JP5171582B2 - エレベータードアの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エレベーターのドアを開閉制御する制御装置に関するものである。

図１は、エレベーターのかご側ドア装置の正面図、図２は、エレベーターの乗場側ドア装置の正面図、図３は、かご側ドア装置と乗場側ドア装置の関係を示す上面図である。

かご側ドア１の上端には吊り手２が設けられている。図示しない出入り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が長手水平方向に配置されるように設けられ、吊り手２の水平移動、すなわちかご側ドア１の開閉移動を案内する。また、桁３には、２つの巻掛車５が互いに離れて枢着され、無端状をなすベルト６が２つの巻掛車５の双方に巻き掛けられて張設されている。

連結具７は、一端がかご側ドア１に、他端がベルト６に連結されており、ドアコントローラ８の指令により、電動機９が一方の巻掛車５を駆動する。すなわち、電動機９が駆動されると、巻掛車５が回転してベルト６が駆動され、連結具７によってベルト６に連結されたかご側ドアが、ベルト６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。

一方のかご側ドア１には、乗場側ドア１０を係合するための係合ベーン１１が設置されており、各階で乗場側ドア１０の一方に設置された係合ローラ１２を挟み込んで把持する係合機構１５を構成している。

２枚の乗場側ドア１０は連動ロープ１３を介して繋がっている。したがって、係合ローラ１２が設置された側の乗場側ドア１０が、電動機９によって係合ベーン１１及び係合ローラ１２を介して動作すると、他方の乗場側ドア１０も反対方向に動作して出入り口を開閉する。

このように、エレベーターのドア装置は、かご側ドア１に電動機９が設置されており、各階で乗場側ドア１０を係合、連動して開閉する機構となっている。そのため、かご側ドア１が乗場側ドア１０を係合した時に、電動機９の負荷が瞬時的に大きく変化し、所望の目標速度に対し実速度が追従できなくなる。図４は、この事象を説明する速度実測結果の一例である。目標速度波形１６に対し実速度波形１７が係合時に大きく遅れていることが確認できる。このような目標速度に対する追従性の遅れは、ドアの開閉時間が長くなるなどの原因となりエレベーターの運行効率が悪化するなどの問題を生じる。

これに対し、特許文献１では、エレベーターのドアに関するものではないが、一般の電動機制御において、トルク指令と電動機速度から負荷外乱トルクを演算しフィードバックすることで、外乱の影響を緩和し速度追従性を向上する技術が開示されている。

特開２００４−１２９４１６号公報（要約、段落０００６〜０００７）

特許文献１に示される技術を用いると、確かに、目標速度に対する電動機９の追従性を大きく向上することができる。しかし、エレベータードアのように電動機９とかご側ドア１及び乗場側ドア１０との間の剛性があまり高くないようなシステムに適用すると、電動機９の速度は目標速度に追従するが、かご側ドア１及び乗場側ドア１０の振動が大きくなるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、目標速度に対する追従性とドアの振動低減を両立するエレベータードアの制御装置を得ることを目的としている。

この発明に係るエレベータードアの制御装置は、エレベーターのかごの出入口を開閉するかご側ドアと、各階床の乗場の出入口を開閉する乗場側ドアと、前記かご側ドアを開閉駆動する電動機と、前記かご側ドアと前記乗場側ドアとの間に設けられ、前記電動機の開閉駆動による前記かご側ドアの開閉動作に連動して前記乗場側ドアを開閉動作する係合機構と、前記電動機の回転を検出する回転検出手段と、目標開閉駆動速度と前記回転検出手段によって得られた実速度とからトルク指令を計算する速度制御手段とを備えたエレベータードアの制御装置であって、前記トルク指令と前記回転検出手段によって得られた回転信号とから外乱トルクを演算する外乱推定器と、前記係合機構の動作にかかわる前記電動機の速度と位置の少なくとも一方の情報から前記かご側ドアと前記乗場側ドアとの係合区間を判定し、係合が行われる区間では前記外乱推定器によって得られた外乱トルク補償量を大きくし、係合していない区間では前記外乱推定器によって得られた外乱トルク補償量を小さくし前記速度制御手段の出力トルク指令値を補正する調整器とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、電動機の速度と位置の少なくとも一方の情報からかご側ドアと乗場側ドアの係合が行われる係合区間を判定し、係合が行われる低速区間では外乱推定器による補償トルクを大きくすることで、係合による目標速度に対する追従遅れを小さくすることができる。また、この時、ドアは低速で駆動されるため振動はほとんど誘起されることはない。そして、電動機の速度と位置の少なくとも一方の情報から係合区間が終了したことを判定し、外乱推定器による補償トルクを小さくすることで、高速開閉中のかご側ドア及び乗場側ドアの振動が誘起されることを防止することができる。

