JP2010254464A - エレベータのドア制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各階毎のドアの開閉において、ドアの固有振動周期をパラメータとする速度指令値により、振動抑制効果をもつことができるエレベータのドア制御装置を得る。
【解決手段】エレベータかごの出入口を開閉するドアパネルと、ドアパネルを駆動するように設けられたモータ９と、モータの回転を検出する回転検出手段１７と、回転検出手段の出力する信号に従ってモータを駆動するドア制御装置とを備えるエレベータのドア駆動装置において、ドア制御装置は、各階毎のドアに関するパラメータを記憶する階床データ記憶部１２と、階床データ記憶部に記憶されたパラメータに従って各階毎の要求を満たすための速度指令値を生成する速度指令値生成部１１と、回転検出手段の検出出力をエレベータドアの実速度に換算する速度演算部１８と、速度指令値生成部からの速度指令値と速度演算部からの実速度との誤差を補正する速度制御部１３とを有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、エレベータのドアパネルを開閉するエレベータのドア制御装置に関するものである。

エレベータのドア装置は、要求される戸開閉時間を満たすように設計された戸開閉指令値に沿って速度制御されることで、戸開閉動作を行う。そのため、この戸開閉時間に加えて、安全に対する要求を満たしさえすれば、任意の速度指令値を適用し、スムーズな開閉動作を実現できる。このとき、設計した速度指令値に対してエレベータドアの実速度が十分に追従し制御されている制御装置を用いていても、速度指令値を変更すると、エレベータドアに振動が生じるという問題があった。

これを解決する手法として、ドアの軽重により速度指令値の最高速度・加減速度を変更することで速度指令を生成し調節する手法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、定速度から逆符号の定速度に到達する反転動作に要する時間に関して、固有振動周期に基づいて前記時間を決定することで、反転時の振動を速度指令により抑制する手法がある（例えば、特許文献２参照）。

さらに、作成した直線的な時間関数を低域フィルタで処理することで、指令の周波数成分を制限し開閉動作をスムーズにする手法がある（例えば、特許文献３参照）。

特公平５−６１１９６号公報（図１４） 特開平７−３１９５５０号公報（図２及び段落００２６） 特開平１０−１５７９５６号公報（図２及び段落００２１）

エレベータドアの開閉時間を短縮し運行効率を向上させるためには、ドアを高速開閉することが考えられる。しかし、ドアを高速開閉すると加減速度が大きくなり、ドアに作用する駆動力が増大することからドア振動が生じやすくなる。エレベータドア装置は、かご側のドアが開閉する際に、各階毎に乗場側ドアを把持し一体化して開閉することで駆動する。つまり、各階毎に異なる乗場側ドアを駆動するため、ドア装置の固有振動は各階毎に変化する。そのため、各階毎に異なるドア装置における固有振動を励起するような速度指令値を用いてドアを開閉すると、ドアに振動が生じてスムーズに開閉されず、高速開閉による開閉時間短縮は困難である。

特許文献１では、ドアの重量に基づいて、速度指令値の最高速・加減速度を切り替える手段が示されており、速度指令値の波形を調整することができるが、必ずしもドアの振動を抑制しない。

また、特許文献２では、反転動作における速度指令値の生成方法は示されているが、駆動時間を変更するものであり、必ずしも開閉の時間仕様を満たすことができない。

さらに、特許文献３では、生成した速度指令値を低域フィルタに通すため、フィルタ後の速度指令値は設計したものと異なり、設計時の指令値に比べると開閉時間が過大になる。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、各階毎のドアの開閉において、ドアの固有振動周期をパラメータとする速度指令値により、振動抑制効果をもつことができるエレベータのドア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ドア制御装置は、エレベータかごの出入口を開閉するドアパネルと、前記ドアパネルを駆動するように設けられたモータと、前記モータの回転を検出する回転検出手段と、前記回転検出手段の出力する信号に従ってモータを駆動するドア制御装置とを備えるエレベータのドア駆動装置において、前記ドア制御装置は、各階毎のドアに関するパラメータを記憶する階床データ記憶部と、前記階床データ記憶部に記憶されたパラメータに従って各階毎の要求を満たすための速度指令値を生成する速度指令値生成部と、前記回転検出手段の検出出力をエレベータドアの実速度に換算する速度演算部と、前記速度指令値生成部からの速度指令値と前記速度演算部からの実速度との誤差を補正する速度制御部とを有することを特徴とする。

