JP5272546B2 - エレベータの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エレベータの制御装置に関するものである。

エレベータを駆動する電動機は、永久磁石を用いた同期電動機等の交流電動機が広く用いられており、そのトルク制御にはベクトル制御方式が採用されることが多い。電動機のトルク制御をこのベクトル制御方式により行う場合、当該電動機の回路構成等よって決まる電動機定数が必要であり、予め計測され又は電動機の駆動中においてリアルタイムに計測されたこれらの電動機定数を用いて電流指令値等を算出することにより制御がなされる。
従って、これら電算機定数の値の精度は制御性能に大きく影響するため、これらの電算機定数を如何に精度よく求めるか、ということは非常に重要である。
ここで、電算機定数の一つとして電動機の有するリアクタンスのインダクタンスがあるが、リアクタンスに流れる電流値がある一定値を超えて大きくなると磁気飽和が発生し、このリアクタンスのインダクタンス値が減少するということが一般に知られている。
このようなリアクタンスの磁気飽和に係る従来におけるモータ制御装置においては、リアクトルとスイッチング素子とを備え前記スイッチング素子をスイッチングすることで前記リアクトルに流れる電流を制御し直流電圧を昇降圧して出力する昇降圧コンバータと、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することで前記昇降圧コンバータの出力する直流電圧を制御する昇降圧コンバータ制御手段と、前記昇降圧コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して三相交流モータに出力し、また、前記三相交流モータの発生する交流電力を直流電力に変換して前記昇降圧コンバータに出力するインバータと、前記インバータの出力する交流電力を制御するインバータ制御手段と、前記リアクトルに流れる電流の時間に対する変化の大きさが所定閾値より大きいとき前記リアクトルの磁気飽和が開始されたと判定することにより前記リアクトルの磁気飽和を検出する磁気飽和検出手段と、前記磁気飽和検出手段により検出された磁気飽和期間において、前記インバータから前記三相交流モータに出力される交流電力を調整するインバータ電力調整手段と、を備えることにより、過電流や過電圧の発生を抑えるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１２１８７５号公報

エレベータの運行においては、一回の走行につき加減速を行うことが必要であり、この加減速を行う際に電動機に必要とされる加減速トルクは、定速走行中に電動機に必要とされるトルクの数倍以上に大きくなることが多い。特に高層ビルに設置される高揚程のエレベータにおいて用いられる大容量巻上機（電動機）の場合には、加減速時と定速時に必要とされるトルクの大きさの差が非常に大きく、加減速時には大電流が必要となる。
このため、加減速時には、大電流による前述したリアクトルの磁気飽和の発生が懸念される。そして、リアクトルの磁気飽和が発生した場合には前述のごとくリアクトルのインダクタンス値が減少するので、実際のインダクタンス値と制御系において指令値の算出に用いているインダクタンス値との乖離が発生する。
従来におけるエレベータの制御装置においては、このようにして、加減速時の大電流によるリアクタンスの磁気飽和により発生するインダクタンス値の乖離が大きくなってくると、見かけ上の電流応答値が高くなるため、発振現象が生じやすくなり、この結果としてトルク脈動やこれに伴うエレベータ利用者の乗り心地の悪化を招来するおそれがあるという課題がある。

また、特許文献１に示された従来におけるモータ制御装置においては、磁気飽和検出手段によりリアクトルの磁気飽和発生が検出された場合に、インバータ電力調整手段により過電流や過電圧が発生しないように磁気飽和の発生を抑制するように調整されるため、電動機に充分な電流を流すことができず、加減速時に必要なトルクを得ることができないという課題がある。
加えて、磁気飽和検出手段は、リアクトルに流れる電流の時間変化の大きさが所定閾値より大きいときに磁気飽和が開始されたと判定するため、定電流制御を行う制御装置においては磁気飽和の発生を検出できず適用が困難であるという課題もある。

