JP2005206343A

JP2005206343A - エレベータの制御装置

Info

Publication number: JP2005206343A
Application number: JP2004015619A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nishio; 哲哉西尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】巻上機１を駆動する電動機７のリップルを、低速度から高速度まで広範囲に亙って抑制するようにしたエレベータの制御装置を提供する。
【解決手段】トルク指令値Ｉｑ^＊に基いて電動機７を制御してかご３を昇降させるエレベータの制御装置に係るものであって、トルク指令値Ｉｑ^＊の入力点から電動機７の実速度の出力点までの伝達関数を求め、トルクリップルの補正値Ｉｑｒ^＊をトルク指令値Ｉｑ^＊に加入しない状態で電動機７を制御したときの実速度に含まれるリップル値を検出し、このリップル値を逆位相にして伝達関数で除した値を補正値Ｉｑｒ^＊としてトルク指令値Ｉｑ^＊に対応させて予め補正値テーブル１４に記録しておき、トルク指令値Ｉｑ^＊が発せられると補正値テーブル１４から対応する補正値Ｉｑｒ^＊を読み取ってトルク指令値Ｉｑ^＊に加算して電動機７を制御するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、エレベータのかごを昇降駆動する電動機の回転脈動を減少させる制御装置に係るものである。

電動機の回転磁界は、電動機鉄心に形成されたスロットによって歪を生じ、この歪みによって電動機のトルクが脈動する。エレベータでは、上記脈動が乗り心地を害する一因となっていた。
そこで、従来のエレベータの制御装置では、電動機のトルクリップルを減少させるために、かごの実速度に基いて演算されたインバータの一次周波数角θｅに対してＮ倍の位相Ｎｆ・θｅが演算される。例えば、６倍の位相６ｆ・θｅが演算されて正弦波の位相Ｑとなる。更にｑ軸電流指令値Ｉｑｃから振幅Ａが求められる。この正弦波ＡｓｉｎＱがトルクリップル補償値αとして、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃに対して加算されて、スロットによるトルクリップルを減少させるようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

また、図７は、トルクリップルを減少させるための補正値を演算する従来の方法を示す流れ図である（例えば、特許文献２参照）。
即ち、図７（ａ）に示したとおり、速度指令値ｕの入力点から電動機の発生トルクまでの伝達関数Ｇ１と、電動機の発生トルクから電動機の回転速度ｙまでの伝達関数Ｇ２で制御系を表す。
手順Ｓ１１で、速度指令値ｕに加算される補正値ｈ＝０として、速度指令値ｕで電動機を制御する。手順Ｓ１２で、そのときの電動機の速度ｙを検出して記憶させる。手順Ｓ１３で、速度ｙに含まれる速度リップルｙｄをフーリェ解析して各周波数ωｍ成分について振幅Ｒｍと位相φｍを記憶させる。ここで、速度指令値ｕの周波数ωｍの成分ｕｄとトルクリップルｄと速度リップルｙｄの間には、（１）式が成立する。

次に、手順Ｓ１４で、速度指令値ｕに所定の補正値ｈ（≠０）を加算して電動機を制御する。手順Ｓ１５で、そのときの電動機の速度ｙｈを検出して記憶させる。手順Ｓ１６で、速度ｙｈに含まれる速度リップルｙｈｄをフーリェ解析して各周波数ωｍ成分について振幅Ｒｍと位相φｍを記憶させる。ここで、速度指令値ｕの周波数ωｍの成分ｕｄとトルクリップルｄと速度リップルｙｈｄの間には、（２）式が成立する。手順Ｓ１７で、（３）式によって、速度指令値ｕの入力点から電動機の回転速度ｙまでの伝達関数Ｇ１・Ｇ２を求める。手順Ｓ１８で、（４）式によって速度指令値ｕに対する補正値ｈを各周波数ωｍごとに予め演算して補正値テーブルに記憶しておく。稼動運転では、速度指令ｕに対応する補正値ｈを補正値テーブルから取り出して速度指令ｕに加算することにより、速度リップルｙｈｄを減少させることができる。

