基于改进直接转矩控制策略的PLC的电梯控制系统设计

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摘要
随着国内城镇化进程的快速推进，高层建筑大量建设，成为人们的主要居住建筑形式。电梯作为高层建筑必不可少的工具，其性能好坏对于人们的乘用感受有直接的影响，因此有必要对电梯系统的控制系统进行深入的研究，设计出节能高效而又兼具高可靠性的电梯控制系统。传统的电梯控制系统基于继电器接触控制电路进行电梯运行控制，这种控制方式不但可靠性差，而且使用寿命较短，正逐渐被可编程逻辑控制器所替代。
针对当前电梯控制技术中操作不便、设备自动化水平低、实时监控不理想等问题，本论文以六层电梯为研究对象，在分析了PLC控制技术以及组态控制技术的基础之上，开展了基于PLC与组态软件的控制系统硬件设计、软件设计，具体研究内容主要包括：第一，进行电梯控制系统的总体方案设计。经过多次现场考场及查阅资料，根据市场实际需求，完成了基于PLC与组态的六层电梯控制系统结构方案设计及总体方案设计，为下文控制系统软件设计及硬件设计提供了基础；第二，设计基于超级电容的电梯节能模块进行电梯制动过程能量的回收，利用所设计buck-boost变换器即双向直流变换器实现对电梯驱动系统反馈能量的回收再利用；第三，对系统硬件进行设计，经过对电梯控控制要求、PLC、组态软件及其他硬件的分析了解，依据六层电梯控制系统的控制要求，完成了控制系统主电路、辅助电路及PLC外部接线图的设计；第四，对电梯控制系统软件进行设计，依据论文设计的六层电梯控制系统的控制要求，研发了基于力控组态的人机友好交换界面的开发，为监控对象的完成了电梯运行的实时监控及人机数据交换；第五，在完成了基于PLC与力控组态六层电梯控制系统软件及硬件设计后，分别对PLC程序、组态界面等硬件及软件各分系统进行了调试、模拟运行。具体内容包括PLC梯形图程序的仿真调试、利空组组态人机相关界面的离线及在线仿真、整个控制系统联动试运行等。
从系统测试效果看，所设计电梯控制系统各项功能正常，具备投入使用的条件。所开发电梯控制系统具有较佳的控制性能，一方面提高了电梯维故障检修的便捷性，同时还避免了人工控制电梯引起的一系列问题，取得良好的应用效果。通过本文的研究，为高层电梯设计提供理论参考，同时对电梯群控技术的发展奠定理论基础。
关键词：电梯控制；PLC；组态软件；梯形图；
1绪论
1.1课题研究背景与意义
近年来，随着我国经济状况的快速好转，居民的生活水平大幅提升，城镇化进程明显加快，越来越多的居民开始享受城镇化带来的生活方式的转变。与此同时，各地城镇化建设步伐也大幅加快，高楼大厦如雨后春笋般遍地矗立，而电梯作为高层建筑的交通工具，承担着人员、货物运送的重任，是日常生活、工作中不可或缺的工具。
电梯最早可追溯到十九世纪末期，由X奥的斯公司推出的第一台电梯，这台电梯采用直流电动机作为驱动源，运行速度仅为10m/min。随后在二十世纪初期，交流电动机取代直流电动机进行电梯的驱动，为电梯提供更为强劲的动力支持。1902年，瑞士迅达公司推出了按钮式自动电梯，通过按钮控制电梯的输送过程，具有较高的输送能力及可靠性。1932年，X奥的斯电梯公司在天津利顺德酒店安装了国内第一台电梯，将电梯技术引入国内。1950年，奥的斯电梯公司推出了观光电梯产品，使用户通过玻璃窗眺望建筑外围景观。随着中国改革开发政策的实施，我国电梯行业也步入快速发展阶段，现如今在我国任何一座城市、任何一座高楼，电梯都在人员、货物的运送方面发挥着重要作用。
