JP3133858B2 - 油圧エレベータの速度制御装置 - Google Patents

油圧エレベータの速度制御装置

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JP3133858B2
JP3133858B2 JP05077274A JP7727493A JP3133858B2 JP 3133858 B2 JP3133858 B2 JP 3133858B2 JP 05077274 A JP05077274 A JP 05077274A JP 7727493 A JP7727493 A JP 7727493A JP 3133858 B2 JP3133858 B2 JP 3133858B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はインバータ駆動による
油圧エレベータの速度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】油圧エレベータはロープ式エレベータと
異なり、建物の屋上に機械室を設置する必要がないの
で、近年5〜6階建ての建物への適用が多くなってきて
いる。従来の油圧エレベータは流量制御弁の開度を制御
することにより速度を制御していたために、次のような
問題があった。
【0003】(a)エレベータの定格速度を速くできな
い、(b)着床精度を向上させるために、着床前に低速
の一定走行区間が必要である。これにより走行時間が長
くなる、(c)常にモータを一定速度で運転し、流量制
御弁により速度制御を行うために、エネルギ損失が大き
い、(d)油温の変化により制御性能が変化する。
【0004】上記のような問題が油圧エレベータにはあ
るため、近年、インバータを用いてポンプモータの速度
を可変制御して、ロープ式エレベータと同等の制御性能
が得られるような方式が研究されている。[参考文献:
日本機械学会論文集(C編)57巻543号(1991
−11)誘導電動機可変運転油圧エレベータの開発]こ
こで、油圧エレベータの概略構成図を図13により述べ
る。図13において、1は油圧エレベータ本体で、この
本体1はかご1a、油圧ジャッキ1b、そらせ車1cか
ら構成されている。2は油圧ジャッキ1bに接続される
チェック弁で、このチェック弁2は油圧ポンプ3に接続
される。油圧ポンプ3にはモータ4が連結される。5は
トランジスタインバータで、このインバータ5でモータ
4が制御される。
【0005】6はマイクロコンピュータで、このコンピ
ュータ6には速度制御回路6aおよび速度指令発生回路
6bがあり、パルス発生器7の出力が速度制御回路6a
にかご速度帰還信号として供給される。また、パルス発
生器7の出力は速度指令発生回路6bにも供給され、そ
の発生回路6bの出力に得られるかご速度指令が速度制
御回路6aに与えられる。速度制御回路6aには油圧ポ
ンプ3に連結されたパルス発生器8の出力も供給され
る。速度制御回路6aの出力はPWM制御回路9に電流
指令として与えられる。PWM制御回路9には変流器1
0a,10b,10cから電流帰還信号が入力される。
PWM制御回路9は電流指令および帰還信号からPWM
信号をトランジスタインバータ5に与えられ、インバー
タ5は制御される。
【0006】上記のように構成された油圧エレベータで
はインバータ5により油圧ポンプ3の速度を制御し、油
圧ジャッキ1bへの油の流入量を制御することにより、
油圧ジャッキ1bを上下させ、かご1aの速度を制御す
る手段を採っている。次に油圧エレベータをモデル化し
たものを図14に示し、この図14により油圧システム
の伝達関数を求め、安定化のための補償方式を求めて見
る。
【0007】図14において、平衡点からの変位で運動
方程式を考える。
【0008】
【数1】
【0009】
【数2】
【0010】
【数3】
【0011】次にポンプの方程式は次式のようになる。
【0012】
【数4】
【0013】ここでTp:ポンプモータのトルク、Jp
モータのイナーシャ ωp:ポンプ速度、q:ポンプ吐出量、Pj:ポンプ吐出
力である。
【0014】
【数5】
【0015】Q:流量 F3=Aj・Pj…(6) Aj:プランジャ断面積 (4)式に(6)式を代入すると次式が得られる。
【0016】
【数6】
【0017】なお、図14のモデルにおいて、x1:か
ご移動量、m1:かご重量、c1:ロープ減衰定数、
1:ロープばね定数、x3:プランジャ移動量、m2
そらせ車重量、m3:プランジャ重量、F3:プランジャ
押上力、c3:油の減衰定数、k3:油のばね定数、
4:油の移動量である。
【0018】上記(1)式から(7)式より油圧エレベ
ータのブロック図を示すと図15に示すようになる。ま
た、図15において、定格速度、定格力で定数の正規化
