实现与优化设计结果具有极大的影响。因此，对控制力与传感器数目与位置进行准确确定与合理设置十分重要。
为保证高速电梯机械振动时域最优主动控制力布置方案设计的科学合理，需要对安装方便性、控制能量大小、控制效率等进行充分考虑，并在布置好控制力后，建立机械振动主动控制数学模型。
3时域最优主动控制结果分析
根据上文设计方法，在不考虑其他因素的情况下，本文提出了两种控制力布置方案，一种为在轿厢和轿架之间施加控制力，一种为在承重梁与基础之间施加控制力[3]。若以轿厢控制为目标则采用第一种方案，若以轿厢加速度为目标，则采用第二种方案。
按照第二种控制力布置方案，针对高速电梯重载上升状态，在控制采用不同加权系数的情况下，控制后的轿厢振动加速度响应时间、控制力施加情况等与控制前相比，都取得了较为理想的控制效果，且控制率也有一定程度提高。然而如前所述，虽然对控制力施加较小的加权系数或增加系统控制指标加权系数能够使控制响应时间大幅减少，但需要的控制力也会随之而增大，所消耗的控制能量也会增多。
4总结
根据上文对高速电梯机械振动时域最优主动控制的研究可知，虽然现代控制理论目前已建立出了一套相对严谨成熟的控制算法，但面对发展迅速的科学技术，其仍存在较多的不足与局限。为弥补这一缺陷，在今后的发展与应用中，控制理论在保持高控制精度的基础上，还应将越来越受到人们高度重视的系统模型误差分析方法应用其中。
参考文献：
[1]包继虎.高速电梯提升系统动力学建模及振动控制方法研究[D].上海交通大学，2014.
[2]马幸福.基于虚拟样机技术的高速电梯系统动态特性仿真研究[D].湖南大学，2009.
[3]尹纪财.中高速电梯曳引系统振动问题的研究[D].苏州大学，2011.