[0001] 本申请涉及抱闸控制技术领域，特别是涉及一种抱闸电源控制方法、装置、抱闸电源及电梯抱闸系统。

[0002] 抱闸(Brake)是一种机械装置，通常用于电机系统中，其作用是在电机停止运转时提供阻力或制动力，以防止负载意外运动或保持负载的位置稳定。抱闸的打开和关闭是由抱闸电源的输出电压控制的，当抱闸电源与抱闸连接供电时，抱闸打开，使电机能够正常运行；当抱闸电源与抱闸断开时，抱闸制停电机。传统纯硬件抱闸电源的电压转换需要大量的电阻等元器件，电路比较复杂，而不同厂家的抱闸所需电压可能不同，因此抱闸电源需要修改元器件来改变输出的电压以匹配抱闸，导致抱闸电源控制成本较高。同时由于传统抱闸电源的电压转换由纯硬件完成，若输入端存在波动，输出端也必然存在波动，导致抱闸电源输出的电压精度和稳定性不高，控制精度较低。

[0041] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0042] 显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

[0043] 在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

[0044] 除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

[0045] 抱闸(Brake)是一种机械装置，通常用于电机系统中，其作用是在电机停止运转时提供阻力或制动力，以防止负载意外运动或保持负载的位置稳定。抱闸电源用于为抱闸提供电力，当抱闸电源与抱闸连接供电时，抱闸打开，使电机能够正常运行；当抱闸电源与抱闸断开时，抱闸制停电机。图1是本申请实施例中抱闸电源将输入电压转换为抱闸所需电压的原理示意图，其中，抱闸电源的输入电压为市电交流220V，经过压电压继电器、启动电阻继电器、启动电阻、整流器件转换为310V，PID控制模块通过控制PWM波的占空比，从而控制驱动电路中的MOS管，以调节输出电压为目标电压，用于给抱闸供电。

[0046] 本申请实施例提供了一种抱闸电源控制方法，如图2所示，所述方法包括以下步骤：

[0047] 步骤201，采集每个预设周期的所述抱闸电源的输出电压作为反馈电压，计算每个所述反馈电压与目标电压的偏差。

[0048] 具体的，可以通过模数转换器(ADC)采集每个预设周期的抱闸电源的输出电压，预设周期为150us，将所述输出电压作为反馈电压，并通过PID控制算法计算每个所述反馈电压与服务器端设置的目标电压的偏差，计算公式如下：

[0049] Uerror ＝ Utarget – Ureal (1)

[0050] 其中，式(1)中的偏差Uerror为目标电压Utarget与反馈电压Ureal之差。

[0051] 步骤202，根据所述偏差和PID控制参数，计算每个所述预设周期的PID变化量，并将历次所述PID变化量累加，得到当前预设周期的PID输出信号；所述PID控制参数包括比例参数、积分参数以及微分参数；其中，在所述抱闸电源接入负载前，调节所述比例参数、所述积分参数和所述微分参数至第一预设范围内，再控制所述微分参数减小至第二预设范围内。

[0052] 本申请实施例中PID控制算法采用增量式PID控制，并具体设计了适用于抱闸电源的增量式PID控制算法。步骤201中计算得到的电压偏差Uerror作为PID控制的输入。由于PID控制算法有微分过程，需要记录上次电压偏差Uerrorlast，上上次电压偏差Uerrorlastlast，并通过公式(2)计算每个所述预设周期的PID变化量pidincrement：

[0053] pidincrement＝(Kp×(Uerror‑Uerrorlast))+(Ki×Uerror)+(Kd×(Uerror‑2×[0054] Uerrorlastlast+Uerrorlast))(2)

[0055] 其中，式(2)中的Kp为比例参数，Ki为积分参数，Kd为微分参数。计算得出的PID变化量pidincrement可能为正值，也可能为负值。

[0056] 将PID变化量pidincrement累加，可得到当前预设周期的PID输出信号pidout，计算公式如下：

[0057] pidout +＝ pidincrement  (3)

