多钳盘式电梯制动器的力矩协同容错控制方法和系统与流程

本发明涉及高速电梯制动领域，具体而言，涉及一种多钳盘式电梯制动器的力矩协同容错控制方法和系统。

背景技术：

1、多钳盘式制动器是高速电梯曳引机的重要组成部分，电梯事故统计分析表明，电梯使用中发生的严重安全事故多数来自于制动器失效。多钳盘式电梯制动器失效是一种比较严重的故障状态，可能会导致电梯失控、安全事故等风险。电梯制动器失效的主要机理有以下几个方面：(1)制动器片磨损：制动器片在长时间的工作过程中会因磨损而失去制动效果，导致电梯的制动能力下降，甚至失效；(2)制动器片松动：在制动器使用过程中，由于长期振动和疲劳，制动器片或制动器的配件可能松动或脱落，从而导致制动器失效；(3)制动器片油污：外界进入的污物、油污或制动器使用中的泄漏等故障会污染制动器片的制动面，导致制动器失效；(4)制动器机构故障：制动器机构的故障也可能导致制动器失效，如制动器机构的减速齿轮材料损坏、齿轮间隙增大、螺纹松动等问题。多钳盘式制动器失效原因可归纳为以下几方面：(1)制动弹簧压力不足；(2)制动器摩擦片磨损；(3)机械部件冗余度不足；(4)机械部件不可避免的磨损；(5)电梯超负载现象。

2、目前，针对高速电梯制动器的检测主要依赖于检测人员的主观判断，人工判断的检测方法无法给出准确的测量数值，并且，随着电梯使用数量的迅速增长及数智电梯技术的快速进步，传统通过定期检修的方法已经难以保证电梯持续、安全、高效、智慧化运行。

3、并且，多钳盘式制动器中多个制动钳通常采用常闭并联或常开串联检测制动器机械装置的提起，在电梯启动后，如果出现任意一组制动钳的机械装置没有正确打开时，会造成一个常闭并联检测开关没有打开(或常开串联检测开关没有闭合)，电梯在运行时程序可判断检测信号不正确，电梯会因故障停止。由于常开并联或常闭串联检测的是制动器机械装置的释放，在电梯停止时，如果出现任意一组制动器的机械装置没有正确闭合时，会造成一个常开并联检测开关没有打开(或常闭串联检测开关没有闭合)，电梯在停止时程序可判断检测信号不正确，电梯处于故障状态，不能再次运行。而传统的电梯制动方案常通过全部制动钳对制动轮施加制动力矩实现曳引机的可靠制动，不管钳体数量是一个还是多个，都是同步动作的，要么一起处于制动状态、要么一起处于开启状态。因此，现有电梯制动方法无法实现通过对单个或者几个制动钳的单独控制，来调整钳体对制动轮施加制动力矩从而实现曳引机的可靠制动；更加不可能实现当任意制动钳发生故障时，其余制动钳提供补偿力矩，维持制动器总力矩于正常运行中，实现轿厢的安全停靠。

技术实现思路

1、为实现多钳盘式电梯制动器各钳盘力矩的精准分配与精准控制，本发明实施方式提供了一种适于多钳盘式电梯制动器的力矩协同容错控制方法、系统、设备、介质和计算机程序产品，通过协同容错控制实现多个制动钳的同步工作和制动性能的一致性，使得多钳盘式电梯制动器的多个制动器协调配合，保障电梯安全运行，提高整个电梯控制系统的实时性和可靠性。

2、根据本发明的第一方面，本发明实施方式提供了一种适于多钳盘式电梯制动器的力矩协同容错控制方法，其包括：获取所述多钳盘式电梯制动器的预设总制动力矩和实际总制动力矩；判断所述实际总制动力矩是否小于预设总制动力矩；当所述实际总制动力矩小于预设总制动力矩时，获取所述多钳盘式电梯制动器的故障分布信息；根据所述故障分布信息确定所述多钳盘式电梯制动器的实际制动力分布信息和每个制动钳的实际制动力矩；协同容错控制器根据所述实际制动力分布信息、每个制动钳的实际制动力矩和预设总制动力矩确定针对所述多钳盘式电梯制动器的控制律；根据所述控制律控制多钳盘式电梯制动器的执行器改变所述多钳盘式电梯制动器中至少一个制动钳的制动力矩，得到更新后的每个制动钳的实际制动力矩；根据所述更新后的每个制动钳的实际制动力矩和实际制动力分布信息确定更新后的实际总制动力矩。

3、本发明上述实施方式在多钳盘式电梯制动器的实际总制动力矩小于预设值时，根据制动器的故障分布信息确定制动器的实际制动力分布信息和每个制动钳的实际制动力矩，然后通过协同容错控制器确定相应的控制律，进而根据控制律改变多钳盘式电梯制动器中至少一个制动钳的制动力矩，使得非故障制动钳提供补偿力矩，由此得到更新后的实际总制动力矩来维持制动器处于正常运行状态，实现高速电梯综合制动能力的优化与用户乘坐体验的提升。

4、在本发明的一些实施方式中，根据多钳盘式电梯制动器中每个制动钳的预设制动力矩和每个制动钳的预设制动力分布信息确定所述预设总制动力矩；根据多钳盘式电梯制动器中每个制动钳的实际制动力矩和每个制动钳的实际制动力分布信息确定所述实际总制动力矩。

