CN107458942B - 电梯的主动减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电梯的主动减振装置。本发明的实施方式涉及抑制乘用轿厢行驶中的振动的电梯的主动减振装置。在行驶时高精度地抑制由于导轨的挠曲而产生的乘用轿厢的振动。一实施例的电梯的主动减振装置具备轨道位移推测模块(31)和前馈控制模块(33)。轨道位移推测模块(31)具有理论上表示导轨的挠曲与乘用轿厢的水平方向的振动的关系的数学模型，利用传感器的信号和数学模型，在行驶时大致实时地推测作为乘用轿厢的振动原因的导轨的挠曲量。前馈控制模块(33)基于轨道位移推测模块(31)的推测结果，向抑制乘用轿厢的振动的方向控制减振机构。

Description

电梯的主动减振装置

关联申请的引用

本申请以日本专利申请P2016-112590(申请日：2016-06-06)作为基础，基于该申请享受优先权。本申请通过参照该申请，包含该申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及一种抑制乘用轿厢的行驶中的振动的电梯的主动减振装置。

背景技术

由于电梯的高速化，提高了抑制乘用轿厢的行驶中的振动(水平振动)的技术的重要性。此外，在行驶中产生的振动的最大原因在于导轨的微小挠曲。即，在乘用轿厢沿着导轨行驶时，由于不规律地变化的挠曲而强制位移发生作用，使乘用轿厢在水平方向上振动。

因此，提出了积极地抑制乘用轿厢的振动的技术。作为该技术之一，有预先将导轨的挠曲量与轿厢位置关联起来存储在存储器中的方法。即，在行驶中从存储器读出当前的轿厢位置处的导轨的挠曲量，以抵消该挠曲量的方式对减振机构进行前馈控制。

另外，作为其他方法，有如下方法：在行驶时逐次测定乘用轿厢与导轨之间的相对位移，根据该测定结果对减振机构进行前馈控制。

发明内容

然而，导轨的挠曲状态通常不是恒定，而是根据温度、湿度等而细微地变化。另外，还存在随时间流逝的形状变化。因此，通过事先在存储器中存储的挠曲量，有时不一定能够抑制振动，根据情况，也有可能使减振机构向反方向运动而使振动增长。

另外，在当行驶时逐次测定相对位移的方法中，用于该测定的传感器自身始终与乘用轿厢一起摇晃，所以在测定结果中包含误差，无法可靠地抑制振动。

本发明要解决的课题在于，提供一种在行驶时能够高精度地抑制由于导轨的挠曲而发生的乘用轿厢的振动的电梯的主动减振装置。

一实施方式所涉及的电梯的主动减振装置，具备：乘用轿厢，其沿着导轨进行升降；减振机构，其设置于该乘用轿厢的与所述导轨对置的部分；至少1个传感器，其检测所述乘用轿厢的水平方向的振动；推测单元，其具有理论上表示所述导轨的挠曲与所述乘用轿厢的水平方向的振动的关系的数学模型，利用所述传感器的信号和所述数学模型，在行驶时大致实时地推测作为所述乘用轿厢振动原因的所述导轨的挠曲量；以及控制单元，其基于该推测单元的推测结果，向抑制所述乘用轿厢的振动的方向控制所述减振机构。

附图说明

图1为示意地示出第1实施方式所涉及的电梯的主动减振装置的构成的图。

图2为示出本实施方式中的设置于乘用轿厢的主动辊引导件的构成的图。

图3为示出本实施方式中的主动辊引导件的控制系统的构成的图。

图4为示出本实施方式中的控制装置的功能构成的框图。

图5为用于说明本实施方式中的根据4个状态量推测2个状态量的最小维度观测器的构成的图。

图6为用于说明本实施方式中的根据8个状态量推测4个状态量的最小维度观测器的构成的图。

图7为示意地示出本实施方式中的轨道位移推测模块的处理的图。

图8为用于说明本实施方式中的双振动自由度的振动系统模型的图。

图9为用于说明本实施方式中的导轨的挠曲状态的特征的图。

图10为示出本实施方式中的导轨的挠曲波形的振幅分量与周期的关系的图。

图11为示出本实施方式中的主动辊引导件受到由轨道挠曲导致的强制位移时的情形的图，图11的(a)示出位移前的状态，图11的(b)示出位移后的状态。

图12为示意地示出本实施方式中的前馈控制模块的处理的图。

图13为将本实施方式中的导轨的挠曲量与推测结果进行比较并示出的图。

图14为将本实施方式中的乘用轿厢的振动与振动抑制结果进行比较并示出的图。

图15为示出第2实施方式中的控制装置的功能构成的框图。

图16为用于说明第3实施方式中的轨道位移模型的图。

图17为示意地示出第4实施方式所涉及的电梯的主动减振装置的结构的图。

图18为示意地示出本实施方式中的安装于轨道位移推测模块的最小维度观测器的处理的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明实施方式。

(第1实施方式)