このように、エレベータードアの係合による目標速度への追従性劣化が生じる区間と、ドア振動が生じやすい高速開閉区間とが基本的に異なることに着目し、電動機の速度と位置の少なくとも一方の情報から係合区間を判定することで、外乱推定器による補償トルクを増減しているので、係合時の速度追従性劣化の防止と高速開閉時のドア振動の防止を両立することが可能となる。したがって、短いドア開閉時間で滑らかなドア開閉を実現できるので運行効率の向上と低振動・低騒音による高級感を両立することが可能となるという効果を有する。

実施の形態１．
エレベーターのドア機器の構成は、背景技術で図１〜図３を用いて説明したものと同様な構成を備える。例えば、主要な構成として、エレベーターのかごの出入口を開閉するかご側ドア１と、各階床の乗場の出入口を開閉する乗場側ドア１０と、かご側ドア１を開閉駆動する電動機９と、かご側ドア１と乗場側ドア１０との間に設けられ、電動機９の開閉駆動によるかご側ドア１の開閉動作に連動して乗場側ドアを開閉動作する係合機構１５とを備える。

そして、この実施の形態１に係るエレベータードアの制御装置では、電動機９の回転を検出する回転検出手段と、目標開閉駆動速度と回転検出手段によって得られた実速度とからトルク指令を計算する速度制御手段と、前記トルク指令と回転検出手段によって得られた回転信号とから外乱トルクを演算する外乱推定器と、係合機構１５の動作にかかわる電動機９の速度と位置の少なくとも一方の情報に従って前記外乱推定器によって得られた外乱トルク補償量を調整し前記速度制御手段の出力トルク指令値を補正する調整器とをさらに備える。

図５は、この発明の実施の形態１による制御ブロック線図を示したものである。ドア装置２３の電動機９には、電動機９の回転を検出する回転検出手段としてのレゾルバ（回転センサ）２７が設置されている。ドアコントローラ８では、速度パターン出力部１８により、電動機９の角速度指令値が出力される。

フィードフォワード制御器１９は、目標値に対する追従性を指定する手段であり、図６に示すように、角速度指令値を入力とする目標速度追従特性指定部１９Ａと、トルク補償部１９Ｂとで構成される。目標速度追従特性指定部１９Ａは、伝達関数Ｃ_ｆ（ｓ）＝ω_ｆ／（ｓ＋ω_ｆ）で示され、Ｃ_ｆ（ｓ）は目標速度に対する出力の応答特性を指定する周波数ω_ｆにより決定され、フィードフォワード制御器１９の第一の出力である修正角速度指令値を出力する。トルク補償部１９Ｂは、伝達関数Ｐ_ｍ（ｓ）^−１×Ｃ_ｆ（ｓ）で示され、フィードフォワード制御器１９の第二の出力である速度追従性補償トルク指令値τ_ｆを出力する。

ここで、Ｐ_ｍ（ｓ）はドア機器の制御用モデルであり、例えば、かご側ドア１、乗場側ドア１０及び電動機９の電動機軸換算のトータルイナーシャ値Ｊを用いて、Ｐ_ｍ（ｓ）＝１／Ｊｓで示される。ただし、これは一例であり、Ｐ_ｍ（ｓ）はドア機器のばね特性などを考慮したモデルであってもよい。このフィードフォワード制御器１９は、後述するフィードバック制御器２０とは独立に設定することができ、ω_ｆで目標角速度指令値に対する追従性を指定することができる。

フィードフォワード制御器１９の第一の出力である修正角速度指令値と、レゾルバ２７で検出された電動機９の実速度の帰還信号とが減算器２４に入力され、２つの入力の誤差信号が出力される。誤差信号は外乱に対する抑圧特性を指定するフィードバック制御器２０に入力され、角速度指令値に対する電動機９の実速度の誤差を補正するようにトルク指令値τ_０を演算する。フィードバック制御器２０の伝達関数はＣ_Ｂ（ｓ）＝Ｋ_ｓp＋Ｋ_ｓi／ｓで示される。比例ゲインＫ_ｓpは、前記電動機軸換算トータルイナーシャ値Ｊ、電動機９のトルク定数Ｋ_T、外乱に対する抑圧特性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。ここで、制御交差周波数ω_cは、かご側ドア１及び乗場側ドア１０の振動を抑制するように、特に抑制したいドアの振動モードの減衰比が大きくなるように決定される。ω_cの設定方法については、本技術の本質ではないため、ここでは省略する。