特開２００１−３１３３９号公報（段落番号３０〜４５、図１、図２）特開２００１−３０９６８７号公報（段落番号２７〜３０、図１、図２）

従来のエレベータの制御装置は上記のとおり構成されており、特許文献１に記載のものは、リップルを構成する各周波数成分の内、一の周波数成分しか抑制することができなかった。このため、対象外のリップルは抑制されない、という問題があった。
また、特許文献２に記載のものは、速度指令値ｕに対しては、リップルを各周波数成分ごとに分析して軽減させることができる。
しかし、エレベータの電動機は、低速度から高速度まで広範囲に変化させる必要がある。このため、速度指令値ｕが変化して各リップルの各周波数が変化した場合に、広い速度範囲に亙ってリップルを軽減させることはできない、という問題があった。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、巻上機を駆動する電動機のリップルを、低速度から高速度まで広範囲に亙って抑制するようにしたエレベータの制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る請求項１に記載のエレベータの制御装置は、速度指令値と実速度の帰還値からトルク指令値を発生させ、このトルク指令値に基いて電動機を制御してかごを昇降させるエレベータの制御装置に係るものであって、トルク指令値の入力点から電動機の実速度の出力点までの伝達関数を求め、電動機を制御したときの実速度に含まれるリップル値を検出し、このリップル値を逆位相にして伝達関数で除した値を補正値としてトルク指令値に対応させて予め補正値テーブルに記録しておき、トルク指令値が発せられると補正値テーブルから対応する補正値を読み取ってトルク指令値に加算して電動機を制御するようにしたものである。

この発明に係る請求項２に記載のエレベータの制御装置は、速度指令値と実速度の帰還値からトルク指令値を発生させ、このトルク指令値に基いて電動機を制御してかごを昇降させるエレベータの制御装置に係るものであって、トルク指令値の入力点から電動機の出力トルクまでの伝達関数を求め、電動機を制御したときの出力トルクに含まれるリップル値をかごの積載荷重を測定する秤装置で検出し、このリップル値を逆位相にして伝達関数で除した値を補正値としてトルク指令値に対応させて予め補正値テーブルに記録しておき、トルク指令値が発せられると補正値テーブルから対応する補正値を読み取ってトルク指令値に加算して電動機を制御するようにしたものである。

この発明に係るエレベータの制御装置によれば、電動機を制御するトルク指令値に補正値を加入しないときの実速度に含まれるリップル値と逆位相の脈動を生じさせる補正値を各トルク指令値に対応させて予め補正値テーブルに記録しておき、トルク指令値が発せられると補正値テーブルから対応する補正値を読み取り、更に、そのときの実速度に見合った位相角でトルク指令値に加算して電動機を制御するようにしたものである。
このため、低速度から高速度まで広範囲に亙って電動機のリップルを抑制することができる、という効果を奏する。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一符号を付し、説明の重複を省いた。
実施の形態１．
図１及び図２は、この発明の実施の形態１に係るエレベータの制御装置を示す。
図１は、エレベータの制御装置の全体構成を示すブロック図である。同図において、巻上機１には主索２が巻き掛けられ、この主索２の一端にはかご３が吊持され、他端には釣合錘６が吊持されている。巻上機１は電動機７によって駆動され、この電動機７の回転軸には回転位置を識別することができる絶対値形のエンコーダ８が取り付けられている。エンコーダ８の出力は速度・位置検出器１１によってインバータ２３の一次周波数角である電気角θｅと、電動機７の回転位置である機械角θｍと、機械角θｍの微分値である実速度ωｍに変換される。秤装置４によって計量されたかご３の積載荷重Ｗｃと実速度ωｍは、速度制御器１２に入力される。ここで、実速度ωｍは速度指令値と比較され、その偏差に積載荷重Ｗｃが加味されてトルク指令値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊が出力される。