图1为示意地示出第1实施方式所涉及的电梯的主动减振装置的构成的图。

在电梯的竖井1内，竖立设置有一对导轨2--1、2--2。导轨2-1、2-2通过在与竖井1的壁面垂直方向上等间隔地配置的多个托架3来固定。乘用轿厢5升降自由地被导轨2-1、2-2支承。通过未图示的卷扬机的驱动，乘用轿厢5经由绳4而在竖井1内进行升降动作。

此处，在构成乘用轿厢5的外框的轿厢框6的4个部位设置有主动辊引导件7-1～7-4。主动辊引导件7-1～7-4一边针对乘用轿厢5的振动积极地进行减振，一边进行行驶引导。其中，主动辊引导件7-1和7-2设置于轿厢框6的上部和下部的一侧(附图的右侧)，抵接于一边的导轨2-1。主动辊引导件7-3和7-4设置于轿厢框6的上部和下部的另一侧(附图的左侧)，抵接于另一边的导轨2-2。

另外，在乘用轿厢5内设置有2个加速度传感器15-1、15-2。具体来说，例如在轿厢框6内的上端部的大致中央设置有加速度传感器15-1，在轿厢框6内的下端部的大致中央设置有加速度传感器15-2。加速度传感器15-1、15-2是单轴加速度传感器。一个加速度传感器15-1检测乘用轿厢5的上部的x方向(左右方向)的加速度，另一个加速度传感器15-2检测乘用轿厢5的下部的x方向(前后方向)的加速度。利用该上下的加速度信号来控制轿厢5的左右方向振动。

此外，在本实施方式中，对降低左右方向的振动的情况进行了说明，但也可以通过相同的方法降低轿厢的前后方向的振动。在该情况下，加速度传感器15-1、15-2分别设置在检测乘用轿厢5的前后方向的振动的方向上。能够同时设置降低左右方向的振动的系统和降低前后方向的振动的系统。在该情况下，作为检测x方向和y方向的加速度的构成，也可以使用1个双轴加速度传感器并在乘用轿厢5的上下设置。另外，将加速度传感器15-1、15-2设置于乘用轿厢5的上下两处是为了将后述的轿厢振动的数学模型作为双自由度振动系统来检测重心的左右振动和旋转振动。在作为单自由度振动系统来模型化的情况下，传感器也可以是1个。

下面，对降低左右方向的振动的情况进行说明。

通常，导轨2-1、2-2通过在垂直方向上连结具有规定的长度的多根轨道构件而构成。完全垂直地竖立设置该导轨2-1、2-2是极其困难的，存在微小的挠曲(弯曲)。该挠曲在乘用轿厢的行驶时作为强制位移而起作用，产生水平方向的揺动(水平振动)。为了积极地抑制这样的水平振动，在主动辊引导件7-1～7-4处，具备作为减振机构的致动器11-1～11-4。

图2为示出设置于乘用轿厢5的主动辊引导件7-1的构成的图。此处，示出设置于轿厢框6的上部右侧的主动辊引导件7-1的构成，但关于其他主动辊引导件7-2～7-4，也是同样的构成。

在主动辊引导件7-1处，设置有抵接于导轨2-1的引导车轮8-1、以自由位移的方式支承引导车轮8-1的支承部件9-1以及将引导车轮8-1推压到导轨2-1的弹簧10-1。此外，实际上，存在用于从3个方向夹入导轨2-1的3个引导车轮，但此处仅示出1个引导车轮。

在主动辊引导件7-1处，除了这些一般的引导机构之外，还具备减振用的致动器11-1。致动器11-1配置于乘用轿厢5与支承部件9之间，除了弹簧10-1的按压力之外，在引导车轮8-1与乘用轿厢5之间还产生任意的力。

图3为示出主动辊引导件7-1、7-2的控制系统的构成的图。此外，此处，示出针对设置于轿厢框6的上部右侧和下部右侧的主动辊引导件7-1、7-2的控制系统的构成，但关于其他主动辊引导件7-3、7-4，也是同样的构成。

设置于轿厢框6的加速度传感器15-1、15-2的信号被输入到控制装置20。在加速度传感器15-1、15-2的信号是模拟信号的情况下，经由未图示的A/D转换器而输入到控制装置20。如果是数字信号，则通过有线或者无线方式直接输入到控制装置20。

控制装置20由微型计算机构成，设置于乘用轿厢5。控制装置20基于加速度传感器15的信号，执行用于按规定的周期(例如1ms周期)使乘用轿厢5的振动降低的运算处理。

驱动装置21-1、21-2预先设置于乘用轿厢5内，依照从控制装置20输出的驱动控制信号(力指令信号或者位移指令信号)来驱动致动器11-1、11-2。实际上，还设置有与致动器11-3、11-4对应的驱动装置，依照从控制装置20输出的驱动控制信号(力指令信号或者位移指令信号)来驱动致动器11-3、11-4。由此，在乘用轿厢5在水平方向上振动时，致动器11-1～11-4向抑制该振动的方向进行动作来抑制振动。

