JP6723464B2 - エレベーターかごの移動によるエレベーターケーブルの揺れの制御 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、エレベーターシステムに関し、より詳細には、エレベーターかごの移動を使用してエレベーターシステムにおけるエレベーター電気ケーブルの揺れを低減することに関する。

通常のエレベーターシステムは、例えば、建物の異なる階の間で乗客を移動させるためのエレベーターかごと、地上又は地下の垂直なエレベーター昇降路内をガイドレールに沿って移動するつり合おもりとを含む。かご及びつり合おもりは、本明細書ではエレベーターロープと呼ばれる巻上ケーブルによって互いに連結される。巻上ケーブルは、エレベーター昇降路の上部又は底部にある機械室内に位置する溝付きの綱車に巻き付けられる。綱車を電気モーターによって動かすことができるか、又はつり合おもりをリニアモーターによって駆動することができる。さらに、かごは、一組の電気ケーブルを通して制御信号及び電力信号を受信し、一組の電気ケーブルは、一端がエレベーターかごの底部に取り付けられ、他端が、一般にエレベーター昇降路内のエレベーターかごの上部位置と底部位置との間の中間距離において、エレベーター昇降路に取り付けられている。

ケーブルの揺れ（sway）は、エレベーター昇降路内のケーブル、例えば、電気ケーブルの振動を指している。その振動はエレベーターシステムにおいて深刻な問題となる可能性がある。その振動は、例えば、風によって誘発される建物のたわみによって、及び／又はエレベーターシステムの動作中のケーブルの振動によって引き起こされる可能性がある。振動の周波数がケーブルの固有調波に近づくか又は入る場合には、振動が変位よりも大きくなる可能性がある。そのような状況では、ケーブルは、エレベーター昇降路内の他の機器と絡まるか、又は時間の経過とともに構造的に弱くなる可能性があり、エレベーターシステムが損傷を受けるおそれがある。

種々の従来の方法が、エレベーターケーブルの揺れを制御する。例えば、特許文献１に記述されている方法は、エレベーターケーブルがエレベーター昇降路に取り付けられるエレベーター昇降路の側において、パッシブ減衰機械システムがエレベーター昇降路に追加される。そのパッシブ機械システムは、ケーブル運動に、その運動を低減するブレーキをかけ、それにより、その振動を低減する。同様に、特許文献２では、その振動を減衰させるために、エレベーターケーブルシステムに２つのパッシブ機械システムが追加される。１つのローラー型機械システムが、エレベーターケーブルとエレベーター昇降路との間の接続点に取り付けられ、複数のローラーがエレベーター昇降路壁に沿って、すなわち、エレベーターケーブルの振動に対して垂直に運動する。

別の類似のパッシブ機械システムは、エレベーターケーブル及びエレベーターかごの取付点においてエレベーターかごの下に取り付けられる。この機械システムは、エレベーターケーブルの振動軸においてケーブルを強制的に移動させるローラー型デバイスを含む。そのような機械システムによれば、エレベーターケーブルの２つの端部が２つの垂直方向に移動できるようになり、ローラーにかけられるブレーキが、エレベーターケーブルの運動を減衰させて、その振動を低減する。

特開平２−０３３０７８号 特開平２−１０６５８６号

しかしながら、そのパッシブ減衰システムは、エレベーターシステムのコストを増大させ、かつ、通常、あらかじめ構成されており、それらの適応性が低下する。

いくつかの実施の形態の目的は、階の間のエレベーターかごの移動を方向付けることにより、エレベーターシステムにおけるエレベーターかごに接続されたエレベーターケーブルの揺れを低減するシステム及び方法を提供することである。いくつかの実施の形態の別の目的は、エレベーターシステムに作用している外乱を認識してもしなくてもエレベーターケーブルの揺れを低減するエレベーターかごの運動プロファイルを提供することである。いくつかの実施の形態の別の目的は、こうした運動プロファイルの決定のための計算要件を低減することである。

いくつかの実施の形態は、建物に対する外乱に起因するケーブル揺れを相殺する、エレベーターかごの垂直移動が、ケーブル方程式において追加の動的項を誘導する、という理解に基づく。階の間のかごの垂直運動が適切に計画されている場合、エレベーターかごの移動を用いてケーブル揺れを低減することができる。例えば、いくつかの実施の形態では、エレベーターかごの移動は、エレベーターシステムの主綱車にエレベーターかごのエレベーターロープの長さを変更させることによって制御される。したがって、いかなるアクチュエーターも使用することなく、エレベーターかごの揺れを低減することができる。

いくつかの実施の形態は、エレベーターケーブルのモデルが、エレベーターケーブルの揺れと、揺れを引き起こすケーブルに作用している外乱とを含む可能性があるという認識に基づく。いくつかの実施の形態は、そのような外乱が、エレベーターかごの移動によって引き起こされる制御された擾乱と、制御されない擾乱、例えば、建物及び／又は建物に設置されたエレベーターシステムの振動を誘発する風の力とを含むという理解に基づく。したがって、制御されない擾乱が、例えば測定値を用いて固定されるか、又は最大値により制限される場合、こうしたケーブルモデルは、ケーブルの揺れを、エレベーターかごの移動によって引き起こされる制御された擾乱に明白に関連付ける。

エレベーターシステムの通常動作中、エレベーターかごの移動は、通常、エレベーターかごに対してエレベーター昇降路内でその位置を現在の位置から異なる位置に変更するよう要求するサービス呼びに応じて、実施される。例えば、エレベーターかごに対して、乗客を受け入れるホール呼びに応じて、及び／又は乗客を所望の階まで移動させるかご呼びに応じて移動するように要求することができる。