この発明によれば、各階毎にエレベータドア装置の固有振動周期と要求される開閉時間に基づいて各階毎に速度指令値を生成することで、階床に関わらず、高い振動抑制性能を得ることができる。その結果、スムーズな開閉動作が可能となり乗客に快適性を提供すると共に、高速開閉が可能となることから開閉時間短縮による運行効率向上という効果を有するものである。

一般的なドア駆動装置の図である。 この発明の実施の形態１に係るエレベータドア制御装置のブロック図である。 この発明の指令値による効果の例を示す周波数応答の図である。 この発明の効果を示す戸開指令に対するドア速度の図である。 この発明の指令値による効果を従来と比較した周波数応答の図である。 従来の発明による効果を示す戸開指令に対するドア速度の図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるドア駆動装置を示す全体概要図である。図示しない出入口を開閉するドアパネル１の上端には吊り手２が設けられている。出入口の上縁部には長手が水平方向に配置された桁３が設けられている。桁３には案内レール４が長手の水平方向に配置されるように設けられ、吊り手２に設けられたローラ５がレール４に沿って移動することで吊り手２の水平移動、すなわちドアパネル１の開閉移動を案内する。

桁３にはまた、巻掛車６Ａ、６Ｂが互いに離れて枢着され、無端状をなす伝動条体７が、巻掛車６Ａ、６Ｂの双方に巻き掛けられて張設されている。連結具８は一端が一方のドアパネル１に、他端は伝動条体７に連結されており、モータ９が一方の巻掛車６Ａを駆動する。モータ９が付勢されると、対応した巻掛車６Ａが回転して伝動条体７が駆動される。そして、両側のドアパネル１が連結具８によって伝動条体７に連結されているので、伝動条体７の移動によって互いに反対方向に動作して出入口を開閉する。

ドア制御装置１０は、モータ９の回転を検出する後述する回転検出手段を構成するセンサの検出信号に従ってモータ９を駆動し、モータ９は、ドア制御装置１０によりドアパネル１を駆動するための電流を制御することで、指令に則ってドアパネル１の開閉を行うよう駆動される。開閉するドアパネル１は、エレベータのかご側ドアであり、かご側ドアが各階毎に乗場側ドアを機構的に把持し一体化することで図示しない出入口を開閉する。

図２は、実施の形態１に係るエレベータのドア制御装置１０を示すブロック図である。図２に示すドア制御装置１０の構成において、速度指令値生成部１１は、後述する階床データ記憶部１２に記憶されたパラメータに従って各階毎の要求を満たすための速度指令値を生成するもので、要求される開閉時間Ｔ［ｓｅｃ］において、ドアパネル１の固有振動周期ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］が最も抑制されるように指令値を生成する。指令値作成に必要となる境界条件として、エレベータドアの開閉方向におけるドア初期位置ｘ_０［ｍ］、初期速度ｖ_０［ｍ／ｓｅｃ］、終端位置ｘ_１［ｍ］、終端速度ｖ_１［ｍ／ｓｅｃ］とする。境界条件は、予め速度指令値生成部１１において設定されてもよいし、後述の階床データ記憶部１２により各階毎に変更されても良いパラメータである。また、終端位置はドア間口幅パラメータに依存する。

ここで、開閉されていない静止状態に対するドアパネル１の重心周りの回転角度及びその角速度をθ［ｒａｄ］及びζ［ｒａｄ／ｓｅｃ］とし、初期状態からの経過時間をｔ［ｓｅｃ］とする。走行抵抗等の外乱が生じないような理想的なエレベータドアにおいて、上記の初期状態と終端状態において、ドアパネル１が振動しない条件（θ＝ζ＝０）を満たすようなエレベータドア開閉の加速度Ｕ（ｔ）は、時間関数の次数を５としたとき、式（１）のように導かれる。