此外，水平振动有左右方向(x方向)的振动和前后方向(y方向)的振动。下面，以左右方向的振动为对象来进行说明，但前后方向的振动也能够同样地适用。

此处，在本实施方式中，在行驶时通过观测器(推测器)实时地推测作为乘用轿厢5的振动原因的导轨2-1、2-2的挠曲量。作为为此的方法，预先构筑在理论上表示导轨2-1、2-2的挠曲与乘用轿厢5的振动(水平方向的振动)的关系的数学模型。

上述数学模型由将“轿厢振动模型”和“轨道位移模型”组合的“扩展状态方程式模型”构成。

“轿厢振动模型”是用状态方程式的形式表现由于导轨2-1、2-2的挠曲而乘用轿厢5在水平方向上受到强制位移的情况下的振动特性的模型(参照式(1)和式(2))。

“轨道位移模型”是假定为导轨2-1、2-2的挠曲以规定的规则特性进行变化并用状态方程式的形式来表现的模型(参照式(3)和式(4))。

“扩展状态方程式模型”是将“轿厢振动模型”和“轨道位移模型”组合的状态方程式(参照式(5)和式(6))。

观测器将根据加速度传感器15-1、15-2的信号而作为乘用轿厢5的状态量所得到的振动速度和振动位移作为输入，使用扩展状态方程式模型来大致实时地推测导轨2-1、2-2的挠曲量。基于该观测器的推测结果，对主动辊引导件7-1～7-4的减振机构(致动器11-1～11-4)进行前馈控制，从而能够得到如同事先掌握了导轨2-1、2-2的挠曲量那样的减振效果。

此外，关于“轨道位移模型”，着眼于导轨2-1、2-2的设置环境，在某种假定之下进行模型化。即，导轨2-1、2-2通过作为固定构件的托架3而固定到竖井1的壁面。由于在固定点处挠曲(弯曲)被抑制，所以容易以固定点作为起点而周期进行挠曲。因此，将导轨2-1、2-2的挠曲假定为具备具有托架3的每个设置间隔的周期的大致正弦波特性而进行变化来模型化。

以下，对具体的构成进行说明。

图4为示出控制装置20的功能构成的框图。

在控制装置20中，作为用于抑制乘用轿厢5的水平振动的功能，具备轨道位移推测模块31、前馈控制模块33、以及反馈控制模块35。将作为加速度传感器15-1、15-2输出的加速度信号16-1、16-2提供给反馈控制模块35和轨道位移推测模块31。

反馈控制模块35利用加速度信号16-1、16-2来进行规定的运算处理。作为运算方法，例如有如下方法：对加速度信号16-1、16-2进行积分而转变成振动速度，并对该值乘以规定的增益，将由此得到的值作为反馈控制信号36-1、36-2、…而输出。在该情况下，反馈控制力作为振动衰减力而发挥作用，能够期待在乘用轿厢5产生振动时使其迅速地衰减的效果。

作为其他方法，还有如下方法：使用表示轿厢振动特性的多自由度振动模型，将多个加速度传感器的信号输入到多自由度振动模型，通过LQ控制设计来综合地计算致动器11-1～11-4的振动控制力。关于这一点，不是本发明的主要部分，所以省略详细说明。

此处，在本实施方式中，其特征在于，在控制装置20中，与反馈控制模块35独立地具备轨道位移推测模块31和前馈控制模块33。

轨道位移推测模块31具有表示由于导轨2-1、2-2的挠曲乘用轿厢5受到的水平方向的振动的特性的数学模型，利用加速度信号16-1、16-2的信号以及上述数学模型，在行驶时大致实时地推测导轨2-1、2-2的挠曲量。

详细地说，“数学模型”是指上述“扩展状态方程式模型”，由“轿厢振动模型”和“轨道位移模型”构成。轨道位移推测模块31将根据加速度信号16-1、16-2的信号而作为实际的状态量得到的振动速度和振动位移输入到“扩展状态方程式模型”的“轿厢振动模型”。由此，根据“轨道位移模型”计算与当前的导轨2-1、2-2的挠曲量对应的强制位移和作为其时间微分的位移速度。

虽然根据观测器的设计而也有不同，但如果将推测运算的采样周期设定为快于导轨2-1、2-2的挠曲波形(表示挠曲状态的时间变化的波形)的周期，则能够进行大致实时的推测。

前馈控制模块33基于从轨道位移推测模块31输出的轨道位移推测信号32-1、32-2…而进行规定的运算处理。此外，轨道位移推测信号32-1、32-2…与主动辊引导件7-1～7-4的致动器11-1～11-4对应并由4个信号构成。关于前馈控制信号34-1、34-2…也一样，与主动辊引导件7-1～7-4的致动器11-1～11-4对应并由4个信号构成。