エレベーターかごは、綱車の周囲に巻き付けられたエレベーターロープによって支持され、綱車が回転することにより、綱車とエレベーターかごとの間のエレベーターロープの長さが変更され、それにより、エレベーターシステムのエレベーター昇降路内のエレベーターかごの移動が制御される。そのために、エレベーターかごの移動に対する要求には、エレベーターロープの長さの変更が伴う。また、エレベーターかごの移動は、時間の関数としてのエレベーターロープの長さの変化の割合によって定義することができる。このように、ケーブルのモデルは、ケーブルの揺れを、エレベーターロープの長さのその現在の長さから要求された変更された長さへの変化の割合に関連付けることができる。エレベーターロープの長さの変化の割合は、エレベーターかごの移動に大きく依存するため、こうした変化の割合は、本明細書ではエレベーターかごの運動プロファイルと呼び、それは、時間の関数としてのエレベーターロープの長さ、速度及び加速度のうちの１つ又はそれらの組合せによって定義することができる。

そのために、様々な実施の形態は、ケーブルのモデルに従ってケーブルの揺れを最小限にするエレベーターロープの長さの要求された変更を引き起こす、エレベーターかごの運動プロファイルを決定し、決定した運動プロファイルに従ってエレベーターかごを移動させる。

いくつかの実施の形態は、制御されない擾乱が最大値によって制限されるとき、ロープの長さの複数の変更に対する複数の運動プロファイルをオフラインであらかじめ決定することができるという別の理解に基づく。この理解により、エレベーターシステムのプロセッサの計算要件が簡略化する。例えば、これにより、エレベーターロープの長さの要求された変更を使用して、複数の運動プロファイルとエレベーターロープの長さの複数の変更の値との間のマッピングを記憶するメモリから運動プロファイルを選択することが可能になる。

いくつかの実施の形態は、ケーブルのモデルによって定義される制約を受けるケーブルの揺れのコスト関数による値を最小化する最適化問題を解くことにより、運動プロファイルを決定する。最適化は、通常、それら実施の形態のプロセッサに対して最低限の計算要件を満たすように要求する反復プロセスである。しかしながら、代替の実施の形態は、運動プロファイルが所定パターンに従うと想定することにより、これらの要件を簡略化する。こうしたパターンは、運動プロファイルの変動を制限し、最適化を簡略化する。

例えば、１つの実施の形態では、運動プロファイルは、所定パターンを有するエレベーターかごの加速度のプロファイルによって定義される。そのために、その実施の形態のプロセッサは、一般最適化より簡単な所定パターンのパラメーターを決定する。このようなパターンの例は、一定加速度セクションと、それに続くゼロ加速度セクションと、それに続く一定減速度セクションとを含む。この例において、パラメーターは、加速度の傾き、減速度の傾き、及び各セグメントの長さを含む。

例えば、１つの実施の形態は、ケーブルモデル並びにかごの始動位置及び停止位置の制約の下で、かご移動時間間隔にわたる最大ケーブル揺れを表すコスト関数による値を最小化する。こうした実施の形態では、最適化変数は、かご運動プロファイルのパラメーター、例えば、加速度の傾き、減速度の傾き及びエレベーターケーブルのかご側セグメント及び昇降路壁側セグメントの長さとすることができる。

さらに、１つの実施態様では、この最適化は、オフラインで実現することができ、そこでは、異なるロープの長さの変更に対応する、異なる階の間の異なるかご運動に対する最適化プロセスの結果は、テーブルに記憶され、次いで、エレベーターがこれらの異なる階の間で移動するよう要求されるときに、後にオンラインで使用される。

例えば、エレベーターが、１階と１０階との間で移動するように呼ばれた場合、かご運動を管理するコントローラーは、この特定の階要求に対してエレベーターかごの最適な運動プロファイルを抽出し、次いで、この運動プロファイルを使用して、最小限のケーブル揺れでエレベーターかごを１階から１０階まで移動させる。

したがって、１つの実施の形態は、エレベーターシステムの動作を制御する方法であって、エレベーターシステムは、綱車の周囲に巻き付けられたエレベーターロープによって支持されているエレベーターかごであって、綱車が回転することにより綱車とエレベーターかごとの間のエレベーターロープの長さが変更され、それにより、エレベーターシステムのエレベーター昇降路内のエレベーターかごの移動が制御される、エレベーターかごと、エレベーターかごに電気信号を搬送するようにエレベーターかご及びエレベーター昇降路に接続された少なくとも１つのエレベーターケーブルとを備え、本方法は、本方法を実施する記憶された命令に結合されたプロセッサを使用し、命令は、プロセッサによって実行されると、本方法の少なくともいくつかのステップを実行する、方法を開示する。

本方法は、エレベーターロープの長さの変更を要求するエレベーターかごの移動に対する呼びを受け取ることと、時間の関数としてエレベーターロープの長さ、速度及び加速度のうちの１つ又はそれらの組合せを定義する、エレベーターかごの運動プロファイルに、エレベーターケーブルの揺れを関連付ける、エレベーターケーブルのモデルにアクセスすることと、エレベーターケーブルのモデルに従ってエレベーターケーブルの揺れを最小限にするエレベーターロープの長さの要求された変更を引き起こす、エレベーターかごの運動プロファイルを決定することと、決定された運動プロファイルに従ってエレベーターかごの運動を制御することとを含む。