在实际生活过中，电梯控制控制技术水平不仅影响电梯运行安全，同时严重制约着运行效率及监控效果。在影响电梯运行安全的因素中，除电梯材质等因素外，电梯控制的自动化程度也是其中之一。早期的电梯控制技术，大多都是接触器、继电器、行程开关、控制器等元器件，这些元器件组成的系统的控制精度不高，同时无法实现实时监控，再加上人为因素增大了其随意性、降低了运动精度等。基于当前市场背景，研发一套实用意义强的电梯控制系统势在必行。随着控制技术及组态监控技术的发展，再加上人们对电梯自动化控制的要求越来越高，相应的控制技术也逐步被应用。可编程逻辑控制器及组态软件凭借自身精度高、稳定性好、编程容易、人机界面开发简单、界面逼真等独特优势，已逐步取代传动的电路控制，成为控制技术领域的主流产品。目前，在电梯控制系统研发过程中，自动化控制及实时监控是其关键问题，自动化控制的程度及实时监控效果直接影响系统的安全、精度及效率。
随着工业技术的迅猛发展，基于PLC与组态的控制技术依靠其特有的优势，在工业生产中扮演着举足轻重的角色，已成为当今社会各个行业中不可缺少的控制技术之一。基于PLC与组态软件设计的电梯控制系统，能够实现高度自动化地电梯控制，具有较高的可靠性和经济性，同时控制系统具有较高的控制精度，对于高层电梯控制应用同样适用。因此，进行基于PLC的电梯控制系统的设计与实现，有助于国内电梯行业控制技术的进步，对于高层电梯控制系统的开发同样具有借鉴意义。
1.2课题国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
在计算机技术、通信技术快速进步的同时，自动化建筑在西方国家中逐渐成为一种趋势，诸多科研机构围绕建筑应用进行建筑相关的自动化产品研发。电梯作为集机械设计、电气设计的设备，涉及到电气技术、机械技术以及电子技术。电梯的生产数量及使用情况可以从侧面反映一个国家或者地区的工业化程度及经济发展情况。目前世界范围内较为知名的电梯生产公司有日本三菱公司、日立公司，X的奥的斯电梯公司和芬兰的科恩公司，这几家电梯公司生产了世界上50%以上的电梯产品，其中奥的斯电梯公司是最早从事电梯设计、开发的电梯公司，也是最负盛名的电梯公司。随着现代化建筑工艺的进步，建筑高度持续攀升，电梯作为垂直运输工具起着至关重要的作用。电梯的设计涉及到电子技术、电气技术以及机械传动、土建等领域，同时还需要考虑美观性、可靠性以及舒适性，部分电梯中集成故障报修、消防报警等功能，为用户提供全面的服务。当今，国外的直流电梯已经被交流电梯所代替，而且液压电梯已经被广泛运用于低层楼房。还有，电梯家族加入了新的成员——家用小型电梯。
在驱动控制技术方面，调频调压电梯控制技术成为电梯驱动的主流技术，这种技术能够有效提升电梯的控制质量，且具有较高的能效。调频调压控制技术采用微控制器进行电气启动、加速、制动环节的电机驱动控制，使电梯的运动尽量平稳，表现出节能、高功率因素、调速性能优异等优点，成为现代电梯行业的研究热点。
在电梯控制系统方面，传统的电梯广泛采用接触器、继电器、行程开关、控制器等元器件进行电梯的人工控制，这种控制系统的控制精度不高，同时无法实现实时监控，再加上人为因素增大了其随意性、降低了运动精度等。而随着微控制系统技术的进步，人们基于微控制进行电梯的控制，以德、美、日为代表的发达国家，依靠自身的软件及控制方面的科技优势，在自动化及监控技术方面取得了不错的成绩。当今，电梯控制系统包括PLC控制、继电器控制与微型计算机控制三个方面的技术。随着电梯技术不断发展，技术发展越来越受到国外电梯公司的重视，越来越多的物力、财力与人力被投放到完善电梯工艺与创新电梯技术方面。PLC控制系统已被运用于电梯控制系统中，PLC包括以下优势：灵活性强、稳定性高、节约能耗以及操作便捷等。所以，PLC已经开始取代继电器控制技术，作为一种的电梯控制系统，受到广泛运用。根据对当今高端电梯产品的研究，交流调速和PLC控制结合的控制方法已被大量企业运用于电梯控制系统中，因为该控制方法稳定性好、性能优良，主导了电梯产业的发展趋势。