前馈控制信号34-1、34-2…使致动器11-1～11-4向抵消由导轨2-1、2-2的挠曲导致的强制位移和位移速度的方向驱动。详细情况在后面叙述。

最后，将反馈控制信号36-1、36-2…和前馈控制信号34-1、34-2…在加法器37-1、37-2…中分别相加而得到的结果为振动控制信号38-1、38-2…。将该振动控制信号38-1、38-2…提供给图3所示的驱动装置21-1、21-2…，分别驱动主动辊引导件7-1～7-4的致动器11-1～11-4。

此外，在原理上，能够仅通过前馈控制信号34-1、34-2…而使振动降低直至接近于0。但是，实际上，在轨道位移推测信号32-1、32-2…中当然还产生误差，所以能够想到在推测误差大时，振动控制向激振侧作用、控制发散的可能性。在这种情况下，如果有反馈控制信号36-1、36-2…，则成为使轿厢振动衰减并使控制稳定化的分量，所以能够缓和前馈控制信号44的误差的影响。

接下来，详细说明轨道位移推测模块31的运算处理。

首先，为了容易理解，对安装于轨道位移推测模块31的最小维度观测器的基本构成进行说明。

图5为用于说明根据4个状态量推测2个状态量的最小维度观测器的构成的图。图中的A、B、C…等记号是行列式，是规定的阵列。“1/s”表示积分，帽形记号(^)表示推测值。40是表示实际的振动系统的实物模型，也称为“成套设备(plant)”。41是最小维度观测器。

设为在某个具有4个状态量的振动系统中，受到干扰U1～U2而各部按状态量X1～X4进行振动。状态量X1～X4中的状态量X1、X2设为从1个加速度传感器得到。关于剩余的状态量X3、X4，使用最小维度观测器41来推测。

此处，在振动系统受到了干扰U1～U2的情况下，需要预先针对以什么样的状态进行振动在理论上进行模型化。如果能够对振动系统进行模型化，则能够使用最小维度观测器41来推测未知的状态量X3、X4。

如果具体地说明，则首先A、B、C…的行列式根据乘用轿厢5的各种因素(重量、惯性矩、辊引导件的弹簧常数等)来决定。此处，作为乘用轿厢5的振动特性，如图8所示，考虑具有重心的水平振动位移X(t)和绕重心的旋转振动角度θ(t)这2个振动自由度的振动系统模型。

作为乘用轿厢5的各种因素，将轿厢重量设为M(kg)，将惯性矩设为J(kg·m²)，将重心至上下的辊引导件的距离设为L1、L2[m]，将上下的辊引导件的弹簧常数设为K[N/m]，将弹簧中包含的衰减常数设为C[Ns/m]。

如果将乘用轿厢5的重心的水平振动位移记为X(t)，将绕重心的旋转振动角度记为θ(t)，将它们的时间微分记为X’(t)、θ’(t)，则图8的振动系统模型的状态方程式一般通过下述式(1)、式(2)来表示。

【数学式1】

【数学式2】

此处，A[4×4]、B[4×4]、C[4×4]是按照上述乘用轿厢5的各种因素值唯一地确定的常数矩阵值。由于是一般性的，所以省略具体值的记述。

在被提供位移矢量U(t)＝D1、D2、D1’、D2’的情况下，关于乘用轿厢5产生什么样的水平振动位移X(t)和旋转振动角度θ(t)，能够通过式(1)、式(2)在理论上计算。

另外，如果将加速度传感器设置于轿厢重心，并根据该加速度传感器的信号求出水平振动位移X1＝X(t)及其微分值X2＝dX(t)/dt，则能够使用最小维度观测器41来容易地推测旋转振动角度X3＝θ(t)及其微分值X4＝dθ/dt。

在本实施方式中，利用这样的最小维度观测器的技术，实现在行驶时能够大致实时地推测作为乘用轿厢5的振动原因的导轨2-1、2-2的挠曲量的系统。

在图5中，以具有4个状态量的振动系统模型为例进行了说明，但在如本实施方式那样将2个加速度传感器15-1、15-2设置于乘用轿厢5的情况下，预先构筑具有8个状态量的振动系统模型。为了推测其中的4个状态量，使用图6所示的最小维度观测器43。

图6为用于说明根据8个状态量推测4个状态量的最小维度观测器的构成的图。图中的A、B、C…等记号是行列式，是规定的阵列。“1/s”表示积分，帽形记号(^)表示推测值。42是表示实际的振动系统的实物模型，也称为“成套设备”。43是最小维度观测器。

在某个具有8个状态量的振动系统中，受到干扰U1～U4而各部按状态量X1～X8进行振动。状态量X1～X8中的状态量X1～X4为从2个加速度传感器得到，关于剩余的状态量X5～X8，使用观测器来推测。

首先，将乘用轿厢5的重心的水平振动位移X(t)、旋转角度位移θ(t)以及它们的微分的合计4个状态量设为X1～X4。另外，考虑作为状态量X5～X8而推测上侧辊引导件受到的位移D1(t)、下侧辊引导件受到的位移D2(t)和作为它们的时间微分的dD1/dt＝D1’(t)、dD2/dt＝D2’(t)的系统。