この発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、大電流によるリアクタンスの磁気飽和が発生した場合においても、精度の高いトルク制御を可能として所望のトルクを得ることができ、発振現象やトルク脈動の発生を抑制して、エレベータ利用者の乗り心地の悪化を招来するおそれのないエレベータの制御装置を得るものである。

この発明に係るエレベータの制御装置においては、リアクトルを有し、エレベータを駆動する電動機と、前記電動機を駆動するための電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段より前記電動機へと供給される電力から前記電動機に係るトルク成分を抽出してトルク検出信号を出力するトルク成分抽出手段と、前記トルク検出信号に基づいて、インダクタンス推定関数を用いて、前記電動機の有する前記リアクトルの磁気飽和発生時におけるインダクタンス値を推定する磁気飽和検出手段と、前記磁気飽和検出手段により推定されたインダクタンス値に基づいて、前記電力供給手段より前記電動機へと供給される電力を制御する制御手段と、前記トルク検出信号に基づく回帰分析により、前記インダクタンス推定関数を更新するインダクタンス学習手段と、を備えた構成とする。

この発明に係るエレベータの制御装置においては、大電流によるリアクタンスの磁気飽和が発生した場合においても、精度の高いトルク制御を可能として所望のトルクを得ることができ、発振現象やトルク脈動の発生を抑制して、エレベータ利用者の乗り心地の悪化を招来するおそれのないという効果を奏する。

実施の形態１．
図１から図３は、この発明の実施の形態１に関するもので、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、図２は磁気飽和検出器の内部構成を示すブロック図、図３はトルク直流成分とインダクタンス推定値との関係を示すグラフである。
図において１は図示しないエレベータの昇降路内に昇降自在に配置された乗りかごであり、この乗りかご１の上端には主索２の一端が接続されている。この主索２は、前記昇降路上部に回動自在に配設された巻上シーブ３及びソラセ車４に巻き掛けられており、その上で前記主索２の他端は、前記昇降路内に昇降自在に配置された釣合い重り５の上端に接続されている。
前記巻上シーブ３は、リアクトルを有し、当該エレベータを駆動する電動機６の回転軸に軸着されており、この電動機６を回転駆動することにより前記巻上シーブ３を介して前記主索２に動力が伝達されて、前記乗りかご１及び前記釣合い重り５がつるべ状に前記昇降路内を昇降する。

前記電動機６には、この電動機６の回転位置を検出して位置検出信号Ｐｓを発生するエンコーダ７が取付されており、このエンコーダ７から出力される前記位置検出信号Ｐｓは速度検出器８に入力される。この速度検出器８は、前記位置検出信号Ｐｓの時間微分を求めることにより速度検出信号ωｓを発生させ、この速度検出信号ωｓを第１の減算器９ａへと出力する。
この第１の減算器９ａにおいては、速度指令作成器１０により生成・出力された速度指令信号ωｒと前記速度検出器８により出力された前記速度検出信号ωｓとの偏差が求められ、その結果として速度偏差信号ωｅが出力される。
前記第１の減算器９ａより出力された前記速度偏差信号ωｅは速度制御器１１へと入力され、この速度制御器１１は前記速度偏差信号ωｅに基づいてトルク指令信号τｒを生成する。

後述する電力変換器１４より前記電動機６へと供給される三相電力は、変流器により電力検出信号ｉｓとして検出され、トルク成分抽出器１２によってこの電力検出信号ｉｓから前記電動機６に係るトルク成分が抽出されてトルク検出信号τｓが出力される。
そして、第２の減算器９ｂにおいて、前記トルク制御器１３から出力される前記トルク指令信号τｒと前記トルク成分抽出器１２から出力される前記トルク検出信号τｓとの偏差が求められ、その結果としてトルク偏差信号τｅが出力される。
前記第２の減算器９ｂより出力された前記トルク偏差信号τｅは、トルク制御器１３へと入力され、このトルク制御器１３は前記トルク偏差信号τｅに基づいて前記電動機６に対する電圧指令信号Ｖｒが生成される。この電圧指令信号Ｖｒは、電力変換器１４によって前記電圧指令信号Ｖｒに応じた三相電力に変換され、前記電動機６へと供給される。

