JP5985076B2

JP5985076B2 - エレベータシステム内に配置されたセミアクティブアクチュエータの組を制御する方法およびシステム

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Publication number: JP5985076B2
Application number: JP2015552211A
Authority: JP
Inventors: ワン、イェビン; ボートフ、スコット・エイ
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: DE112013006705T5; DE112013006705B4; JP2016506901A; WO2014129028A1; CN105073619A; CN105073619B

Description

本発明は、概して、セミアクティブアクチュエータの組を制御することに関し、より具体的には、エレベータシステムにおける振動を最小化するためにセミアクティブアクチュエータの組を制御することに関する。

機械システムにおける振動低減は、システムの安全性およびエネルギー効率を含むいくつかの理由から重要である。とくに、様々な輸送システムにおける振動は乗り心地および乗客の安全に直接的に関連し、したがって最小化されるべきである。たとえば、輸送手段(vehicle)における垂直振動は、アクティブまたはパッシブな振動低減システム（一般的にサスペンションシステムと呼ばれる）によって制御可能である。同様に、エレベータシステムの動作中に誘起される振動も最小化可能である。

エレベータシステムは、典型的には、かご、フレーム、ローラーガイドアセンブリ、およびガイドレールを含む。ローラーガイドは、エレベータのかごの振動を最小化するためのサスペンションシステムとして作用する。かごおよびローラーガイドはフレームに取り付けられる。かごおよびフレームは、ガイドレールに沿って、ガイドローラーに拘束されて運動する。かごにおける振動のレベルに寄与する主な外乱が２つ存在する：（１）レールの不規則性に起因してレールガイドを介してかごに伝達される、レールに誘起される力と、（２）かごの直接の力(direct-car forces)（建築物に吹き付ける風、乗客の負荷分布、または動きによって生成されるもの等）と、である。

いくつかの方法（たとえば、特許文献１、特許文献２に記載される方法）は、乗車の快適さを改善するために、エレベータシステムにおけるガイドレールの不規則性を補償する。しかしながら、この方法はガイドレールの不規則性をセンサによって測定しており、これは高価である。また、複雑なエレベータシステムに対しては、レールの水平方向の不規則性のみに基づいてエレベータのかごを制御することは非効率的な場合がある。

とくに、エレベータシステムの動作中にエレベータシステムの状態を決定することは困難なため、エレベータシステムのエレベータのかごの振動を制御することは複雑なものとなる。したがって、エレベータのかごの横振動を制御する様々なシステムは、検出された振動レベルに従って外乱を補償する減衰力を決定するための単純な制御論理を用いている。たとえば、特許文献３に記載されるシステムは、エレベータのかごの移動スピードに従ってダンパの減衰係数をスケジュールする。エレベータの移動スピードは、外乱の性質を部分的にしか反映しないので、結果として得られる制御システムは最適ではない。他の方法は、洗練された制御を実装するために様々なセンサを必要とする。たとえば、特許文献４に記載される制御システムは、位置センサおよび加速度計を必要とする。そのようなシステムは高価である。

米国特許第５５４４７２１号明細書米国特許第５３２９０７７号明細書米国特許第７９０９１４１号明細書米国特許第８０１１４７８号明細書

本発明の、いくつかの実施形態の目的は、エレベータのかごに対する水平方向の外乱の組を補償するために、エレベータシステム内に配置されたセミアクティブアクチュエータの組を制御するシステムおよび方法を提供することである。いくつかの実施形態のさらなる目的は、システムの動作のパラメータを測定するためのセンサの数を最小化しつつ、セミアクティブアクチュエータの制御を最適化する、上記のようなシステムおよび方法を提供することである。本発明の様々な実施形態は、セミアクティブアクチュエータの制御ポリシー(control policy)を決定する。測定されるパラメータの数を最小化するために、いくつかの実施形態は、システムの振動を表すパラメータに基づいて制御ポリシーを決定する。パラメータの例は、エレベータシステムにおけるエレベータフレームまたはエレベータのかごの加速度を示す加速度信号である。したがって、いくつかの実施形態は、エレベータシステムの動作中、加速度計の測定値のみを用いることにより、制御のコストを低減する。

いくつかの実施形態は、エレベータシステムのモデルに基づいて制御ポリシーを決定する。それらの実施形態は、セミアクティブアクチュエータの組が一様に制御可能であり、したがってエレベータシステムのモデルはその一様性に基づいて単純化できるという、別の理解を利用する。よって、いくつかの実施形態は、エレベータシステムを、仮想外乱を補償するために配置された単一の仮想セミアクティブアクチュエータを有する仮想エレベータシステムのモデルとして表す。

この仮想セミアクティブアクチュエータは、セミアクティブアクチュエータの組を表す。たとえば、仮想セミアクティブアクチュエータの補償力(compensative force)は、セミアクティブアクチュエータの組の各補償力を表す。同様に、仮想外乱は、外乱の組の合成(combination)を表す。このような理解により、仮想セミアクティブアクチュエータに対して制御ポリシーが定義できるようになり、仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに従ってセミアクティブアクチュエータの組の各アクチュエータを一様に制御することが可能になる。

しかしながら、仮想システムに基づく単純化の後でも、仮想外乱によって発生する外乱または仮想システムの他のパラメータ（仮想セミアクティブアクチュエータの端部間の変位量、または、仮想セミアクティブアクチュエータの端部間の相対速度および位置）を測定することは困難なため、最適な制御ポリシーを明示的に導出することは困難な場合がある。一方、時間領域における外乱の知識は、エレベータシステムの状態を観測可能すなわち決定可能にする。状態および外乱の知識により、エレベータのかごの振動を効率的に最小化するために、様々な高度な制御方法（後退ホライズン制御方法および準最適制御方法等）が実施可能となる。

いくつかの実施形態は、仮想エレベータシステムのモデルとエレベータのかごの水平方向加速度を示す加速度信号とを用い、仮想振動が前もって決定可能であるという、別の理解に基づいている。たとえば、一実施形態は、状態変数として仮想外乱と仮想外乱の時間導関数とを用いてモデルを拡大し、この拡大されたモデルを逆転させて、仮想外乱の二次時間導関数と加速度信号との間の関係を決定する。この関係と、加速度信号の測定値とに基づき、仮想外乱を決定することができる。

したがって、様々な実施形態は、アクチュエータの組を用いることなく、エレベータシステムの動作中にエレベータのかごの異なる複数の垂直方向位置で測定された加速度信号の値を受信し、モデルと、加速度信号の各値とに基づき、仮想外乱の垂直プロファイル(vertical profile)を決定する。この垂直プロファイルは、仮想外乱の値を、エレベータのかごの対応する垂直方向位置にマッピングする。

エレベータのかごの動作中、動作に対する仮想外乱を決定するために、仮想外乱の外乱プロファイルを用いることができる。たとえば、一実施形態は、動作中のエレベータのかごの運動の運動プロファイルと、仮想外乱の外乱プロファイルとを用いて、エレベータのかごの動作中の仮想外乱を決定する。外乱プロファイルは事前に決定され、制御システムのプロセッサによってアクセス可能なメモリに記憶される。エレベータのかごの位置の運動プロファイルは、たとえばエレベータシステムの運動制御装置によって決定可能である。そのような実施形態は、制御ポリシーに将来の外乱を組み込むことができるので、有利である可能性がある。

モデルと、外乱プロファイルと、動作中のエレベータのかごの水平方向加速度を示す加速度信号とを、エレベータシステムの状態を決定するために用いることができる。また、エレベータシステムの状態の知識は、セミアクティブアクチュエータを制御するために用いることができる。たとえば、一実施形態は、エレベータシステムの状態に基づき、仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに従って、セミアクティブアクチュエータの組の各アクチュエータを制御する。