此处，A、B、C的行列为了计算8个状态量而需要设为8×8的行列。假定为位移D1(t)、D2(t)分别按照具有根据托架3的设置间隔的周期和乘用轿厢5的行驶速度v来决定的频率ω1的周期的正弦波的特性来变化。即，设为由下述的式子来表示。

D1(t)＝α·sin(ωt)

其中，α是任意的系数。另外，ω＝ω1＝1/(L/v)×2π(rad/s)，L是托架周期[m]，v是行驶速度[m/s]。关于D2(t)也一样。

上述式子基于导轨2-1、2-2的挠曲变化的特征。即，如图9所示，通常，关于导轨2-1、2-2，分别将具有规定的长度的多根轨道部件2a、2b、2c…在垂直方向上接合，并通过托架3固定在竖井1内。因此，在托架3的设置间隔或者轨道部件2a、2b、2c…的接缝处，导轨2-1、2-2的挠曲发生变化的可能性高。

图10为示出导轨2-1、2-2的挠曲波形的振幅分量与周期的关系的图。

导轨2-1、2-2的挠曲波形包括根据托架3的设置间隔的周期和行驶速度v来确定的频率ω1的分量以及根据轨道部件2a、2b、2c…的接缝的周期和行驶速度v来确定的频率ω2的分量。其中也是频率ω1的分量处于支配地位。在着眼于频率ω1的分量的情况下，位移D1(t)的2阶微分是

D1(t)”＝-ω²D1(t)。

此处，ω＝ω1。如果用状态方程式的形式来表现它，则如下述式(3)所示。

【数学式3】

关于位移D2(t)也一样，如下述式(4)所示。

【数学式4】

因此，图6所示的具有8个状态量的振动系统的状态方程式是将式(1)～式(4)组合并通过下述式(5)、(6)来表示。

【数学式5】

【数学式6】

此处，如果将行列A、B、Cnew、Dnew应用于图6，将从加速度传感器15-1、15-2得到的4个状态量X1～X4＝[X’，X，θ’，θ]输入到最小维度观测器43，则能够推测剩余的4个状态量X5～X8＝[D1’，D1，D2’，D2]。这意味着如果有能够计测乘用轿厢5的当前的状态量的传感器，则在行驶时能够大致实时地推测乘用轿厢5接触于导轨2-1、2-2的部分的挠曲量。

如果示意地示出这样的处理，则如图7所示。即，轨道位移推测模块31是将加速度信号16-1、16-2作为输入的最小维度观测器43的构成。

接下来，对前馈控制模块33的运算处理进行说明。

图11为示出主动辊引导件7-1受到由轨道挠曲导致的强制位移时的情形的图，图11的(a)示出位移前的状态，图11的(b)示出位移后的状态。

例如上侧的主动辊引导件7-1受到了位移D1(t)。此时，如果乘用轿厢5的水平位置不变化，则弹簧10-1的挠曲量为D1[m]。

此处，如果将弹簧10-1的弹簧常数设为K[N/m]，将衰减常数设为C[Ns/m]，则弹簧10-1对乘用轿厢5施加的力F1(N)如下表示。

F1＝K·D1(t)+C×D1’(t)

该F1是乘用轿厢5的激振力。

与此相对地，如果通过致动器11-1而产生-F1的力，则传到乘用轿厢5的激振力F变成F＝F1rail-F1actuator＝0，不受到激振。F1rail是由轨道的挠曲导致的强制位移的力，F1actuator是致动器11-1产生的力。在上侧的主动辊引导件7-2受到位移D2(t)时也一样。

如果示意地示出这样的处理，则如图12所示。即，前馈控制模块33对作为轨道位移推测信号32-1、32-2…而得到的位移D1(t)、D2(t)…以及它们的微分值D1'(t)，D2'(t)…分别乘以弹簧常数K、衰减常数C并相加，从而生成前馈控制信号34-1、34-2…。

如图4所示，最后，将反馈控制信号36-1、36-2…与前馈控制信号34-1、34-2…相加而得到的振动控制信号38-1、38-2…被提供给驱动装置21-1、21-2…。由此，主动辊引导件7-1～7-4的致动器11-1～11-4向抑制乘用轿厢5的水平振动的方向运动。

图13为将导轨的挠曲量与通过本实施方式的方法推测挠曲量的结果进行比较并示出的图，横轴表示时间[sec]，纵轴表示位移[mm]。

由图中的实线所示的波形50表示在行驶时对作为乘用轿厢5的振动原因的导轨2-1、2-2的挠曲量进行仿真的结果。与此相对地，图中的单点划线所示的波形51表示对通过轨道位移推测模块31在理论上推测出的导轨2-1、2-2的挠曲量进行仿真的结果。根据两者的比较可知，通过本实施方式的方法得到与实际的导轨2-1、2-2的挠曲量近似的结果。

