JP6950786B1 - エレベーターの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】乗り心地の低下を招くことなく、多段帰還制御によりエレベーターのクリープレス運転を実現する。【解決手段】本発明のエレベーターの制御装置は、かごを昇降させる電動機の駆動制御を行なうエレベーターの制御装置１であって、電動機３の回転速度を指定する速度指令を回転速度の目標値と回転速度の検出値との差に応じて生成する第１ループと、前記電動機のトルクを指定するトルク指令を目標値と検出値との差の積分値と検出値との差に応じて生成する第２ループと、第２ループにより生成されるトルク指令を当該トルク指令の積分値と検出値との差に応じて補正する第３ループと、を有し、第１ループ、第２ループ及び第３ループを用いてかごの位置及び電動機の回転速度を制御する第１の制御と、第１ループ及び第２ループを用いて電動機の回転速度を制御する第２の制御と、を電動機の回転速度の検出値に応じて切り換える。【選択図】図１

Description

本発明は、かごを昇降させる電動機の駆動制御を行なうエレベーターの制御装置及び制御方法に関するものである。

エレベーターでは、かごの停止制御において、かごが着床位置に近づくと、目標とする着床位置の位置決め精度を良くするために、かごの昇降速度を微速のクリープ速度まで減速させ、その後、クリープ速度でかごを一定時間移動させるクリープ運転が行なわれる場合がある。クリープ運転を行なうと、かごが停止するまでの時間が長くなり、エレベーターの稼働効率が低下する。このため、クリープ運転を省略したクリープレス運転によるエレベーターの停止制御技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、位置制御ループと速度制御ループとを含む多段帰還制御によってクリープレス運転を実現することも提案されている。

特開平１１−１９１９９９号公報

多段帰還制御によるクリープレス運転では、位置制御ループを有さない態様と比較してフィードバックゲインが大きくなり、帰還制御の安定性が低下してしまう。帰還制御の安定性が低下すると、ロープ系共振に代表される各種共振ピークの影響やかごを昇降させる電動機の回転速度を検出する速度検出器の低速域における出力遅延の影響等によって、かご内に持続振動が発生し、エレベーターの乗り心地が低下する。

本発明は、乗り心地の低下を招くことなく、多段帰還制御によるクリープレス運転を実現するエレベーターの制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本発明のエレベーターの制御装置は、
かごを昇降させる電動機の駆動制御を行なうエレベーターの制御装置であって、
前記電動機の回転速度を指定する速度指令を前記電動機の回転速度の目標値と前記電動機の回転速度の検出値との差に応じて生成する第１ループと、
前記電動機のトルクを指定するトルク指令を前記目標値と前記検出値との差の積分値と前記検出値との差に応じて生成する第２ループと、
前記トルク指令を前記トルク指令の積分値と前記検出値との差に応じて補正する第３ループと、を有し、
前記第１ループ、前記第２ループ及び前記第３ループを用いて前記かごの位置及び前記電動機の回転速度を制御する第１の制御と、前記第１ループ及び前記第２ループを用いて前記電動機の回転速度を制御する第２の制御と、を前記電動機の回転速度の検出値に応じて切り換える。

前記第２の制御では、前記第３ループを無効にする制御を行なうことができる。

前記かごを着床させるための減速区間の一部では前記第１の制御を行なうことができる。

前記かごが着床する直前の微速区間では、前記第２の制御を行なうことができる。

前記第３ループに、
前記第２ループにより生成されるトルク指令の積分値と前記検出値との差を取り込で出力するサンプルホールド回路であって、前記第３ループによる補正開始を契機として、取り込んだ値を保持し、前記第３ループが有効である期間では、保持した値を出力する第１サンプルホールド回路と、
前記第２ループにより生成されるトルク指令の積分値と前記検出値との差から前記第１サンプルホールド回路の出力を減算して出力する減算器と、
前記減算器の出力を取り込んで出力するサンプルホールド回路であって、前記微速区間の開始を契機として、取り込んだ値を保持し、前記微速区間では保持した値を出力する第２サンプルホールド回路と、
を有し、
前記第２ループにより生成されるトルク指令を、前記第２サンプルホールド回路の出力に応じて補正する構成としてもよい。