また、前記トルク成分抽出器１２から出力された前記トルク検出信号τｓは、磁気飽和検出器１５へと入力され、この磁気飽和検出器１５においては前記トルク制御器１３にてトルク制御に用いる、前記電動機６の有するリアクトルのインダクタンスに係る諸定数が前記トルク検出信号τｓに基づき推定・算出される。
具体的には、まず、前記トルク成分抽出器１２から出力された前記トルク検出信号τｓは、前記磁気飽和検出器１５の備える絶対値変換器１５ａによりその絶対値が求められて絶対値トルク検出信号τｓａに変換される。
そして、この絶対値トルク検出信号τｓａは、所定の閾値より高い周波数の信号を遮断し低域周波数の信号のみを通過させるローパスフィルタ１５ｂにかけられてトルク直流成分τｓｌが分離される。

前記ローパスフィルタ１５ｂにより生成された前記トルク直流成分τｓｌはインダクタンス推定器１５ｃへと入力され、インダクタンス推定器１５ｃにおいてインダクタンス推定値Ｌｒが推定・導出される。
このインダクタンス推定器１５ｃによるインダクタンス推定値Ｌｒの導出は、後述するインダクタンス学習器１５ｇにより与えられるインダクタンス推定関数Ｌ（τ）に、前記トルク直流成分τｓｌ、すなわちτ＝τｓｌを代入することにより行われる。
前記インダクタンス推定関数は、例えば次のような線形近似関数を用いる。ここで、ｋは傾き、Ｌ０は切片であり、いずれも定数である。

Ｌ（τ）＝ｋ・τ＋Ｌ０

従って、インダクタンス推定値Ｌｒはこの式にτ＝τｓｌを代入することにより次のように得ることができる。

Ｌｒ＝ｋ・τｓｌ＋Ｌ０

なお、Ｌｒがとりえる上限値として上限リミッタＬｒｌｉｍが設けられており、前記インダクタンス推定関数Ｌ（τ）による前記インダクタンス推定値Ｌｒがこの上限リミッタＬｒｌｉｍを超える値となった場合には、前記インダクタンス推定値Ｌｒは上限リミッタＬｒｌｉｍとされる。このＬｒｌｉｍは、例えば前記電動機６のリアクトルのインダクタンス設計値を目安として設定される（図３）。
そして、前記インダクタンス推定器１５ｃにより推定された前記インダクタンス推定値Ｌｒは制御定数演算器１５ｄへと出力され、これを受けた前記制御定数演算器１５ｄは前記インダクタンス推定値Ｌｒに基づいて前記電動機６の有するリアクトルのインダクタンスに係る諸定数を算出して、これらの諸定数を前記トルク制御器１３へと出力する。

また、この絶対値トルク検出信号τｓａは、所定の閾値より低い周波数の信号を遮断し高域周波数の信号のみを通過させるハイパスフィルタ１５ｅにかけられてトルク脈動成分τｓｈが分離される。
前記ハイパスフィルタ１５ｅにより生成された前記トルク脈動成分τｓｈはトルク脈動検出器１５ｆへと入力され、このトルク脈動検出器１５ｆは、前記トルク脈動成分τｓｈの振幅の大きさが所定の閾値を超えた場合にトルク脈動の発生を検出して、脈動発生信号ｅ０を出力する。

前記トルク脈動検出器１５ｆから出力された前記脈動信号ｅ０はインダクタンス学習器１５ｇへと入力され、このインダクタンス学習器１５ｇは前記脈動信号ｅ０の入力を受けたとき、すなわちトルク脈動発生が検出されたときにおける前記トルク直流成分τｓｌと前記インダクタンス推定値Ｌｒの値を記憶する。
そして、記憶した前記インダクタンス推定値Ｌｒに０より大きく１より小さい所定の係数ｋ２を乗じてＬｒ２を算出する。