ここで、係数ａ_５，ａ_４，ａ_３，ａ_２，ａ_１，ａ_０は、固有振動周期ω、開閉時間Ｔ、境界条件（初期位置ｘ_０［ｍ］、初期速度ｖ_０［ｍ／ｓｅｃ］、終端位置ｘ_１［ｍ］、終端速度ｖ_１［ｍ／ｓｅｃ］）により、

となる。

理想的な状態において、式（１）の加速度Ｕ（ｔ）を満たすモータへのトルク入力は、図３に示されるように、固有振動周期ωを反共振とする周波数成分をもつことになる。図３は、同一の開閉時間において、固有振動周期ωを変更した場合のトルク入力の周波数応答を示している。つまり、式（１）を満たすモータ９へのトルク入力において、ドア装置の固有振動周期ωのエネルギーが存在しないことになり、ドア装置の固有振動を抑制することができる。

式（１）の加速度Ｕ（ｔ）を、エレベータのドア制御装置において一般的に用いられる速度指令値Ｖ（ｔ）に変換すると、ドア初期速度ｖ_０より、

となる。

式（２）の速度指令値Ｖ（ｔ）は、初期状態・終端状態を任意の境界条件として設定できることで、異なる速度指令値設計手法と容易に組み合わせることができる特徴をもつ。例えば、エレベータドアは、モータ９が伝動条体７を介してかご側ドアを駆動することから、戸開時には、かご側ドアは駆動途中で乗場側ドアを機構的に把持し一体化（係合）して戸開を行う。そのため、かご側ドア単体での戸開係合区間と、乗場側ドアと一体化した後の戸開加減速区間に分けられる。式（２）の速度指令値Ｖ（ｔ）は、初期状態を戸開係合区間の初期状態としてもよいし、もしくは戸開係合区間に関しては異なる設計手法、例えば直線的な時間関数で作成した速度指令値を係合区間では適用し、戸開加減速区間の初期状態を速度指令値Ｖ（ｔ）の初期状態とすることで容易に適用できる。

エレベータのドア装置は、その開閉動作において、速度検出器により検出された実速度と速度指令値を比較し速度制御することで、ドアの振動を抑制する効果をもつ制御装置をもつ。しかし、ドアが全閉もしくは全開状態にあるとき、こじあけ等を防止するために機械的かつ電気的な保持力を発生する必要がある。そのため、開閉動作において、ドアが全閉・全開位置に到達すると、上記保持力の発生を目的とし、ドアモータはトルクを直接に制御するように切り替わる。その結果、制御装置は、検出された実速度を用いないトルク制御を行うために、ドア振動を抑制する効果は失われる。

そこで、全開・全閉位置の終端状態にドアが到達した時点でのドア振動、特に残留振動が無いことが望ましく、終端状態においてドア振動が生じないように設計された式（２）の速度指令値を適用することで、終端状態における高い振動抑制効果を得ることができる。

また、式（２）の速度指令値Ｖ（ｔ）は時間ｔに関する６次の時間多項式であるが、時間ｔに関する次数を変更することにより、式（２）と同様に、固有振動周期ω、開閉時間ｔ、位置／速度に関する境界条件を係数とする時間関数としての解を導くことができる。

また、図２に示すドア制御装置１０の構成において、階床データ記憶部１２は、各階毎のドアに関するパラメータを記憶するもので、要求される開閉時間Ｔ［ｓｅｃ］と、各階毎のドア固有振動周期ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］を記憶する。開閉時間は、予め設定されてもよいし、各階毎の要求に応じて変更されてもよい。固有振動周期ωは、各階毎に計測されるもしくは、その他のドア駆動装置のパラメータに基づいて推定できる。階床データ記憶部は、前記固有振動周期と開閉時間を出力する。

