JP2007246262A

JP2007246262A - エレベータの制御装置

Info

Publication number: JP2007246262A
Application number: JP2006075126A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Hirabayashi; 一文平林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】本発明は、算出したモデルイナーシャの誤差を小さくすることができ、モータの速度指令に対する追従精度を向上させることができるエレベータの制御装置を得ることを目的とすることを目的とするものである。
【解決手段】速度検出器６からの速度検出信号、及び重量検出装置７からのかご内積載重量値の情報は、エレベータの運行を制御する制御装置本体８に入力される。制御装置本体８は、エレベータの運行に応じて速度指令値を発生する主制御部９、エレベータ全体のイナーシャの推定値であるモデルイナーシャを算出するイナーシャ算出部１０、及び主制御部９からの速度指令値とイナーシャ算出部１０からのモデルイナーシャとに応じてトルク指令値を算出する速度制御部１１を有している。また、制御装置本体８は、トルク指令値に基づいて駆動電力を発生する電力変換器１２を介して、モータ１を駆動させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、かご内負荷の重量値に基づいて、エレベータ全体のイナーシャの推定値であるモデルイナーシャを算出するエレベータの制御装置に関するものである。

従来のエレベータの制御装置では、かご内負荷の重量値と測定値のイナーシャ（Ｊ_ＢＬ、Ｊ_ＮＬ及びＪ_ＦＬ）とに基づいてモデル規範制御器の速度制御に用いられるモデルイナーシャが算出され、モデルイナーシャに基づいてモータの回転トルクが算出される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１０２２４号公報

上記のような従来のエレベータの制御装置では、モデルイナーシャを算出するための算出式に、測定値のイナーシャ（Ｊ_ＢＬ、Ｊ_ＮＬ及びＪ_ＦＬ）の誤差に対する補正条件が組み込まれていないため、イナーシャ測定時のかご内負荷の重量値にばらつきが発生した場合、誤差の影響を受けてモデルイナーシャを算出してしまい、補正が適正に行われないことがあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、算出したモデルイナーシャの誤差を小さくすることができ、モータの速度指令に対する追従精度を向上させることができるエレベータの制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係るエレベータの制御装置は、かご昇降時に測定されたエレベータ全体のイナーシャである複数のサンプルイナーシャをかご内負荷の重量値に対応付けて記憶可能であり、予め記憶された複数のサンプルイナーシャと各サンプルイナーシャに対応するかご内負荷の重量値とに基づいて、エレベータ全体のイナーシャの推定値であるモデルイナーシャの一次近似式を最小二乗法により算出し、算出された一次近似式とかご内負荷の重量値とに基づいて、かご昇降開始時のモデルイナーシャを算出するイナーシャ算出部を備えている。

この発明のエレベータの制御装置では、記憶した複数のサンプルイナーシャと各サンプルイナーシャに対応するかご内負荷の重量値とに基づいて、最小二乗法によりモデルイナーシャの一次近似式を算出し、一次近似式によりかご昇降開始時のモデルイナーシャを算出するので、イナーシャ測定時のかご内負荷の重量値にばらつきが発生した場合に、算出したモデルイナーシャの誤差を小さくすることができ、モータの速度指令に対する追従精度を向上させることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるエレベータを示す構成図である。
図において、昇降路の上部には、モータ１及びシーブ２が設けられている。シーブ２は、モータ１により回転される。シーブ２には、ロープ３が巻き掛けられている。ロープ３の一端部には、昇降路内を昇降されるかご４が吊り下げられている。ロープ３の他端部には、５０％負荷のかご４の重量に釣り合う重量の釣合おもり５が吊り下げられている。かご４及び釣合おもり５は、モータ１の駆動力により昇降路内を昇降される。

モータ１には、速度検出器６が接続されている。速度検出器６は、モータ１の回転に応じて速度検出信号（パルス信号）を出力する。かご４には、かご４内の負荷の重量値であるかご内積載重量値を測定する重量検出装置７が設けられている。速度検出器６及び重量検出装置７には、制御装置本体８が接続されている。速度検出器６からの速度検出信号、及び重量検出装置７からのかご内積載重量値の情報は、エレベータの運行を制御する制御装置本体８に入力される。

制御装置本体８は、エレベータの運行に応じて速度指令値を発生する主制御部９、エレベータ全体のイナーシャの推定値であるモデルイナーシャを算出するイナーシャ算出部１０、及び主制御部９からの速度指令値とイナーシャ算出部１０からのモデルイナーシャとに応じてトルク指令値を算出する速度制御部１１を有している。また、制御装置本体８は、トルク指令値に基づいて駆動電力を発生する電力変換器（インバータ）１２を介して、モータ１を駆動させる。