图14为将乘用轿厢5的振动与通过本实施方式的方法进行振动抑制的结果进行比较并示出的图，横轴表示时间[sec]，纵轴表示加速度[gal]。

图中的实线所示的波形52表示对在乘用轿厢5由于导轨2-1、2-2的挠曲而受到强制位移时产生的水平振动进行仿真的结果。与此相对地，图中的单点划线所示的波形53表示对通过本实施方式的方法抑制了水平振动的状态进行仿真的结果。根据两者的比较可知，能够通过本实施方式的方法使乘用轿厢5的水平振动降低至接近0的状态。

如上所述，根据本实施方式，能够在行驶时大致实时地推测导轨2-1、2-2的挠曲量，对作为减振机构的致动器11-1～11-4进行前馈控制。因此，即使导轨2-1、2-2的挠曲根据气温、湿度、时间地变化，也能够可靠地捕捉由当前的挠曲引起的水平振动而有效地使其降低。另外，与使用位移传感器来以轿厢位置为基准计测位移的方法不同，不包含由振动导致的测定误差，所以，具有能够对致动器11-1～11-4高精度地进行减振控制的优点。

(第2实施方式)

接下来，对第2实施方式进行说明。

图15为示出第2实施方式中的控制装置20的功能构成的框图。此外，对与上述第1实施方式中的图4的构成相同的部分附加同一符号，省略其说明。

在第2实施方式中，在控制装置20中具备2个轨道位移推测模块31a、31b。如图10所示，如果分析导轨2-1、2-2的挠曲波形，则具有(1)托架周期以及(2)轨道接缝周期显著这样的特征。

在上述第1实施方式中，将处于特别支配地位的托架周期作为轨道挠曲波形的周期而模型化。在该情况下，由于不考虑轨道接缝的影响，所以还设想推测误差变大的情形。

因此，在第2实施方式中，具备2个轨道位移推测模块31a、31b，关于一个轨道位移推测模块31a，做成着眼于托架周期而进行推测运算的构成，关于另一个轨道位移推测模块31b，做成着眼于轨道连接点周期而进行推测运算的构成。

即，在轨道位移推测模块31a中，使用假定为轨道挠曲具备具有根据托架周期和行驶速度v来确定的频率ω1的大致正弦波的特性的轨道位移模型来进行推测运算处理。另一方面，在轨道位移推测模块31b中，使用假定为轨道挠曲具备具有根据轨道接缝周期和行驶速度v来确定的频率ω2的大致正弦波的特性的轨道位移模型来进行推测运算处理。

将从该轨道位移推测模块31a、31b输出的轨道位移推测信号32a-1、32a-2…与轨道位移推测信号32b-1、32b-2…分别相加，将由此得到的信号作为最终的推测结果。

这样根据第2实施方式，通过使用考虑了托架周期和轨道接缝周期这2个特征性的周期的轨道位移模型，能够实施进一步反映了导轨2-1、2-2的挠曲的特征的推测处理。通过使用该推测结果来对致动器11-1～11-4进行前馈控制，能够期待精度更高的减振效果。

此外，在上述第2实施方式中，做成利用轨道位移推测模块31a和轨道位移推测模块31b这两者的推测结果来进行前馈控制的构成，但也可以做成利用某一方的推测结果来进行前馈控制的构成。

另外，作为其他方法，也可以着眼于乘用轿厢5的水平振动的固有频率ω_n而对轨道挠曲进行模型化。即，在当乘用轿厢5的高速行驶时产生的水平振动中，支配的频率是乘用轿厢5具有的共振频率ω_n[rad]。

该共振频率ω_n大概能够通过下述式(7)来计算。

【数学式7】

但是，K是上下辊引导件的弹簧常数[N/m]，M是轿厢重量(kg)。

在着眼于这样的共振频率ω_n而对轨道挠曲进行模型化的情况下，与实际的挠曲波形不一致。然而，在挠曲波形中共振频率ω_n的分量即使小，也会导致乘用轿厢5的大幅揺动。因此，通过按共振频率ω_n预先进行模型化，也有能够有效地抑制振动的可能性。

另外，由于仅推测与乘用轿厢5具有的共振频率ω_n一致的分量，所以该推测出的波形变小。因此，致动器11-1～11-4的动作量也变小，能够期待节能效果。

(第3实施方式)

接下来，对第3实施方式进行说明。

图16为用于说明第3实施方式中的轨道位移模型的图。

在上述第1实施方式中，导轨2-1、2-2的挠曲模型化为具有大致正弦波的特征。与此相对地，在第3实施方式中，导轨2-1、2-2的挠曲模型化为具有图16所示的阶梯波54的特征。即，挠曲的变化模型化为将细小的高低差组合而得到的阶梯波54。其中，阶梯波54的周期设为与轨道挠曲波形的周期相比较充分地小。