別の実施の形態は、エレベーターシステムであって、綱車の周囲に巻き付けられたエレベーターロープによって支持されているエレベーターかごであって、綱車が回転することにより綱車とエレベーターかごとの間のエレベーターロープの長さが変更され、それにより、エレベーターシステムのエレベーター昇降路内のエレベーターかごの移動が制御される、エレベーターかごと、エレベーターロープの長さを変更する綱車の回転を制御するモーターと、エレベーターかご及びエレベーター昇降路に接続された少なくとも１つのエレベーターケーブルと、エレベーターロープの長さの変更を伴ってエレベーター昇降路内の現在の位置から異なる位置まで移動するエレベーターかごの要求を受け入れる、少なくとも１つの入力インターフェースと、エレベーターケーブルの揺れの関数としてのエレベーターケーブルのモデルと、時間の関数としてエレベーターロープの長さ、速度及び加速度のうちの１つ又はそれらの組合せを定義するエレベーターかごの運動プロファイルとを記憶するメモリと、エレベーターケーブルのモデルに従ってエレベーターケーブルの揺れを最小限にするエレベーターロープの長さの要求された変更を引き起こす、エレベーターかごの運動プロファイルを決定し、モーターに綱車を回転させ、決定した運動プロファイルに従ってエレベーターかごを移動させるプロセッサを含むコントローラーとを備える、エレベーターシステムを開示する。

更に別の実施の形態は、方法を実施するプロセッサによって実行可能なプログラムが具現化されている非一時的コンピューター可読記憶媒体であって、メモリは、一組の解析関数と、一組の基本経路のパターンに対応する一組のコスト関数とを記憶し、各パターンは連続経路を表し、各解析関数は、対応するパターンに対して、乗り物の入力状態に対する解析解を提供するように決定され、解析解は、対応するパターンに続く基本経路の逐次合成によって入力状態を接続する連続経路を定義し、各コスト関数は、入力状態を接続しかつ対応するパターンによって表される連続経路に従って乗り物の運動のコストを示す対応するパターンのコストを提供するように決定される、非一時的コンピューター可読記憶媒体を開示する。方法は、エレベーターロープの長さの変更を要求するエレベーターかごの移動に対する呼びを受け取ることと、時間の関数としてエレベーターロープの長さ、速度及び加速度のうちの１つ又はそれらの組合せを定義する、エレベーターかごの運動プロファイルに、エレベーターケーブルの揺れを関連付ける、エレベーターケーブルのモデルにアクセスすることと、エレベーターケーブルのモデルに従ってエレベーターケーブルの揺れを最小限にするエレベーターロープの長さの要求された変更を引き起こす、エレベーターかごの運動プロファイルを決定することと、決定された運動プロファイルに従ってエレベーターかごの運動を制御することとを含む。

いくつかの実施の形態によるエレベーターシステムの概略図である。 いくつかの実施の形態による、階１８０の間のエレベーターかご１２の運動１６０の間にエレベーターケーブル１７５に対して異なる力が加わることを示す概略図である。 いくつかの実施の形態による、複数の階２０３を有する建物内の群エレベーターシステム２１１における１つ又はいくつかのエレベーターかご２０１及び２０２の制御を示す概略図である。 いくつかの実施の形態による、エレベーターシステムのケーブルのモデル３００の概略図である。 いくつかの実施の形態による、エレベーターシステムの動作を制御する方法のブロック図である。 いくつかの実施の形態による、複数の運動プロファイルとエレベーターロープの長さの複数の変更の値との間のマッピングの一例を示す図である。 いくつかの実施の形態による、所定パターンを有するエレベーターかごの加速度のプロファイルによって定義される例としての運動プロファイルを示す図である。 実施の形態による、代替的なコンピューター又はプロセッサを使用して実装することができるエレベーターシステムを制御する制御システムのブロック図である。

図１Ａは、いくつかの実施の形態による、エレベーターシステムの概略図を示す。そのエレベーターシステムは、少なくとも１つのエレベーターロープによってエレベーターシステムの異なる構成要素に接続されるエレベーターかご１２を含む。例えば、エレベーターかご及びつり合おもり１４が、メインロープ１６及び１７並びにつり合ロープ１８によって互いに接続される。エレベーターかご１２は、上わく（crosshead）３０及び安全装置付き下わく（safety plank）３３を含むことができる。取付点１９０においてかご１２及びエレベーター昇降路に接続される少なくとも１つのエレベーターケーブル１７５によって、エレベーターかごに電気信号及び／又はコマンドが搬送される。

エレベーターかご１２は、綱車１１２に巻き付けられたエレベーターロープ１６によって支持される。綱車１１２が回転することにより、綱車とエレベーターかごとの間のエレベーターロープの長さが変更され、エレベーターシステムのエレベーター昇降路内のエレベーターかごの移動が制御される。エレベーターロープの長さを変更する綱車の回転は、綱車に、及び／又はプーリー２０に接続されるモーター１４０によって制御することができる。エレベーター昇降路２２を通してエレベーターかご１２及びつり合おもり１４を移動させるためのプーリー２０が、エレベーター昇降路２２の上部（又は底部）にある機械室（図示せず）内に位置することができる。エレベーターシステムはつり合プーリー２３も含むことができる。エレベーター昇降路２２は、前壁２９、後壁３１及び一対の側壁３２を含む。

エレベーターかご及びつり合おもりは、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向のモーメントの総和が０である点において重心を有する。言い換えると、重心点を囲む全てのモーメントは相殺されるので、重心（ｘ，ｙ，ｚ）においてエレベーターかご１２又はつり合おもり１４を理論的に支持し、釣り合わせることができる。エレベーターロープ１６及び１７は通常、かごの重心の座標が射影される、エレベーターかご１２の上わく３０に連結される。エレベーターロープ１６及び１７は、つり合おもり１４の重心の座標が射影される、つり合おもり１４の上部に連結される。