を行うと図16に示すようになる。図16において、τ
p:ポンプモータのトルク、TM:ポンプモータの機械時
定数、ωP:ポンプモータの速度、TK3:油のばね時定
数、Tm23:プランジャとそらせ車の機械時定数、
K1:ロープのばね時定数、Tm1:かごの機械時定数で
ある。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】図16のブロック図の
変形により、全体の伝達関数は次式で表わすことができ
る。
【0020】
【数7】
【0021】上記(8)式において、a4,a2,a0
次のようにおきかえる。
【0022】a4:TM・Tm1・TK1・Tm23・TK32:TM・TK3(Tm23+4Tm1)+TM・Tm1・TK1
(Tm1・TK1・Tm23/2) a0:TM+(Tm23+4Tm1)/2 なお、Gpm1はポンプモータのトルクからかご速度まで
の伝達関数である。
【0023】次にGpp(ポンプモータのトルクからポン
プモータの速度までの伝達関数)を求めると次式のよう
になる。
【0024】
【数8】
【0025】上記(9)式において、a4,a2,a0
(8)式と同じであるがc4,c2は次の如くになる。
【0026】c4:Tm1・TK1・Tm23・TK32:TK3(Tm23+4Tm1)+Tm1・TK1 (8)式より分母はS・(aS2+b)2の形で表わされ
るから、これより伝達関数の特性方程式S・(aS2
b)2=0の根は虚根を持つことになる。つまり、根が
虚軸上にあるため、油圧エレベータは不安定なシステム
になり、かご速度のみをフィードバックして速度制御系
を構成しても安定化が望めない問題がある。
【0027】そこで、前述した参考文献に示すもので
は、ポンプモータ速度とかご速度との差速度と圧力(図
13では図示していないが、実際にはチェック弁の入
力、出力側に圧力検出器があり、この検出器の出力が速
度制御回路6aに与えられている)を共にフィードバッ
クし、種々の補償器を追加したものである。しかし、参
考文献の方式では圧力検出器を必要とするとともに複雑
な補償器を複数個も必要とする等の問題がある。
【0028】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、速度アンプ出力に1次進み遅れ補償器および差速
度フィードバック部を設けて、速度制御系の構成を簡素
化するとともに油圧システムの安定化を図ることができ
るようにした油圧エレベータの速度制御装置を提供する
ことを目的とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、第1発明は油圧エレベータの速度制御
系において、油圧システムから送出されるモータ速度と
エレベータかご速度(モータ速度換算)との差速度をゲ
イン部を通して得る差速度フィードバック部と、エレベ
ータかご速度設定値とかご速度との偏差を増幅する速度
アンプと、この速度アンプの出力を1次進み遅れ補償す
る1次進み遅れ補償部と、この補償部と前記差速度フィ
ードバック部との偏差を前記油圧システムへのトルク指
令として供給する偏差部とを備えてなることを特徴とす
るものである。
【0030】第2発明は圧力推定オブザーバを付加し、
このオブザーバからの圧力推定値をトルク指令にフィー
ドフォワード補償するとともに速度アンプを比例ゲイン
のみで構成したものである。
【0031】第3発明は速度アンプを比例・積分要素で
構成したものである。
【0032】第4発明は圧力推定オブザーバのオブザー
バゲインをPI要素としたことを特徴とするものであ
る。
【0033】
【作用】モータ速度とかご速度(モータ速度換算)をモ
ータ速度との差速度を得、この差速度と1次進み遅れ補
償部との偏差出力をトルク指令として油圧システムに供
給したので、油圧システムの安定化を図るとともに1次
進み遅れ補償部によって位相余裕の改善を図ることがで
きる。
【0034】
【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。まず、前述した(8)式においては安定化が望め
なかったので、安定化させるための補償回路をポンプモ
ータの速度ωpとかご速度(モータ速度換算)1P(微
分積:以下X1Pと称す)の差速度をフィードバックす
る図1のブロック図について述べる。図1において、K
PFはゲイン部、D1,D2は偏差部である。差速度フィ
ードバックを図1について行ったときのτpとかご速度
1Pまでの伝達関数GP'm1は次の(10)式となる。
【0035】
【数9】
【0036】(10)式において、a4,a2,a0は前
述と同様であるので、a3とa1について記す。
