CN103079978A - 电梯控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电梯控制装置，能够恰当地进行前馈补偿，提高电梯的速度控制性能。为此，该电梯控制装置构成为具有：模型转矩运算部，其根据针对驱动电梯的电动机的速度指令值，运算不依赖于电动机的旋转速度的电动机的模型转矩指令值；存储部，其存储随着电动机的旋转速度的变动而变动的电动机的速度依赖性损耗转矩与电动机的旋转速度之间的关系；速度依赖性损耗转矩运算部，其根据电动机的旋转速度检测值，运算与检测值相关联的速度依赖性损耗转矩值；以及驱动转矩运算部，其对模型转矩指令值加上与检测值相关联的速度依赖性损耗转矩值，运算用于驱动电动机的转矩指令值。

Description

电梯控制装置
技术领域
本发明涉及电梯控制装置。
背景技术
关于对电梯进行驱动的电机的速度控制，提出了利用机械系统的惯量的模型参考跟踪控制（model reference follow-up control）。在该模型参考跟踪控制中，对在电梯的加速/减速时产生的加速转矩成分进行前馈补偿。通过该补偿来提高电梯的搭乘舒适感（例如参照专利文献1）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4230139号公报
被实施前馈补偿后的转矩以采用了电梯轿厢位置x、轿厢内负载L的下式表示。
T（x,L）＝Tα（L）＋Tub（L）＋Tcmp（x）＋Tloss
其中，Tα（L）表示电梯在加速/减速中产生的转矩。Tub（L）表示由于电梯轿厢及轿厢周围设备的重量与对重重量之偏差而产生的转矩。Tcmp（x）表示根据基于轿厢位置x的轿厢侧绳索重量与对重侧绳索重量之偏差而产生的转矩。Tloss表示根据在轿厢移动时安装于轿厢的滚轮与井道内导轨的摩擦而产生的转矩。
发明内容
发明要解决的问题
但是，在电梯的电机中，除了转矩T（x,L）之外，也存在随着电梯速度的变动而变动的速度依赖性损耗转矩。因此，在诸如超高速电梯那样速度较快的情况下，仅依据转矩T（x,L）不能充分进行前馈补偿。因此，电机产生转矩过度/不足。由于这种过度/不足，电机产生速度偏差。其结果是电梯产生起动冲击或速度过冲。由此，导致电梯的搭乘舒适感变差。
本发明正是为了解决上述问题而提出，其目的在于，提供一种能够恰当地进行前馈补偿而提高电梯的速度控制性能的电梯控制装置。
用于解决问题的手段
本发明的电梯控制装置具有：模型转矩运算部，其根据针对驱动电梯的电动机的速度指令值，运算不依赖于所述电动机的旋转速度的所述电动机的模型转矩指令值；存储部，其存储随着所述电动机的旋转速度的变动而变动的所述电动机的速度依赖性损耗转矩与所述电动机的旋转速度之间的关系；速度依赖性损耗转矩运算部，其根据所述电动机的旋转速度的检测值，运算与所述检测值相关联的所述速度依赖性损耗转矩值；以及驱动转矩运算部，其对所述模型转矩指令值加上与所述检测值相关联的所述速度依赖性损耗转矩值，运算用于驱动所述电动机的转矩指令值。
发明效果
根据本发明，能够恰当地进行前馈补偿，提高电梯的速度控制性能。
附图说明
图1是利用本发明的实施方式1的电梯控制装置的电梯的结构图。
图2是本发明的实施方式1的电梯控制装置的速度控制部的框图。
图3是用于说明本发明的实施方式1的电梯控制装置所采用的损耗转矩补偿值的图。
图4是利用本发明的实施方式2的电梯控制装置的电梯的结构图。
图5是本发明的实施方式2的电梯控制装置的速度控制部的框图。
图6是用于说明本发明的实施方式2的电梯控制装置的速度控制部所采用的旋转体温度估计器的图。
图7是用于说明本发明的实施方式3的电梯控制装置的速度控制部所采用的旋转体温度估计器的图。
图8是利用本发明的实施方式4的电梯控制装置的电梯的结构图。
图9是用于说明本发明的实施方式4的电梯控制装置的功能的流程图。
具体实施方式
参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。另外，在各个附图中对相同或者相当的部分标注相同的标号，并适当简化乃至省略其重复说明。