エレベーターシステムの動作中に、システムの種々の構成要素が内乱及び外乱、例えば、風に起因する揺れを受け、結果として構成要素の横方向運動が生じる。構成要素のそのような横方向運動の結果として、エレベーターケーブル１７５の揺れが生じる可能性があり、その揺れを低減する必要がある。

いくつかの実施の形態は、エレベーターケーブルのモデルが、エレベーターケーブルの揺れと、揺れを引き起こすケーブルに作用している外乱とを含む可能性があるという認識に基づく。いくつかの実施の形態は、そのような外乱が、エレベーターかごの移動によって引き起こされる制御された擾乱と、制御されない擾乱、例えば、建物及び／又は建物に設置されたエレベーターシステムの振動を誘発する風の力とを含むという理解に基づく。したがって、制御されない擾乱が、例えば測定値を用いて固定されるか、又は最大値により制限される場合、こうしたケーブルモデルは、ケーブルの揺れを、エレベーターかごの移動によって引き起こされる制御された外乱に明白に関連付ける。

図１Ｂは、いくつかの実施の形態による、階１８０の間のエレベーターかご１２の運動１６０中にエレベーターケーブル１７５に異なる力が加わる概略図を示す。エレベーターシステムを備える建物に対する外乱が、エレベーターケーブル１７５に擾乱力１７０を及ぼす。擾乱力１７０は、エレベーターケーブル１７５の公称形状を現在の形状１７６に変更する。同様に、運動１６０は制御される擾乱であり、それもまたケーブル１７５に作用する。

本発明のいくつかの実施の形態は、エレベーターケーブルの形状に及ぼす擾乱力の影響を相殺するために、ケーブルに別の力を加えることができるという認識に基づく。さらに、本発明の様々な実施の形態は、建物の階の間のかご運動を用いて、こうした対抗力を加え、エレベーターシステム内のエレベーターケーブルの揺れを低減することができるという理解に基づく。いくつかの実施の形態は、エレベーターかごに取り付けられたエレベーターケーブルのモデルから、エレベーターケーブルの逆形状を間接的に導出することができるという理解に基づく。

そのために、コントローラー１５０は、エレベーターケーブルの公称形状をエレベーターシステムへの擾乱によって引き起こされるエレベーターケーブルの現在の形状１７６の逆である形状１７４に変更するために必要とされるエレベーターケーブルにかかる対抗力を引き起こす、エレベーターかごの最適な運動を決定し、モーター１４０に綱車１１２を回転させ、エレベーターケーブルに対抗力を加える加速度でエレベーターかご１２を移動させる（１６０）ように構成された、プロセッサ１５５を含む。

エレベーターシステムの通常動作中、エレベーターかごの移動は、通常、エレベーターかごに対してエレベーター昇降路内でその位置を現在の位置から異なる位置に変更するよう要求するサービス呼びに応じて、実施される。例えば、エレベーターかごに対して、乗客を受け入れるホール呼びに応じて、及び／又は乗客を所望の階まで移動させるかご呼びに応じて移動するように要求することができる。

エレベーターかごは、綱車の周囲に巻き付けられたエレベーターロープによって支持され、綱車が回転することにより、綱車とエレベーターかごとの間のエレベーターロープの長さが変更され、それにより、エレベーターシステムのエレベーター昇降路内のエレベーターかごの移動が制御される。そのために、エレベーターかごの移動に対する要求には、エレベーターロープの長さの変更が伴う。また、エレベーターかごの移動は、時間の関数としてのエレベーターロープの長さの変化の割合によって定義することができる。このように、ケーブルのモデルは、ケーブルの揺れを、エレベーターロープの長さのその現在の長さから要求された変更された長さへの変化の割合に関連付ける。エレベーターロープの長さの変化の割合は、エレベーターかごの移動に大きく依存するため、こうした変化の割合は、本明細書ではエレベーターかごの運動プロファイルと呼び、それは、時間の関数としてのエレベーターロープの長さ、速度及び加速度のうちの１つ又はそれらの組合せによって定義することができる。

そのために、様々な実施の形態は、ケーブルのモデルに従ってケーブルの揺れを最小限にするエレベーターロープの長さの要求された変更を引き起こす、エレベーターかごの運動プロファイルを決定し、決定した運動プロファイルに従ってエレベーターかごを移動させる。

図２は、いくつかの実施の形態による、複数の階２０３を有する建物内の群エレベーターシステム２１１における１つ又はいくつかのエレベーターかご２０１及び２０２の制御を示す概略図である。エレベーターシステムは、エレベーターかごのエレベーター昇降路における現在位置から異なる位置に移動する要求を受け入れる少なくとも１つの入力インターフェース２２０を備える。こうした要求は、エレベーターロープの長さの変更２３０を伴う。変更２３０は、エレベーターかごがその現在の位置に対して要求された位置まで移動する必要がある階の高さ及び階数に基づいて決定することができる。通常、階の間の特定の運動に対するエレベーターロープの変更の計算は、エレベーターシステムの設置の一部として構成される。

コントローラー１５０は、プロセッサ１５５に動作可能に接続されたメモリに記憶されているケーブルのモデル３００に従って、ケーブル１７５の揺れを最小限にするエレベーターロープの長さの要求された変更を引き起こす、エレベーターかごの運動プロファイル２１０を決定する。次に、コントローラーは、モーター１４０に、綱車を回転させ、決定した運動プロファイル２１０に従ってエレベーターかごを移動させる。本明細書で使用するように、ケーブルのモデル３００は、ケーブル１７５の揺れの関数であり、エレベーターかご２１０の運動プロファイルは、時間の関数としてのエレベーターロープの長さ、速度及び加速度のうちの１つ又はそれらの組合せを定義する。