[0058] 其中，比例参数Kp、积分参数Ki、微分参数Kd的调节遵循以下方法：在抱闸电源接入负载前，调节所述比例参数Kp、所述积分参数Ki和所述微分参数Kd至第一预设范围内，再控制所述微分参数Kd减小至第二预设范围内。即每当抱闸电源处于空载状态，采用两段式PID控制参数调节方式进行调节：先将比例参数Kp、积分参数Ki和微分参数Kd各设置为各自第一预设范围内的数值，每个参数的第一预设范围可能不同，此时计算出的PID输出信号能够大幅减小输出电压的超调，提高输出电压精度，并实现输出电压的稳定，例如，该PID控制参数能够使输出电压稳定于偏离目标电压较小范围的第一电压；再将微分参数Kd减小至第二预设范围内的数值，此时计算出的PID输出信号能够提高输出电压的抗干扰性，之后再使抱闸电源接入负载，就能提高整体鲁棒性，使输出电压受输入端波动影响较小，大幅缩小输出电压震荡的幅度和时间。

[0059] 步骤203，根据所述PID输出信号，调节所述输出电压在所述抱闸电源接入负载前稳定，在所述抱闸电源接入负载后在第一时间内稳定至所述目标电压。

[0060] 经过上述两段式PID控制参数的调节，能够确保抱闸电源在空载状态下的输出电压稳定，而接入负载后，又能快速稳定至目标电压，从而避免输入端的波动引起抱闸异常，发生事故。

[0061] 示例性地，在抱闸电源接入负载前，先分别设置比例参数Kp、积分参数Ki和微分参数Kd为第一比例参数Kp1、第一积分参数Ki1和第一微分参数Kd1，以调节所述抱闸电源的输出电压在接入负载前稳定于高于目标电压10V的第一电压，再分别设置比例参数Kp、积分参数Ki和微分参数Kd为第一比例参数Kp1、第一积分参数Ki1和第二微分参数Kd2，第二微分参数Kd2小于第一微分参数Kd1，以调节所述抱闸电源的输出电压在接入负载后于10ms内稳定于目标电压。

[0062] 在其中一个实施例中，所述调节所述比例参数、所述积分参数和所述微分参数至第一预设范围内，包括，依次调节所述比例参数、所述积分参数和所述微分参数。

[0063] 具体地，先固定积分参数Ki和微分参数Kd为0，调节比例参数Kp，当比例参数Kp调节至第一预设范围内的Kp1时，输出电压响应较快，但存在较大的超调；接下来调节积分参数Ki，逐渐增大Ki至第一预设范围内的Ki1，电压输出超调减小，但输出会存在抖动；最后调节微分参数Kd，逐渐增大Kd到第一预设范围内的Kd1，系统超调减小的同时稳态波动减小，输出电压稳定。

[0064] 本申请实施例中的抱闸电源控制方法，通过增量式PID调节以及在抱闸电源空载状态下进行分段调整PID控制参数，实现了抱闸电源输出电压迅速稳定下来，并适用于任意领域的电机抱闸电源上。

[0065] 在其中一个实施例中，控制PID变化量pidincrement不高于最大值，并且不低于最小值，以防止其变化过快，影响PID控制的稳定性。

[0066] 在其中一个实施例中，控制PID输出信号pidout不高于最大值。由于PID输出信号pidout直接与PWM波的占空比相关，该值不能太大，不然会导致转换后的电压过高，击穿功率器件MOS管。

[0067] 在其中一个实施例中，采集每个预设周期的所述抱闸电源的输出电压作为反馈电压，包括：采集并记录每个预设周期的所述抱闸电源的输出电压，并将当前预设周期的输出电压和历次预设周期的输出电压加和后取平均值并归一化处理，得到的电压数据作为输入PID控制的反馈电压。这样可以对采样的输出电压进行滤波。

