根據(jù)電機矢量控制的有關(guān)數(shù)學推導，可以得到不管在任何情況下，電梯系統(tǒng)在突然開閘的情況下，系統(tǒng)的初始加速度均為，如此看來，不管如何優(yōu)化設(shè)定系統(tǒng)的參數(shù)，能夠改變的僅僅是加速度的變化模式及其經(jīng)歷過程的時間長短，而其最大加速度數(shù)值是無法改變的。實際系統(tǒng)當然不會這么理想，至少傳感器會有分辨率問題和濾波延時，數(shù)字控制采樣也有周期，PWM的開關(guān)控制也會有時延，因此系統(tǒng)的響應(yīng)會達不到上述分析的效果，也就是實際的結(jié)果分析的更惡劣。

但是，另一方面制動器的釋放其實不可能是瞬時的，也就是說惡劣的階躍力矩變化狀態(tài)也是不至于發(fā)生，實際情況總應(yīng)該是某種程度的斜坡力矩，這又會對啟動沖擊帶來好的影響！為了簡單起見假設(shè)電梯啟動時制動器制動力矩是單位斜坡減小的，經(jīng)過理論推導可以得出此時電梯系統(tǒng)的加速度數(shù)值肯定是從零逐漸增加的，而不是一開始就突然是一個最大的數(shù)值。

制動器打開過程中力矩函數(shù)的更精確模型是按照指數(shù)增長，因為制動器的線圈是一個電感電阻回路，在階躍電壓的作用下線圈電流增長模式是標準的指數(shù)增長函數(shù)，且在鐵心不飽和的情況下電磁吸力與電流的平方成正比！因此經(jīng)過簡單的推導可以得到電梯啟動時施加到電機的力矩函數(shù)表達式（1），其中為制動器線圈的時間常數(shù)。

這是在簡單地認為制動器制動力矩恰好等于負載力矩下的結(jié)果，實際上制動器的制動力矩一定大于負載力矩才能保證足夠的安全系數(shù)，因此（1）式將變成另外的形式，可以通過階躍函數(shù)及其時延函數(shù)與（1）式線性組合得到，也就是系統(tǒng)的基本特性仍可以由（1）式來分析而具有足夠的代表性。這樣的話，同樣可以推導并通過初值定理得到系統(tǒng)初始加速度為零的結(jié)論。

為了增加直觀性，我們以某一參數(shù)組合情況進行了仿真，發(fā)現(xiàn)在斜坡力矩下無論是位移還是加速度的數(shù)值，與階躍力矩相比都有了成數(shù)量級的減小，由此可見，解決開閘啟動沖擊的振動問題，最有效的辦法是盡量延緩制動器的動作過程，使得制動力矩慢慢消失，而不能太快開閘！表1給出不同的斜坡上升時間條件下最大加速度的對比。

表1 不同延時的最大加速度

根據(jù)上述分析結(jié)論，我們進行了實際電梯的測試，用Hioki電流傳感器進行實測的結(jié)果提供如下供參考，傳感器的頻響范圍為DC～100 kHz。首先可以明確的是安川L1000A的C5－16參數(shù)很重要，是轉(zhuǎn)矩指令的濾波時間，該時間應(yīng)該設(shè)置為0.1秒左右，則零伺服時的速度比例增益才可以調(diào)到比較大的數(shù)值例如20，如果C5－16為默認的0則零伺服速度比例增益調(diào)不大。另外S3－02的功能也有明顯的效果，該功能開啟和不開啟會產(chǎn)生明顯的差異，主要是沒有該功能時起動瞬間會出現(xiàn)低頻的來回抖動。圖1是抱閘的一個完整動作過程的電流波形，從圖1中可以精確地得到抱閘的動作時間，這一方法我認為具有最高的精確性。如何得到抱閘動作時間呢？很顯然電磁線圈的電流上升是近似指數(shù)曲線的形式，而且會有3段明顯的指數(shù)上升（下降）過程：第一段是促動階段，此時銜鐵處于靜止狀態(tài)，當電磁吸力達到彈簧力以后，銜鐵開始移動；這就是第二階段的開始，隨著銜鐵的加速，此時運動會產(chǎn)生一個反電勢，因此線圈電流會逐漸下降，直到銜鐵到達終點；第三階段就是銜鐵到達終點后保持靜止，此時線圈電流又繼續(xù)按照指數(shù)形式增長到穩(wěn)態(tài)值。從圖1可以看到第二階段的時間是很短的，正是從這一特點很容易從電流曲線中測量出抱閘的動作時間，本例為0.49秒。

在該抱閘動作時間下，我們再記錄曳引機某相的電流波形，從電梯開始啟動到停車的完整過程該相電流波形如圖2所示，電梯為滿負載。從電流曲線可以明顯看到零伺服的鎖定情況，細節(jié)情況為圖3所示，對于電流曲線的解讀，有幾個需要明確的問題：其一是鎖定時電流為直流，因為電機未旋轉(zhuǎn)的緣故；其二是鎖定穩(wěn)定后電流的方向和大小有隨機性，因為轉(zhuǎn)子位置存在隨機性；其三是如果出現(xiàn)倒溜的情況，則電流曲線一定會發(fā)生變化，甚至電流方向都會改變，同樣是由于轉(zhuǎn)子位置發(fā)生了變化的緣故！