図３は、いくつかの実施の形態によるエレベーターシステムのケーブルのモデル３００の概略図を示す。エレベーターケーブルのモデルは、エレベーターシステムのパラメーターに基づいて設計される。他のエレベーターシステムのパラメーター及びモデルも同様に導出することができる。種々の方法を用いて、擾乱３０５及びエレベーターかご１６０の運動によって引き起こされるエレベーターケーブルの揺れ３７０、３８０の関数として、ケーブルのモデルを定式化することができる。

例えば、１つの実施の形態では、エレベーターケーブルは、コンプライアントばね３６０と結合される２つの硬質セグメント３３０、３４０としてモデル化される。ケーブルの一方がかご３１５に取り付けられ、他方がエレベーター昇降路３３５に取り付けられる。システムへの外乱、例えば、風による外乱が、昇降路壁側におけるｗ（ｔ）３０５及びかご側におけるｃ（ｔ）３１０でモデル化され、ケーブル揺れはかご側における角度変数３５０、及び昇降路壁側における角度変数３２０に正比例する。

この実施の形態は、簡単であること、及び計算要件が低いことに起因して有利である。実際には、このシステムの場合に、他の更に複雑なモデルを開発することができる。例えば、実施の形態が集中型モデルを使用し、そのモデルは、ケーブルを、ケーブルを形成するために互いに連結されるいくつかの小さなばね−ダンパー要素に離散化し、その後、要素ごとの動的モデルを表す。しかしながら、この手法は、結果としてモデルを複雑にし、多数の変数を伴うので、リアルタイムシミュレーション及び制御に適していない。エレベーターケーブルシステムのためのモデルを設計する別の方法は、偏微分方程式（ＰＤＥ）の形で数学的に提示される、ケーブルごとの無限次元モデルを使用することである。しかしながら、ＰＤＥをオンラインで解くには多大な計算費用がかかる。

例えば、１つの実施の形態では、エレベーターケーブルのモデルは、以下の式に従って、常微分方程式（ＯＤＥ）によって求められる。

式（１）のパラメーターは以下のものを含む。
ｍ_ｃ（ｋｇ）はケーブルのかご側セグメントの質量である。
ｌ_ｃ、ｌ_ｗ（ｍ）はそれぞれ、ケーブルのかご側セグメント及び壁側セグメントの長さである。
θ_ｃ、θ_ｗ（ｒａｄ）はそれぞれ、ケーブルのかご側セグメント及び壁側セグメントの角度である。

はそれぞれ、ケーブルのかご側セグメント及び壁側セグメントの角速度である。

はそれぞれ、ケーブルのかご側セグメント及び壁側セグメントの角加速度である。
ｃ_ｃ、ｃ_ｗ（Ｎ．ｓｅｃ／ｍ）はそれぞれ、ケーブルのかご側セグメント及び壁側セグメントの減衰係数、例えば、層流（空気減衰係数）である。
ｋ_ｓ（Ｎ／ｍ）はケーブルのかご側セグメントと、ケーブルの壁側セグメントとの間の結合ばねのばね剛性係数であり、ｗ（ｔ）（ｍ）は壁境界点における水平変位擾乱である。
絶対ケーブル揺れは

によって与えられる。ただし、ｕ_ｗ（ｙ，ｔ）は垂直位置ｙにおけるエレベーター昇降路側のケーブル揺れであり、ｕ_ｃ（ｙ，ｔ）は垂直位置ｙにおけるエレベーターかご側のケーブル揺れである。

状態ベクトルＸは、

として定義される。

ケーブルのモデルは、

として書くことができ、式中、

である。

制御変数二重積分

及び

を消去するために、いくつかの実施の形態は、拡張状態表現

に進み、

である。

１つの実施の形態は、拡張状態ベクトル

を定義して、ケーブルダイナミクスの拡張空間表現

を得る。

図４は、いくつかの実施の形態による、エレベーターシステムの動作を制御する方法のブロック図を示す。本方法は、本方法を実施する記憶された命令に結合された、プロセッサ、例えばプロセッサ１５５を使用する。命令は、プロセッサによって実行されると、本方法の少なくともいくつかのステップを実行する。

エレベーターロープの長さの変更を要求するエレベーターかごの移動に対する呼び４１２を受け取ること（４１０）に応じて、本方法は、時間の関数としてエレベーターロープの長さ、速度及び加速度のうちの１つ又はそれらの組合せを定義するエレベーターかごの運動プロファイルにケーブルの揺れを関連付ける、ケーブルのモデル４１４にアクセスし、ケーブルのモデルに従って、ケーブルの揺れを最小限にするエレベーターロープの長さの要求された変更を引き起こすエレベーターかごの運動プロファイルを決定する（４２０）。次に、本方法は、決定した運動プロファイルに従ってエレベーターかごの運動を制御する。

種々の実施の形態において、ケーブルのモデルは、エレベーターシステムに対する擾乱を含む。例えば、１つの実施の形態は、建物の揺れの加速度を測定するセンサーを使用してエレベーターシステムに対する擾乱を確定し（４１６）、ケーブルのモデルによって定義される制約を受けるケーブルの揺れのコスト関数による値を最小化する最適化問題を解いて、運動プロファイルを生成する。