階床データ記憶部１２の固有振動周期ωは計測することができる。固有振動周期ωは、モータ９への入力であるトルク指令値と、センサ１７の出力であるモータ角度から計算されるモータ実速度の両方を計測し、それらの測定結果に適切な信号処理を施すことで対象物の動特性を情報として取り出して計測することができる。例えば、固有振動周期ωを含む周波数帯域の掃引正弦波のトルク指令値のみを入力とすることで、センサ１７から得られる速度情報を出力とすると、その入出力関係からドア装置の周波数応答特性が得られ、固有振動周期ωを計測することができる。また、一定の大きさの掃引正弦波を入力として与えるならば、最大の出力値に対応する時間における入力の周期を固有振動周期ωとすることもできる。固有振動周期ωは事前に各階毎に計測、もしくは通常の戸開閉動作において生じるモータトルク指令値を用いて通常開閉時に計測を行ってもよい。計測した固有振動周期ωは階床データ記憶部１２に記憶される。

階床データ記憶部１２の固有振動周期ωは、その他のパラメータに基づいて推定することができる。ここで、図１に図示されない乗場側ドアはかご側ドアの左右ドアパネルの両方もしくは一方と機構的に一体化することで駆動するため、乗場側ドアは図１の左右ドアパネルの両方もしくは一方と一体化しているものとする。このとき、固有振動周期ωは、乗場側ドアと一体化したドアパネル１のドア振り子運動の支点に対するイナーシャ、ドアパネル重量、ローラ５の剛性とローラ間距離に加えて、支点となる連結具８の繋がる伝動条体７の剛性、左右ドアパネルのイナーシャの比により近似することができる。

また、抑制したい振動は、連結具８を支点とし、連結具８に繋がる吊り手２を含めたドアパネル１の振り子運動である。振り子運動の等価回転ばね剛性はローラ５の剛性と一つの吊り手２に備え付けられたローラ５の間隔距離に依存するため、ローラ剛性が高くローラ間隔距離が長いほど振動しにくいことになる。この推定に必要なパラメータにおいて、各階毎に異なるのは、乗場ドアの重量を含めたドアパネル１の重量と、重量とドアパネル寸法により導かれるイナーシャであり、階床データ記憶部１２に記憶された各階毎のドア重量とドア機器の寸法パラメータから導くことができる。つまり、固有振動周期ωを導くために、階床データ記憶部１２に記憶された各階毎のドア重量、かごドア重量と乗場ドア重量の重量比、ドア機器の寸法パラメータが必要となる。

ドアの寸法パラメータは、一般的な出入口幅や出入口高さから与えられる。出入口幅は、ドアパネル１の水平方向長さ・ドアパネル１の重量を支持するローラ５の間隔距離・ローラ５を支えるレール４の長さ、吊り手２の長さといった準じるものでもよい。出入口高さは、ドアパネル１の垂直方向高さ・吊り手２の高さといった準じるものでもよい。各階毎のドア重量は、かごドアの重量・乗場ドアの重量・ドア機器の総重量の少なくとも一つ以上であればよい。

また、図２に示すドア制御装置１０の構成において、速度制御部１３は、エレベータドアの実速度と速度指令値の誤差を補正する手段であり、速度指令値生成部１１の出力である速度指令値と、速度演算部１８により得られるエレベータドアの実速度とを入力とする。速度指令値生成部１１は、理想的な状態を想定して導出したが、実際のドア装置には、ゴミ詰まりなどの走行抵抗・ドアパネルの変形による摩擦ロス・駆動中の物体との接触といった外乱が生じるため、速度制御部１３により速度誤差を補正する必要がある。