实施方式1
图1是利用本发明的实施方式1的电梯控制装置的电梯的结构图。
在图1中，在电梯的井道（未图示）上部设有电机（电动机）1。在电机1安装有绳轮2。绳索3被卷绕于绳轮2。轿厢4被吊挂于绳索3的一端。对重5被吊挂于绳索3的另一端。对重5与50％负载的轿厢4重量平衡。
在井道上部设有限速器6。限速器绳索7被卷绕于限速器6。限速器绳索7与轿厢4连接。
电机速度检测器8与电机1连接。电机速度检测器8输出与电机1的旋转对应的电机速度检测值。限速器6与限速器速度检测器9连接。限速器速度检测器9输出与限速器6的旋转对应的限速器速度检测值。
在轿厢4设有重量检测装置10。重量检测装置10输出与轿厢4内的负载的重量值对应的轿厢内搭载重量值。在电机1、绳轮2设有旋转体温度检测装置11。旋转体温度检测装置11输出与电机1、绳轮2的旋转随动而旋转的旋转体（未图示）的温度对应的旋转体温度值。
电机速度检测值、限速器速度检测值、轿厢内搭载重量值、旋转体温度值被输入控制装置主体12。控制装置主体12的主控制部13根据电梯的运行而输出速度指令值。速度指令值被输入控制装置主体12的速度控制部14。控制装置主体12的速度控制部14根据速度指令值、电机速度检测值、限速器速度检测值、轿厢内搭载重量值及旋转体温度值，计算转矩指令值（未图示）。
转矩指令值被输入电力变换器15。电力变换器15根据该转矩指令值进行驱动。通过该驱动，电机1被供给电力。借助该电力供给，电机1进行驱动。通过该驱动，绳轮2进行旋转。通过该旋转，绳索3进行移动。通过该移动，轿厢4和对重5向相反方向升降。
下面，使用图2说明控制装置主体12的速度控制部14。
图2是本发明的实施方式1的电梯控制装置的速度控制部的框图。
如图2所示，速度控制部14具有模型转矩运算部16和转矩补偿部17。
首先说明模型转矩运算部16。
模型转矩运算部16具有第1减法器18、增益乘法器19、惯量乘法器20和积分器21。
增益乘法器19将第1减法器18的计算值与比例增益K相乘，计算出模型转矩指令值Tα（L）。惯量乘法器20将模型转矩指令值Tα（L）与来自惯量计算部（未图示）的模型惯量J的倒数相乘。积分器21对惯量乘法器20的计算值进行积分，计算出模型速度指令值。这样，模型转矩运算部16也作为计算模型速度指令值的模型速度运算部发挥作用。
在此，从主控制部13向第1减法器18的输入端的一方输入速度指令值V*。从积分器21向第1减法器18的输入端的另一方输入模型速度指令值。第1减法器18计算速度指令值V*与模型速度指令值之差。因此，增益乘法器19根据第1减法器18计算出的差分运算模型转矩指令值Tα（L）。
此时，第1减法器18计算出的差越小，模型转矩指令值Tα（L）越小。并且，在第1减法器18计算出的差为零时，模型转矩指令值Tα（L）也为零。即，运算出使模型速度指令值跟随速度指令值V*的模型转矩指令值Tα（L）。
模型转矩指令值Tα（L）和模型速度指令值不是考虑了各种损耗转矩等的值。因此，由转矩补偿部17考虑各种损耗转矩等来运算用于驱动电机1的最终转矩指令值。下面说明转矩补偿部17。
转矩补偿部17具有第2减法器22、PID控制器（比例积分微分控制器）23、第1加法器24、第1补偿器（速度/温度依赖性损耗转矩运算部）25、第2加法器26、轿厢位置检测器27、第2补偿器（绳索不平衡转矩运算部）28、第3加法器29、第3补偿器（轿厢内不平衡转矩运算部）30、第4加法器31、第4补偿器（无速度/温度依赖性损耗转矩运算部）32及第5加法器（驱动转矩运算部）33。
从积分器21向第2减法器22的输入端的一方输入模型速度指令值。从电机速度检测器8向第2减法器22的输入端的另一方输入电机速度检测值V。第2减法器22计算模型速度指令值与电机速度检测值V之差。
第2减法器22的计算值被输入PID控制器23。PID控制器23作为补偿运算部发挥作用，对第2减法器22的计算值进行比例积分微分，而计算出误差补偿转矩值（未图示）。