したがって、一実施形態は、エレベータのかごに対する水平方向の外乱の組によって発生するエレベータのかごの振動を最小化するためにエレベータシステム内に配置されたセミアクティブアクチュエータの組を制御する方法を開示する。この方法は、外乱の組からの外乱の和に比例する仮想外乱を補償するために配置された単一の仮想セミアクティブアクチュエータを有する仮想エレベータシステムのモデルでエレベータシステムを表すことであって、仮想セミアクティブアクチュエータの補償力はセミアクティブアクチュエータの組の補償力の和に比例する、エレベータシステムを表すことと、動作中のエレベータのかごの位置の運動プロファイルと、仮想外乱の外乱プロファイルとを用いて、エレベータのかごの動作中の仮想外乱を決定することと、仮想エレベータシステムのモデルと、仮想外乱と、動作中のエレベータのかごの水平方向加速度を示す信号とを用いて、エレベータシステムの状態を決定することと、エレベータシステムの状態に基づき、仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに従って、セミアクティブアクチュエータの組の各アクチュエータを制御することと、を含む。方法のステップはプロセッサによって実行される。

別の実施形態は、外乱の組を補償するためにエレベータシステム内に配置されたセミアクティブアクチュエータの組を制御するシステムを開示する。このシステムは、エレベータシステムの動作中のエレベータのかごの水平加速度を示す加速度信号を決定するセンサと、仮想エレベータシステムのモデルと、加速度信号とに基づき、外乱の組を表す仮想外乱の外乱プロファイルを決定するプロセッサであって、仮想エレベータシステムのモデルは、セミアクティブアクチュエータの組の補償力の和に比例する補償力を有する単一の仮想セミアクティブアクチュエータを含むとともに、外乱の組からの外乱の和に比例する仮想外乱を補償するために配置され、加速度信号は、アクチュエータの組を用いることなく、エレベータシステムの動作中に、エレベータのかごの異なる複数の垂直位置において測定される、プロセッサと、仮想外乱の外乱プロファイルと、アクチュエータの組を用いてエレベータのかごの動作中に測定された加速度信号とを用いて、仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに従ってセミアクティブアクチュエータの組の各アクチュエータを制御する制御装置と、を含む。

本発明の実施形態による制御方法のブロック図である。本発明の実施形態による制御方法のブロック図である。本発明の実施形態による制御方法のブロック図である。本発明の、いくつかの実施形態による、仮想アクチュエータを含む仮想システムのモデル決定の概略図である。本発明の、いくつかの実施形態によるエレベータシステムの概略図である。本発明の、いくつかの実施形態による、中央ローラーに設置されたセミアクティブアクチュエータを伴うローラーガイドアセンブリの概略図である。図３のエレベータシステムの外乱の概略図である。図３のエレベータシステムの外乱の概略図である。外乱プロファイルを決定する方法のブロック図である。外乱プロファイルを決定する方法のブロック図である。外乱プロファイルを決定する方法のブロック図である。外乱プロファイルを決定する方法のブロック図である。外乱プロファイルを決定する方法のブロック図である。仮想外乱を再構築するためにエレベータシステムについて用いられる推定器のブロック図である。仮想外乱を再構築するためにエレベータシステムについて用いられる推定器のブロック図である。仮想外乱を再構築するためにエレベータシステムについて用いられる推定器のブロック図である。エレベータシステムの状態推定器のブロック図である。本発明の実施形態による仮想アクチュエータを制御する方法のブロック図である。本発明の実施形態による仮想アクチュエータを制御する方法のブロック図である。本発明の実施形態による仮想アクチュエータを制御する方法のブロック図である。本発明の実施形態による仮想アクチュエータを制御する方法のブロック図である。本発明の実施形態による仮想アクチュエータを制御する方法のブロック図である。外部外乱を受けるセミアクティブ振動低減システムの例示的モデルの概略図である。本発明の、いくつかの実施形態による、制御ポリシーを近似するためのフィルタのシステムのブロック図である。

本発明の様々な実施形態が、セミアクティブアクチュエータを有するエレベータシステムを制御するシステムおよび方法を開示する。いくつかの実施形態は、ある外乱の方向に少なくとも１つの外部外乱を受けるサスペンションシステムであって、対応する外乱によって誘起される質量１つの振動を最小化するために少なくとも１つのセミアクティブアクチュエータが制御される、サスペンションシステムに関する。

明瞭さのために、本開示は、一方向における外乱によって誘起される振動を最小化するためにセミアクティブアクチュエータを用いるシステムの制御方法に焦点を当てる。本システムはその方向における外部外乱を受ける。複数の方向における振動を最小化する制御方法は、開示される制御方法を一般化することにより導出される。

外乱の組とセミアクティブアクチュエータの組とが与えられると、本発明のいくつかの実施形態は、仮想外乱を補償するために配置された単一の仮想セミアクティブアクチュエータを有する仮想システムのモデルとして、システムを表す。たとえば、仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、セミアクティブアクチュエータの組の補償力を表し、仮想外乱は外乱の組の合成を表す。様々な実施形態において、そのような表現は、セミアクティブアクチュエータの一様性の想定（すなわち、すべてのセミアクティブアクチュエータは厳密に同一であり、動作し、同様に制御される）に基づいている。

本発明の様々な実施形態において、セミアクティブアクチュエータの制御は最適制御理論に従って導出され、システムのモデルに基づく。いくつかの実施形態では、システムのモデルは仮想システムのモデルによって表される。たとえば、一実施形態は、仮想セミアクティブアクチュエータの最適制御ポリシーに従ってセミアクティブアクチュエータの組の各アクチュエータを一様に制御する。具体的には、いくつかの実施形態は、システムの動作のパラメータを最適化する最適制御ポリシーに従ってアクチュエータの組を制御することが有利であるという理解に基づいている。

図１Ａは、セミアクティブアクチュエータの組を制御するシステムおよび方法の概略図である。本制御方法は、物理システム１０１のモデルの表現で開始される。図１Ｂはこのモデルの例を示す。このモデルは、質量１１３、ばね１１１、ダンパ１１５およびセミアクティブアクチュエータ１１２の組のうち１つまたはそれらの組み合わせを含む。システムは外乱の組１１４を受ける。一実施形態では、すべての関連するセミアクティブアクチュエータが厳密に同一であり一様に動作するという想定に基づき、システム１０１は仮想システム１０２のモデルとして表される。図１Ｃに示すように、仮想システムは、質量１１３、ばね１１１、ダンパ１１５のうち１つまたはそれらの組み合わせを含む。また、仮想システムは、仮想セミアクティブアクチュエータ１２２を含み、仮想外乱１２３を受ける。

外乱は、一方向における質量の運動に影響を与える。ある特定方向における１つの仮想外乱は、その方向における質量の運動に対する関連する外乱をすべて合成した効果を表す。同様に、ある特定の方向における仮想外乱に対応する仮想アクチュエータは、その特定の方向における質量に対する関連するセミアクティブアクチュエータすべての効果を説明する(account for)。たとえば、仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、セミアクティブアクチュエータの組の合計補償力の関数として決定可能である。

センサ１０３は、システム１０１の動作状態を示す信号を測定する。仮想システムのモデルと、所定の外乱プロファイル１０７と、運動プロファイルと、測定された信号とが与えられると、外乱モジュール１０４が仮想システムの仮想外乱１０９を決定する。外乱プロファイル１０７はオフラインで決定され、物理システムの実動作に対応する仮想外乱１０９を再構築するためのオンライン使用のために、メモリに記憶される。仮想外乱１０９が与えられると、状態推定器１０５が仮想システムの状態１１０を決定する。状態は、動作中の仮想システムの振る舞いを特徴付ける変数の組を含む。仮想セミアクティブアクチュエータの様々な制御ポリシーに従って、制御装置１０６により制御信号１３１が決定される。制御信号は、電圧または電流を変化させることができてもよい。制御信号１３１は、セミアクティブアクチュエータ１１２に直接的に出力されてもよく、増幅器を介して間接的に出力されてもよい。

図１Ｂおよび１Ｃに示すように、物理システムと仮想システムとの間の相違は、仮想システムにおける仮想アクチュエータおよび仮想外乱の存在である。一実施形態は、仮想システムを決定するために、仮想外乱および仮想セミアクティブアクチュエータを決定する。１つの質量のある特定の方向における運動に対応するすべてのセミアクティブアクチュエータが一様に動作するという想定のもとでは、その質量のその特定の方向における運動に影響を与えるすべての外乱を仮想外乱として合成することができ、その質量に対するその特定の方向におけるすべての対応するセミアクティブアクチュエータの効果は、質量と仮想外乱源との間に取り付けられる仮想セミアクティブアクチュエータによって特徴付けられる。