図２は、図１の速度制御部１１を具体的に示す構成図である。図において、速度制御部１１は、第１の減算器２０、ゲイン乗算器２１、イナーシャ乗算器２２、積分器２３、第２の減算器２４、ＰＩＤ制御器（比例積分微分制御器）２５、第１の加算器２６、アンバランス補償器２７及び第２の加算器２８を有している。

第１の減算器２０は、主制御部９から受けた速度指令値と、積分器２３により算出されたモデル速度指令値との差分を算出する。ゲイン乗算器２１は、第１の減算器２０の算出値に比例ゲインを乗算し、モデルトルク指令値を算出する。イナーシャ乗算器２２は、ゲイン乗算器２１からのモデルトルク指令値にイナーシャ算出部１０からのモデルイナーシャの逆数を乗算する。

積分器２３は、イナーシャ乗算器２２の算出値を積分しモデル速度指令値を算出する。第２の減算器２４は、積分器２３からのモデル速度指令値と、速度検出器６からの速度検出信号によるモータ１の回転速度との差分を算出する。ＰＩＤ制御器２５は、第２の減算器２４の算出値に基づいて、誤差補償トルクを比例積分微分により算出する。第１の加算器２６は、ＰＩＤ制御器２５からの誤差補償トルクと、ゲイン乗算器２１からのモデルトルク指令値とを加算することにより予備トルク指令値を算出する。

アンバランス補償器２７には、釣合おもり５の重量値が予め登録されている。また、アンバランス補償器２７は、重量検出装置７からのかご内積載重量値と、釣合おもり５の重量値との差分であるアンバランス重量値を算出し、アンバランス重量値を補償するためのアンバランス補償トルクを算出する。第２の加算器２８は、アンバランス補償トルクと予備トルク指令値とを加算することによりトルク指令値を算出する。従って、速度制御部１１は、モデルイナーシャ及び速度指令値に基づいて、モデル規範制御演算によりトルク指令値を出力する。

ここで、速度制御部１１は、かご４内が無負荷状態（ＮＬ時）のときの終端階往復運転により、上昇加速時、下降加速時、上昇一定速時の昇降路内の中間点、及び下降一定速時の昇降路内の中間点のトルク指令値をそれぞれ算出する。そして、速度制御部１１は、かご４内が無負荷状態のときの各トルク指令値に基づいて、かご４内が無負荷状態のときエレベータ全体のイナーシャを算出し、算出したイナーシャをサンプルイナーシャとしてのＮＬ時イナーシャ（Ｊ_Ｎ）として、イナーシャ算出部１０に記憶させる。

また、速度制御部１１は、かご４内に釣合おもり５と釣合う負荷（５０％負荷）を載せた状態であるかご内負荷均衡状態（ＢＬ時）のときの終端階往復運転により、一定速開始点（加速終了点）及び一定速終了点（減速開始点）のトルク指令値を算出する。そして、速度制御部１１は、かご内負荷均衡状態のときの各トルク指令値に基づいて、かご内負荷均衡状態のときのエレベータ全体のイナーシャを算出し、算出したイナーシャをサンプルイナーシャとしてのＢＬ時イナーシャ（Ｊ_Ｂ）として、イナーシャ算出部１０に記憶させる。

さらに、速度制御部１１は、かご４内に定格積載容量の負荷（１００％負荷）を載せた状態（ＦＬ時）のときの上昇加速時、下降加速時、上昇一定速中間点、及び下降一定速中間点のトルク指令値を算出する。そして、速度制御部１１は、かご４内に定格積載容量の負荷を載せた状態のときのエレベータ全体のイナーシャを算出し、算出したイナーシャをサンプルイナーシャとしてのＦＬ時イナーシャ（Ｊ_Ｆ）として、イナーシャ算出部１０に記憶させる。さらにまた、速度制御部１１は、かご４内の積載状態がＮＬ、ＢＬ及びＦＬになる度にサンプルイナーシャを算出し、イナーシャ算出部１０に記憶されたサンプルイナーシャを更新する。

図３は、図１のイナーシャ算出部１０を具体的に示すブロック図である。図において、イナーシャ算出部１０は、ＦＬ時イナーシャ記憶部３０、ＢＬ時イナーシャ記憶部３１、ＮＬ時イナーシャ記憶部３２、近似曲線演算部３３、定数記憶部３４及びモデルイナーシャ算出部３５を有している。