また、本発明のエレベーターの制御方法であって、
かごを昇降させる電動機の駆動制御を行なうエレベーターの制御装置に、
前記電動機の回転速度を指定する速度指令を前記電動機の回転速度の目標値と前記電動機の回転速度の検出値との差に応じて生成する第１ループと、前記電動機のトルクを指定するトルク指令を前記目標値と前記検出値との差の積分値と前記検出値との差に応じて生成する第２ループと、前記トルク指令を前記トルク指令の積分値と前記検出値との差に応じて補正する第３ループと、を用いて前記かごの位置及び前記電動機の回転速度を制御する第１の制御と、
前記第１ループ及び前記第２ループを用いて前記電動機の回転速度を制御する第２の制御と、
を前記電動機の回転速度の検出値に応じて切り換えて実行させる。

図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置を含むエレベーターの制御システムの構成例を示す図である。 図２は、従来の多段帰還方式の制御装置を含むエレベーターの制御システムの構成例を示す図である。 図３は、本発明の制御装置による動作例を示す図である。 図４は、本発明の制御装置によるエレベーターの昇降速度のグラフ曲線である。 図５は、従来の制御装置によるエレベーターの昇降速度のグラフ曲線である。

以下、図面を参照しながら、本発明のエレベーターの制御装置１及びその制御方法について説明を行なう。なお、実施形態中の数値等は例示であり、これらに限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るエレベーターの制御装置１の構成例を示す図である。図１には、ハイライズエレベーターのかごを昇降させる電動機２、及び制御装置１による制御の下で電動機２の駆動制御を行なう駆動装置３、及び、電動機２の回転速度を検出する速度検出器４が示されている。ハイライズエレベーターとは、昇降距離がたとえば３００ｍ以上の高層階用のエレベーターのことをいう。速度検出器は、パルスジェネレータ（Pulse Generator）であり、図１では、ＰＧと表記されている。図１では、電動機２が昇降させるエレベーターのかご、かごに取り付けられたロープ、及びロープに取り付けられた錘の図示は省略している。つまり、図１は、エレベーターのかごを昇降させる電動機２の駆動制御を行なう制御装置１を含む制御システムの全体の電気的な構成を図示するものである。

電動機２は、駆動装置３から電力の供給を受け、当該電力に応じた回転速度で回転子を回転させる。本実施形態における電動機２は直流電動機であるが、電動機２は交流電動機であってもよい。駆動装置３は、図示省略する電源から供給される電力を制御装置１から与えられるトルク指令τ＊に応じた電力に変換して電動機２に供給する。本実施形態における駆動装置３はサイリスタレオナード方式の電流変換器であるが、電動機２が交流電動機である場合、駆動装置３としてインバーターを用いればよい。

図１に示すように、制御装置１は、減算器１０、７０、１００及び１２０と、加算器３０及び５０と、比例演算器２０及び４０と、積分器６０及び９０と、乗算器８０及び１４０と、サンプルホールド回路１１０及び１３０と、フィルター１５０とを有する。なお、図１では比例演算器はＰと表記しており、積分器はＩと表記している。比例演算器２０及び積分器６０は第１のＰＩコントローラを形成し、比例演算器４０及び積分器９０は第２のＰＩコントローラを形成する。フィルター１５０は、例えばローパスフィルターであり、速度検出器４の出力信号から高周波ノイズを除去して出力する。

減算器１０、比例演算器２０、及びフィルター１５０は、第１ループを形成する。第１ループは、回転速度の目標値Ｕ＊と回転速度の検出値Ｕとの差に応じて、電動機２の回転速度を指定する速度指令を生成する。減算器１０は、目標値Ｕ＊からフィルター１５０により高周波ノイズを除去済の検出値Ｕを減算し、減算結果を比例演算器２０に出力する。比例演算器２０は入力値に応じた比例演算を行ない、演算結果を速度指令として出力する。