ここで、目標速度に対する追従性を指定するフィードフォワード制御器１９と外乱に対する抑圧特性を指定するフィードバック制御器２０とは、二自由度制御器をなし、目標開閉駆動速度と回転検出手段によって得られた実速度とからトルク指令を計算する速度制御手段を構成する。

レゾルバ２７により検出された電動機９の角速度実測値は、減算器２４の他に外乱推定器２６に入力される。外乱推定器２６において、角速度実測値は、図７に示すように、ドア機器の制御用モデルＰ_ｍ（ｓ）の逆特性を持つ実トルク推定部２６Ａに入力され、電動機９のトルク推定値を出力する。電動機トルク推定値と後述する修正トルク指令値τ_０ ^＊が減算器２６Ｂに入力され、その差から外乱トルク推定値が計算される。一般に、この外乱トルク推定値には高周波成分が含まれることが多いため、それを取り除くための低域通過フィルタ２６Ｃで処理された信号が外乱トルク推定値τ_oｂとして外乱推定器２６から出力される。

調整器２５では、レゾルバ２７から得られる電動機９の速度情報により外乱トルク推定値τ_oｂを調整する。図８及び図９は、調整器２５の調整特性を説明するための図である。調整器２５は、予め規定の速度閾値Ｖ_ＬとＶ_Ｕを記憶している。図８に示すように、Ｖ_Ｌは係合時の低速度よりもやや上の値で、Ｖ_Ｕは調整器２５からの出力が滑らかに推移するようにＶ_Ｌよりも更にやや大きい値として設定される。レゾルバ２７から得られる電動機９の速度がＶ_Ｌよりも小さい場合には入力である外乱トルク推定値τ_oｂをそのまま外乱トルク補償値τ_ｏｂａとして出力し、電動機９の速度がＶ_Ｕよりも大きい場合には外乱トルク補償値τ_ｏｂａを零として出力する。電動機９の速度がＶ_ＬとＶ_Ｕの間の場合には図９に示すように、その間を補間するような外乱トルク補償値τ_ｏｂａを出力する。

なお、ここでは、一例として二つの速度閾値Ｖ_Ｌ及びＶ_Ｕを持つ場合について示したが、図１０に示すように、調整器２５を減算器２６Ｂと低域通過フィルタ２６の間に配置し、Ｖ_Ｌ＝Ｖ_Ｕとして、調整器２５の出力を急激に切り替えてもよい。この場合は、調整器２５からの出力は急激に変化するが、低域通過フィルタ２６Ｃの働きにより外乱トルク補償値τ_ｏｂａは緩やかに変動する。

加算器２１では、フィードバック制御器２０の出力であるトルク指令値τ_０に、フィードフォワード制御器１９の第二の出力である速度追従性補償トルク指令値τ_ｆと調整器２５の出力である外乱トルク推定値τ_ｏｂａとが加算され、修正トルク指令値τ_０ ^＊が出力される。修正トルク指令値τ_０ ^＊は電動機９に送られドア装置を駆動する。ここで、加算器２２において修正トルク指令値τ_０ ^＊に外乱が加えられ電動機９が駆動されるが、修正トルク指令値τ_０ ^＊は外乱を補償するように修正されているため、外乱があっても無くてもほぼ指令値通りに電動機９は駆動される。

図１１〜図１３は、実施の形態１の効果を説明するための図である。図１１は、本技術における外乱推定器２６が無い場合の目標速度指令値とそれに対応するかご側ドア１の速度の実験値を示したものである。このように、外乱推定器２６が無い場合、かご側ドア１と乗場側ドア１０が係合したタイミングで速度指令値に対して大きなズレが発生している。

図１２は、外乱推定器２６はあるが、調整器２５が無く外乱推定器の出力である外乱トルク推定値τ_oｂをそのまま外乱トルク補償値τ_ｏｂａとして絶えず補正した場合の目標速度指令値とそれに対応するかご側ドア１の速度の実験値を示したものである。このように、調整器２５が無いと、かご側ドア１と乗場側ドア１０の係合時の追従遅れは補償できるが、かご側ドア１に大きな振動が生じてしまう。図示していないが、乗場側ドア１０にも同様に大きな振動が生じる。