从增益乘法器19向第1加法器24的输入端的一方输入模型转矩指令值Tα（L）。从PID控制器23向第1加法器24的输入端的另一方输入误差补偿转矩值。第1加法器24将模型转矩指令值Tα（L）与误差补偿转矩值相加，计算出预备转矩指令值（未图示）。
从电机速度检测器8向第1补偿器25的输入端的一方输入电机速度检测值V。从旋转体温度检测装置11向第1补偿器25的输入端的另一方输入旋转体温度值θ。第1补偿器25根据电机速度检测值V和旋转体温度值θ，计算出随着电机1的旋转速度和电机1等的旋转体温度的变动而变动的第1补偿值（速度/温度依赖性损耗转矩补偿值）Tloss（V，θ）。
从第1加法器24向第2加法器26的输入端的一方输入预备转矩指令值。从第1补偿器25向第2加法器26的输入端的另一方输入第1损耗转矩补偿值Tloss（V，θ）。第2加法器26将预备转矩指令值与第1补偿值Tloss（V，θ）相加，计算出第1转矩指令值（未图示）。
从限速器速度检测器9向轿厢位置检测器27输入限速器速度检测值VGOV。轿厢位置检测器27对限速器速度检测值VGOV进行积分，而计算出轿厢位置x。
从轿厢位置检测器27向第2补偿器28输入轿厢位置x的信息。第2补偿器28根据轿厢位置x，计算出由于轿厢4侧的绳索3的重量与对重5侧的绳索3的重量之偏差而产生的第2补偿值（绳索不平衡转矩补偿值）Tcmp（x）。
从第2加法器26向第3加法器29的输入端的一方输入第1转矩指令值。从第2补偿器28向第3加法器29的输入端的另一方输入第2补偿值Tcmp（x）。第3加法器29将第1转矩指令值与第2补偿值Tcmp（x）相加，计算出第2转矩指令值（未图示）。
从重量检测装置10向第3补偿器30输入轿厢内搭载重量值L。第3补偿器30计算轿厢内搭载重量值L与对重5的重量值之差即不平衡重量值。第3补偿器30根据不平衡重量值计算第3补偿值（不平衡转矩补偿值）Tub（L）。
从第3加法器29向第4加法器31的输入端的一方输入第2转矩指令值。从第3补偿器30向第4加法器31的输入端的另一方输入第3补偿值Tub（L）。第4加法器31将第2转矩指令值与第3补偿值Tub（L）相加，计算出第3转矩指令值（未图示）。
第4补偿器32计算不依赖于电机1的旋转速度和电机1等的旋转体温度的第4补偿值Tloss。
从第4加法器31向第5加法器33的输入端的一方输入第3转矩指令值。从第4补偿器32向第5加法器33的输入端的另一方输入第4补偿值Tloss。第5加法器33对第3转矩指令值加上第4补偿值Tloss，计算出最终转矩指令值。最终转矩指令值被输出给电力变换器15。
根据这种速度控制部14，最终转矩指令值如下面的式（1）所示。
T（x,L）＝Tα（L）＋Tub（L）＋Tcmp（x）＋Tloss＋Tloss（V，θ）    （1）
其中，如果电机1的旋转速度较慢，则可以忽略第1补偿值Tloss（V，θ）。因此，如果减慢电机1的旋转速度，则能够利用与在日本专利第4230139号公报等中记载的方法相同的方法，计算出模型转矩指令值Tα（L）、第2补偿值Tcmp（x）、第3补偿值Tub（L）、第4补偿值Tloss。
但是，在超高速电梯或大容量电梯中不能忽略第1补偿值Tloss（V，θ）。因此，需要计算出合适的第1补偿值Tloss（V，θ）。下面，使用图3说明求出第1补偿值Tloss（V，θ）的方法。
图3是用于说明本发明的实施方式1的电梯控制装置所采用的损耗转矩补偿值的图。
图3的横轴表示旋转体温度。图3的纵轴表示损耗转矩。
作为随着电机1的旋转速度的变动而变动的损耗转矩，可以考虑电机1和绳轮2等旋转体的轴承损耗。并且，也可以考虑由于绳轮2与绳索3的摩擦而导致的损耗。与此相对，作为随着旋转体温度的变动而变动的损耗转矩，可以考虑与在旋转体的旋转中使用的润滑脂等的粘性成分的搅拌阻力对应的损耗转矩。
如图3所示，这些损耗转矩的合计值在电机1的旋转速度越快时越大，并且在旋转体温度越低时越大。这些关系根据电梯系统而不同。