例えば、エレベーターかご運動を使用してケーブル揺れを低減するために、いくつかの実施の形態は、有限時間間隔

にわたる制御時間関数

に関して、以下のコスト関数による値を最小化する。

理想的には、最適制御問題

を、状態制約及び制御制約

を用いて、状態動的制約

境界条件

の下で解くことを望む。

さらに又は代替的に、いくつかの実施の形態は、擾乱の値に対する制限を使用する（４１８）。

いくつかの実施の形態は、制御されない擾乱が最大値によって制限される（４１８）とき、オフラインと同様にエレベーターシステムの動作中にオンラインでも、ロープの長さの複数の変更に対する複数の運動プロファイルをあらかじめ決定することができる。この理解により、エレベーターシステムのプロセッサの計算要件が簡略化する。例えば、これにより、エレベーターロープの長さの要求された変更を使用して、複数の運動プロファイルとエレベーターロープの長さの複数の変更の値との間のマッピングを記憶するメモリから運動プロファイルを選択することが可能になる。

図５は、いくつかの実施の形態による、複数の運動プロファイルとエレベーターロープの長さの複数の変更の値との間のマッピングの一例を示す。これらの実施の形態は、エレベーターロープの長さの要求された変更を使用して、対応する運動プロファイルをメモリから検索する。

いくつかの実施の形態は、ケーブルのモデルによって定義される制約を受けるケーブルの揺れのコスト関数による値を最小化する最適化問題を解くことにより、運動プロファイルを決定する。最適化は、通常、それら実施の形態のプロセッサに対して最低限の計算要件を満たすように要求する反復プロセスである。

例えば、いくつかの実施の形態によって使用される最適制御問題に対するポントリャーギン最小値原理解により、「非構造化」解がもたらされ、すなわち、制御

の（経時的な）形状は、制御問題の解によって決まる。これは、乗客の乗り心地及び安全性を考慮する、実際のエレベーターで使用されるエレベーター運動軌道の望ましい通常の形状とは対照的である。

そのために、いくつかの実施の形態は、運動プロファイルが所定パターンに従うと想定することにより、これらの要件を簡略化する。こうしたパターンは、運動プロファイルの変動を制限し、最適化を簡略化する。

図６は、いくつかの実施の形態による、所定パターンを有するエレベーターかごの加速度のプロファイルによって定義される例としての運動プロファイルを示す。このパターンは、一定加速度セクション６１０と、それに続くゼロ加速度セクション６２０と、それに続く一定減速度セクション６３０とを含む。この例では、エレベーターロープの長さの要求された変更に対して決定されたパターンのパラメーターは、加速度の傾き６１５と、減速度の傾き６３５と、各セグメントの長さとを含む。

例えば、このパターンによって課される構造的制約は、以下の一組の最適化ベクトルを制限する。

さらに、エレベーターかごの平滑な運動を確実にするために、いくつかの実施の形態は、第１の加速／減速期の対称性

及び第２の減速／加速期の対称性

を課す。これにより、最適化ベクトルの組は

まで更に縮小する。

関数最適化問題は、微分代数不等式制約

の下で、以下のベクトル最適化問題まで縮小する。

そのために、いくつかの実施の形態は、以下のコスト関数を選択し、

式中、項

は、壁側のケーブル揺れを最小限にするために加算され、項

は、かご側のケーブル揺れを最小限にするために加算され、項

は、自明な定常解、すなわちかごが移動していないことを回避するために加算され、項

は、最短最適運動時間を求めるために加算されている。

構造化最適制御問題の少なくとも局所最適条件の存在は、最適化パラメーターの関数としてのシステムのダイナミクスの解の基本的な連続性から確保され、コンパクト集合におけるパラメーターの探索、すなわち最適解の探索は、各パラメーターに対するボックス制約に限定される。

図７は、実施の形態による、代替的なコンピューター又はプロセッサを使用して実施することができるエレベーターシステムを制御する制御システムのブロック図である。コンピューター７１１は、プロセッサ７４０と、コンピューター可読メモリ７１２と、記憶装置７５８と、ディスプレイ７５２及びキーボード７５１を含むユーザーインターフェース７４９とを備え、それらは、バス７５６を通して接続されている。例えば、プロセッサ７４０及びコンピューター可読メモリ７１２と通信するユーザーインターフェース７４９は、ユーザーによるユーザーインターフェース７５７の面、すなわちキーボード面からの入力を受信すると、データ（すなわち、エレベーターかご又はエレベーターシステムの移動を制御することに関するデータ、エレベーターシステム動作履歴データ、同様のエレベーターシステムのエレベーターかごにホール呼びを割り当てることに関連付けられたエレベーターシステム最適化関連データ）を取得し、コンピューター可読メモリ７１２に記憶する。

メモリ７１２は、プロセッサによって実行可能な命令、履歴データ、並びに本開示の方法及びシステムが利用することができる任意のデータを記憶することができることが企図される。プロセッサ７４０は、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コンピューティングクラスター、又は任意の数の他の構成とすることができる。プロセッサ７４０は、バス７５６を通して１つ以上の入力デバイス及び出力デバイスに接続することができる。メモリ７１２としては、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ又は他の任意の好適なメモリシステムを挙げることができる。

図７を更に参照すると、記憶デバイス７５８は、プロセッサによって使用される補助データ及び／又はソフトウェアモジュールを記憶するように適合させることができる。例えば、記憶デバイス７５８は、履歴データと、このエレベーターシステム又は同様のタイプのエレベーターシステムのデバイスのマニュアル等の他の関連したデータとを記憶することができ、デバイスは、本開示に関して上述したようなデータを取得することが可能な検知デバイスを含むことができる。さらに又は代替的に、記憶デバイス７５８は、上記データと同様の履歴データを記憶することができる。記憶デバイス７５８としては、ハードドライブ、光ドライブ、サムドライブ、ドライブのアレイ、又はそれらの任意の組合せを挙げることができる。