図２は、垂直方向における４つの外部外乱ｗ_１，ｗ_２，ｗ_３，ｗ_４（それぞれ２０５、２０６、２０７および２０８と表される）によって外乱される物理システムの例を示す。外乱の組を補償するために、セミアクティブアクチュエータ２０１，２０２，２０３，２０４の組が、同一の質量１１３に取り付けられる。とくに、４つのセミアクティブアクチュエータの第１端（たとえば第１端２２１）は、質量１１３に取り付けられ、４つのセミアクティブアクチュエータの第２端（たとえば第２端２２２）は、対応する外乱ｗ_１，ｗ_２，ｗ_３，ｗ_４の源にそれぞれ取り付けられる。

たとえば、いくつかの実施形態では、各セミアクティブアクチュエータは被制御減衰係数(controlled damping coefficient)ｕ_ｉ（ただし１≦ｉ≦４）を有するセミアクティブダンパである。すべてのセミアクティブアクチュエータが一様に制御されると想定すると、物理システムは、仮想外乱２１２および仮想セミアクティブアクチュエータ２１１を持つ仮想システムに最小化される。とくに、仮想外乱は４つの外乱の和であり、

と表される。仮想セミアクティブアクチュエータは、

の被制御減衰係数を有する。すべてのセミアクティブアクチュエータが同一の非制御減衰係数を有する実施形態では、仮想セミアクティブアクチュエータは被制御減衰係数

を有し、仮想外乱は

である。

一般性を失うことなく、ｋ個すべてのセミアクティブアクチュエータ（ダンパ装置の一種）は、変位量ｘで同一の質量ｍに取り付けられる(apply)。したがって、ｉ番目のセミアクティブアクチュエータは、

の補償力を生成する。ただしｕ_ｉはｉ番目のセミアクティブアクチュエータの被制御減衰係数である。セミアクティブアクチュエータの組の補償力は、

である。ただし変数の上側のドットは導関数を示す。

一実施形態では、セミアクティブアクチュエータは一様に動作し、各セミアクティブアクチュエータは同一の非制御減衰係数を有し、すべてのセミアクティブアクチュエータの補償力は、

であり、これに基づいて、仮想セミアクティブアクチュエータは、ｋ個すべてのセミアクティブアクチュエータが決定可能であるものと同一の補償力を生成する。たとえば、仮想セミアクティブアクチュエータの被制御減衰係数はｋｕであり、仮想セミアクティブアクチュエータの仮想相対速度は

であり、仮想外乱は

である。

図３はエレベータシステムの一部の例を示す。この一部は、２つのガイドレール３０２と、フレーム３０３と、かご３０４と、４つのかご支持ラバー３０５と、４つのローラーガイド３０６とを含む。この非限定的な例では、各ローラーガイドは、３つのローラー４０１（センターローラー、フロントローラーおよびバックローラー）と、３つのローラーに対応する３つの回転アーム４０５とを含む。エレベータシステムは、センターローラー、フロントローラーおよびバックローラーをそれぞれ４つ含む。ガイドレール３０２は、エレベータ昇降路内３０１に垂直（ｚ軸）に設置される。フレーム３０３は、防振ラバー３０５を介してかご３０４を支持する。フレームは、エレベータシャフトの昇降路内を垂直に運動可能である。ローラーガイド３０６は、ガイドレール３０２に沿ってフレーム３０３の運動をガイドする。

図４は、左右方向（ｘ軸）におけるエレベータのかごの振動を最小化する役割を果たすセンターローラー４０１を持つローラーガイドアセンブリ３０６の一部を示す。図４に示すように、センターローラー４０１は、ローラーガム(roller gum)４０２を介してガイドレール３０２との接触を維持する。このローラーは、フレームのベース(base)４０３に取り付けられており、軸が前後方向（ｙ軸）に沿ったピボット４０４の周りに回転可能である。回転アーム４０５は、ローラーと同じ角速度でピボット４０４の周りに回転する。一実施形態では、セミアクティブアクチュエータ４０６がフレームベース４０３と回転アーム４０５との間に設置される。回転アーム４０５とフレームベース４０３との間に、ローラーばね４０７が設置される。

図３に戻り、ガイドレールの水平変動(level variation)は、ローラーのピボット周りの回転を発生させる。ローラーの回転は、回転アームとフレームベースとの間のローラーばねを介した結合に起因して、フレームの横方向の運動を誘起する。すなわち、ガイドレールの水平変動は外乱源である。さらに、フレームの横方向の運動は、それらの結合３０５によってかごの運動を誘起する。エレベータのかごは、前後（ｙ軸）方向および／または左右（ｘ軸）方向に運動する。ローラーとフレームとの間（またはフレームとかごとの間）のダンパ装置は、かごの横振動を制御することができる。

回転アームの一端とベースとの間に、セミアクティブアクチュエータが設置される。セミアクティブアクチュエータは、回転アームとフレームとの間の相対的横運動に基づく力を生成する。この力は、フレームに伝達されるエネルギーを除去し(remove)、したがってフレームの振動を減衰することができる。結果として、エレベータのかごの振動が最小化される。

本発明の様々な実施形態によれば、エレベータシステムはまた、エレベータシステムの動作中のエレベータのかごの振動レベルを表すパラメータを測定するためのセンサ３１０も含む。たとえば、エレベータのかごの加速度は、乗客が感じる乗車の快適さを反映し、したがって、センサ３１０はエレベータフレーム３０３の加速度を測定するための、または、エレベータのかご３０４の加速度を直接的に測定するための、加速度計であってもよい。いくつかの実施形態では、セミアクティブアクチュエータ３０６は、エレベータシステムの動作中、測定された信号に基づく制御ポリシーに従い、（たとえば制御装置４１０によって）制御される。一実施形態では、センサの数およびシステムのコストを低減するために、エレベータフレームの加速度が測定される。

一実施形態では、図４に示すように、ローラーガイドアセンブリは、ベースと回転アームとの間に配置される線形／ロータリー流動学的アクチュエータ(rheological actuator)を含む。流動学的アクチュエータは、磁気粘性(magneto-rheological)流体（ＭＲ流体）を含んでもよく、または電気粘性(electro-rheological)流体（ＥＲ流体）を含んでもよい。一般的に、これらの流動性流体(rheological fluid)の流動率は、磁気信号または電気信号によって操作可能である。フレームと回転アームの端点との間の線形の相対速度に起因して、フィードバック信号に従って線形ＭＲアクチュエータの減衰係数を選択的に調整することにより、フレーム振動が最小化される。別の実施形態では、エレベータシステムの運動を制御するために、クーロン摩擦に基づいて減衰力を生成するアクチュエータがローラーガイドアセンブリに取り付けられてもよい。

ＭＲアクチュエータの場合には、制御装置は、振動に応じてＭＲアクチュエータをオンまたはオフに選択的に切り替え、対応する信号を増幅器に出力することができる。ＭＲアクチュエータをオンに切り替えるために、増幅器はＭＲアクチュエータのコイルに電流を出力する。コイル電流が、ＭＲアクチュエータのハウジング内部のＭＲ流体の粘性を増加させるのに必要な磁界を確立し、したがってＭＲアクチュエータの減衰係数を変化させる。ＭＲアクチュエータをオフに切り替えるためには、増幅器は電流を出力せず、したがってＭＲアクチュエータの減衰係数は最小となる。別の実施形態では、ＭＲアクチュエータは継続的にオンに切り替えられていてもよい（すなわち、制御装置は、ＭＲアクチュエータの減衰係数を継続的に調整する）。

エレベータシステムにセミアクティブアクチュエータを組み付ける多数の変形構成が存在する。一実施形態では、各ローラに対して１つのセミアクティブアクチュエータが設置される。エレベータのかごの床の加速度を最小化するためのセミアクティブサスペンションの目的を考えると、下側(lower)ローラーガイドアセンブリに設置されたセミアクティブアクチュエータは、達成可能な振動低減性能に大きな影響を与える。したがって、別の実施形態は、２つの下側ローラーガイドに関して６つのセミアクティブアクチュエータを用いる。セミアクティブアクチュエータの数はさらに低減可能である。たとえば、一実施形態は、４つのセミアクティブアクチュエータのみを用いる（下側センターローラー全体に関して２つ、下側左フロントローラーに関して１つ、下側右フロントローラーに関して１つ）。別の実施形態は、２つのセミアクティブアクチュエータを用いる（左右運動を減衰するために下側センターローラーに関して１つ、前後運動を減衰するために下側フロントローラーまたは下側バックローラーに関して残る１つ）。