例如，在设为托架3的设置间隔是建筑物的层高即每4m的情况下，表示导轨2-1、2-2的挠曲的变化的波形(轨道挠曲波形)的周期也为4m。

此处，在例如按360m/分(6m/秒)行驶的高速电梯中，轨道挠曲波形的周期为4/6＝0.67秒(1.5Hz)。另一方面，控制装置(微型机)20的运算周期一般是1000Hz左右。因此，以远快于轨道挠曲波形的周期的速度进行推测运算。

在这种情况下，在一次一次的短的运算周期中，几乎没有轨道挠曲，即使假定为恒定值也没问题。因此，导轨2-1、2-2的挠曲模型化为具有幅度与控制装置20的运算周期相当的阶梯波54的特征。

在该情况下，导轨2-1、2-2的状态方程式中的位移D1由下述式(8)表示。如果与上述式(3)相比，则频率ω的部分变成表示无变化的“0”。

【数学式8】

关于位移D2也一样，由下述式(9)表示。如果与上述式(4)相比，则频率ω的部分变成表示无变化的“0”。

【数学式9】

如果使用式(8)、式(9)来推测导轨2-1、2-2的挠曲状态，则即使在例如设置时的状况差、在竖井1内仅有一处挠曲极大这样的挠曲未周期性地变化的情况下，也能够正确地推测。

这样根据第3实施方式，即使在导轨2-1、2-2具有未设想的特殊的挠曲的情况下，也能够应对。

其中，将轨道挠曲模拟为阶梯波，所以无论什么样的挠曲都能够推测，另一方面，还推测了挠曲分量中的0Hz分量(DC分量)。因此，例如在由于强风、地震等而建筑物揺动、并且与此相伴地导轨2-1、2-2以极低频率揺动的情况下，致动器11-1～11-4有可能进行动作，以去除该极低频率。在该情况下，也有时阻碍了乘用轿厢5沿着导轨2-1、2-2缓慢地揺动的动作。因此，例如在由于强风、地震等而建筑物揺动的情况下，优选如上述第1和第2实施方式那样假定为轨道挠曲波形是正弦波的方法。

(第4实施方式)

接下来，对第4实施方式进行说明。

图17为示意地示出第4实施方式所涉及的电梯的主动减振装置的构成的图。此外，对与上述第1实施方式中的图1相同的部分附加同一符号，省略其说明。

在第4实施方式中，乘用轿厢5由轿厢框6和被该轿厢框包围的轿厢室12构成。轿厢室12实际上是乘客乘用的部分，经由防振橡胶13-1、13-2连结于轿厢框6。

在轿厢框6与轿厢室12之间，介有用于抑制两者之间的相对振动的致动器14-1、14-2。

另外，在轿厢室12内设置有2个加速度传感器15-3、15-4。具体来说，例如在轿厢室12内的上端部的大致中央设置有加速度传感器15-3，在轿厢室12内的下端部的大致中央设置有加速度传感器15-4。

加速度传感器15-3、15-4与加速度传感器15-1、15-2同样地是单轴加速度传感器。一个加速度传感器15-3检测轿厢室12的上部的x方向(左右方向)的加速度，另一个加速度传感器15-4检测轿厢室12的下部的x方向(前后方向)的加速度。此外，关于应用于左右方向振动和前后方向振动这2个方向的情况，也可以构成为使用双轴加速度传感器，1个传感器检测x方向和y方向的加速度，并降低左右方向和前后方向的振动。

在上述第1实施方式中，将构成乘用轿厢5的轿厢框6和轿厢室12做成一体，对具有轿厢整体的重心的水平振动和绕重心的旋转振动这2个振动自由度的振动系统进行模型化。与此相对地，在第4实施方式中，使轿厢框6与轿厢室12相互独立，对具有轿厢框6的重心的水平振动和绕重心的旋转振动以及轿厢室12的重心的水平振动和绕重心的旋转振动这4个振动自由度的振动系统进行模型化。

此处，轨道位移推测模块31利用4个加速度传感器15-1～15-4的信号以及将4个振动自由度的轿厢振动模型和轨道位移模型组合而得到的扩展状态方程式模型。由此，与由导轨挠曲导致的位移D1、D2分开地，推测主要由于行驶时的风压等而对轿厢室12施加的激振力P1、P2。

图18为示意地示出安装于轨道位移推测模块31的最小维度观测器44的处理的图。

在第4实施方式中，考虑具有16个状态量的振动系统的状态方程式。其中，将通过加速度传感器15-1～15-4的信号而得到的8个状态量[X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8]＝[Xw'，Xw，θw'，θw，Xs'，Xs，θs'，θs]作为输入。推测剩余的8个状态量[X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16]＝[D1'，D1，D2'，D2，P1'，P1，P2'，P2]。

即，除了轿厢框6由于轨道挠曲而受到的位移D1、D2以外，还推测轿厢室12由于风压力等而受到的激振力P1、P2。作为具体的运算方法，与上述式(5)、式(6)相同，所以此处省略详细说明。