トルクリップル測定演算器１３は、エレベータの稼動に備えてｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に対応させて補正値が記録された補正値テーブル１４を事前に構築するもので、詳細を図２に示す。トルクリップル抑制器１５は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に対応する補正値を補正値テーブル１４から読み取り、かつ、実速度ωｍに見合った位相角にした補正値Ｉｑｒ^＊を演算して出力する。この補正値Ｉｑｒ^＊は加算器１６でｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊との偏差が演算されてトルクリップルを抑制する新たなトルク指令値であるｑ軸電流指令値（Ｉｑ^＊−Ｉｑｒ^＊）となる。Ｉｄ^＊は磁束を発生させるｄ軸電流指令値である。
変流器９によって検出されたインバータ２３の出力電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは３相２相変換器１７によって電気角θｅに基き直交回転座標系のｄ軸電流信号Ｉｄ及びｑ軸電流信号Ｉｑに変換され、それぞれ加算器１８でｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊とｄ軸電流信号Ｉｄの偏差が演算される。また、加算器１９でトルクリップルを抑制する指令値であるｑ軸電流指令値（Ｉｑ^＊−Ｉｑｒ^＊）とｑ軸電流信号Ｉｑの偏差が演算される。
補償器２０は、加算器１８、１９で演算された偏差信号を２相の直交回転座標系におけるｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を出力する。２相３相変換器２１は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を電気角θｅに基き３相の直交静止座標系の電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に変換する。ＰＷＭ回路２２は、電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊に基きパルス幅変調をしてインバータ２３のゲートを制御する。

図２は、トルクリップル測定演算器１３、補正値テーブル１４及びトルクリップル抑制器１５の詳細を示すブロック図である。
補正値テーブル１４への書込みは、図７に示したとおりである。即ち、トルク指令値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に補正値Ｉｑｒ^＊を加算しない状態、即ち、補正値Ｉｑｒ^＊＝０として、電動機７を制御する。そのときのリップル分を演算するため、機械角θｍの２重微分要素の伝達関数１３ａによってトルクリップル成分を抽出する。加算器１３ｅでトルクリップル成分とｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊との差をとり、更にフィルタ１３ｂでノイズを除去した後、フーリェ解析器１３ｃで解析する。即ち、
トルクリップルＩｑｒ（Ｉｑｒ^＊＝０）＝Ｒｍ０（１ｆ）・ｃｏｓ｛１ｆ・θｍ＋φｍ０（１ｆ）｝＋……＋Ｒｍ０（Ｎｆ）・ｃｏｓ｛Ｎｆ・θｍ＋φｍ０（Ｎｆ）｝−−（１１）
各周波数成分（ｋｆ）・θｍごとの振幅値Ｒｍ０（ｋｆ）及び位相値φｍ０（ｋｆ）、（但し、ｋ＝１〜Ｎ）を、切替器１３ｄを介して第１記憶手段１３ｆに書き込む。

次に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に上記で求めた補正値Ｉｑｒ^＊を加算した状態、即ち、補正値Ｉｑｒ^＊≠０として、電動機７を制御する。同様に、伝達関数１３ａ、フィルタ１３ｂを介してフーリェ解析器１３ｃで解析する。即ち、
トルクリップルＩｑｒ（Ｉｑｒ^＊≠０）＝Ｒｍｄ（１ｆ）・ｃｏｓ｛１ｆ・θｍ＋φｍｄ（１ｆ）｝＋……＋Ｒｍｄ（Ｎｆ）・ｃｏｓ｛Ｎｆ・θｍ＋φｍｄ（Ｎｆ）｝−−（１２）
各周波数成分（ｋｆ）・θｍごとの振幅値Ｒｍｄ（ｋｆ）及び位相値φｍｄ（ｋｆ）、（但し、ｋ＝１〜Ｎ）を、切替器１３ｄを介して第２記憶手段１３ｇに書き込む。

伝達関数演算手段１３ｈによって第１記憶手段１３ｆ及び第２記憶手段１３ｇに書き込まれたトルクリップルＩｑｒ（Ｉｑｒ^＊＝０）とトルクリップルＩｑｒ（Ｉｑｒ^＊≠０）から、図７の（３）式により伝達関数を演算する。伝達関数が演算されると、補正値演算手段１３ｉは、第１記憶手段１３ｆに記録されたトルクリップルＩｑｒ（Ｉｑｒ^＊＝０）と伝達関数によって補正値を演算して、その振幅値Ｒｍ（１ｆ）〜Ｒｍ（Ｎｆ）及び位相値φｍ（１ｆ）〜φｍ（Ｎｆ）を、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に対応させて共に補正値テーブル１４に書き込む。
以下、同様にしてｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を変化させて各値のｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊について補正値を演算して補正値テーブル１４に書き込む。