上述の対称条件を満たす一実施形態では、エレベータサスペンションは８つのセミアクティブアクチュエータを含む。すなわち、各ローラーガイドのセンターローラーに１つのセミアクティブアクチュエータが設置され、各ローラーガイドのフロントローラーに１つのセミアクティブアクチュエータが設置される。いくつかの実施形態について、この対称条件が厳密には満たされない場合であっても、物理システムが対称に近い時には、単純化によって確立された仮想システムが、依然として物理システムをかなりよく表すことができる。本明細書において教示される方法は、対称条件を満たす物理システムにおける適用に限定されるべきではない。

たとえば、一実施形態は、４つのローラーガイドに８つのセミアクティブアクチュエータが設置される（すなわち、各センターローラーに対して１つのセミアクティブアクチュエータ、および、各フロントローラーに対して１つのセミアクティブアクチュエータ）エレベータシステム全体に対する、本セミアクティブ方式の制御方法を教示するためのものである。エレベータのローラーに関するセミアクティブアクチュエータの構成の例は図４に示される。本発明の様々な実施形態は、仮想システムを決定し、外乱プロファイルおよび推定仮想外乱を決定し、状態推定器を設計し、必ずしも厳密に対称条件を満たすわけではない法則を制御する。本開示において用いられる表記法のいくつかは表１に与えられる。

左右方向すなわちｘ軸におけるかごおよびフレームの運動と、前後方向すなわちｙ軸におけるかごおよびフレームの運動とが分離される。一実施形態は、左右方向におけるエレベータの振動を最小化するためのセミアクティブアクチュエータのための制御方法を考慮する。

図５Ａは、エレベータシステムの例示的な外乱の概略図を示す。この例では、エレベータシステムは左右方向に４つの外乱５１１，５１２，５１３および５１４を受ける。これら４つの外乱は、４つのセンターローラーアセンブリ３０６を介してエレベータシステムに加えられ、左右方向におけるフレーム３０３の平行移動と、フレームのｙ軸周りの回転とを励起する。さらに、フレームの平行移動および回転は、それぞれ、かご３０４の左右方向における平行移動およびｙ軸周りの回転を励起する。かごおよびフレームの左右運動は、かごおよびフレームのｙ軸周りの回転と結合する。本実施形態は、かごおよびフレームのｘ軸における運動と、かごおよびフレームのｙ軸周りの回転と、４つのセンターローラーの回転とのダイナミクス(dynamics)を与える。ダイナミクスの他の部分は、同様に導出可能であるが、左右方向における振動の最小化には無関係である。

本制御方法は、センサ３１０によって測定されるエレベータのかごの加速度を表すパラメータに基づき、制御装置４１０によって実施可能である。後に論じるように、制御装置は、アクチュエータの組を表す仮想セミアクティブアクチュエータの様々な制御ポリシーに従って、セミアクティブアクチュエータの組を制御する。

エレベータのかごは、フレームとの相互作用の結果として生じる様々な力を受け得る。これらの力は、かごとフレームとの間の支持ラバーから結果として生じるばねおよび減衰力(spring and damping forces)を含み得る。ばねおよび減衰力は、まとめられた力ｆ_ｃ ^ｘと表記され、

と書かれる。

同様に、かごのｙ軸周りの回転は、まとめられた力ｆ_ｃ ^ｘに対応するまとめられたトルクによって誘起され、
Ｔ_ｃ ^ｘ＝ｌ_ｃ ^ｘｆ_ｃ ^ｘ
と表記される。

フレームおよびすべてのローラーガイドを含むフレームの、ｘ軸における平行移動は、かごおよびガイドレールとフレームとの相互作用からの力を受ける。これらの力はすべてばねおよび減衰力の一種である。４つのセンターローラーのローラーガムから結果として生じる、まとめられたばねおよび補償力(spring and compensating force)は、ｆ_ｇ ^ｘと表記され、

と書かれる。ただしｆ_ｇ ^ｘｉはｉ番目のセンターローラーのローラーガムから結果として生じるばねおよび減衰力を表す。したがって、フレームの左右方向における平行移動のダイナミクスは、

となる。ただしｐ_２ ^ｘｉは適切な定数である。

ローラーは、ローラーガムとガイドレールとの相互作用の結果として生じる力に対応するトルクを受ける。このトルクは、

と表記される。

ローラーばねのばねおよび減衰力に対応する、ピボットアーム周りのトルクは、

と表記される。

セミアクティブアクチュエータの補償力に対応するトルクは、

である。

左右方向におけるかごおよびフレームの平行移動および回転と、各センターローラーの各ピボット周りの回転とを含むエレベータのダイナミクスは、

である。ただし、ｐ_３ ^ｘｉは定数であり、Ｉ_ｒ ^ｙはピボットに対する回転アームおよびセンターローラーの慣性(inertial)である。

一実施形態では、結合項

については、ダイナミクスの他の項が支配的なため無視される。したがって、式（８〜１１）によって表される物理システムモデルは、ｐ_２ ^ｘｉ＝０，ｐ_３ ^ｘｉ＝０と考えることにより単純化できる。

仮想システムは、物理システムのダイナミクスを操作することにより決定される。すべてのセミアクティブアクチュエータが一様に動作するという想定では、１≦ｉ≦４についての式（１１）の和は

であり、これによって、減衰係数

と、仮想外乱

と、対応する仮想相対速度

とを持つ仮想セミアクティブアクチュエータの定義が可能となる。

このように、仮想外乱５１６と、仮想セミアクティブアクチュエータを含む仮想センターローラーアセンブリ５１５と、フレーム３０３と、かご３０４とを含む仮想システムが導出され、図５Ｂに示される。

仮想システムモデルと、仮想セミアクティブアクチュエータに対する制約と、最適制御理論とに基づき、本実施形態は、左右方向におけるエレベータのかごの振動を最小化するための最適制御ポリシーを、以下のように決定する。

ただし、φ（ｘ，ｙ，ｔ）は状態関数であり、ｘは共状態および状態変数（かごおよびフレームの平行移動量および速度と、回転アームの角変位量および速度とを含む）からなるベクトルを表し、ｙはセンサ１０３からの測定された信号を示し、ｔは仮想外乱への依存性を表す。

エレベータの、開示されるセミアクティブサスペンションの制御方法は、システムの状態および共状態の状態関数φ（ｘ，ｙ，ｔ）の近似と、変位量

または仮想相対速度の関数の近似とを用いる。

いくつかの実施形態は、最適制御ポリシーにおいて、状態関数および変位の関数それぞれの値を近似する。これらの関数の近似は測定に依存する。とくに、変位の関数の近似は、セミアクティブアクチュエータの構成にも関連する。

図６Ａは、本発明の一実施形態による、外乱プロファイル１０７を決定する方法６００の概略図を示す。本方法６００は、エレベータを少なくとも一度走行させる(run)ことによりオフラインで実行可能である。エレベータシステムはアクチュエータ１１２を用いることなく走行可能である。センサ１０３は、測定された信号（たとえば加速度）を外乱推定器６０２に出力する。外乱推定器６０２は、時間の関数として推定外乱６０５を生成する。運動プロファイル１０８は、時間の関数としてエレベータのかごの位置を定義する垂直位置軌跡６０６を出力する。軌跡６０６は、垂直位置の関数として外乱プロファイル１０７を生成するために、推定外乱６０５と組み合わせられてもよい。外乱プロファイルブロック１０７は、時間領域における仮想外乱と、運動プロファイルによって決定される時間および垂直位置の間のマッピングとに基づき、仮想外乱プロファイルを決定する。