加算器３０、比例演算器４０、積分器６０、減算器７０、乗算器８０及びフィルター１５０は、第２ループを形成する。第２ループは、減算器１０の出力の積分値と検出値Ｕとの差及び比例演算器２０の出力に応じて、かごの位置を制御するための電動機２のトルクを指定するトルク指令を生成する。積分器６０は、減算器１０の出力（すなわち、目標値Ｕ＊とフィルター１５０により高周波ノイズを除去済の検出値Ｕとの差）を積分し、積分結果を減算器７０に出力する。減算器７０は、積分器６０の出力からフィルター１５０により高周波ノイズを除去済の検出値Ｕを減算し、減算結果を乗算器８０に出力する。乗算器８０は、減算器７０の出力にゲインＫ１を乗算し、乗算結果を加算器３０に出力する。加算器３０は、比例演算器２０の出力に乗算器８０の出力を加算し、加算結果を出力する。比例演算器４０は、加算器３０の出力に応じた比例演算を行ない、その演算結果をトルク指令として出力する。

加算器５０、積分器９０、減算器１００、サンプルホールド回路１１０、減算器１２０、サンプルホールド回路１３０、乗算器１４０及びフィルター１５０は、第３ループを形成する。第３ループは、当該トルク指令の積分値と検出値Ｕとの差及び当該トルク指令に応じて、かごの位置を制御するための第２ループにより生成されるトルク指令を補正する。

図２は、従来の多段帰還方式の制御装置１Ａを含む制御システムの構成例を示す図である。図２では、図１におけるものと同じ構成要素には同じ符号が付されている。図２と図１とを比較すれば明らかなように、本発明の制御装置１は、第３ループにサンプルホールド回路１１０、減算器１２０、及びサンプルホールド回路１３０を有する点が従来の制御装置１Ａとは異なる。詳細については後述するが、本発明の制御装置１では、サンプルホールド回路１１０、減算器１２０、及びサンプルホールド回路１３０を制御することによって、第３ループを無効化することができる。

本実施形態の制御装置１は、第１ループ、第２ループ及び第３ループを用いた第１の制御と、第１ループ及び第２ループを用いた第２の制御と、を電動機２の回転速度に応じて切り換えて実行することができ、この点が従来の多段帰還方式の制御装置１Ａと異なる。詳細については後述するが、本実施形態の制御装置１は、エレベーターのかごが着床階に向けて加速、等速、そして減速する際の減速区間の一部において第１の制御を実行し、その他の区間においては第２の制御を実行する。

積分器９０は、加算器３０の出力（すなわち、第２ループにより生成されるトルク指令）を積分し、積分結果を減算器１００に出力する。減算器１００は、積分器９０の出力からフィルター１５０により高周波ノイズを除去済の検出値Ｕを減算し、減算結果を出力する。

サンプルホールド回路１１０は、減算器１００の出力（すなわち、第２ループにより生成されるトルク指令の積分値とフィルター１５０により高周波ノイズを除去済の検出値Ｕとの差）を取り込んで減算器１２０に出力する。サンプルホールド回路１１０は、第３ループによる補正開始を契機として取り込んだ値を保持し、第３ループを有効にする期間では、保持した値を出力する。減算器１２０は、減算器１００の出力からサンプルホールド回路１１０の出力を減算してサンプルホールド回路１３０に出力する。

第３ループを無効にする期間では、サンプルホールド回路１３０は取り込んだ値（減算器１００の出力）をそのまま出力する。従って、第３ループを無効にする期間では、減算器１２０の出力は常にゼロとなり、後段に位置するサンプルホールド回路１３０及び乗算器１４の出力もゼロとなる。これにより。第３ループの無効化が実現される。サンプルホールド回路１１０は、第３ループによる補正開始を契機として減算器１２０の出力を０から徐々に変化させ、第２の制御により生成される速度指令と第１の制御により生成される速度指令とに不連続が生じないようにするために設けられている。減算器１２０は本実施形態における減算器の一例であり、サンプルホールド回路１１０は本実施形態における第１サンプルホールド回路の一例である。