補正値テーブル１４への書込みが完了すると、エレベータは稼動状態になる。即ち、速度制御器１２からｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊が出力されると、検索手段１５ａは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊対応する補正値Ｉｑｒ^＊の振幅Ｒｍ（１ｆ）〜Ｒｍ（Ｎｆ）及び位相φｍ（１ｆ）〜φｍ（Ｎｆ）を、補正値テーブル１４から読み取って重畳演算器１５ｃへ出力する。重畳演算器１５ｃは、乗算器１５ｂから出力された各周波数成分１ｆ・θｍ〜Ｎｆ・θｍを取り込んで補正値Ｉｑｒ^＊を合成して出力し、加算器１６でｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊と補正値Ｉｑｒ^＊との偏差が算出される。この偏差によって電動機７が制御されることにより、リップルを抑制することができる。

上記実施の形態１によれば、電動機７を制御するｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に補正値Ｉｑｒ^＊を加入しないときの機械角θｍ、即ち、実速度に含まれるトルクリップルＩｑｒ（Ｉｑｒ^＊＝０）と逆位相の脈動を生じさせる補正値Ｉｑｒ^＊を各ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に対応させて予め補正値テーブル１４に記録しておき、エレベータの稼動状態において、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊が発せられると補正値テーブル１４から対応する補正値Ｉｑｒ^＊の振幅Ｒｍ及び位相φｍを読み取り、更に、そのときの実速度に見合った位相角θｍで各周波数成分を重畳して補正値Ｉｑｒ^＊を演算してｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に加算し、電動機７を制御するようにしたので、低速度から高速度まで広範囲に亙って電動機のリップルを抑制することができる。

実施の形態２．
この実施の形態２は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に対応する補正値Ｉｑｒ^＊が補正値テーブル１４に記録されていない場合に、直近上位と下位の補正値で補完するようにしたものである。
図３は、この発明の実施の形態２に係るエレベータの制御装置のトルクリップル抑制器２５の詳細を示すブロック図である。
即ち、検索手段２５ａによって、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊の直近下位のｑ軸電流指令値Ｉｑ１^＊に対する振幅Ｒｍ１（１ｆ）〜Ｒｍ１（Ｎｆ）及び位相φｍ１（１ｆ）〜φｍ１（Ｎｆ）と、直近上位のｑ軸電流指令値Ｉｑ２^＊に対する振幅Ｒｍ２（１ｆ）〜Ｒｍ２（Ｎｆ）及び位相φｍ２（１ｆ）〜φｍ２（Ｎｆ）を読み取る。図４及び図５に示したとおり、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊はｑ軸電流指令値Ｉｑ１^＊とｑ軸電流指令値Ｉｑ２^＊の間にあるから、補完演算器２５ｂで補完演算を行う。

即ち、振幅Ｒｍについて、図４に示したとおり、
Ｒｍ（１ｆ）＝｛Ｒｍ２（１ｆ）−Ｒｍ１（１ｆ）｝（Ｉｑ^＊−Ｉｑ１^＊）／（Ｉｑ２^＊−Ｉｑ１^＊）
中間省略
Ｒｍ（Ｎｆ）＝｛Ｒｍ２（Ｎｆ）−Ｒｍ１（Ｎｆ）｝（Ｉｑ^＊−Ｉｑ１^＊）／（Ｉｑ２^＊−Ｉｑ１^＊）
位相φｍについて、図５に示したとおり、
φｍ（１ｆ）＝｛φｍ２（１ｆ）−φｍ１（１ｆ）｝（Ｉｑ^＊−Ｉｑ１^＊）／（Ｉｑ２^＊−Ｉｑ１^＊）
中間省略
φｍ（Ｎｆ）＝｛φｍ２（Ｎｆ）−φｍ１（Ｎｆ）｝（Ｉｑ^＊−Ｉｑ１^＊）／（Ｉｑ２^＊−Ｉｑ１^＊）
重畳演算器１５ｃは、補完演算器２５ｂによる上記補完値と、乗算器１５ｂから出力された各周波数成分１ｆ・θｍ〜Ｎｆ・θｍを取り込んで補正値Ｉｑｒ^＊を合成して出力し、加算器１６でｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊と補正値Ｉｑｒ^＊との偏差が算出される。この偏差によって電動機７が制御されることにより、リップルを抑制することができる。