図６Ｂおよび図６Ｃは、外乱推定器６０２の実装の、２通りの実施形態を例示する。いずれの実施形態も、センサとしては加速度計のみが必要である。図６Ｂに示す一実施形態では、センサ１０３は、左右方向におけるフレームの平行移動加速度を、第１のフィルタ６１１、第２のフィルタ６１２および第４のフィルタ６１４に出力する。第１および第２のフィルタは、加速度信号を処理して、仮想アクチュエータの２つの端部の間の推定仮想相対位置６１６を生成する。仮想相対位置の例は

として定式化できる。ただし、

は推定仮想外乱を表し、

は左右方向に沿ったフレームの推定平行移動量を表す。第４のフィルタは、加速度信号を処理して、左右方向に沿ったフレームの推定平行移動量

６１７を生成する。信号６１６と信号６１７とを加算すると推定仮想外乱

が得られる。

図６Ｃは、第５のフィルタ６１５を用いて加速度信号を処理し、直接的に推定仮想外乱

を生成する実施形態を示す。推定仮想外乱は、垂直位置プロファイルと組み合わせられ、仮想外乱プロファイルにマッピングされる。これらのフィルタの様々な実装の例は、後により詳しく記載する。

図６Ｄおよび６Ｅは、エレベータの各動作について仮想外乱を決定する方法のブロック図を示す。異なる動作ごとに（たとえばエレベータのかごの異なるトリップ(trip)ごとに）仮想外乱は異なり得る。有利なことに、本発明の様々な実施形態は、エレベータシステムの様々な外乱（ガイドレールの変形を含むがこれに限定されない）に対応できる。

図６Ｄに示す一実施形態では、外乱プロファイルブロック１０７によって提供される仮想外乱プロファイル６２５と、エレベータシステムの動作前に決定されたエレベータのかごのトリップに対する垂直位置軌跡６０６とが与えられると、動作の全期間中の仮想外乱１０９がトリップ前に決定可能である（１０４）。垂直位置軌跡６０６は運動プロファイル１０８によって決定される。これはエレベータの場合にはモーションプランナー(motion planner)であってもよい。

図６Ｅは別の実施形態の図を示す。この実施形態では、エレベータの各動作の全期間にわたって外乱をプレビューするために、かつプレビューされた仮想外乱をリアルタイムで修正するために、センサ１０３からの加速度信号が用いられる。エレベータが動作を実行する前に各動作の全期間にわたって仮想外乱をプレビューするために垂直位置軌跡６０６が用いられる一方で、エレベータが動作を実行している間は垂直位置軌跡の精度を改善するために垂直位置軌跡６０６にセンサ１０３からの加速度信号が融合され、このようにして残りの動作時間(rest operation time)にわたって仮想外乱を修正する。

図７Ａは、第１、第２および第５のフィルタの例示的な実装を示す。一実施形態では、第１のフィルタはかご加速度フィルタ７０２として実装される。かご加速度フィルタ７０２は、フレームの加速度信号７１１（加速度計１０３によって感知される）を処理して、左右方向におけるかごの推定平行移動加速度信号７１２を生成する。第２のフィルタは仮想相対位置推定器７０３として実装される。仮想相対位置推定器７０３は、加速度信号７１１と推定かご平行移動加速度７１２とを処理して、推定仮想相対位置および速度７１４を生成する。

一実施形態では、ｘ軸における振動を最小化するために、４つのセミアクティブアクチュエータが、４つのセンターローラーすべてに設置される。この実施形態は、式（８）、（１０）および（１２）によって与えられる仮想システムに基づいて第１および第２のフィルタを設計する。各セミアクティブアクチュエータが同一の作用(action)を実行すると想定すると、

として表記される仮想相対位置のモデルは、

によって与えられる。ただしｕ^ｘ＝ｕ_ｉ ^ｘ（ただし１≦ｉ≦４）は仮想セミアクティブアクチュエータの被制御減衰係数である。仮想相対位置のダイナミクスは、仮想相対位置と、仮想相対速度と、仮想制御と、ローラーガムからのトルクＴ_ｇ ^ｘとに依存する線形時変微分方程式として記述される。変数Ｔ_ｇ ^ｘと仮想相対位置のダイナミクス（１３）とが与えられると、仮想相対位置を推定するための第２のフィルタは、

として決定される。ただしｚ_１は推定仮想相対位置を表し、ｚ_２は推定仮想相対速度を表し、Ｉ_ｒ ^ｙはピボットに対する回転アームの慣性であり、Ｌはピボットとアクチュエータの力点(force point)との間の長さであり、ｕ^ｘは仮想セミアクティブアクチュエータの粘性減衰係数であり、ｈ_１はピボットとローラーばねとの間の高さであり、ｂ_１はローラーばねの減衰係数であり、ｋ_１はローラーばねのばね定数(stiffness)であり、Ｔ_ｇ ^ｘはピボット周りのトルクを表す。第２のフィルタの出力ｚ_２は仮想相対速度

を近似する。仮想相対速度ｚ_２の近似値は、指数関数的に仮想相対速度

の真の値に収束する。仮想相対位置ｚ_１の近似値は、指数関数的に仮想相対位置

の真の値に収束する。

別の実施形態では、ｘ軸における振動を最小化するために、セミアクティブアクチュエータが２つだけ、４つのセンターローラーのうち２つに設置される。この実施形態は、仮想システムに基づいて第２のフィルタを設計し、この第２のフィルタは直前の実施形態のフィルタに類似している。

Ｔ_ｇ ^ｘの値は、第１のフィルタの出力を用いて取得可能である。たとえば、一実施形態は、フレームの平行移動加速度および角加速度が測定されると想定する。式（８）〜（９）のかごダイナミクスは、測定されたフレーム加速度からかご加速度を推定するために再構成され、

である。

式（１４）のラプラス変換は

である。ただし、

は

のラプラス変換であり、

は

のラプラス変換であり、ｓは複素周波数であり、Ｍ_ｃ，Ｂ_ｃ，Ｋ_ｃは適切な行列である。かご加速度は、続く第１のフィルタ（その伝達関数は

で与えられる）を通してフレーム加速度をフィルタリングすることにより推定可能である。

かご加速度の推定値によれば、まとめられた力ｆ_ｃ ^ｘの値は既知である。したがって、ローラーガムからのまとめられた力ｆ_ｇ ^ｘの値は式（１０）に従って計算可能であり、これはトルクＴ_ｇ ^ｘの値を暗示する。このように第２のフィルタが設計される。

第１のフィルタの一実施形態は、トルクＴ_ｇ ^ｘの値の推定をさらに単純化する。この実施形態は、フレームの（たとえばｘ軸に沿った）平行移動加速度のみを測定する。上述のように、ｘ軸に沿ったエレベータのかごの加速度の推定には、ｘ軸に沿ったフレームの平行移動加速度と、ｙ軸周りの回転加速度との知識が必要である。かごおよびフレームの回転のダイナミクスは、その効果が無視できるので、平行移動のダイナミクスから分離可能であり、式（１４）は

として単純化される。

式（１５）から、ｘ軸におけるかご加速度が、続く第１のフィルタ

の出力として推定可能である。第１のフィルタの入力は、ｘ軸におけるフレーム加速度である。

Ｇ（ｓ）は第１のフィルタの伝達関数であり、その入力はエレベータフレームの（たとえば左右方向における）平行移動加速度であり、その出力は、エレベータのかごの（たとえば左右方向における）推定平行移動加速度である。また、ｓは複素周波数であり、ｍ_ｃはエレベータのかごの質量であり、ｋ_ｃ ^ｘはかご保持ダンパの重み付けられたばね定数であり、ｂ_ｃ ^ｘはかご保持ダンパの重み付けられた減衰(damping)である。推定かご加速度が与えられると、ローラーガムからのまとめられた力ｆ_ｇ ^ｘの値は式（１０）に従って計算可能であり、これはトルクＴ_ｇ ^ｘの値を暗示する。仮想相対位置および速度は、同一の第２のフィルタによって近似可能である。したがって、加速度の測定のみに基づいてエレベータのかごの振動が最小化される。

図７Ｂおよび図７Ｃは、第５のフィルタ６１５と、第５のフィルタ６１５の第１のバンドパスフィルタ７２３を設計するための手順との概略図を示す。図７Ｂは、第１のバンドパスフィルタ７２３が入力信号（典型的には加速度信号）を処理して仮想外乱の二次時間導関数を表す信号７３３を出力し、その後、第２のバンドパスフィルタ７２４が信号７３３を処理し、第５のフィルタの出力として推定仮想外乱を生成するということを示す。