サンプルホールド回路１３０は、減算器１２０の出力を取り込んで乗算器１４０に出力する。サンプルホールド回路１３０は、エレベーターのかごが着床する直前の微速区間の開始を契機として、取り込んだ値を保持し、微速区間では保持した値を出力する。乗算器１４０は、サンプルホールド回路１３０の出力にゲインＫ２を乗算し、乗算結果を加算器５０に出力する。加算器５０は、比例演算器４０の出力に乗算器１４０の出力を加算し、加算結果を補正済みのトルク指令τ＊として出力する。サンプルホールド回路１３０は、第１の制御から第２の制御へ切り替わる際に乗算器１４０への出力が突変することを回避するために設けられている。サンプルホールド回路１３０は、本実施形態における第２サンプルホールド回路の一例である。

以上が本実施形態のエレベーターの制御装置１の構成である。

図３は、制御装置１の動作例を示す図である。前述したように本実施形態では、図３の速度曲線ＶＣに示すように、エレベーターのかごが着床階に向けて加速運転、等速運転、そして減速運転する際の減速区間の一部、具体的には速度Ｖ１（具体的には、６０ｍ／分）から速度Ｖ２（具体的には、０．５ｍ／分）の速度区間Ｔ２において第１の制御を実行し、速度Ｖ２から停止するまでの微速区間Ｔ３及びその他の区間Ｔ１では第２の制御を実行する。なお、図３における等速区間におけるエレベーターの昇降速度は３００ｍ／分である。減速区間の一部のみで第１の制御を行なう理由は次の通りである。

本実施形態における第１の制御では、従来の多段帰還制御と同様に、第２の制御に比較してフィードバックゲインが大きく、常に第１の制御を行なうと、帰還制御の安定性に起因する各種不具合の発生が懸念される。具体的には、共振ピークの影響や速度検出器４の低速域における出力遅延の影響等により、かごの持続振動の発生等が懸念される。例えば微速区間において第１の制御を行なうと、速度検出器４の低速域における出力遅延の影響を大きく受けることになる。このため、本実施形態では微速区間においては第２の制御を実行する。第２の制御に切り替えることにより、フィードバックゲインを下げて不安定さを減少させることができ、応答が鈍くなるものの、速度検出器４の出力遅延等の外乱には強くなるためである。

図４は制御装置１により制御されるエレベーターの昇降速度のグラフ曲線であり、図５は制御装置１Ａにより制御されるエレベーターの昇降速度のグラフ曲線である。図４及び図５において丸印で囲った部分は、速度検出器４の出力遅延に起因するかごの持続振動の振幅を表わしている。図４と図５とを比較すれば明らかなように、本実施形態によれば、従来の多段帰還制御に比較して速度検出器４の出力遅延に起因するかごの持続振動の振幅を小さくすることができ、エレベーターの乗り心地を向上できていることがわかる。以上説明したように、減速区間の一部に限定して第１の制御を行なうのは、帰還制御の安定性の低下に起因する不具合の発生を回避するためである。

上記のように、本実施形態によれば、エレベーターの乗り心地の低下を招くことなく、多段帰還制御によるクリープレス運転を実現することができる。特に、ハイライズエレベーターでは、低層階向けのローライズエレベーターに比較してロープ共振の影響が大きくなるため、本実施形態によればハイライズエレベーターの高速化及び乗り心地の改善を実現できる。

上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

たとえば、上記実施形態では、ハイライズエレベーターのかごの昇降を行なう電動機の駆動制御への適用例を説明したが、低層階向けのローライズエレベーターのかごの昇降を行なう電動機の駆動制御にも本発明は適用可能である。ローライズエレベーターに本発明のエレベーターの制御装置及び制御方法を提供することで、高速化及び乗り心地の改善を期待できる。