速度制御部１３は、一般的には、伝達関数Ｃ_ｂ（ｓ）＝Ｋ_ｓp＋Ｋ_ｓｉ／ｓで示されるフィードバック制御器である。比例ゲインＫ_ｓpは、階床データ記憶部のデータに基づいた当該階床のドア重量モータ軸換算のイナーシャ値Ｊ、ドアモータのトルク特性Ｋ_Ｔ、目標値に対する出力の誤差補正の性能を指定する制御交差周波数ω_cのパラメータからＫ_ｓp＝Ｊ×ω_c／Ｋ_Ｔと設計され、積分ゲインＫ_ｓｉは、Ｋ_ｓｉ≦Ｋ_ｓp×ω_c／５となるように設計される。フィードバック制御器は、速度指令値Ｖ^＊とエレベータドアの実速度Ｖの偏差を入力とし、モータ電流指令値ｉ_q ^＊を出力する。

また、速度制御部１３は、フィードフォワード制御器を含んでもよい。フィードフォワード制御器は、目標値に対する追従性を指定する手段であり、速度指令値Ｖ^*を入力とする一つ目のフィードフォワード制御器は、伝達関数Ｃ_ｆ（ｓ）＝ω_ｆ／（ｓ＋ω_f）で示され、Ｃ_ｆ（ｓ）は目標値に対する出力の応答特性を指定する周波数ω_ｆにより決定する。この出力は、前述のフィードバック制御部の入力の一つである速度指令値Ｖ^＊と置き換わる。さらに、速度指令値Ｖ^＊を入力とする二つ目のフィードフォワード制御器は、伝達関数Ｐｍ（ｓ）^−１×Ｃ_ｆ（ｓ）で示され、目標値追従性と前述のフィードバック制御部の回転誤差補正性能を独立に設定することができる。フィードフォワード制御部は、速度指令値に対するドア実速度の追従性能が高くなるように決定される。ここで、Ｐｍ（ｓ）はドア機器の制御用モデルであり、階床データ記憶部１２のデータに基づいた当該階床のドア重量モータ軸換算のイナーシャ値Ｊを用いて、Ｐｍ（ｓ）＝１／Ｊｓで示される。二つ目のフィードフォワード制御器の出力は、前述のフィードバック制御器の出力との総和によりモータ電流指令値ｉ_q ^＊を出力する。

また、図２に示すドア制御装置１０の構成において、電流制御部１４は、モータ電流指令値に基づいてモータに電流を供給するために、電流検出器１５による検出電流値を帰還してモータ９に供給される電流値を制御する。電流制御部１４の出力は、ＰＷＭインバータ１６を介してモータ９に入力され、ドアの戸開閉を行うための駆動力を発生させる。

さらに、図２に示すドア制御装置１０の構成において、モータ９の回転を検出する回転検出手段を構成するセンサ１７は、回転位置θを出力し、速度演算部１８を通してドア開閉方向に換算された実速度Ｖを出力する。ここで、回転検出手段を構成するものとして、センサ１７により検出される回転位置の代わりに検出電流値を用いてモータ回転速度を推定してもよい。また、ドア開閉方向の速度とモータ９の回転角速度の関係が既知であれば、速度演算部１８はモータ回転角速度を出力してもよく、このとき速度指令値生成部１１はモータ回転角速度の指令値を出力すればよい。

図４は、この発明によるドア制御装置１０を用いて、振動が生じやすい高速戸開したときのドアパネル下部の速度シミュレーションを示しており、特に全開位置に到達した終端状態における残留振動が抑制されていることを示している。

また、図５は、この発明によるドア制御装置１０を用いたとき、速度指令値によるモータ９へのトルク入力の周波数応答を示しており、ドア固有振動周期において、従来に比べると高い振動抑制効果があることを示している。

さらに、図６は、図４と比較するためのもので、従来のドア制御装置を用いて、同様の高速戸開したときの、ドアパネル下部の速度シミュレーションを示しており、特に全開位置において残留振動が生じていることを示している。