図１３は、外乱推定器２６及び調整器２５の両方を含む本技術を用いた場合の目標速度指令値とそれに対応するかご側ドア１の速度の実験値を示したものである。図１３から明らかなように、本技術を用いることで係合時の速度追従性を劣化させることなく、かご側ドア１の振動も低減できていることが確認できる。

このように、実施の形態１によれば、乗場側ドアとの係合時における速度追従性劣化の防止と高速開閉時におけるドア振動低減を両立できるので、短いドア開閉時間で滑らかなドア開閉を実現でき、運行効率の向上と低振動・低騒音による高級感を両立することが可能となるという効果を有する。

すなわち、電動機９の速度と位置の少なくとも一方の情報からかご側ドア１と乗場側ドア１０の係合が行われる係合区間を判定し、係合が行われる低速区間では外乱推定器２６による補償トルクを大きくすることで、係合による目標速度に対する追従遅れを小さくすることができる。また、この時、ドアは低速で駆動されるため振動はほとんど誘起されることはない。電動機９の速度と位置の少なくとも一方の情報から係合区間が終了したことを判定すると、外乱推定器２６による補償トルクを小さくし、高速開閉中のかご側ドア１及び乗場側ドア１０の振動が誘起されることを防止することができる。

このように、エレベータードアの係合による目標速度への追従性劣化が生じる区間と、ドア振動が生じやすい高速開閉区間とが基本的に異なることに着目し、電動機９の速度と位置の少なくとも一方の情報から係合区間を判定することで外乱推定器２６による補償トルクを増減しているので、係合時の速度追従性劣化の防止と高速開閉時のドア振動の防止を両立することが可能となる。したがって、短いドア開閉時間で滑らかなドア開閉を実現できるので運行効率の向上と低振動・低騒音による高級感を両立することが可能となるという効果を有する。

また、速度制御手段を構成する、目標速度に対する追従性を指定するフィードフォワード制御器１９と外乱に対する抑圧特性を指定するフィードバック制御器２０とが、二自由度制御器をなすので、目標速度に対する追従性と外乱に対する抑圧特性を別々に指定することができ、目標速度に対する追従性と振動低減性能を両立することができる。

実施の形態２．
この実施の形態２において、調整器２５の調整特性以外は、実施の形態１と同じであるため説明は省略する。

図１４は、実施の形態２における調整器２５の調整特性を説明するための図である。調整器２５は、レゾルバ２７から得られるかご側ドア１の位置情報によって外乱トルク推定値τ_oｂを調整する。つまり、ドアが完全に閉まっている状態の位置を０、かご側ドア１と乗場側ドア１０が完全に係合する位置よりもややドア開方向での位置をＰ_１、それよりも更にややドア開位置をＰ_２とする。レゾルバ２７から得られる位置情報が０〜Ｐ_１の場合には外乱トルク推定値τ_oｂをそのまま外乱トルク補償値τ_ｏｂａとして出力する。レゾルバ２７から得られる位置情報がＰ_２よりも大きい場合には外乱トルク補償値τ_ｏｂａを零として出力する。電動機９の速度がＰ_１とＰ_２の間の場合には、図１４に示すように、その間を補間するような外乱トルク補償値τ_ｏｂａを出力する。

このように、レゾルバ２７から得られる位置情報を用いることでも、かご側ドア１と乗場側ドア１０が係合のための低速区間であるかどうかを判断することができ、調整器２５により外乱トルク補償値を調整することで速度追従性と振動低減を両立することができる。

また、実施の形態１で用いた速度は係合区間でも場合によっては大きくなる場合もあるため、位置情報を用いることでより確実に係合区間を判断することができるという効果もある。ただし、低速区間ではドア振動はほとんど問題とならないため、係合区間でなくとも速度追従性を重視したい場合などもある。その場合には、速度情報と位置情報の両方を用いることでより信頼性の高い外乱トルク補償が可能となる。

実施の形態３．
図１５は、実施の形態３における制御ブロック線図を示したものである。図１５に示す実施の形態３では、回転検出手段として、実施の形態１におけるレゾルバ２７の代わりに、電動機９の電流を検出する電流センサ２９と、電動機９の特性を示す内部モデルを有し、電流センサ２９による電流信号と、電動機９へのトルク指令値と、前記内部モデルとから回転量を推定する回転推定器３０とを有する。