在电梯辅助功能方面，国外的研究具有较强的前瞻性。随着智能建筑、信息化建筑概念的产生，电梯不仅仅局限在垂直运输这一基本功能范围内，同时还需要结合以人为本的思想提高运行效率及舒适度，比如基于专家系统、神经网络算法或者模糊理论解决“时间最短”问题，通过远程监控实现故障快速诊断等，将智能控制思想引入电梯控制系统。
1.2.2国内研究现状
我国的电梯行业起步较晚，在解放前国内使用的电梯数量不超过两千台，且电梯产品基本以进口为主，电梯生产能力基本为零。解放以后，随着国家对工业的重视，电梯企业逐渐增多，到上世纪七十年代，电梯产业已经初具规模，但此时期生产的电梯产品的功能较少，局限在基本功能范围内，且产品的可靠性较差。随后在改革开放之后，国内电梯企业引进外国电梯企业先进技术，逐渐产生了一批具有较强技术实力的合资型电梯企业，如广州电梯工业公司、上海三菱电梯公司、天津奥的斯电梯公司、中国迅达电梯公司等，各大电梯企业通过吸收与消化外国先进生产技术与管理经验，对现有电梯产品进行功能完善与性能改进，使得电梯产品质量、企业市场核心竞争力得到显著提升。
现如今，我国已经成为世界上电梯数量最多的国家，电梯控制技术在过去的几十年间取得较快的进步。目前国内电梯控制技术基本有以下三类，一是单片机控制，使用环境要求较高，编程困难；二是可编程控制器控制，编程方便，开放性好；三是专用控制器，开放性能差。国内电梯企业通过与国际电梯企业合作开发的方式，逐步引入先进的控制技术及组态见控制技术，同时国内自主研发也取得不错的成绩，比如力控组态、信捷PLC控制器等表现出较强的可靠性，在电梯控制系统的市场份额逐步上升。
当前阶段，国内电梯行业朝着节能、安全方向突飞猛进，数据统计显示，国内节能电梯普及率相对国际而言明显偏低，以无齿轮电梯为例，其市场占有率仅为9%，而循环电能的电梯市场占有率仅为2%，严重低于国际平均水平。随着绿色能源、绿色电器概念的提出，国家对绿色节能相关企业的扶持力度逐渐加大，预期到今后十年，国内节能电梯的市场增长率将达到20%左右，市场销售额将增长至500亿元人民币左右。相对于节能而言，用户更关注电梯的可靠性与安全性，且电梯的安全技术逐渐被双向安全系统所替代，有效提升电梯的安全运行性。现如今，电梯用户对产品的需求关注点放在节能、安全方面，有力地促进了电梯厂商对相关技术的研发，虽然我国电梯技术相对国外仍有明显的差距，但庞大的市场需求量以及国内电梯制造型企业不断提升的技术研发实力，我国电梯产业必将以迅猛的发展速度成为世界电梯产业的重要力量。
综合看来，国内电梯行业的发展表现出以下特点：首先，电梯逻辑控制技术从过去简单的继电器-接触器控制方式发展为可编程逻辑控制器控制模式，控制方式也从手柄控制转变为并联控制、集选控制以及群控等更为复杂的控制形式，且控制系统可靠性有明显的改善；第二，电梯的驱动电机由直流式向交流式转变，交流拖动电梯由变极调速转换为调频调压调速，表现出更佳的舒适性；第三，电梯的辅助功能越来越多，在发声故障后电梯自动进行紧急停车，保障轿厢内乘员安全，同时乘员可利用通话功能、报警功能与外界取得联系。