[0068] 如图3所示，展示了抱闸电源输出目标电压的PID控制回路示意图。其中，目标电压为PID控制模块的给定信号，PID控制模块的输入为第t个预设周期内反馈电压与目标电压的偏差e(t)，该偏差通过PID控制算法和相应的比例参数Kp、积分参数Ki、微分参数Kd的调节，输出调节变量Δu(t)，该调节变量将作用于PWM驱动电路，即调节PWM波的占空比。PWM波占空比将与驱动电路中的MOS管直接相关，PWM波占空比越高，MOS管导通时间越长，驱动电路输出电压越高，反之亦然。驱动电路的输出电压经过运放降压电路输入ADC采样模块，将采集到的当前第t次预设周期的输出电压值，与历次即第(t‑1)～(t‑i)次输出电压值加和，再求平均值和归一化处理，得到反馈电压，与目标电压进行求偏差处理，作为PID控制模块的输入，实现该算法的循环动态调节，最终实现抱闸电源输出电压的稳定输出，保证抱闸的正常运行。

[0069] 本申请实施例中抱闸电源的PID控制模块采用增量式PID控制方法，将目标电压与抱闸电源当前输出的反馈电压进行比较，通过改变PWM波的占空比，调节抱闸电源输出电压大小，抱闸电源的输出电压不需要修改电路就可调节，适配不同型号电压的抱闸；增量式PID调节具有调节速度快，输出稳定，抗干扰能力强的特点，使得抱闸电源输出的电压更加稳定，超调更小，有效的保护抱闸。

[0070] 在其中一个实施例中，所述抱闸电源控制方法应用于电梯抱闸，所述抱闸电源通过抱闸开关与所述电梯抱闸连接，在所述抱闸电源接入负载前，调节所述比例参数、所述积分参数和所述微分参数至第一预设范围内，再控制所述微分参数减小至第二预设范围内，包括：在所述抱闸开关闭合过程中，调节所述比例参数、所述积分参数和所述微分参数至第一预设范围内，再控制所述微分参数减小至第二预设范围内。所述抱闸开关闭合过程中即抱闸开关从接收到闭合指令开始到完成闭合动作的时间。当抱闸开关完成闭合动作时，抱闸电源由空载转为负载状态。

[0071] 由于电梯运行过程需要频繁的停止和启动运行，电梯控制系统控制电梯停止运行时，即控制抱闸开关断开，以使电梯抱闸能够制停电梯主机从而使电梯停止运行；电梯控制系统控制电梯停止启动运行时，即控制抱闸开关闭合，以使电梯抱闸能够打开以使电梯主机正常运转从而使电梯启动运行。因此，在电梯领域，尤其需要控制抱闸开关闭合瞬间的输出电压的稳定性和抗干扰性，以避免抱闸电源接入瞬间，抱闸电源输入端对电梯抱闸的影响，从而确保电梯运行的安全性。因此，利用抱闸开关从接收到闭合指令起到完成闭合动作的控制时序，完成调节所述比例参数、所述积分参数和所述微分参数至第一预设范围内，再控制所述微分参数减小至第二预设范围内，能够有效提高抱闸电源输出电压的精度，减小抱闸电源的超调电压，从而减小抱闸开关闭合瞬间的电流，有效保护电梯抱闸和抱闸电源。在本实施例中，抱闸开关为抱闸接触器，其从接收到电梯控制系统发出的闭合指令起到完成闭合动作的控制时序为100ms。

[0072] 在其中一个实施例中，所述调节所述比例参数、所述积分参数和所述微分参数至第一预设范围内，再控制所述微分参数减小至第二预设范围内包括：调节所述比例参数至0.01～0.2范围内，所述积分参数至0.005～0.015范围内，所述微分参数至0.1～0.5范围内；再控制所述微分参数减小至0.01～0.02范围内。经验证，上述数据范围能够确保在抱闸开关闭合过程中完成输出电压的调节，以达到抱闸开关空载状态下输出电压稳定，从而提高电梯启动运行时抱闸电源输出的精度；而接入负载瞬间即抱闸开关闭合完成时的吸合瞬间电流较小，输出电压能够较快的稳定至目标电压，震荡幅值小。