したがって、上記実施の形態によれば、エレベータかごの出入口を開閉するドアパネル１と、ドアパネルを駆動するように設けられたモータ９と、モータ９の回転を検出するセンサ１７と、センサ１７の出力する信号に従ってモータ９を駆動するドア制御装置１０とを備えるエレベータのドア駆動装置において、ドア制御装置１０は、各階毎のドアに関するパラメータを記憶する階床データ記憶部１２と、階床データ記憶部１２に記憶されたパラメータに従って各階毎の要求を満たすための速度指令値を生成する速度指令値生成部１１と、センサ１７の検出出力をエレベータドアの実速度に換算する速度演算部１８と、速度指令値生成部１１からの速度指令値と速度演算部１８からの実速度との誤差を補正する速度制御部１３とを有することにより、各階毎の要求を満たすための速度指令値を生成し、速度指令値に沿ったドア開閉駆動により、ドアパネルの振動を抑制することができる。

また、階床データ記憶部１２は、各階毎のドアの固有振動周期と、各階毎に要求される開閉時間とをパラメータとし、速度指令値生成部１１は、各階毎のドア装置の固有振動周波数に対して振動抑制効果をもつ速度指令値を生成するようにしたので、各階毎のドア装置の固有振動周波数に対して振動抑制効果をもつ速度指令値を生成し、ドアパネルの振動を抑制することができる。

また、速度指令値生成部１１は、初期時刻における任意の速度と位置、終端時刻における任意の速度を満たす速度指令値を出力するようにしたので、予め様々な速度指令値を記憶する場合に比べて、速度指令値生成部１１に必要となる記憶容量を低減することができる。

さらに、階床データ記憶部１２は、モータ９のトルク指令値もしくはそれと等価な値と、モータ９のセンサ１７の出力とから推定された各階毎のドアの固有振動周期を記憶するようにしたので、ドア機器に手を加えることなくドアパネルを加振することで、据え付け時や通常のドアパネル開閉駆動時に固有振動を計測することができる。

１ ドアパネル、２ 吊り手、３ 桁、４ 案内レール、５ ローラ、６ 巻掛車、７ 伝動条体、８ 連結具、９ モータ、１０ ドア制御装置、１１ 速度指令値生成部、１２ 階床データ記憶部、１３ 速度制御部、１４ 電流制御部、１５ 電流検出部、１６ ＰＷＭインバータ、１７ センサ（回転検出手段）、１８ 速度演算部。

Claims (4)

1. エレベータかごの出入口を開閉するドアパネルと、
   前記ドアパネルを駆動するように設けられたモータと、
   前記モータの回転を検出する回転検出手段と、
   前記回転検出手段の出力する信号に従ってモータを駆動するドア制御装置と
   を備えるエレベータのドア駆動装置において、
   前記ドア制御装置は、
   各階毎のドアに関するパラメータを記憶する階床データ記憶部と、
   前記階床データ記憶部に記憶されたパラメータに従って各階毎の要求を満たすための速度指令値を生成する速度指令値生成部と、
   前記回転検出手段の検出出力を実速度に換算する速度演算部と、
   前記速度指令値生成部からの速度指令値と前記速度演算部からの実速度との誤差を補正する速度制御部と
   を有する
   ことを特徴とするエレベータのドア制御装置。
2. 請求項１に記載のエレベータのドア制御装置において、
   前記階床データ記憶部は、各階毎のドアの固有振動周期と、各階毎に要求される開閉時間とをパラメータとし、
   前記速度指令値生成部は、各階毎のドア装置の固有振動周波数に対して振動抑制効果をもつ速度指令値を生成する
   ことを特徴とするエレベータのドア制御装置。
3. 請求項２に記載のエレベータのドア制御装置において、
   前記速度指令値生成部は、初期時刻における任意の速度と位置、終端時刻における任意の速度を満たす速度指令値を出力する
   ことを特徴とするエレベータのドア制御装置。
4. 請求項２に記載のエレベータのドア制御装置において、
   前記階床データ記憶部は、前記モータのトルク指令値もしくはそれと等価な値と、前記モータのセンサ出力とから推定された各階毎のドアの固有振動周期を記憶する
   ことを特徴とするエレベータのドア制御装置。

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