図１５において、電動機９に通電される電流は電流センサ２９で検出され、電流センサ２９によって検出された電流信号は回転推定器３０に入力される。回転推定器３０は、電動機９の特性を示す内部モデルを有し、電流信号と電動機９に加えられるトルク指令値と内部モデルとから電動機９の回転速度を推定する。回転速度の具体的な推定方法については、例えば特開２００７−８４１８９号公報に開示された方法を用いることができる。推定された回転速度は、減算器２４、調整器２５、外乱推定器２６に送られ、実施の形態１と同様に、電動機９の回転が制御される。

本構成では、実施の形態１におけるレゾルバ２７の代わりに、電流センサ２９と回転推定器３０を有しており、一般に、電流センサは、電動機９の制御のために既設である場合がほとんどであるため、機械的な回転検出器であるレゾルバ２７を省略することが可能となり、安価なシステムを得ることができるという効果がある。

一般的なエレベーターのかご側ドア装置の正面図である。 一般的なエレベーターの乗場側ドア装置の正面図である。 かご側ドア装置と乗場側ドア装置の関係を示す上面図である。 目標速度に対する追従性の劣化を示す電動機実測速度波形である。 実施の形態１における制御アルゴリズムを示すブロック線図である。 フィードフォワード制御器の詳細を示すブロック線図である。 外乱推定器の詳細を示すブロック線図である。 調整器の調整特性を説明するための速度波形図である。 調整器の調整特性を説明するための出力切替図である。 調整器と外乱推定器の別の構成を示すブロック線図である。 外乱推定器を用いない場合のドア速度波形実測図である。 調整器を用いない場合のドア速度波形実測図である。 本技術を用いた場合のドア速度波形実測図である。 実施の形態２における調整器の調整特性を説明する出力切替図である。 実施の形態３における制御アルゴリズムを示すブロック線図である。

符号の説明

１ かご側ドア、２ 吊り手、３ 桁、４ 案内レール、５ 巻掛車、６ ベルト、７ 連結具、８ ドアコントローラ、９ 電動機、１０ 乗場側ドア、１１ 係合ベーン、１２ 係合ローラ、１３ 連動ロープ、１５ 係合機構、１８ 速度パターン出力部、１９ フィードフォワード制御器、１９Ａ 目標速度追従特性指定部、１９Ｂ トルク補償部、２０ フィードバック制御器、２１ 加算器、２２ 加算器、２３ ドア装置、２４ 減算器、２５ 調整器、２６ 外乱推定器、２６Ａ 実トルク推定部、２６Ｂ 減算器、２６Ｃ 低域通過フィルタ、２７ レゾルバ（回転センサ）、２９ 電流センサ、３０ 回転推定器。

Claims (3)

1. エレベーターのかごの出入口を開閉するかご側ドアと、
   各階床の乗場の出入口を開閉する乗場側ドアと、
   前記かご側ドアを開閉駆動する電動機と、
   前記かご側ドアと前記乗場側ドアとの間に設けられ、前記電動機の開閉駆動による前記かご側ドアの開閉動作に連動して前記乗場側ドアを開閉動作する係合機構と、
   前記電動機の回転を検出する回転検出手段と、
   目標開閉駆動速度と前記回転検出手段によって得られた実速度とからトルク指令を計算する速度制御手段と
   を備えたエレベータードアの制御装置であって、
   前記トルク指令と前記回転検出手段によって得られた回転信号とから外乱トルクを演算する外乱推定器と、
   前記係合機構の動作にかかわる前記電動機の速度と位置の少なくとも一方の情報から前記かご側ドアと前記乗場側ドアとの係合区間を判定し、係合が行われる区間では前記外乱推定器によって得られた外乱トルク補償量を大きくし、係合していない区間では前記外乱推定器によって得られた外乱トルク補償量を小さくし前記速度制御手段の出力トルク指令値を補正する調整器と
   を備えたことを特徴とするエレベータードアの制御装置。
2. 請求項１に記載のエレベータードアの制御装置において、
   前記速度制御手段は、目標速度に対する追従性を指定するフィードフォワード制御器と、外乱に対する抑圧特性を指定するフィードバック制御器とからなる二自由度制御器である
   ことを特徴とするエレベータードアの制御装置。
3. 請求項１または２に記載のエレベータードアの制御装置において、
   前記回転検出手段は、前記電動機の電流を検出する電流センサと、前記電動機の特性を示す内部モデルを有し、前記電流センサによる電流信号と、前記電動機へのトルク指令値と、前記内部モデルとから回転量を推定する回転推定器とからなる
   ことを特徴とするエレベータードアの制御装置。

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