図７Ｃは、第１のバンドパスフィルタを設計する手順方法(procedure method)を例示する。この方法は、仮想外乱とその時間導関数とを未知の関数として含む、仮想システム１０２のモデルで開始される。仮想システムのモデルは、初めから(originally)、エレベータフレーム、かご、および仮想ローラーガイドアセンブリの運動を記述する状態変数を含む。仮想システムのモデルは、２つの追加状態変数として仮想外乱およびその時間導関数を含むことにより拡大されて、拡大仮想システム７２１を生成する。これは、

により与えられる。ただし、ξ_７，ξ_８はそれぞれ仮想外乱およびその時間導関数を表し、νは仮想外乱の二次時間導関数を表す。拡大仮想システムは、ただ１つの未知の外部入力関数ν（仮想外乱の二次時間導関数）を有する。

一実施形態では、仮想セミアクティブアクチュエータはオフに切り替えられ、拡大仮想システムは線形時不変である。

で表される拡大仮想システムの伝達関数は、拡大仮想システムの入力νおよび出力ｙにラプラス変換を適用することにより計算可能であり、ゼロ極相殺(zero-poles cancellation)を有し、それより後ではすべてのゼロおよび極が複素平面の左半分に位置する。拡大仮想システムは逆転可能であり、したがって、逆転されることによって、伝達関数が

で与えられる逆拡大仮想システム７２２を生成する。

逆拡大仮想システムに基づき、第１のバンドパスフィルタは、逆拡大仮想システム（その入力は測定された加速度信号であり、出力は仮想外乱の推定二次時間導関数７３３である）のコピーとして決定可能である。

逆拡大仮想システムのコピーとは、第１のバンドパスフィルタが逆拡大仮想システムと厳密に同一の伝達関数を有するということを意味する。仮想外乱の推定二次時間導関数７３３は、指数関数的に、仮想外乱の二次時間導関数に収束する。

第２のバンドパスフィルタは、仮想外乱の推定二次時間導関数７３３から信頼性をもって(reliably)推定仮想外乱が再構築可能となるような、二重積分器を近似するよう設計される。二重積分器を近似するための第２のバンドパスフィルタの設計は、当業者には簡単である。第１のバンドパスフィルタを設計する方法は、線形時不変でなければならない拡大仮想システムのラプラス変換に依存する。仮想セミアクティブアクチュエータが時間とともにオンおよびオフに切り替えられる（拡大仮想システムが時間変化性であることを意味する）場合には、拡大仮想システムの伝達関数は存在しない可能性がある。この方法は、仮想セミアクティブアクチュエータの良好なモデルを有している場合には、伝達関数を用いることなく上記がこの場合にも依然として当てはまるということを教示し、したがって、仮想セミアクティブアクチュエータによって生成される補償力は既知信号であり、出力に対するその影響が除去されて仮想外乱のみに依存する新たな出力が生成可能である。

たとえば、仮想セミアクティブアクチュエータの補償力Ｆ（ｔ）を既知の入力として扱うことにより、拡大仮想システムが線形時不変となり、その出力のラプラス変換は

によって与えられる。ただしＦ（ｓ）は仮想セミアクティブアクチュエータの補償力のラプラス変換であり、Ｇ_ｙｕは補償力から出力への伝達関数である。伝達関数が

で与えられる新たな出力

を再定義してもよく、これに従ってその時間領域プロファイルが再構築可能である。新たな出力

を第５のフィルタの入力とすると、仮想外乱の推定二次時間導関数が得られる。

いくつかの実施形態は、最初に、仮想システムが仮想外乱のみに起因する力を受け拡大仮想システムのラプラス変換が常に可能となるよう、セミアクティブアクチュエータをオフ位置にしてエレベータを走行させることが有益であるという理解に基づく。この実施形態は、様々な不確定要素を同時に扱うことの困難を最小化する。しかしながら、セミアクティブアクチュエータをオン位置にすることは、セミアクティブアクチュエータについての適合性の高い知識を有しながら本方法を適用することを妨げるものではない。

図８は、仮想システムの完全状態推定(full state estimation)を提供することを目的とする状態推定器１０５の概略図である。仮想システムを観測不可能にする測定方式の制限のため、フレームの平行移動加速度を測定する仮想システムの状態推定は解決困難な場合がある。いくつかの実施形態は、一連の実験を行って状態推定問題を２つの下位問題（仮想外乱を推定することに関する問題および状態を推定することに関する問題）に分解することにより、状態推定が可能になるという理解に基づく。図８に示すように、仮想システムの状態を推定することは、外乱モジュール１０４からの推定仮想外乱と、制御装置１０６によって生成された制御作用(control action)と、センサ１０３によって感知された加速度信号と、第２のフィルタ６１２からの推定仮想相対速度とを必要とする。言い換えると、完全状態仮想システム(full state virtual system)は、これらの信号から推論可能である。状態推定器は、様々な技術（カルマンフィルタおよびルーエンバーガー観測器を含むがこれに限定されない）を用いて設計可能である。

仮想システムの推定仮想外乱と推定完全状態とが与えられると、様々な実施形態により様々な制御ポリシーが設計され実装される。有利なことに、状態推定と結合した仮想外乱の事前知識(advance knowledge)は、そうでなければ実装困難な様々な高度な制御ポリシーを実装可能にする。

図９Ａは、一実施形態による閉ループ制御システムの概略的アーキテクチャ(general architecture)のブロック図を示す。制御装置１０６は、仮想外乱と、仮想システムの状態と、センサ１０３からの信号とに基づき、アクチュエータ１１２の組を制御する。このアーキテクチャの様々なモジュールは、（たとえばメモリおよび／または入出力インタフェースに）接続されたプロセッサを用いて実装可能である。

一実施形態では、仮想システム１０２のモデルが与えられると、最適制御理論９４０の原理に基づき、仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーが定義される（９０２）。たとえば、制御ポリシー９０２は、動作のパラメータの関数９３０（たとえば質量加速度の２ノルム(two norm)）が最適化（たとえば最小化）されるように、仮想システムの動作を表すコスト関数９２０を最適化する。コスト関数は、様々な制約９２５（セミアクティブアクチュエータに対する制約（たとえば最大および最小減衰係数）等）を受ける。

仮想システムにおける仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシー９０２の構造９０４は、たとえば最適制御理論の最小値原理(minimum principle)を適用することにより決定可能である。たとえば、仮想セミアクティブアクチュエータが調整可能な粘性減衰係数を持つダンパである時には、アクチュエータを制御するための制御信号

を決定するための最適制御ポリシーは次の構造を有する。

ただし

は状態関数９０３であり、

は仮想システムの推定状態であり、ｙはセンサからの信号であり、νは仮想セミアクティブアクチュエータの仮想相対速度または変位の関数９０５であり、ｂ_ｍａｘは仮想セミアクティブアクチュエータの最大減衰係数であり、ｂ_ｍｉｎは仮想セミアクティブアクチュエータの最小減衰係数である。

セミアクティブアクチュエータが減衰力を直接生成するダンパである、別の実施形態では、最適制御ポリシーは次の構造を有する。

ただしｆ_ｍａｘは仮想セミアクティブアクチュエータの最大減衰力であり、ｆ_ｍｉｎは仮想セミアクティブアクチュエータの最小減衰力である。

図９Ｃは、本発明の一実施形態によるセミアクティブアクチュエータの組を制御する別の実施形態を開示する。閉じた形式の制御ポリシーがオフラインで導出される図９Ｂの制御方法とは異なり、図９Ｃが表す制御方法において、制御装置９５３は、推定仮想外乱と、仮想システムのモデルと、仮想システムの最適動作を表すコスト関数と、物理システムに対する制約（たとえばセミアクティブアクチュエータの最大および最小電流または電圧）と、仮想システムの推定完全状態との知識に基づき、最適化をリアルタイムで解くことによって制御ポリシーを計算する。制御装置９５３は、最適化問題を解くことにより、セミアクティブアクチュエータの作用を決定する。