[0073] 具体的，第一段调整PID控制参数的过程为：先固定积分参数Ki和微分参数Kd为0，调节比例参数Kp，当比例参数Kp在0.01～0.2之间时，抱闸电源输出电压响应较快，但存在较大的超调；接下来调节积分参数Ki，逐渐增大积分参数Ki到0.005～0.015之间，电压输出超调减小，输出会存在抖动；最后调节微分参数Kd，逐渐增大微分参数Kd到0.1～0.5之间，系统超调减小的同时稳态波动减小，但是系统的鲁棒性减弱，若抱闸打开后，输入端存在波动，输出电压将存在震荡，引起抱闸工作异常，发生事故；再控制所述微分参数Kd减小至0.01～0.02范围内，保证系统超调减小的同时，又保证了系统的稳定性。本申请实施例切换到第二段调整PID控制参数即第二次调节微分参数Kd时，此时系统已为输出稳定状态，只需要提高系统的鲁棒性，增强其抗扰度能力，不需要考虑输出电压的超调和响应速度。

[0074] 请参见图4和图5，图4为未采用PID分段控制的抱闸电源输出电压波形示意图，图5为采用PID分段控制的抱闸电源输出电压波形示意图。对比分析可知，采用分段PID控制参数方式将电压超调降低了30v左右，提高控制精度，并且有效的减小了接触器吸合时的电流，有效保护了电梯抱闸和抱闸电源。图中，继电器吸合瞬间即为抱闸开关闭合完成时；该时间点为控制抱闸开关闭合的控制时序的终点。

[0075] 在其中一个实施例中，在所述抱闸电源接入负载前，调节所述比例参数、所述积分参数和所述微分参数至第一预设范围内，再控制所述微分参数减小至第二预设范围内之前，所述方法还包括：在N个所述预设周期内，控制所述PID输出信号为第一预设值，并采集所述抱闸电源的输出电流，所述第一预设值调节的所述输出电压小于所述目标电压；在所述输出电流大于电流阈值时，控制所述抱闸电源的输入端断开。

[0076] 具体的，为了防止安装过程中的误操作，误将抱闸电源输出电压短接，导致抱闸电源和抱闸损坏，本申请实施例还进行了相应的短路过流保护机制。由于PID控制函数在预设周期函数中，控制有一定延时，若抱闸电源一开始就发生短路，反馈电压一直为0，此时系统变为开环控制，PWM波占空比较高，导致MOS管输出电压较大，发生短路，损坏抱闸电源。

[0077] 为了弥补PID控制延时的缺陷，本申请在每次两段式调节PID控制参数之前的N个所述预设周期内进行短路过流检测，示例性的，预设周期为150us，N取值为5。在该期间，控制所述PID输出信号为第一预设值，使PWM的占空比为较小值，所述第一预设值调节的所述输出电压小于所述目标电压，仅用于过流检测。通过采集所述抱闸电源的输出电流以判断抱闸电源输出是否发生短路，当所述输出电流大于电流阈值时，确定抱闸电源发生短路，则控制所述抱闸电源的输入端断开，从而有效的保护抱闸电源和抱闸。

[0078] 本申请实施例的抱闸电源控制方法中，抱闸电源芯片具备ADC采样功能，配置2路采样通道分别采样电压和电流，基准电压为3.3V。如图6所示，为抱闸电源输出的电压和电流波形示意图。通过采集每个预设周期的所述抱闸电源的输出电压和输出电流，通过计算以判断抱闸输出电容和输出电阻的老化趋势，供维保人员参考及时更换抱闸。

[0079] 在其中一个实施例中，所述方法还包括，采集每个预设周期的所述抱闸电源的输出电压和输出电流，并计算在所述抱闸开关闭合后，至所述输出电流稳定前，所述输出电压和所述输出电流的乘积作为每个预设周期的输出电容；计算每个预设周期的所述输出电容与初始电容的差值相比于初始电容的比值，比较多个预设周期的所述比值，以判断所述输出电容的老化趋势。

[0080] 具体的，电梯通过抱闸电源板提供抱闸电源，抱闸电源板上设有抱闸电源芯片和模数转换器ADC，抱闸电源板的输出电压要经过抱闸接触器然后再到达电梯抱闸，抱闸开关闭合后即抱闸接触器吸合瞬间，输出电压先给抱闸中的电容C充电。此时，通过模数转换器ADC采样，检测Δt时间内每个时间点的输出电压U和输出电流I，从而计算电容C的容量，电容C的容量Qc用以下公式计算：