1.3课题研究目的与主要内容
本课题在对六层电梯控制需求市场分析的基础之上，以目前现有电梯控制技术为基础，将PLC控制技术及组态监控技术引入到电梯控制系统中，进行六层电梯控制系统的设计与实现。所做工作主要包括以下方面：
1、进行电梯控制系统的总体方案设计。经过多次现场考场及查阅资料，根据市场实际需求，完成了基于PLC与组态的六层电梯控制系统结构方案设计及总体方案设计；
2、设计基于超级电容的电梯节能模块进行电梯制动过程能量的回收，利用所设计buck-boost变换器即双向直流变换器实现对电梯驱动系统反馈能量的回收再利用；
3、对系统硬件进行设计，经过对电梯控控制要求、PLC、组态软件及其他硬件的分析了解，依据六层电梯控制系统的控制要求，完成了控制系统主电路、辅助电路及PLC外部接线图的设计；
4、对电梯控制系统软件进行设计，依据论文设计的六层电梯控制系统的控制要求，研发了基于力控组态的人机友好交换界面的开发，为监控对象的完成了电梯运行的实时监控及人机数据交换；以西门子S7-200PLC为六层电梯控制系统的控制核心，建立了PLC与力控组态之间的通讯连接。分别以V4.0STEP7编程软件及Forcecontrol7.0为工具，完成了PLC程序的编写及人机交互界面的开发，借助于友好的人机交互界面对六层电梯运行状态进行实时监控。
5、在完成了基于PLC与力控组态六层电梯控制系统软件及硬件设计后，分别对PLC程序、组态界面等硬件及软件各分系统进行了调试、模拟运行，具体内容包括PLC梯形图程序的仿真调试、利空组组态人机相关界面的离线及在线仿真、整个控制系统联动试运行等。
所设计基于PLC的六层电梯控制系统在以下方面具有明显优势
（1）自动化程度高。采用可编程逻辑控制器进行控制，取代了传统的硬件电路控制，提高了自动化程度。
（2）精度高。系统借助于可编程控制器，开发了相应的控制程序。
（3）操作方便。采用力控组态软件开发的人机交互界面，可对六层电梯运行状态实时监控。
1.4论文研究内容及框架结构
本文的研究内容是进行六层电梯控制系统的设计与实现，以西门子S7-200PLC为六层电梯控制系统的控制核心，建立了PLC与力控组态之间的通讯连接。分别以V4.0STEP7编程软件及Forcecontrol7.0为工具，完成了PLC程序的编写及友好的人机交互界面的开发，借助于友好的人机交互界面对六层电梯运行状态进行实时监控。论文的结构安排如下：
第一章为绪论部分，对电梯控制系统的研究背景与意义进行说明，并对国内外电梯控制系统的发展现状进行综述，最后给出论文研究内容与结构安排；
第二章为控制系统总体方案设计，经过现场考场及查阅资料，根据市场需求调研结果，最终确定基于PLC与组态控制技术的六层电梯控制系统结构方案设计及总体方案设计，为后续的系统开发设计奠定基础；
第三章为电梯控制系统的硬件设计，可编程逻辑控制器是现代工业控制中应用最广泛的控制器之一，本文选择西门子s7-200系列PLC进行电梯控制系统的设计，并进行控制系统主电路、辅助电路以及PLC外围电路的设计；
第四章为基于PLC与组态的六层电梯控制系统的软件设计，首先给出PLC电梯控制流程图，然后进行PLC输入/输出口的分配，随后给出具体的程序梯形图，并完成人机交互界面的设计；
第五章为电梯控制系统的功能测试与验证。对所设计电梯控制系统的人机交互界面及各项控制功能进行测试，验证系统功能完整性。
第六章为总结与展望，对电梯控制系统的开发与实现所做的工作进行总结，并对后续需要完善的地方指明研究方向。
2 电梯及其控制系统技术分析