図９Ｄは、本発明の一実施形態によるセミアクティブアクチュエータの組を制御する別の実施形態を開示する。スイッチ制御装置９６１が、外乱マッパーの出力に基づきセミアクティブアクチュエータの作用を決定する。調整可能な減衰係数を持つセミアクティブアクチュエータに対しては、スイッチ制御装置９６１において実装される制御ポリシーは次の形式を取り得る。

ただしαはエレベータの主共振周波数(dominant resonant frequency)に対応する定数であり、

は仮想外乱の推定時間導関数である。同様に、力を直接生成するセミアクティブアクチュエータに対しては、スイッチ制御装置９６１において実装される制御ポリシーは次の形式を取り得る。

図９Ｅは、本発明の別の実施形態によるセミアクティブアクチュエータの組を制御する制御アーキテクチャを開示する。図９Ａ、９Ｂおよび９Ｄに関連して記載される実施形態（実装される制御ポリシーがオフラインで設計され、エレベータの動作中固定されたパラメータを有する）とは異なり、図９Ｅに示す実施形態では、実装される制御ポリシーのパラメータが制御装置チューナ９７１によって調整される。各動作は個別の垂直位置軌跡を有するので、仮想システムが受ける仮想外乱はそれぞれ異なり、異なる特徴（パワースペクトルおよび帯域等）を有する。各動作の全期間にわたる推定仮想外乱が与えられると、制御装置チューナは、推定仮想外乱を処理して、制御装置１０６における実装された制御ポリシーのパラメータの組を再選択する。一例として、制御装置チューナは、推定仮想外乱のパワースペクトルを、各動作の全期間にわたるそのプロファイルに基づいて予測可能であり、推定仮想外乱のパワースペクトルを仮想外乱に組み込んで制御装置１０６のパラメータを決定するか、または、パワースペクトルに基づきルックアップテーブルから所定のパラメータの組を選択する。

［例示的な実施形態］
図１０は、質量中心に加わる外乱を受ける質量−ばね−減衰システム(mass-spring-damping system)１０００として表されるシステムの概略を示す。一般性を失うことなく、質量の平行移動は水平方向のものとする。開示される方法は、垂直方向の運動（たとえば自動車のサスペンション）にも適用可能である。

システム１０００において、ｗは振動源または外部外乱１０１０であり、ｍ_１およびｍ_２はそれぞれエレベータのかご１０３０およびエレベータフレーム１０２０の質量を表し、ｋ_１１０２５およびｂ_１１０３５はかごとフレームとの間の支持ラバーのまとめられたばね定数および減衰であり、ｋ_２１０４５およびｂ_２１０５５はフレームとガイドレールとの間のばねのばね定数および減衰であり、ｘ_１およびｘ_３はそれぞれかごおよびフレームの水平方向変位量１０４０および１０５０であり、

は、それぞれかごおよびフレームの水平方向速度である。

外乱を受ける質量−ばね−減衰システムの式（１）で表されるモデルは、次のように書かれる。

ただし、ｕはセミアクティブアクチュエータの被制御減衰係数であり、ｙは動作の測定されたパラメータ（すなわちフレームの加速度）を表す。制御信号ｕは、かご加速度

を最小化するために設計される。外乱はただ１つしか存在しないので、物理的セミアクティブアクチュエータが仮想セミアクティブアクチュエータとなり、仮想外乱が物理的外乱となる。このように、式（１）に基づくシステムモデルもまた仮想システムモデルを表す。自動車のサスペンションの場合には、車両(car)サスペンションは同様にモデル化されるが、質量の運動は垂直方向であり、ガイドレールは道路で置き換えられる。

本実施形態は、フレームの加速度のみを測定するためにセンサ１０３を用い（すなわち、動作のパラメータはフレーム加速度であり、すなわち

である）、したがって状態ｘおよび相対速度

の真の値は測定されない。加速度測定に伴う固有の観測可能性問題のため、本実施形態は、

に従う近似最適制御を考慮する。ただし

は、変位の関数

の近似である。本実施形態の一変形例では、次の近似最適制御を用いる。

ただしｃ_１およびｃ_２は定数であり、

は推定かご加速度であり、

はフレームの推定速度である。

図１１に対応して、かご加速度の近似値は第１のフィルタ６１１の出力となり、仮想相対速度の近似値が第２のフィルタ６１２の出力となり、フレーム速度の近似値が第３のフィルタ６１３の出力となる。ブロック１１０４において、近似制御ポリシーの第１の関数が評価される。

式（１）において表される仮想システムモデルが与えられ、測定された信号ｙを既知の変数として扱い、仮想相対位置をηと表すと、仮想相対位置のダイナミクスは次のように導出される。

ただし、かご加速度

は、第１のフィルタ

により推定可能である。

第１のフィルタ（２２）は、その入力としてフレーム加速度を処理し、かご加速度の推定値を出力する。第１のフィルタ（２２）の出力（

と表す）は、かご加速度

の真の値に収束する。この推定かご加速度を用いて、仮想相対位置のダイナミクス（２１）が、線形時変一次微分方程式（その右辺は仮想相対位置の関数である）と、既知の変数（測定信号および推定かご加速度を含む）とによって記述される。

第２のフィルタは、

に従って仮想アクチュエータの仮想相対速度を推定する。ただし

は仮想相対位置の推定値であり、ｚは仮想相対速度の推定値または変位の関数の値の近似値を表す。第２のフィルタは、変位の関数の漸近的な近似を提供する。すなわち、第２のフィルタの出力は、時刻が無限大になると変位の関数の真の値に収束し、その収束スピードは指数関数的である。

本明細書に開示される各フィルタは、相対速度およびかご加速度の大域的・指数関数的に収束する推定値を提供する。この手法は、かごとフレームとの間の相対速度を推定するために容易に採用することができ、したがって、セミアクティブアクチュエータがかごとフレームとの間に配置される時には、開示される制御方法もまた適用可能である。

システム１０００に対する第５のフィルタ６１５は、上記で教示された手順に従って決定可能である。システム１０００のモデルは、２つの追加状態変数として仮想外乱およびその一次時間導関数を含むように拡大される。拡大仮想システムは次のように書かれる。

ただし

は仮想外乱の二次時間導関数であり、

は仮想外乱の一次時間導関数である。二次時間導関数を外部未知入力として扱い、簡単のためｕ＝０とすると、外部未知入力から測定信号ｙへの伝達関数は、

として計算し表記することができる。ただしＹ（ｓ）およびＶ（ｓ）は、それぞれ信号ｙ（ｔ）およびｖ（ｔ）のラプラス変換である。この伝達関数は、２つのゼロ極相殺を有するが、これは外部未知入力の再構築には影響しない。逆拡大仮想システムの伝達関数は、伝達関数Ｇ_ν（ｓ）を逆転させることにより容易に取得可能である。このように、バンドパスフィルタ１は次の伝達関数を有する。

外部未知入力は、

として再構築可能である。ただし＊は畳み込みを表す。

本発明の上述の各実施形態は、多数の態様のいずれにおいても実装可能である。たとえば、各実施形態は、ハードウェアを用いて実装してもよく、ソフトウェアを用いて実装してもよく、それらの組み合わせを用いて実装してもよい。ソフトウェアで実装する時には、ソフトウェアコードは、任意の適切なプロセッサまたはプロセッサの集合（単一のコンピュータにおいて提供されるものまたは複数のコンピュータに分散されるもの）で実行可能である。そのようなプロセッサは、集積回路部品(integrated circuit component)内の１つ以上のプロセッサを持つ集積回路として実装されてもよい。しかしながら、プロセッサは任意の適切な形式の回路(circuitry)を用いて実装可能である。

さらに、コンピュータは、ラックマウントされたコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ミニコンピュータ、またはタブレットコンピュータのような、いくつかの形式のいずれにおいて実現されてもよいということが理解される。そのようなコンピュータは、ローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワーク（企業ネットワークまたはインターネット等）を含む任意の適切な形式で、１つ以上のネットワークによって相互接続されてもよい。そのようなネットワークは、任意の適切な技術に基づいてよく、任意の適切なプロトコルに従って動作してよく、無線ネットワーク、有線ネットワークまたは光ファイバネットワークを含んでもよい。