5、在本发明的一些实施方式中，所述控制方法还包括：判断所述更新后的实际总制动力矩是否小于预设总制动力矩；当所述更新后的实际总制动力矩小于预设总制动力矩时，协同容错控制器根据所述更新后的每个制动钳的实际制动力矩确定新的控制律。

6、本发明上述实施方式通过判断更新后的实际总制动力矩与预设总制动力矩之间的关系确定是否继续获取新的控制律，进而调整多钳盘式电梯制动器中至少一个制动钳的制动力矩，使得更新后的实际总制动力矩满足正常运行状态的力矩需要，保证电梯安全运行。

7、在本发明的一些实施方式中，根据所述控制律控制多钳盘式电梯制动器的执行器改变所述多钳盘式电梯制动器中至少一个制动钳的制动力矩包括：根据所述控制律确定所述每个制动钳对应的单个执行器的制动变量；所述单个执行器通过控制所述制动钳的弹簧行程改变所述多钳盘式电梯制动器中至少一个制动钳的制动力矩。

8、在本发明的一些实施方式中，根据所述每个制动钳的实际制动力矩和每个制动钳的预设制动力矩确定跟踪误差；根据所述故障分布信息、每个制动钳的制动力矩区间和每个制动钳的制动参数确定所述每个制动钳对应的单个执行器的状态模型；根据所述跟踪误差、每个制动钳对应的单个执行器的状态模型和每个制动钳之间的耦合关系确定所述协同容错控制器的控制律计算模型。

9、在本发明的一些实施方式中，所述控制律计算模型由下述公式构成：

10、

11、其中，ui(t)为控制律，为第i个单个执行器的状态，aij为第一矩阵a(单个制动钳的性能常量矩阵)中第i行第j列的元素，xj(t)为第j个单个执行器的实际状态向量，ei(t)为所述跟踪误差，μm为大于零的常数，bim为根据所述每个制动钳之间的耦合关系确定的第二矩阵，τdim(t)>0为外部扰动τdi(t)的上界，si(t)为协同容错控制器的滑模函数，sign(·)为符号函数，内部值为正时取值为1，为负时取值为-1。

12、根据本发明的第二方面，本发明实施方式提供了一种适于多钳盘式电梯制动器的力矩协同容错控制系统，其包括：总制动力矩获取模块，用于获取所述多钳盘式电梯制动器的预设总制动力矩和实际总制动力矩；总制动力矩判断模块，用于判断所述实际总制动力矩是否小于预设总制动力矩；协同容错控制模块，用于当所述实际总制动力矩小于预设总制动力矩时，执行下述操作：获取所述多钳盘式电梯制动器的故障分布信息；根据所述故障分布信息确定所述多钳盘式电梯制动器的实际制动力分布信息和每个制动钳的实际制动力矩；协同容错控制器根据所述实际制动力分布信息、每个制动钳的实际制动力矩和预设总制动力矩确定针对所述多钳盘式电梯制动器的控制律；根据所述控制律控制多钳盘式电梯制动器的执行器改变所述多钳盘式电梯制动器中至少一个制动钳的制动力矩，得到更新后的每个制动钳的实际制动力矩；根据所述更新后的每个制动钳的实际制动力矩和实际制动力分布信息确定更新后的实际总制动力矩。

13、本发明上述实施方式在多钳盘式电梯制动器的实际总制动力矩小于预设值时，协同容错控制模块根据制动器的故障分布信息确定制动器的实际制动力分布信息和每个制动钳的实际制动力矩，然后通过协同容错控制器确定相应的控制律，进而根据控制律改变多钳盘式电梯制动器中至少一个制动钳的制动力矩，使得非故障制动钳提供补偿力矩，由此得到更新后的实际总制动力矩来维持制动器处于正常运行状态，实现高速电梯综合制动能力的优化与用户乘坐体验的提升。

14、根据本发明的第三方面，本发明实施方式提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时，使得计算机执行如下操作：所述操作包括如上任意一种实施方式所述适于多钳盘式电梯制动器的力矩协同容错控制方法所包含的步骤。

15、根据本发明的第四方面，本发明实施方式提供一种包括存储器和处理器的计算机设备，所述存储器用于存储一条或多条计算机可读指令，其中，所述一条或多条计算机可读指令被所述处理器执行时能够实现如上任意一种实施方式所述的适于多钳盘式电梯制动器的力矩协同容错控制方法。

16、根据本发明的第五方面，本发明实施方式提供一种包括计算机程序的计算机程序产品，所述计算器程序被处理器执行时实现如上任意一种实施方式所述的适于多钳盘式电梯制动器的力矩协同容错控制方法。

17、由上述可知，本发明实施方式提供的适于多钳盘式电梯制动器的力矩协同容错控制方法、系统、设备、介质和计算机程序产品，通过协同容错控制策略协调多钳盘式电梯制动器的多个制动钳输出的力矩，避免了对每一个制动器(子系统)进行单独控制的冗杂，将每个制动钳的控制目标统合为总制动力矩(制动器整体力矩)，以全局性能指标替代复合型子系统指标，从全局考察整个多钳盘式电梯制动器系统在故障情况下如何实现全局的稳定性、一致性、同步性、最优性。具体而言，根据制动器的故障分布信息确定制动器的实际制动力分布信息和每个制动钳的实际制动力矩，然后通过协同容错控制器确定相应的控制律，进而根据控制律改变多钳盘式电梯制动器中至少一个制动钳的制动力矩，使得非故障制动钳提供补偿力矩，由此得到更新后的实际总制动力矩来维持制动器处于正常运行状态，实现高速电梯综合制动能力的优化与用户乘坐体验的提升。