圖2 曳引機單相電流波形

為了增加分辨率，記錄多次曲線，選取鎖定電流較大的作為分析對象，圖17中的鎖定電流幾乎達到了額定電流，可見此時轉(zhuǎn)子位置恰好處于接近該相的正交點。圖17的電流曲線近乎完美，可以斷言轉(zhuǎn)子幾乎沒有可測出的倒溜，電梯起動過程自然不會有任何的感覺！在鎖定的最后階段實際上已經(jīng)開始加速了，因此電流變大，隨后轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)，電流變小繼而改變方向。另外從圖17可以看出，伺服鎖定的時間為234 ms，這一時間當然與制動器動作快慢密切相關(guān)。如果制動器動作迅速，則電流上升也會隨著迅速，反之也是成立的。

圖3 零伺服鎖定過程細節(jié)

然而，我們要思考的一個問題是：如果制動器動作足夠迅速，那么電流上升的過程最快能到什么程度呢？要回答這個問題，我們只能分析電梯停止后變頻器的基極封鎖過程，也就是圖4的最后階段！

圖4為基極封鎖的細節(jié)，非常幸運的是電梯停止位置時該相的零伺服鎖定電流恰好也接近額定電流，從波形數(shù)據(jù)中得出的電機電流衰減時間為25.75 ms，這就是電機的電磁慣性作用下電流衰減的限制條件！很自然的，我們也可以推斷出電機電流的最短上升時間不會短于25 ms左右。電磁慣性主要與電機繞組的電感與電阻之比值有關(guān)，該比值越大則電流變化越慢。關(guān)于基極封鎖的過程，對電梯的性能也會有顯著的影響，實用中25 ms的時間太短了，電機力矩在這么短的時間內(nèi)由額定值下降到零，會產(chǎn)生一系列的問題。

圖4 基極封鎖細節(jié)

首先，對電機和其他機械結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生明顯的沖擊效應(yīng)，并產(chǎn)生噪聲！我們以起重機吊起重物為例進行說明，如圖5所示，傳統(tǒng)上機械制動器制動于電機軸上，但近年來由于安全性能的加強，制動器作用于低速軸越來越多，圖5即是這種情況，其制動器直接作用于重物升降導軌上，問題由此產(chǎn)生。當停車時，總是先減速至停止狀態(tài)，然后機械剎車動作，最后撤消變頻器運行（方向）信號。由于系統(tǒng)總有彈性，則撤消變頻器運行（方向）信號的瞬間，電機輸出力矩突然消失，結(jié)果整個系統(tǒng)出現(xiàn)強烈的反彈并引發(fā)明顯的振動和噪聲（根據(jù)動力學原理，反彈的力將等于重物重力，由此導軌系統(tǒng)也將瞬時承受2倍的重物重力）。尤其在傳動系統(tǒng)包括制動器存在間隙時，沖擊和噪聲會更加明顯！就拿永磁無齒輪曳引機來說，如果延長制動器動作與基極封鎖之間的時間間隔，在抱閘抱死后可以明顯分辨出當撤銷變頻器方向信號時，電機內(nèi)會發(fā)出“咣”的一聲，也即永磁鐵和線圈系統(tǒng)受到了嚴重的沖擊。

其次的一個現(xiàn)象是電梯檢修運行時，如果電機處于發(fā)電狀態(tài)，比如空轎廂向上檢修運行，則當檢修人員釋放運行按鈕時，本來期望是電梯立即停車，但實際上由于抱閘不可能做到瞬時制動，這就存在了一個失控時間，電梯反而瞬時加速上行然后再在抱閘的作用下停車，這不僅憑空增加了停車時的沖擊，還使人員處于危險的狀態(tài)！當抱閘機電慣性大而使得滯后時間較多時，電梯溜車的距離可達1米以上！究其原因，也是由于變頻器運行信號撤消時，電機力矩瞬間降至零所至。

再次是電梯的沖頂蹲底故障，電梯運行時，總會由于某種原因而使得限位開關(guān)動作，這本來是一個小“故障”，甚至連故障都算不上，因為完全不需人為干預，電梯即可照常繼續(xù)服務(wù)，但是實際上哪怕是以近乎零速撞擊限位開關(guān)，電梯也有一半的概率會使得極限開關(guān)動作，這一半的概率對應(yīng)于電機的發(fā)電制動運行狀態(tài)。極限開關(guān)動作就變成了大故障了，不僅導致乘客長時被困，而且給維保人員帶來了很大的麻煩，因為要放出乘客并恢復電梯服務(wù)，非得爬上機房短接安全回路或手動盤車方可，而之后可能還要爬到底坑恢復緩沖器開關(guān)。每每發(fā)生這種情況時，電梯的維保人員總是百思不得其解，總是懷疑限位開關(guān)沒有起到作用并反復檢查限位開關(guān)是否不能可靠斷開，殊不知恰恰相反，如果限位開關(guān)沒有斷開反而不會沖極限！??！電梯的這一常見故障與上面檢修溜車其實是同一個問題：當限位動作時，電梯立即抱閘并撤消變頻器的方向信號，由于抱閘起作用總要一個時間，而變頻器力矩消失卻幾乎不要時間，因此，電梯反而加速運行直到抱閘起作用而停止，遺憾的是這一失控時間已經(jīng)足夠沖到極限甚至緩沖器位置了。

很顯然，解決上述“停車失控”問題的一個辦法就是改變變頻器的停車方式，使得撤銷方向信號后，電流和力矩逐漸可控地下降！日方專家在開發(fā)富士Lift變頻器的過程中接受了筆者的這一建議，增加了一個參數(shù)L56可以設(shè)定力矩下降時間最長為20秒，實際使用中一般只要0.2秒以上就可以了，國內(nèi)的蒙德、默納克、新時達等變頻器等也提供了這一重要的功能！