システムは、任意選択的に、バス７５６を通して、システムをディスプレイデバイス（図示せず）に接続するように適合されたディスプレイインターフェース（図示せず）に連結することができ、ディスプレイデバイスとしては、特に、コンピューターモニター、カメラ、テレビ受像機、プロジェクター又はモバイルデバイスを挙げることができる。

コンピューター７１１は、電源７５４を備えることができ、用途に応じて、電源７５４は、任意選択的にコンピューター７１１の外部に位置することができる。バス７５６を通して、ディスプレイデバイス７４８に接続するように適合されたユーザー入力インターフェース７５７を連結することができ、そこでは、ディスプレイデバイス７４８としては、特に、コンピューターモニター、カメラ、テレビ受像機、プロジェクター又はモバイルデバイスを挙げることができる。プリンターインターフェース７５９もまた、バス７５６を通して接続し、印刷デバイス７３２に接続するように適合させることができ、そこでは、印刷デバイス７３２としては、特に、液体インクジェットプリンター、固体インクプリンター、大型商用プリンター、サーマルプリンター、ＵＶプリンター又は昇華型プリンターを挙げることができる。ネットワークインターフェースコントローラー（ＮＩＣ）７３４が、バス７５６を通してネットワーク７３６に接続するように適合され、特に、測定データ又は他のデータは、コンピューター７１１の外部のサードパーティディスプレイデバイス、サードパーティ撮像デバイス及び／又はサードパーティ印刷デバイスにおいてレンダリングすることができる。

図７を更に参照すると、特に、上記データ又は他のデータは、特に、ネットワーク７３６の通信チャネルを介して送信し、及び／又は、記憶及び／又は更なる処理のために記憶システム７５８内に記憶することができる。さらに、測定データ又は他のデータは、受信器７４６（又は外部受信器７３８）から無線で若しくは配線により受信し、又は、送信器７４７（又は外部送信器７３９）を介して無線で若しくは配線により送信することができ、受信器７４６及び送信器７４７両方がバス７５６を通して接続される。コンピューター７１１は、入力インターフェース７０８を介して外部検知デバイス７４４及び外部入力／出力デバイス７４１に接続することができる。コンピューター７１１は、他の外部コンピューター７４２、エレベーターシステムの動作を検知するセンサー７０４及び／又は他の機械７０２に接続することができる。出力インターフェース７０９を使用して、プロセッサ７４０からの処理済みデータを出力することができる。

上記で説明した実施の形態は、多数の方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施の形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、ソフトウェアコードは非一時的コンピューター可読メモリ上に記憶され、単一のコンピューターに設けられるのか又は複数のコンピューター間に分散されるのかにかかわらず、任意の適したプロセッサ又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは、１つ以上のプロセッサを集積回路部品に有する集積回路として実装することができる。ただし、プロセッサは、任意の適したフォーマットの回路類を用いて実装することができる。

コンピューター実行可能命令は、１つ以上のコンピューター又は他のデバイスによって実行されるプログラムモジュールのような、数多くの形をとることができる。一般的に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか、又は特定の抽象データ型を実現するルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素及びデータ構造を含む。通常、プログラムモジュールの機能は、種々の実施の形態において望ましいように、組み合わせることができるか、又は分散させることができる。

また、本発明の実施の形態は方法として具現することができ、その一例が提供されてきた。その方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法において順序化することができる。したがって、例示的な実施の形態において順次の動作として示される場合であっても、例示されるのとは異なる順序において動作が実行される実施の形態を構成することもでき、異なる順序は、いくつかの動作を同時に実行することを含む場合もある。

Claims (17)

1. エレベーターシステムの動作を制御する方法であって、該エレベーターシステムは、綱車の周囲に巻き付けられたエレベーターロープによって支持されているエレベーターかごであって、該綱車が回転することにより該綱車と前記エレベーターかごとの間の前記エレベーターロープの長さが変更され、それにより、該エレベーターシステムのエレベーター昇降路内の前記エレベーターかごの移動が制御される、エレベーターかごと、該エレベーターかごに電気信号を搬送するように該エレベーターかご及び前記エレベーター昇降路に接続された少なくとも１つのエレベーターケーブルとを備え、該方法は、該方法を実施する記憶された命令に結合されたプロセッサを使用し、該命令は、該プロセッサによって実行されると、該方法の少なくともいくつかのステップを実行し、該方法は
   前記エレベーターロープの前記長さの変更を要求する前記エレベーターかごの移動に対する呼びを受け取ることと、
   時間の関数として前記エレベーターロープの前記長さ、速度及び加速度のうちの１つ又はそれらの組合せを定義する、エレベーターかごの運動プロファイルに、エレベーターケーブルの揺れを関連付ける、該エレベーターケーブルのモデルにアクセスすることと、
   前記エレベーターケーブルの前記モデルに従って該エレベーターケーブルの前記揺れを低減する前記エレベーターロープの前記長さの前記要求された変更を引き起こす、前記エレベーターかごの前記運動プロファイルを決定することと、
   前記決定された運動プロファイルに従って前記エレベーターかごの運動を制御することと、
   を含む、方法。
2. 前記エレベーターケーブルの前記モデルによって定義される制約を受ける前記エレベーターケーブルの前記揺れのコスト関数による値を最小化する最適化問題を解いて、前記運動プロファイルを生成すること、を更に含み、前記制約は、エレベーターケーブルのかご側セグメント及び昇降路壁側セグメントの長さのパラメーターを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記決定することは、
   複数の運動プロファイルと前記エレベーターロープの前記長さの前記要求された変更の複数の値との間のマッピングを記憶するメモリから、前記運動プロファイルを選択すること、
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記エレベーターケーブルの前記モデルは、前記エレベーターシステムに対する擾乱を含み、
   建物の揺れの加速度を測定するセンサーを使用して前記エレベーターシステムに対する前記擾乱を測定すること、更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記コスト関数は、前記エレベーターロープの前記長さの前記要求された変更を引き起こす前記エレベーターかごの運動の時間を含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記エレベーターケーブルの前記モデルは、
   