[0081] Qc＝∫(U×I)dt                   (4)

[0082] 示例性的，电源板定时器中断周期即预设周期配置为150us，抱闸接触器吸合瞬间，将每个150us内的输出电压U和输出电流I的乘积求和，直到电流为稳定值，此时抱闸打开，电梯运行。电梯安装完成时，计算抱闸电容C的初始容量为Qc1，并将其写入抱闸电源芯片的存储器FLASH中，防止下电丢失。后期每次电梯运行时，在所述抱闸开关闭合后至所述输出电流稳定前，即图6中的两条虚线之间，都会计算电容C在当前预设周期的容量Qc2，以判断所述输出电容的老化趋势，本申请实施例用以下公式计算抱闸电容老化程度AngingPencent_C：

[0083] AngingPencent_C ＝ abs(Qc2‑ Qc1) / Qc1    (5)

[0084] 其中，抱闸电容老化程度AngingPencent_C的值介于0‑1之间，且其值越大，表明电容老化的越严重。

[0085] 在其中一个实施例中，所述方法还包括，采集每个预设周期的所述抱闸电源的输出电压和输出电流，并计算在所述抱闸开关闭合后，并且所述输出电流稳定后，所述输出电压和所述输出电流的比值作为每个预设周期的输出电阻；计算每个预设周期的所述输出电阻与初始电阻的差值相比于初始电阻的比值，比较多个预设周期的所述比值，以判断所述输出电阻的老化趋势。

[0086] 具体的，抱闸打开电流稳定后，每150us检测输出电压U和输出电流I，计算抱闸的电阻R：

[0087] R＝U/I                         (6)

[0088] 初始抱闸电阻为R1，将其写入抱闸电源芯片的存储器FLASH中。后期每次电梯运行，在所述抱闸开关闭合后并且所述输出电流稳定后，即图6中的右侧虚线之后，都会计算当前的抱闸电阻R2，抱闸电阻老化程度AngingPencent_R用以下公式计算：

[0089] AngingPencent_R ＝ abs(R2‑R1)/R1         (7)

[0090] 其中，抱闸电阻老化程度AngingPencent_R的值大于等于0，其值越大，电阻老化程度越高。

[0091] 本申请实施例还提供了一种抱闸电源控制装置，如图7所示，包括数据采集模块10和PID控制模块20，数据采集模块10用于采集每个预设周期的抱闸电源的输出电压，并反馈至PID控制模块20，所述PID控制模块20用于计算每个所述输出电压与目标电压的偏差；并根据所述偏差和PID控制参数，计算每个所述预设周期的PID变化量，并将历次所述PID变化量累加，得到当前预设周期的PID输出信号；所述PID控制参数包括比例参数、积分参数以及微分参数；根据所述PID输出信号，调节所述输出电压至所述目标电压；还用于在所述抱闸电源接入负载前，调节所述比例参数、所述积分参数和所述微分参数至第一预设范围内，再控制所述微分参数减小至第二预设范围内。

[0092] 需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

[0093] 在本实施例中还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

[0094] 可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

[0095] 可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行上述任一项方法实施例中的步骤。

[0096] 需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

[0097] 此外，结合上述实施例中提供的抱闸电源控制方法，在本实施例中还可以提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种抱闸电源控制方法。

[0098] 本申请实施例还提供了一种抱闸电源，所述抱闸电源包括控制器和驱动电路，所述驱动电路包括开关管，所述控制器用于执行如上述任意一项实施例所述的抱闸电源控制方法，以通过所述PID输出信号调节所述开关管的占空比，从而调节所述驱动电路的输出电压至所述目标电压。

[0099] 本申请实施例还提供了一种电梯抱闸系统，包括依次连接的如上述任意一项实施例所述的抱闸电源、抱闸开关和电梯抱闸；所述电梯抱闸系统还包括电梯控制系统和服务器，所述控制器和所述抱闸开关均受控于所述电梯控制系统，所述控制器与所述服务器通讯连接，所述服务器用于设置所述目标电压，以及接收并显示每个预设周期的所述抱闸电源的输出电压和输出电流。

[0100] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0101] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。