また、本明細書に概略が示される様々な方法または処理は、様々なオペレーティングシステムまたはプラットフォームの任意のものを採用する１つ以上のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとしてコーディングされてもよい。加えて、そのようなソフトウェアは、いくつかの適切なプログラミング言語および／またはプログラミングツールまたはスクリプティングツールの任意のものを用いて書かれてもよく、また、フレームワークまたは仮想マシン上で実行される実行可能マシン語コードまたは中間コードとしてコンパイルされてもよい。

これに関して、本発明は、一時的でないコンピュータ可読媒体または複数のコンピュータ可読媒体（たとえば、コンピュータメモリ、コンパクトディスク（ＣＤ）、光ディスク、ディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、磁気テープ、およびフラッシュメモリ）として実現されてもよい。「プログラム」または「ソフトウェア」という用語は、本明細書では、任意の種類のコンピュータコードまたはコンピュータ実行可能命令の組（上記で議論した本発明の様々な態様を実施するために、コンピュータまたは他のプロセッサをプログラムするために採用され得るもの）を参照する一般的な意味で用いられる。

コンピュータ可読命令は、１つ以上のコンピュータまたは他の装置によって実行される多数の形式（プログラムモジュール等）であってもよい。一般的には、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するかまたは特定の抽象的データタイプを実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造を含む。典型的には、プログラムモジュールの機能性は、様々な実施形態において望まれるように組み合わせてもよく分散してもよい。

また、本発明の各実施形態は、例が提供された方法として実現されてもよい。本方法の一部として実行される各作用は、任意の適切な態様で順序付けられてもよい。したがって、実施形態は、作用が例示とは異なる順序で実行されるもの（例示の実施形態では逐次の作用として示されているが、いくつかの作用を同時に実行することを含み得る）として構築されてもよい。

Claims

エレベータのかごに対する水平方向の外乱の組によって発生する前記エレベータのかごの振動を最小化するためにエレベータシステム内に配置されたセミアクティブアクチュエータの組を制御する方法であって、
前記外乱の組からの外乱の和に比例する仮想外乱を補償するために配置された単一の仮想セミアクティブアクチュエータを有する仮想エレベータシステムのモデルで前記エレベータシステムを表すことであって、前記仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は前記セミアクティブアクチュエータの組の補償力の和に比例する、前記エレベータシステムを表すことと、
前記動作中の前記エレベータのかごの位置の運動プロファイルと、前記仮想外乱の外乱プロファイルとを用いて、前記エレベータのかごの動作中の前記仮想外乱を決定することと、
前記仮想エレベータシステムの前記モデルと、前記仮想外乱と、動作中の前記エレベータのかごの水平方向加速度を示す信号とを用いて、前記エレベータシステムの状態を決定することと、
前記エレベータシステムの前記状態に基づき、前記仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに従って、前記セミアクティブアクチュエータの組の各アクチュエータを制御することと、を備え、
前記方法のステップがプロセッサによって実行される、方法。
前記信号は加速度信号であり、
前記方法は、
前記アクチュエータの組を用いることなく、前記エレベータシステムの動作中に前記エレベータのかごの異なる複数の垂直位置で測定された前記加速度信号の加速度値を受信することであって、前記動作は垂直位置軌跡に従う、前記加速度信号の加速度値を受信することと、
前記モデルおよび前記加速度値に基づき、前記仮想外乱の前記外乱プロファイルを決定することと
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
拡大モデルを生成するために、状態変数としての前記仮想外乱および前記仮想外乱の時間導関数で前記モデルを拡大することと、
前記仮想外乱の二次時間導関数と、前記加速度信号との間の関係を決定するために、前記拡大モデルを逆転することと、
前記関係を用いて、前記加速度信号の加速度値それぞれについて、前記仮想外乱の前記二次時間導関数を決定することと、
前記仮想外乱の時間プロファイルを形成する前記仮想外乱の値を生成するために、前記二次時間導関数を２回積分することと、
前記仮想外乱の前記時間プロファイルと、前記垂直位置軌跡とに基づき、前記仮想外乱の前記外乱プロファイルを生成することと
をさらに備える、請求項２に記載の方法。
前記逆転することは伝達関数の逆関数に基づく、請求項３に記載の方法。
前記仮想外乱の前記二次時間導関数から前記加速度信号への伝達関数の逆関数としての伝達関数で推定器を定義することと、
前記加速度信号を生成するために、前記アクチュエータの組を用いることなく前記エレベータシステムを動作させることと、
前記加速度信号を処理する前記推定器の出力として、前記仮想外乱の前記二次時間導関数を決定することと
をさらに備える、請求項３に記載の方法。
前記加速度信号に基づき、前記仮想セミアクティブアクチュエータの２つの端部の間の相対位置を決定することと、
前記加速度信号に基づき、前記エレベータのかごの水平変位量を決定することと、
前記仮想外乱の時間プロファイルを生成するために、前記相対位置および前記水平変位量を加算することと、
前記仮想外乱の前記時間プロファイルと、前記垂直位置軌跡とを用いて、前記外乱プロファイルを生成することと
をさらに備える、請求項２に記載の方法。
前記仮想エレベータシステムのダイナミクスに基づいて前記相対位置を決定すること
をさらに備える、請求項６に記載の方法。
前記状態を決定することは、さらに、
前記仮想外乱と、前記仮想外乱の一次時間導関数と、前記信号と、推定相対速度との関数としての前記仮想システムモデルを用いて、状態推定器を設計することと、
前記状態推定器を用いて前記エレベータシステムの状態を決定することと
を備える、請求項１に記載の方法。
前記状態推定器はカルマンフィルタまたはルーエンバーガー観測器を含む、請求項８に記載の方法。
前記制御することは、後退ホライズン制御アルゴリズムに基づいてアクチュエータの入力を調整する、請求項１に記載の方法。
前記制御することは、前記仮想外乱と、前記仮想外乱の時間導関数とに基づき、アクチュエータをオンおよびオフに切り替えるためのコマンドを生成する、請求項１に記載の方法。
前記制御することは、推定仮想外乱のパワースペクトルに基づいてオフラインで設計された制御装置のパラメータをチューンする、請求項１に記載の方法。
動作中の前記加速度を表す前記信号に基づいて、前記エレベータのかごの動作前に決定された前記外乱プロファイルによって示される前記仮想外乱を調整すること
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
外乱の組を補償するためにエレベータシステム内に配置されたセミアクティブアクチュエータの組を制御するシステムであって、
前記エレベータシステムの動作中の前記エレベータのかごの水平加速度を示す加速度信号を決定するセンサと、
仮想エレベータシステムのモデルと、加速度信号とに基づき、前記外乱の組を表す仮想外乱の外乱プロファイルを決定するプロセッサであって、
前記仮想エレベータシステムの前記モデルは、前記セミアクティブアクチュエータの組の補償力の和に比例する補償力を有する単一の仮想セミアクティブアクチュエータを含むとともに、前記外乱の組からの外乱の和に比例する前記仮想外乱を補償するために配置され、
前記加速度信号は、前記アクチュエータの組を用いることなく、前記エレベータシステムの動作中に、前記エレベータのかごの異なる複数の垂直位置において測定される、
プロセッサと、
前記仮想外乱の前記外乱プロファイルと、前記アクチュエータの組を用いて前記エレベータのかごの動作中に測定された前記加速度信号とを用いて、前記仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに従って前記セミアクティブアクチュエータの組の各アクチュエータを制御する制御装置と、
を備えるシステム。
前記プロセッサは、
拡大モデルを生成するために、状態変数としての、前記仮想外乱および前記仮想外乱の時間導関数で前記モデルを拡大することと、
前記仮想外乱の二次時間導関数と、前記加速度信号との間の関係を決定するために、前記拡大モデルを逆転することと、
前記関係を用いて、前記加速度信号の加速度値それぞれについて、前記仮想外乱の前記二次時間導関数を決定することと、
前記仮想外乱の時間プロファイルを形成する前記仮想外乱の値を生成するために、前記二次時間導関数を２回積分することと、
前記仮想外乱の前記時間プロファイルと、垂直位置軌跡とに基づき、前記仮想外乱の前記外乱プロファイルを生成することと
のために構成される、請求項１４に記載のシステム。