   

   を含み、式中、Ｆは、エレベーターケーブルシステムの数学モデルを表す関数であり、Ｘは、前記エレベーターケーブルシステムの状態、例えば、昇降路壁側における前記エレベーターケーブルの揺れ、かご側における該エレベーターケーブルの揺れ、前記昇降路壁側における該エレベーターケーブルの前記揺れの速度、前記かご側における該エレベーターケーブルの前記揺れの速度を表し、
   

   

   は、外乱加速度であり、
   

   

   は、エレベーターロープ長加速度、速度及び長さを表す、請求項１に記載の方法。
7. 前記運動プロファイルは、所定パターンを有する前記エレベーターかごの前記加速度のプロファイルによって定義され、前記決定することは、該所定パターンのパラメーターを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記所定パターンは、一定加速度セクションと、それに続くゼロ加速度セクションと、それに続く一定減速度セクションとを含み、前記パラメーターは、前記加速度の傾き、減速度の傾き、及びエレベーターケーブルのかご側セグメント及び昇降路壁側セグメントの長さを含む、請求項７に記載の方法。
9. エレベーターシステムであって、
   綱車の周囲に巻き付けられたエレベーターロープによって支持されているエレベーターかごであって、該綱車が回転することにより該綱車と前記エレベーターかごとの間の前記エレベーターロープの長さが変更され、それにより、該エレベーターシステムのエレベーター昇降路内の前記エレベーターかごの移動が制御される、エレベーターかごと、
   前記エレベーターロープの前記長さを変更する前記綱車の回転を制御するモーターと、
   前記エレベーターかご及び前記エレベーター昇降路に接続された少なくとも１つのエレベーターケーブルと、
   前記エレベーターロープの前記長さの変更を伴って前記エレベーター昇降路内の現在の位置から異なる位置まで移動する前記エレベーターかごの要求を受け入れる、少なくとも１つの入力インターフェースと、
   エレベーターケーブルの揺れの関数としてのエレベーターケーブルのモデルと、時間の関数として前記エレベーターロープの前記長さ、速度及び加速度のうちの１つ又はそれらの組合せを定義するエレベーターかごの運動プロファイルとを記憶するメモリと、
   前記エレベーターケーブルの前記モデルに従って該エレベーターケーブルの前記揺れを低減する前記エレベーターロープの前記長さの前記要求された変更を引き起こす、前記エレベーターかごの前記運動プロファイルを決定し、前記モーターに前記綱車を回転させ、前該決定した運動プロファイルに従って前記エレベーターかごを移動させるプロセッサを含むコントローラーと、
   を備える、エレベーターシステム。
10. 前記コントローラーは、前記エレベーターケーブルの前記モデルによって定義される制約を受ける前記エレベーターケーブルの前記揺れのコスト関数による値を最小化する最適化問題を解いて、前記運動プロファイルを生成し、前記制約は、エレベーターケーブルのかご側セグメント及び昇降路壁側セグメントの長さのパラメーターを含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記メモリは、複数の運動プロファイルと、前記エレベーターロープの前記長さの前記要求された変更の複数の値との間のマッピングを記憶し、前記コントローラーは、前記マッピングから、前記エレベーターロープの前記長さの前記要求された変更に対応する前記運動プロファイルを選択する、請求項９に記載のシステム。
12. 前記エレベーターケーブルの前記モデルは、前記エレベーターシステムに対する擾乱を含み、前記エレベーターシステムは、
    前記エレベーターシステムに対する前記擾乱を測定するセンサーを更に備えた、請求項９に記載のシステム。
13. 前記エレベーターケーブルの前記モデルは、
    

    

    を含み、式中、Ｆは、エレベーターケーブルシステムの数学モデルを表す関数であり、Ｘは、前記エレベーターケーブルシステムの状態、例えば、昇降路壁側における前記エレベーターケーブルの揺れ、かご側における該エレベーターケーブルの揺れ、前記昇降路壁側における該エレベーターケーブルの前記揺れの速度、前記かご側における該エレベーターケーブルの前記揺れの速度を表し、
    

    

    は、外乱加速度であり、
    

    

    は、エレベーターロープ長加速度、速度及び長さを表す、請求項９に記載のシステム。
14. 前記運動プロファイルは、所定パターンを有する前記エレベーターかごの前記加速度のプロファイルによって定義され、前記決定することは、該所定パターンのパラメーターを決定することを含む、請求項９に記載のシステム。
15. 前記所定パターンは、一定加速度セクションと、それに続くゼロ加速度セクションと、それに続く一定減速度セクションとを含み、前記パラメーターは、前記加速度の傾き、減速度の傾き、及びエレベーターケーブルのかご側セグメント及び昇降路壁側セグメントの長さを含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記エレベーターケーブルの前記モデルは、前記エレベーターシステムに対する擾乱を含み、前記エレベーターシステムは、
    前記エレベーターシステムに対する前記擾乱を測定するセンサーを更に備え、前記コントローラーは、前記エレベーターケーブルの前記モデルによって定義される制約を受ける前記エレベーターケーブルの前記揺れのコスト関数による値を最小化する最適化問題を解いて、前記運動プロファイルを生成する、請求項９に記載のシステム。
17. 前記コスト関数は、前記エレベーターロープの前記長さの前記要求された変更を引き起こす前記エレベーターかごの運動の時間を含む、請求項１６に記載のシステム。

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