Ｌｒ２＝ｋ２・Ｌｒ （０＜ｋ２＜１）

このようにして、トルク脈動発生が判定された場合には前記電動機６のリアクトルに磁気飽和が発生しており、このリアクトルのインダクタンス値の低下が発生している可能性が高いとして、前記インダクタンス推定値Ｌｒに所定の係数ｋ２（０＜ｋ２＜１）を乗じることにより、当該低下後のインダクタンス値としてＬｒ２を得る。
そして、記憶したトルク脈動時の前記トルク直流成分τｓｌとこのＬｒ２との関係に対し、例えば最小二乗法等を用いて直線回帰式を求めてこれを新たなインダクタンス推定関数Ｌ（τ）とすることにより前記インダクタンス推定関数の更新が行われ、このインダクタンス学習器１５ｇにおいて更新された前記インダクタンス関数Ｌ（τ）を用いて、前記インダクタンス推定器１５ｃにおける前記インダクタンス推定値の導出が行われる（図３）。

このように構成されたエレベータの制御装置においては、まず、図示しないエレベータの制御盤等からの制御指令に基づいて前記速度指令作成器１０により前記速度指令信号ωｒが出力される。
そして、前記電動機６に取付された前記エンコーダ７を介して前記速度検出器８により前記速度検出信号ωｓとして前記電動機６の回転速度がフィードバックされ、これらの前記速度指令信号ωｒと前記速度検出信号ωｓとの偏差を示す前記速度偏差信号ωｅに基づいて前記速度制御器１１により前記トルク指令信号τｒが生成・出力される。
前記トルク制御器１３はこのトルク指令信号τｒに基づきトルク制御を行うが、この際、前記電力変換器１４から前記電動機６へと供給される三相電力を検出することにより前記トルク成分抽出器１２によって出力される前記トルク検出信号τｓのフィードバックを受けて、これらの前記トルク指令信号τｒと前記トルク検出信号τｓとの偏差を示す前記トルク偏差信号τｅに基づいて前記電圧指令信号Ｖｒが生成される。

ここで、前記トルク制御器１３における前記電圧指令信号Ｖｒの生成は、予め設定された電動機定数を用いて行われるが、前記電動機６の有するリアクトルのインダクタンスに係る諸定数については、前記トルク検出信号τｓに基づいて前記磁気飽和検出器１５により算出されたものが用いられる。
前記磁気飽和検出器１５により導出される前記インダクタンス推定値Ｌｒは、図３に示すごとく、前記トルク直流成分τｓｌが小さい低トルク域においては前記上限リミッタＬｒｌｉｍに等しい値、すなわち前記電動機６のリアクトルのインダクタンス設計値を目安として設定された値となるが、前記トルク直流成分τｓｌが大きい高トルク域においては前記リアクトルの磁気飽和発生を加味して前記上限リミッタＬｒｌｉｍより小さい値として導出される。

このように、前記磁気飽和検出器１５は、前記トルク検出信号τｓに基づいて高トルク域における磁気飽和発生を加味しつつ前記インダクタンス推定値の導出を行う。これに加えて、前記磁気飽和検出器１５は、前記トルク検出信号τｓのトルク脈動成分τｓｈを監視することにより、トルク脈動の発生を監視しており、トルク脈動の発生時にはこのときにおける前記トルク直流成分τｓｌと前記インダクタンス推定値Ｌｒから算出したＬｒ２の値との関係を元に回帰分析を行い、前記インダクタンス推定関数Ｌ（τ）の更新を行う。

前記トルク制御器１３は、このようにして前記磁気飽和検出器１５により算出された前記電動機６の有するリアクトルのインダクタンスに係る諸定数及びその他の電動機定数を用いて、前記電圧指令信号Ｖｒを出力し、この電圧指令信号Ｖｒは前記電力変換器１４によって三相電力に変換されて前記電動機６へと供給されることにより、前記電動機６のトルク制御がなされる。