本章结合电梯使用需求进行电梯控制系统的总体设计。首先经过现场考场及查阅资料，根据市场需求调研结果进行控制需求的明确，在此基础上最终确定基于PLC与组态控制技术的六层电梯控制系统结构方案设计及总体方案设计，为后续的系统开发设计奠定基础。
2.1电梯组成结构分析
在国家标准GB/T7024中，对电梯的定义是：服务于规定楼层的固定式升降设备。随着工业现代化技术的快速发展，电梯的种类与形式也越来越多，根据国内电梯行业习惯，将电梯分为住宅电梯、病床电梯、载货电梯、乘客电梯、客货电梯、特种电梯等形式。作为机电一体化产品的一部分，电梯主要由机械部分、传动部分、电气部分构成，其中机械部分起着躯干作用，传动部分则为电梯提供动力，电气部分进行运动控制，起着神经中枢作用。对电梯进行结构细分，可以分为电梯导向系统、门系统、拽引系统、电力拖动系统、电气控制系统、轿厢、安全保护系统，重力平衡系统共八个子系统，以下对电梯的基本构成进行详细说明。
(1)拽引系统：拽引系统的功能是为电梯输送动力，驱动电梯运动。拽引系统由导向轮与反绳轮，拽引钢丝绳，拽引机构成，其中导向轮与反绳轮通过绕钢丝绳进行传动，直接作用到轿厢进行轿厢驱动；拽引机由电动机、减速箱、制动器以及连轴器构成，是电梯的驱动力来源。
(2)导向系统：导向系统由导轨架、导轨、导靴构成，通过导向系统对轿厢及对重的活动自由度进行限制，避免轿厢对重出现摇动、摆动等运动形式。
(3)门系统：门系统分为开门机、轿厢门和层门，其中开门机设置在轿厢上，进行门开启与闭合的驱动；轿厢门是轿厢入口处的门，在运行过程中保持闭合状态；层门安装在各层的电梯入口处，避免业主落入电梯井。
(4)轿厢：轿厢是人员及货物的运送厢体，为人员或货物提供支撑、通风、照明、消防报警、电梯运行控制按钮板等功能。轿厢分为轿厢架、轿厢体两个部分，其中轿厢架是承重结构，拽引机通过拽引钢丝绳作用在轿厢架上进行轿厢的运动控制，轿厢体则由轿厢顶、轿厢底、轿厢壁等构成，为了提供更为人性化的乘用条件还设置有操控面板、空调机、照明灯等附属设备。
(5)重量平衡系统：重量平衡系统由重量补偿装置、对重构成，其中对重由对重块及对重架构成，对轿厢自重及额定载重进行平衡；重量补偿装置则是对高层电梯中对重侧、轿厢侧因拽引钢丝绳长度变化引起的失衡现象的补偿。
(6)电力拖动系统：电力拖动系统具体包括拽引电动机、供电系统、调速装置、速度检测装置等构成，通过电力拖动系统进行电梯运行的综合控制。拽引电动机是电梯的动力来源，通常选用直流电动机或交流电动机作为拽引电动机；供电系统是为电梯提供能源的装置，电动机转动、轿厢内电气设备的运行均需连接供电系统；速度检测装置用于对轿厢的运动速度进行检测，通常采用速度脉冲发生器或者测速发电机进行速度检测；调速装置是对轿厢运动速度进行调节的装置，由拽引电动机进行驱动，进行轿厢运动速度的调节。
(7)电气控制系统：电气控制系统是电梯运动控制的系统，由楼层显示装置、平层装置、操纵面板等构成。电梯运行逻辑通过控制装置进行电梯运行过程的控制，通常设置在电梯机房控制柜中。操纵装置由厅门召唤箱控制面板、轿厢内按钮面板构成，对电梯停泊楼层进行控制；平层是指在轿厢停靠过程中，确保轿厢与厅门相平齐的位置控制装置；位置显示装置是电梯实时位置显示装置，将楼层信息显示出来，便于轿厢内部、轿厢外部人员观察。
(8)安全保护系统：安全保护系统分为电气保护系统、机械保护系统两种，是电梯安全运营的基础其中电气报喜系统主要包括速度控制等，在电梯运行梯形图中能够相对直观的显示出来；机械保护系统则包括安全钳、限速器、缓冲器等，在轿厢撞底、冲顶时提供缓冲功能；在电梯速度过快时，还具有自动锁止功能，保护轿厢内乘员安全。