前馈控制模块33基于该最小维度观测器44的推测结果而对致动器11-1～11-4进行前馈控制，并且对设置于轿厢框6与轿厢室12之间的致动器14-1、14-2进行前馈控制。由此，例如在2台电梯在高速行驶中擦身而过的情况等，轿厢室12由于风压力等而振动的情况下，能够向抑制该振动的方向驱动致动器14-1、14-2而使轿厢室12的揺动稳定化。

这样根据第4实施方式，通过使轿厢框6与轿厢室12相互独立而预先对振动系统进行模型化，从而除了轿厢框6由于导轨2-1、2-2的挠曲而作为强制位移力受到的振动之外，还能够抑制在高速行驶时轿厢室12受到的激振力所导致的振动。

根据上述至少1个实施方式，能够提供一种在行驶时能够高精度地抑制由于导轨的挠曲而产生的乘用轿厢的振动的电梯的主动减振装置。

此外，说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种方式来实施，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含在发明的范围、主旨中，并且包含在权利要求书所记載的发明及其均等的范围中。

Claims (10)

1.一种电梯的主动减振装置，其特征在于，具备：

乘用轿厢，其沿着导轨进行升降；

减振机构，其设置于该乘用轿厢的与所述导轨对置的部分；

至少1个传感器，其检测所述乘用轿厢的水平方向的振动；

推测单元，其具有理论上表示所述导轨的挠曲与所述乘用轿厢的水平方向的振动的关系的数学模型，利用所述传感器的信号和所述数学模型，在行驶时大致实时地推测作为所述乘用轿厢的振动原因的所述导轨的挠曲量；以及

控制单元，其基于该推测单元的推测结果，向抑制所述乘用轿厢振动的方向控制所述减振机构，

所述数学模型由将轿厢振动模型和轨道位移模型组合而得到的扩展状态方程式模型构成，所述轿厢振动模型是用状态方程式的形式表现所述乘用轿厢由于所述导轨的挠曲而受到的水平方向的振动特性的模型，所述轨道位移模型是假定为所述导轨的挠曲以规定的规则特性进行变化而用状态方程式的形式来进行表现的模型。

2.根据权利要求1所述的电梯的主动减振装置，其特征在于，

所述推测单元将从所述传感器的信号作为实际的状态量而得到的所述乘用轿厢的振动速度和振动位移输入到所述扩展状态方程式模型，算出在行驶时对所述乘用轿厢起作用的强制位移和位移速度，

所述控制单元基于通过所述推测单元计算出的强制位移和位移速度，向抑制所述乘用轿厢的振动的方向控制所述减振机构。

3.根据权利要求1所述的电梯的主动减振装置，其特征在于，

所述轨道位移模型是假定所述导轨的挠曲具备仅振幅和相位按恒定的周期变化的大致正弦波的特性而被模型化。

4.根据权利要求3所述的电梯的主动减振装置，其特征在于，

所述轨道位移模型是假定所述导轨的挠曲具备大致正弦波的特性而被模型化，所述大致正弦波具有用于将所述导轨固定在竖井内的托架的每个设置间隔的周期。

5.根据权利要求3所述的电梯的主动减振装置，其特征在于，

所述轨道位移模型是假定所述导轨的挠曲具备大致正弦波的特性而被模型化，所述大致正弦波具有构成所述导轨的多根轨道部件的接缝的每个间隔的周期。

6.根据权利要求3所述的电梯的主动减振装置，其特征在于，

所述轨道位移模型是假定所述导轨的挠曲具备大致正弦波的特性而被模型化，所述大致正弦波具有用于将所述导轨固定在竖井内的托架的每个设置间隔的第1周期和构成所述导轨的多根轨道部件的接缝的每个间隔的第2周期。

7.根据权利要求1所述的电梯的主动减振装置，其特征在于，

所述轨道位移模型是假定所述导轨的挠曲具备与减振运算速度相比非常平稳地变化的阶梯波的特性而被模型化。

8.根据权利要求1所述的电梯的主动减振装置，其特征在于，

所述轿厢振动模型是对具备所述乘用轿厢的重心的水平振动和绕重心的旋转振动这2个振动自由度的振动系统进行模型化。

9.根据权利要求1所述的电梯的主动减振装置，其特征在于，

所述轿厢振动模型是对使构成所述乘用轿厢的轿厢框和轿厢室相互独立、并且具有所述轿厢框的重心的水平振动和绕重心的旋转振动以及所述轿厢室的重心的水平振动和绕重心的旋转振动这4个振动自由度的振动系统进行模型化。

10.根据权利要求9所述的电梯的主动减振装置，其特征在于，

所述推测单元使用所述轿厢振动模型来推测对所述轿厢室施加的激振力，

所述控制单元基于所述推测单元的推测结果，向抑制对所述轿厢室施加的激振力的方向对设置于所述轿厢框与所述轿厢室之间的致动器进行前馈控制。