因此，在本实施方式中，采取驱动电梯时在电梯的每种速度下的旋转体温度与损耗转矩之间的关系。该关系被存储在第1补偿器25的存储部（未图示）中。针对这种关系，输入电机速度检测值V和旋转体温度检测值θ，计算出第1补偿值Tloss（V，θ）。根据该计算结果，将电机1的速度依赖性损耗转矩成分和温度依赖性损耗转矩成分作为前馈成分进行补偿。
根据以上说明的实施方式1，将模型转矩指令值与速度依赖性损耗转矩补偿值相加的结果成为最终转矩指令值。因此，能够恰当地进行前馈补偿，提高电机1的速度控制性能。即，不易发生电机1的转矩过度/不足，电机1的速度偏差成分减小。
在此，对最终转矩值也加上了误差补偿转矩值。但是，电机1的速度偏差成分减小。因此，能够防止电梯的起动冲击和加速/减速时的速度过冲。其结果是能够提高电梯的搭乘舒适感。
尤其在电梯的制动器释放时能够提供合适的不平衡转矩。其结果是能够消除在制动器释放时产生的起动冲击。
另外，对最终转矩指令值也加上了温度依赖性损耗转矩补偿值。因此，能够进一步提高电机1的速度控制性能。由此，能够进一步提高电梯的搭乘舒适感。
实施方式2
图4是利用本发明的实施方式2的电梯控制装置的电梯的结构图。另外，对与实施方式1相同或者相当的部分标注相同的标号，并省略说明。
在实施方式1中，利用旋转体温度检测装置11检测旋转体温度。而在实施方式2中，不利用旋转体温度检测装置11，而是估计旋转体温度。
图5是本发明的实施方式2的电梯控制装置的速度控制部的框图。
如图5所示，在实施方式2中设有旋转体温度估计器34。旋转体温度估计器34利用旋转体内的粘性成分的温度根据电梯的作功量而变动的性质，估计旋转体温度值θ。
图6是用于说明本发明的实施方式2的电梯控制装置的速度控制部所采用的旋转体温度估计器的图。
旋转体温度估计器34具有绝对值计算器35和一次延迟滤波器36。
电机速度检测值V被输入绝对值计算器35。绝对值计算器35运算电机速度检测值V的绝对值。从绝对值计算器35向一次延迟滤波器36输入电机速度检测值V的绝对值。一次延迟滤波器36根据电机速度检测值V的绝对值、比例常数K1及时间常数T1，运算旋转体温度值θ的估计值。其中，比例常数K1、时间常数T1是考虑旋转体的粘性成分的热时间常数等而确定的。
根据以上说明的实施方式2，不采用旋转体温度检测装置11即可运算出温度依赖性损耗转矩补偿值。因此，能够简化设备结构。
实施方式3
图7是用于说明本发明的实施方式3的电梯控制装置的速度控制部所采用的旋转体温度估计器的图。另外，对与实施方式2相同或者相当的部分标注相同的标号，并省略说明。
在实施方式2中，向旋转体温度估计器34输入的是电机速度检测值V。而在实施方式3中，向旋转体温度估计器34输入的是最终转矩指令值。在这种情况下，一次延迟滤波器37的设定与实施方式2的一次延迟滤波器36的设定不同。具体地讲，对一次延迟滤波器37设定比例常数K2、时间常数T2。这些常数也是考虑旋转体的粘性成分的热时间常数等而确定的。
根据以上说明的实施方式3，与实施方式2同样地不采用旋转体温度检测装置11即可运算出温度依赖性损耗转矩补偿值。因此，能够简化设备结构。
实施方式4
图8是利用本发明的实施方式4的电梯控制装置的电梯的结构图。另外，对与实施方式1相同或者相当的部分标注相同的标号，并省略说明。
实施方式4的电梯是对实施方式1的电梯附加了热源38而得到的。热源38设于电机1等旋转体附近。
下面，使用图9说明对控制装置主体12的主控制部13追加的功能。
图9是用于说明本发明的实施方式3的电梯控制装置的功能的流程图。
首先，在步骤S1中采集旋转体温度值。然后，进入步骤S2，判定旋转体温度值是否低于规定值。在旋转体温度值为规定值以上的情况下，动作结束。
与此相对，在旋转体温度值低于规定值的情况下，进入步骤S3。在步骤S3中，热源38的驱动指令为开启（ON）。根据该指令，热源38进行驱动。通过该驱动，旋转体温度上升。
然后，在步骤S4中判定电梯是否处于停止中。在电梯未处于停止中的情况下，动作结束。与此相对，在电梯处于停止中的情况下，进入步骤S5。在步骤S5中输出电梯起动指令，动作结束。