上記実施の形態２によっても、実施の形態１と同様に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊が発せられると補正値テーブル１４から対応する補正値Ｉｑｒ^＊を演算してｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に加算して電動機７を制御するようにしたので、低速度から高速度まで広範囲に亙って電動機７のリップルを抑制することができる。
特に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に対応する補正値の振幅及び位相が補正値テーブル１４に記録されていない場合でも、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に近い上位と下位の２値で補完するようにしたので、同様に電動機７のリップルを抑制することができる。

実施の形態３．
この実施の形態３は、かご３に取り付けられた秤装置４の積載荷重Ｗｃの脈動からトルクリップルを検出するようにしたものである。
図６は、実施の形態３におけるエレベータの制御装置の全体構成を示すブロック図である。即ち、トルクリップル測定演算器３３は、秤装置４の積載荷重Ｗｃの脈動からトルクリップルを検出して補正値テーブル１４を構築するようにしたものである。
補正値テーブル１４が構築されると、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に対応した補正値の振幅及び位相を補正値テーブル１４から読み取り、トルクリップル抑制器３５で積載荷重Ｗｃの脈動から検出された各周波数成分を重畳して補正値Ｉｑｒ^＊を演算する。この補正値Ｉｑｒ^＊をｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に加算して電動機７を制御するようにしたものである。
このものにあっても、上記実施の形態１と同様に低速度から高速度まで広範囲に亙って電動機７のリップルを抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係るエレベータの制御装置の全体構成を示すブロック図。この発明の実施の形態１に係るエレベータの制御装置の要部の詳細を示すブロック図。この発明の実施の形態２に係るエレベータの制御装置のトルクリップル抑制器２５の詳細を示すブロック図。補完演算器２５ｂにおける補完演算の説明用図。補完演算器２５ｂにおける補完演算の説明用図。この発明の実施の形態３に係るエレベータの制御装置の全体構成を示すブロック図。特許文献２に記載されたトルクリップルの補正値を演算する方法を示す流れ図。

符号の説明

１巻上機、２主索、３かご、４秤装置、５乗客、６釣合錘、７電動機、８エンコーダ、９変流器、１１速度・位置検出器、１２速度制御器、１３トルクリップル測定演算器、１４補正値テーブル、１５トルクリップル抑制器、１６加算器、１７３相２相変換器、１８加算器、１９加算器、２０補償器、２１２相３相変換器、２２ＰＷＭ回路、２３インバータ。

Claims

速度指令値と実速度の帰還値からトルク指令値を発生させ、このトルク指令値に基いて電動機を制御してかごを昇降させるエレベータの制御装置において、上記トルク指令値の入力点から上記電動機の上記実速度の出力点までの伝達関数を求め、上記電動機を制御したときの上記実速度に含まれるリップル値を検出し、このリップル値を逆位相にして上記伝達関数で除した値を上記補正値として上記トルク指令値に対応させて予め補正値テーブルに記録しておき、上記トルク指令値が発せられると上記補正値テーブルから対応する補正値を読み取り、かつ、上記実速度に見合った位相角にして上記トルク指令値に加算して上記電動機を制御するようにしたエレベータの制御装置。
速度指令値と実速度の帰還値からトルク指令値を発生させ、このトルク指令値に基いて電動機を制御してかごを昇降させるエレベータの制御装置において、上記トルク指令値の入力点から上記電動機の出力トルクまでの伝達関数を求め、上記電動機を制御したときの上記出力トルクに含まれるリップル値を上記かごの積載荷重を測定する秤装置で検出し、このリップル値を逆位相にして上記伝達関数で除した値を上記補正値として上記トルク指令値に対応させて予め補正値テーブルに記録しておき、上記トルク指令値が発せられると上記補正値テーブルから対応する補正値を読み取り、かつ、上記実速度に見合った位相角にして上記トルク指令値に加算して上記電動機を制御するようにしたエレベータの制御装置。