【0037】a3:KPF・Tm1・TK1・Tm23・TK31:KPF{TK3(Tm23+4Tm1)+Tm1・TK1} (8)式と(10)式を比較すると、(10)式にはa
33、a1Sが現われており、差速度フィードバックの
補償ゲインKPFにより、安定化が可能となる。
【0038】図2は上記差速度フィードバックを考慮し
たときのこの発明の第1実施例である。図2において、
21はかご速度設定値がプラス端に入力され、マイナス
端にかご速度X1Pが入力される第1偏差検出部で、こ
の第1偏差検出部21の偏差出力は速度アンプ22で増
幅した後、1次進み遅れ補償部23に入力される。1次
進み遅れ補償部23は速度制御系のゲインを大きくした
ときの位相余裕を改善するためのものである。1次進み
遅れ補償部23の出力は第2偏差検出部24のプラス端
に与えられ、マイナス端には後述の差速度フィードバッ
ク部の出力が与えられる。
【0039】第2偏差検出部24の偏差出力は油圧シス
テム25へのトルク指令τPとして入力される。油圧シ
ステム25から送出されるかご速度X1Pとモータ速度
ωPは差速度フィードバック部26の第3偏差検出部2
6aにそれぞれ入力される。第3偏差検出部26aの出
力はゲイン部26bを介して第2偏差検出部24のマイ
ナス端に与えられる。
【0040】図2に示した実施例において、差速度フィ
ードバック部26を用いない場合の油圧システム25の
入力トルク指令τPからかご速度X1Pまでの伝達関数を
用いた油圧システム25でのボード線図を求めた例を図
3A,Bに示す。この図3A,Bにおいて、1次の共振
角周波数が約10[rad/s]付近にあり、2HZ
度の振動を発生する。このため、図2に示した差速度フ
ィードバック部26を設けて、τP’からX1Pまでのオ
ープループ伝達関数のボード線図を求めると、図4A,
Bに示すようになる。図4A,Bから10[rad/
s]付近の1次共振が無くなる。これによりシステムの
安定化が可能となる。
【0041】しかし、図4Bに示すように10[rad
/s]〜100[rad/s]におけるゲインの下がり
方が40〜50[rad/dec]と大きくなるため、
速度制御系のゲインを大きくすると、位相余裕が小さく
なる。そこで、図2に示す実施例のように1次進み遅れ
補償部23を設けて、位相余裕の改善を行う。このとき
のτP″からX1までのオープループのボード線図を図5
A,Bに示す。
【0042】次式は1次の進み遅れ補償部23の伝達関
数である。
【0043】 GC=(1+T1S)/(1+T2S)…(11) 上記(11)式で進み補償とするために、T1>T2に設
定する。図6はこのときのボード線図である。図7A,
Bは図2に示した実施例のシミュレーション結果の1例
を示すもので、油圧エレベータの上昇運転における加減
特性である。この図7A,Bから油圧システムの安定化
が達成され、良好な加減速特性が得られることが判る。
【0044】次に図2に示した油圧エレベータの速度制
御系の実施例を更に改善した第2実施例を述べる。図8
は第2実施例の要部のみを示しもので、図2の実施例に
圧力推定オブザーバ部30を設けたもので、このオブザ
ーバ部30はポンプモータのブロック(図15の1/T
MS)より従来から広く用いられている負荷トルクオブ
ザーバと同一構成となる。すなわち、図8において、3
0aは第4偏差検出部で、この検出部30aのプラス端
にはトルク指令τPが与えられ、マイナス端にはオブザ
ーバのゲイン出力が与えられる。第4偏差検出部30a
の偏差出力はポンプモータの機械時定数部30bを介し
て第5偏差検出部30cのプラス端に与えられ、マイナ
ス端にはモータ速度ωPが与えられる。この第5偏差検
出部30cの偏差出力はオブザーバのゲイン部30dに
入力され、その出力は油圧システムの入力側にフィード
フォワードされる。
【0045】ここで、図8を変形すると、図9と図10
のようになり、圧力推定オブザーバ部30の追加によ
り、自動的にPI要素(1+STx*)STx*が得られ
る。このため、速度アンプはPゲインのみで構成しても
よいことになる。図10よりτP″からX1までの伝達関
数を求めると、次に示す(11)式が得られる。
【0046】
【数10】
【0047】
【数11】
【0048】上記(11)式に示すように、圧力推定オ
ブザーバ部を設けることにより、a44、a33、a2
2、a1S、a0にL1、KPFが現われるため、これらの
定数により油圧システムの安定化を図ることができる。
【0049】図11は第2実施例の全体構成を示すブロ
ック図で、図2と同一部分は同一符号を付して示す。3
0は圧力推定オブザーバ部で、このオブザーバ部30の
出力は第2偏差検出部24の出力と加算部31で加算さ
れる。このように構成すると圧力推定オブザーバ部によ
り、PI要素が現われるため、速度アンプは比例ゲイン