以上のように構成されたエレベータの制御装置においては、電動機へと供給される電力から電動機に係るトルク成分を抽出したトルク検出信号に基づいて、このトルク検出信号から分離されたトルク直流成分をインダクタンス推定関数に代入することにより、前記電動機の有する前記リアクトルの磁気飽和発生時におけるインダクタンス値を推定する。そして、この推定されたインダクタンス値に基づいて電動機のトルク制御を行うため、大電流によるリアクタンスの磁気飽和が発生した場合においても、精度の高いトルク制御を可能として所望のトルクを得ることができ、トルク脈動の発生を抑制して、エレベータ利用者の乗り心地の悪化を招来するおそれを低減することが可能である。

また、このように、トルク検出信号に基づいて高トルク域における磁気飽和発生を加味しつつインダクタンス推定値の導出を行うことに加えて、トルク検出信号のトルク脈動成分を監視することによりトルク脈動の発生を監視し、トルク脈動の発生時にはこのときにおけるトルク直流成分とインダクタンス推定値との関係を元に回帰分析を行い、インダクタンス推定関数の更新を行うことにより、インダクタンス推定の精度を向上させることができ、より精度の高いトルク制御が可能となり、トルク脈動の発生をさらに抑制することができる。
さらに、高精度のトルク制御及びトルク脈動発生の抑制に伴い、関連する部品の劣化を抑えて長寿命化を図ることも可能である。

この発明の実施の形態１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。 この発明の実施の形態１における磁気飽和検出器の内部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１におけるトルク直流成分とインダクタンス推定値との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 乗りかご
２ 主索
３ 巻上シーブ
４ ソラセ車
５ 釣合い重り
６ 電動機
７ エンコーダ
８ 速度検出器
９ａ 第１の減算器
９ｂ 第２の減算器
１０ 速度指令作成器
１１ 速度制御器
１２ トルク成分抽出器
１３ トルク制御器
１４ 電力変換器
１５ 磁気飽和検出器
１５ａ 絶対値変換器
１５ｂ ローパスフィルタ
１５ｃ インダクタンス推定器
１５ｄ 制御定数演算器
１５ｅ ハイパスフィルタ
１５ｆ トルク脈動検出器
１５ｇ インダクタンス学習器

Claims (3)

1. リアクトルを有し、エレベータを駆動する電動機と、
   前記電動機を駆動するための電力を供給する電力供給手段と、
   前記電力供給手段より前記電動機へと供給される電力から前記電動機に係るトルク成分を抽出してトルク検出信号を出力するトルク成分抽出手段と、
   前記トルク検出信号に基づいて、インダクタンス推定関数を用いて、前記電動機の有する前記リアクトルの磁気飽和発生時におけるインダクタンス値を推定する磁気飽和検出手段と、
   前記磁気飽和検出手段により推定されたインダクタンス値に基づいて、前記電力供給手段より前記電動機へと供給される電力を制御する制御手段と、
   前記トルク検出信号に基づく回帰分析により、前記インダクタンス推定関数を更新するインダクタンス学習手段と、を備えたことを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 前記磁気飽和検出手段は、
   前記トルク検出信号からトルク直流成分を分離するローパスフィルタと、
   前記インダクタンス推定関数に前記トルク直流成分を代入することにより、前記電動機の有する前記リアクトルの磁気飽和発生時におけるインダクタンス値を推定するインダクタンス推定手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。
3. 前記磁気飽和検出手段は、前記トルク検出信号からトルク脈動成分を分離するハイパスフィルタと、前記トルク脈動成分に基づいて前記電動機のトルク脈動発生を検出するトルク脈動検出手段と、を備え、
   前記インダクタンス学習手段は、前記トルク脈動検出手段により前記電動機のトルク脈動発生が検出されたときに、前記トルク直流成分及び前記インダクタンス推定手段により推定された前記電動機の有する前記リアクトルのインダクタンス値に基づいて前記インダクタンス推定関数を更新することを特徴とする請求項２に記載のエレベータの制御装置。

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