传统的电梯在实现功能的同时，对安全保障措施不重视，使得电梯乘用事故频发，带来了一系列的人员伤亡事故。在此背景下，电梯设计、制造商为电梯设计了丰富的安全防护设施，保障电梯的安全、稳定运行，如电磁制动器、急停按钮、限位开关等。以下对电梯的安全防护装置进行分析。
电磁制动器：电磁制动器安装在拽引电动机轴上，这种制动器在通电后启动，并松开制动钳，电梯停层后则断电，制动钳锁止电动机轴，避免轿厢移动。
限位开关：在轿厢位置与端站平层位置重合时仍处于运动状态，则限位开关动作切断电源，产生制动效果强制停车。
强迫减速开关：强迫减速开关装置于井道底部和顶部，在轿厢行经端站但仍未减速时，通过轿厢上的撞块触动减速开关，驱动电机进行强迫减速。
急停按钮：急停按钮部署在轿厢的控制面板上，在轿厢出现运动异常时，按下急停按钮切断电源，电梯即急停车，保护轿厢内乘员安全。
安全开关：安全开关主要分为超载开关、关门安全开关以及厅门开关，通过安全开关避免乘员误操作出现的危险运行状态，如未关好厅门电梯即运行、厅门夹伤、超载运行等。
2.2 变频器分析
2.2.1 变频器原理
变频器的输入端接入工频电源，通过内部硬件电路进行工频电源的频率转换，驱动电动机运转。现阶段最常使用的变频器主要为交-直-交型变频器，工频电源输入后首先通过整流桥整流为直流电，然后再转换为电压、频率可调的交流电。通过调频调压电源驱动电梯电动机，能够确保电动机运行的平缓、高效性。变频器通常由整流电路、中间直流环节、逆变电路以及控制电路四个部分构成，如下图2.1所示：

图2.1 变频器主电路工作原理图

其中整流电路将输入端三相交流电整流为直流电，通过直流中间电路进行滤波、缓冲和储能，逆变电路采用IGBT桥式逆变器进行直流-交流电变换，输出交流电驱动电动机运转。
在进行电梯变频器选型时，主要分析以下指标：
1、变频器输入额定值：主要针对电压参数和相数，国内变频器输入额定值主要分为220-330V/50Hz/60Hz和380V/50Hz三种。
2、输出额定值：具体包括配用电动机容量P_N、输出电压U_N、输出电流I_N和过载能力等。
3、频率指标：指变频器的输出最高值f_max、输出频率最低值f_min，以及频率精度和频率分辨率。
2.2.2 变频器调速机制分析
三相异步电动机转速公式可通过下式进行计算：

结合公式可知，电动机调速可通过调节电动机转差率、电动机极对数以及电源频率的方式，变频器通过输出可调频率电源进行电动机转速的调节，实现电动机调速功能。
对于异步电动机调速，若电机主磁通太弱，则转子在通过同等电流时电动机负载能力不足；电机主磁通过强则容易引起铁芯过热破坏波形，因此在进行异步电动机调速时应尽量保持磁通恒定，电动机定子各相电动势和定子频率呈正比关系。具体公式为：

结合公式可知，要保持极磁通量恒定，则需要使定子各相电势与定子频率保持恒定比例关系变频器通过改变定子电势与频率的方式进行电动机变速调节，实现电梯的运行速度控制。
2.2.3 变频器功能分析
变频器性能与电梯节能型、乘坐舒适性具有紧密关系，以下对变频器频率给定、加减速时间设置、加减速模式选择、节能保护等主要功能进行分析。
1、频率给定功能：变频器通过给定控制信号输出对应频率，给定信号可以为数字信号，也可以为模拟信号，电梯变频器根据输入电压、电流信号进行输出频率的确定，输入端有多个端口进行高电平、低电平的设置，以二进制组合的方式实现多段速度调节功能。