ＦＬ時イナーシャ記憶部３０には、かご４内負荷が定格積載容量のときのサンプルイナーシャであるＦＬ時イナーシャ（Ｊ_Ｆ）が記憶されている。ＢＬ時イナーシャ記憶部３１には、かご４内負荷が定格積載容量のときのサンプルイナーシャであるＢＬ時イナーシャ（Ｊ_Ｂ）が記憶されている。ＮＬ時イナーシャ記憶部３２には、かご４内が無負荷状態のときのサンプルイナーシャであるＮＬ時イナーシャ（Ｊ_Ｎ）が記憶されている。即ち、イナーシャ算出部１０には、かご内積載重量値に対応付けてサンプルイナーシャが記憶されている。

近似曲線演算部３３は、各イナーシャ記憶部３０〜３２に記憶されたサンプルイナーシャに基づいて、モデルイナーシャの算出に係わる定数ａ，ｂを算出する。定数記憶部３４には、近似曲線演算部３３により算出された定数ａ，ｂが記憶される。モデルイナーシャ算出部３５は、定数ａ，ｂとかご内積載重量値とに基づいて、エレベータ全体のモデルイナーシャを算出する。

ここで、イナーシャ算出部１０によるモデルイナーシャの算出について、さらに具体的に説明する。近似曲線演算部３３は、各イナーシャ記憶部３０〜３２に記憶されたサンプルイナーシャに基づいて、モデルイナーシャ近似曲線を式（１），（２）により定数ａ，ｂを算出する。そして、算出された定数ａ，ｂは、定数記憶部３４に記憶される。
ａ＝（Ｊ_Ｆ−Ｊ_Ｎ）・・・（１）
ｂ＝（Ｊ_Ｎ＋Ｊ_Ｂ＋Ｊ_Ｆ）／３・・・（２）

一方、モデルイナーシャ算出部３５は、かご内積載重量値に係わるパラメータｘを式（３）により算出する。
ｘ＝（Ｗ−Ｗ_ＢＬ）／Ｗ_ＣＡＰ・・・（３）
但し、−１／２（ＮＬ時）≦ｘ≦１／２（ＦＬ時）
ｘ：パラメータ、Ｗ：かご内積載重量値、Ｗ_ＢＬ：均衡負荷容量（ＢＬ時のかご内積載重量）、Ｗ_ＣＡＰ：定格積載容量（ＦＬ時のかご内積載重量）

そして、パラメータｘとモデルイナーシャＪ（ｘ）との関係は、各負荷状態（ＢＬ、ＮＬ、ＦＬ）に対応しており、式（４）が成立する。
（ｘ，Ｊ（ｘ））＝（−１／２，Ｊ_Ｎ），（０，Ｊ_Ｂ），（１／２，Ｊ_Ｆ）・・・（４）
この式（４）の関係に最小二乗法を適用することにより、式（５）の１次近似直線（一次近似式）が導出される。そして、モデルイナーシャ算出部３５は、パラメータｘに基づいて、モデルイナーシャＪ（ｘ）を式（５）により算出する。
Ｊ（ｘ）＝ａｘ＋ｂ・・・（５）
従って、イナーシャ算出部１０は、複数のサンプルイナーシャと各サンプルイナーシャに対応するかご内積載重量値とに基づいてモデルイナーシャを算出可能となる。

なお、実際のモデル規範演算には、モデルイナーシャＪ（ｘ）の逆数である１／Ｊ（ｘ）が用いられるため、イナーシャ算出部１０は、モデルイナーシャＪ（ｘ）からモデルイナーシャの逆数１／Ｊ（ｘ）を算出し、算出したモデルイナーシャの逆数１／Ｊ（ｘ）を速度制御部１１に送る。

ここで、制御装置本体８は、演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ及びＲＡＭ等）及び信号入出力部を持ったコンピュータ（図示せず）により構成することができる。制御装置本体８のコンピュータの記憶部には、主制御部９、イナーシャ算出部１０及び速度制御部１１の機能を実現するためのプログラムが格納されている。

次に、動作について説明する。かご４が昇降中のときにかご内負荷は変動しないので、イナーシャ算出部１０は、エレベータ停止中のみにモデルイナーシャを算出する。そして、制御装置本体８は、エレベータ運転時に、算出したモデルイナーシャに基づくモデル規範制御演算によりトルク指令値をモータ１へ出力し、主制御部９からの速度指令に追従するようにモータ１の回転速度を制御する。