输出与该起动指令对应的速度指令值。速度控制部14根据该速度指令值输出最终转矩指令值。电力变换器15根据该最终转矩指令值驱动电机1。旋转体追随该驱动而旋转。通过该旋转，旋转体温度上升。
根据以上说明的实施方式3，在旋转体温度值低于规定值的情况下，旋转体温度上升。因此，旋转体所采用的粘性成分的搅拌阻力下降。通过该下降，能够减轻电机1的损耗转矩。其结果是能够降低电机1的输出。因此，在电梯的机房等周围环境温度较低的情况下，也能够利用容量较小的电机1。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明的电梯控制装置，能够用于提高速度控制性能的电梯中。
标号说明
1电机；2绳轮；3绳索；4轿厢；5对重；6限速器；7限速器绳索；8电机速度检测器；9限速器速度检测器；10重量检测装置；11旋转体温度检测装置；12控制装置主体；13主控制部；14速度控制部；15电力变换器；16模型转矩运算部；17转矩补偿部；18第1减法器；19增益乘法器；20惯量乘法器；21积分器；22第2减法器；23PID控制器；24第1加法器；25第1补偿器；26第2加法器；27轿厢位置检测器；28第2补偿器；29第3加法器；30第3补偿器；31第4加法器；32第4补偿器；33第5加法器；34旋转体温度估计器；35绝对值计算器；36、37一次延迟滤波器；38热源。

Claims (6)

1.一种电梯控制装置，其特征在于，该电梯控制装置具有：
模型转矩运算部，其根据针对驱动电梯的电动机的速度指令值，运算不依赖于所述电动机的旋转速度的所述电动机的模型转矩指令值；
存储部，其存储随着所述电动机的旋转速度的变动而变动的所述电动机的速度依赖性损耗转矩与所述电动机的旋转速度之间的关系；
速度依赖性损耗转矩运算部，其根据所述电动机的旋转速度的检测值，运算与所述检测值相关联的所述速度依赖性损耗转矩值；以及
驱动转矩运算部，其对所述模型转矩指令值加上与所述检测值相关联的所述速度依赖性损耗转矩值，运算用于驱动所述电动机的转矩指令值。
2.根据权利要求1所述的电梯控制装置，其特征在于，所述电梯控制装置具有：
模型速度运算部，其根据所述速度指令值，运算不依赖于所述电动机的旋转速度的所述电动机的模型速度指令值；以及
补偿运算部，其根据所述模型速度指令值与所述电动机的旋转速度检测值之差，运算误差补偿转矩值，
所述模型转矩运算部运算所述模型转矩指令值，使得所述模型速度指令值追随所述速度指令值，
所述驱动转矩运算部对所述模型转矩指令值加上所述误差补偿转矩值，运算所述转矩指令值。
3.根据权利要求1或2所述的电梯控制装置，其特征在于，所述电梯控制装置具有：
温度检测装置，其检测追随所述电动机的旋转而旋转的旋转体的温度；以及
温度依赖性损耗转矩运算部，其根据所述旋转体的温度值，运算随着所述旋转体采用的粘性成分的温度变动而变动的所述电动机的温度依赖性损耗转矩值，
所述驱动转矩运算部对所述模型转矩指令值加上所述温度依赖性损耗转矩值，运算所述转矩指令值。
4.根据权利要求1或2所述的电梯控制装置，其特征在于，所述电梯控制装置具有：
估计部，其根据所述电动机的旋转速度检测值，估计追随所述电动机而旋转的旋转体的温度；以及
温度依赖性损耗转矩运算部，其根据所述旋转体的温度值，运算随着所述旋转体采用的粘性成分的温度变动而变动的所述电动机的温度依赖性损耗转矩值，
所述驱动转矩运算部对所述模型转矩指令值加上所述温度依赖性损耗转矩值，运算所述转矩指令值。
5.根据权利要求2～4中任意一项所述的电梯控制装置，其特征在于，所述电梯控制装置具有热源，在所述旋转体的温度值低于规定值的情况下，该热源对所述旋转体进行加热。
6.根据权利要求2～5中任意一项所述的电梯控制装置，其特征在于，所述电梯控制装置具有主控制部，当在所述电动机停止时所述旋转体的温度值低于规定值的情况下，该主控制部使所述电动机进行驱动。
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