2、加减速时间设置：在电梯启动、制动阶段，变频器输出频率较低，通过变频器设置加减速时间避免电梯冲击问题和电动机电流过大问题，同时也能够有效提升电梯乘坐舒适性。
3、加减速模式选择：不同电梯的应用场景、运送速度设置的不同，需要设置不同的加减速模式。变频器内置不同模式的加减速曲线，常见的有半S型模式、S型模式和线性模式。
4、节能保护功能：变频器设置有自动节能功能，用户可启动此功能使变频器进行最佳工作点的自动搜索，达到电梯节能目的。同时变频器具有过压过流保护功能，避免过载运行时变频器烧毁。
2.3 基于模糊自适应PID控制的电梯调速控制
随着电梯速度控制技术的快速进步，人们设计出了PID控制、伪微分反馈控制、电梯运行速度预测控制、多模式模糊控制、神经网络控制等丰富的控制方法，本文综合PID控制算法简单易实现及模糊控制的控制精准度高的优点，以数字PI控制方法进行电梯速度的实时控制。
2.3.1 模糊PID控制原理
在工程应用领域，比例、积分、微分调节控制方法应用十分广泛，又被称为PID控制。PID控制通过比例（P）、积分（I）、微分（D）进行偏差的线性组合计算控制量，实现被控制对象的控制，具有结构简单、调整方便、稳定性佳等优点。在模拟控制系统中基于下图2.2所示原理进行PID模拟控制器的设计：

图2.2 模拟PID控制系统原理框图

上式中，Kc、TI、TD分别表示比例系数、积分时间常数以及微分时间常数。其中Kc的作用是是系统检测到的偏差进行调节，确保系统偏差在较小的范围内；TI参数能实现对控制系统稳态误差的消除，从而达到对设定值较高的追踪精度。TD参数能够直观的反映控制系统的偏差变化情况，通过对偏差变化趋势的预测，使控制系统具备超前控制功能，将系统偏差消除在产生之前。在实际控制系统中，应进行比例系数、积分时间常数以及微分时间常数三个参数的设置，使PID控制处于最佳状态，满足实际控制需求。
模糊控制是一种基于模糊理论、模糊逻辑推理以及模糊变量的智能控制方法，通过对人的思维逻辑模式进行模仿达到智能决策目的。模糊控制首先基于专家经验制定模糊规则，然后通过传感器进行实时信息的模糊化处理，将处理结果作为模糊规则的输入信息进行模糊推理，基于推理结果进行执行器控制变量的调节。模糊控制原理如下图2.4所示：

模糊自适应PID控制通过运用模糊数学相关理论，利用模糊集进行规则条件及操作的表示，然后将模糊控制规则以及相关信息作为知识库储存于计算机中，利用知识库进行控制系统PID参数的调整。模糊自适应PID控制器具体结构如下图2.5所示：

图2.5 模糊自适应PID控制器结构图

如图所示，rin表示系统输入信息，yout表示系统输出，error表示系统输出与输入之差，ec表示误差变化率参数。通过模糊自适应参数整定，进行PID控制器中比例系数Kc、积分时间常数TI以及微分时间TD三个参数的修改，使控制器性能达到控制需求。
2.3.2 电梯模糊自适应PID控制算法实现
模糊自适应PID控制器基于PID算法进行控制器的设计，首先对系统误差e以及误差变化率ec进行计算，然后通过模糊规则进行智能推理，结合模糊矩阵表调整系统运行参数。在模糊自适应PID控制器的设计过程中，最核心的内容是对工程实践经验的总结，基于工程数据完成模糊规则表的建立，基于此进行PID模糊控制表的生成。本次设计针对kp、ki、kd三个参数构建的模糊规则表如下表2.1、表2.2、表2.3所示：

表2.1 kp模糊控制规则表

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