上記のようなエレベータの制御装置では、複数のサンプルイナーシャとサンプルイナーシャに対応するかご内積載重量値とに基づいて最小二乗法によりモデルイナーシャの一次近似式を算出し、算出した一次近似式とかご昇降開始時のかご内積載重量値とに基づいてモデルイナーシャを算出するので、サンプルイナーシャ測定時のかご内積載重量値にばらつきが発生した場合に、算出したモデルイナーシャの誤差を小さくすることができ、モータの速度指令に対する追従精度を向上させることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１のモデルイナーシャ算出部３５では、モデルイナーシャＪ（ｘ）を式（５）により算出してから、モデルイナーシャの逆数１／Ｊ（ｘ）を算出したが、実施の形態２のモデルイナーシャ算出部３５では、式（５）を用いずに、直接モデルイナーシャの逆数を算出する。ここで、モデルイナーシャの逆数１／Ｊ（ｘ）は、式（６）により求めることができる。

そして、式（６）により求められたモデルイナーシャの逆数におけるかご内積載重量値によるイナーシャの変動が、かご４の自重、ロープ３及びモータ１等によるイナーシャの和よりも小さいと仮定すると、式（７）のように変換することができる。そして、モデルイナーシャ算出部３５は、パラメータｘに基づいて、モデルイナーシャの逆数１／Ｊ（ｘ）を式（７）により算出する。他の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。

上記のようなエレベータの制御装置では、モデルイナーシャを算出する過程で除算を行わないため、算出式（演算）を簡略化させることができ、安価な処理装置（演算装置）を適用させることができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。実施の形態２では、モデルイナーシャ算出部３５によるモデルイナーシャの逆数の算出の過程で、式（６）から式（７）に変換時に近似していたため、モデルイナーシャの算出精度が低下する可能性があったが、実施の形態３では、パラメータｘとモデルイナーシャの逆数１／Ｊ（ｘ）との関係を式（８）で表すことができる。

そして、この式（８）の関係に最小二乗法を適用させて、式（９）に示す２次近似関数曲線を導出する。そして、モデルイナーシャ算出部３５は、パラメータｘに基づいて、モデルイナーシャの逆数１／Ｊ（ｘ）を式（９）により算出する。他の構成及び動作は実施の形態２と同様である。

但し、

上記のようなエレベータの制御装置では、モデルイナーシャの逆数を２次関数で近似するので、モデルイナーシャの算出精度をさらに向上させることができる。これとともに、モデルイナーシャを算出する過程で除算を行わないため、算出式（演算）を簡略化させることができ、安価な処理装置（演算装置）を適用させることができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。実施の形態３では、モデルイナーシャ算出部３５によるモデルイナーシャの逆数１／Ｊ（ｘ）の算出に、式（９）の演算処理でパラメータｘの２次関数を用いているため、計算ステップの増加が考えられる。これに対して、実施の形態４では、式（９）を式（１０）に変形する。

ここで、近似曲線演算部３３は、式（１１）〜式（１３）により定数ａ_３，ｂ_１，ｂ_２を算出し、算出した定数を定数記憶部３４に予め記憶させている。そして、モデルイナーシャ算出部３５は、パラメータｘに基づいてモデルイナーシャの逆数１／Ｊ（ｘ）を式（１０）により算出する。他の構成及び動作は実施の形態３と同様である。

上記のようなエレベータの制御装置では、パラメータｘに係わる計算が１回で済むため、計算処理の時間を短縮させることができるとともに、安価な処理装置（演算装置）を適用させることができる。

この発明の実施の形態１によるエレベータを示す構成図である。図１の速度制御部を具体的に示す構成図である。図１のイナーシャ算出部を具体的に示すブロック図である。

符号の説明

１０イナーシャ算出部。

Claims

かご昇降時に測定されたエレベータ全体のイナーシャである複数のサンプルイナーシャをかご内負荷の重量値に対応付けて記憶可能であり、予め記憶された複数のサンプルイナーシャと各サンプルイナーシャに対応するかご内負荷の重量値とに基づいて、エレベータ全体のイナーシャの推定値であるモデルイナーシャの一次近似式を最小二乗法により算出し、算出された一次近似式とかご内負荷の重量値とに基づいて、かご昇降開始時のモデルイナーシャを算出するイナーシャ算出部
を備えていることを特徴とするエレベータの制御装置。
上記イナーシャ算出部には、上記かご内負荷が定格積載容量のときの上記エレベータ全体のイナーシャ、上記かご内負荷の重量値と釣り合いおもりの重量値とが均衡しているときの上記エレベータ全体のイナーシャ、及び上記かご内が無負荷状態のときの上記エレベータ全体のイナーシャがサンプルイナーシャとして記憶されることを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
上記イナーシャ算出部は、モデルイナーシャの逆数を上記かご内負荷の重量値の２次関数により算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレベータの制御装置。