のみで構成してもよい。また、PI要素で構成してもよ
い。
【0050】図12は図11の実施例を用いたときのシ
ミュレーション結果の例を示す。この図12は速度アン
プをP要素(比例ゲイン)のみとしたときのシミュレー
ション結果である。速度アンプをP要素のみとすると、
速度パターンの立上り、立下りでは定常偏差がでている
が、一定速度時の定常偏差は発生しない。このため、第
1実施例よりさらに安定化が期待でき、円滑な加減速運
転ができる。
【0051】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
油圧システムから送出されるモータ速度とかご速度との
差速度をフィードバックし、かつ速度アンプ出力に1次
進み遅れ補償部を設けたので、油圧システムの安定化が
可能となる。また、前述のように構成することにより、
油圧エレベータの速度制御系の構成が非常に簡素化でき
る利点がある。さらに、圧力推定オブザーバ部を設ける
ことにより、速度アンプを比例ゲインのみで構成するこ
とにより、油圧システムの安定化をさらに向上させるこ
とができ、エレベータの乗り心地の改善を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の原理を示すブロック図である。
【図2】この発明の第1実施例を示すブロック図であ
る。
【図3】A,Bは油圧システムのボード線図である。
【図4】A,Bは差速度フィードバック補償時のボード
線図である。
【図5】A,Bは1次進み遅れ補償を追加したときのボ
ード線図である。
【図6】1次進み遅れ補償のボード線図である。
【図7】A,Bは差速度フィードバック時のシミュレー
ション結果を示す特性図である。
【図8】この発明の第2実施例の要部を示すブロック図
である。
【図9】図8の第1変形例を示すブロック図である。
【図10】図8の第2変形例を示すブロック図である。
【図11】この発明の第2実施例の全体構成を示すブロ
ック図である。
【図12】第2実施例におけるシミュレーション結果を
示す特性図である。
【図13】油圧エレベータの制御装置を示すブロック図
である。
【図14】油圧エレベータのモデルを示す説明図であ
る。
【図15】油圧エレベータのシステムブロック図であ
る。
【図16】定数の正規化を行ったときの油圧エレベータ
のシステムブロック図である。
【符号の説明】
21…第1偏差検出部 22…速度アンプ 23…1次進み遅れ補償部 24…第2偏差検出部 25…油圧システム 26…差速度フィードバック部 30…圧力推定オブザーバ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 雅之 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式 会社明電舎内 (56)参考文献 特開 平4−153170(JP,A) 特開 平4−153173(JP,A) 特開 平4−112173(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B66B 1/26,1/30

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 油圧エレベータの速度制御系において、
    油圧システムから送出されるモータ速度とエレベータか
    ご速度(モータ速度換算)との差速度をゲイン部を通し
    て得る差速度フィードバック部と、エレベータかご速度
    設定値とかご速度との偏差を増幅する速度アンプと、こ
    の速度アンプの出力を1次進み遅れ補償する1次進み遅
    れ補償部と、この補償部と前記差速度フィードバック部
    との偏差を前記油圧システムへのトルク指令として供給
    する偏差部とを備えてなることを特徴とする油圧エレベ
    ータの速度制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の油圧エレベータの速度制
    御装置に、圧力推定オブザーバを付加し、このオブザー
    バからの圧力推定値をトルク指令にフィードフォワード
    補償するとともに速度アンプを比例ゲインのみで構成し
    たことを特徴とする油圧エレベータの速度制御装置。
  3. 【請求項3】 速度アンプを比例・積分要素で構成した
    ことを特徴とする請求項2記載の油圧エレベータの速度
    制御装置。
  4. 【請求項4】 圧力推定オブザーバのオブザーバゲイン
    を比例・積分要素としたことを特徴とする請求項2およ
    び請求項3記載の油圧エレベータの速度制御装置。
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