上記実施形態では、減速且つ６０ｍ／分〜０．５ｍ／分の速度区間において第１の制御を実行している。これは、３００ｍ／分から６０ｍ／分までの速度区間において制御が不安定になることは好ましくないからである。しかし、第２の制御から第１の制御へ切り変える速度区間の始点は６０ｍ／分に限定されるものではなく、例えば減速の開始時点（エレベーターのかごの昇降加速度のピーク）から第１の制御を実行することもできる。また、同速度区間の終点も０．５ｍ／分には限定されず、エレベーターの昇降速度が１ｍ／分に達した時点で第２の制御に切り替えてもよい。さらには、第１の制御を実行する区間の時間長は、第３ループに残っている信号（サンプルホールド回路１１０に保持されている値）の補正に要する時間長に応じて定めればよく、具体的には、第３ループの応答時間の５倍程度にすることが好ましい。

本発明は、エレベーターのかごを昇降させる電動機の駆動制御を行なう制御装置に、以下の第１の制御と第２の制御とを電動機の回転速度に応じて切り替えさせる制御方法として観念することもできる。第１の制御では、前記電動機の回転速度を指定する速度指令を前記電動機の回転速度の目標値と前記電動機の回転速度の検出値との差に応じて生成する第１ループと、前記電動機のトルクを指定するトルク指令を前記目標値と前記検出値との差の積分値と前記検出値との差に応じて生成する第２ループと、前記第２ループにより生成されるトルク指令を、前記トルク指令の積分値と前記検出値との差に応じて補正する第３ループと、を用いて前記かごの位置及び前記電動機の回転速度が制御される。第２の制御では、前記第１ループ及び前記第２ループを用いて前記電動機の回転速度が制御される。

なお、本発明は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の一般的なコンピューターに上記制御方法を実行させるプログラムとして規定することもできる。当該プログラムの具体的な提供態様としては、ＳＤメモリーカード等のコンピューターで読み取り可能な記録媒体に書き込んで配布する態様、又はインターネット等の電気通信回線経由のダウンロードにより配布する態様を挙げることができる。

１ 制御装置
２ 駆動装置
３ 電動機
４ 速度検出器
１０，７０，１００，１２０ 減算器
３０，５０ 加算器
２０，４０ 比例演算器
６０，９０ 積分器
８０，１４０ 乗算器
１１０，１３０ サンプルホールド回路
１５０ フィルター

Claims (6)

1. かごを昇降させる電動機の駆動制御を行なうエレベーターの制御装置であって、
   前記電動機の回転速度を指定する速度指令を前記電動機の回転速度の目標値と前記電動機の回転速度の検出値との差に応じて生成する第１ループと、
   前記電動機のトルクを指定するトルク指令を前記目標値と前記検出値との差の積分値と前記検出値との差に応じて生成する第２ループと、
   前記トルク指令を前記トルク指令の積分値と前記検出値との差に応じて補正する第３ループと、を有し、
   前記第１ループ、前記第２ループ及び前記第３ループを用いて前記かごの位置及び前記電動機の回転速度を制御する第１の制御と、前記第１ループ及び前記第２ループを用いて前記電動機の回転速度を制御する第２の制御と、を前記電動機の回転速度の検出値に応じて切り換える、
   エレベーターの制御装置。
2. 前記第２の制御では、前記第３ループを無効にする、
   請求項１に記載のエレベーターの制御装置。
3. 前記かごを着床させるための減速区間の一部では前記第１の制御を行なう、
   請求項１又は請求項２に記載のエレベーターの制御装置。
4. 前記かごが着床する直前の微速区間では、前記第２の制御を行なう、
   請求項３に記載のエレベーターの制御装置。
5. 前記第３ループに、
   前記第２ループにより生成されるトルク指令の積分値と前記検出値との差を取り込で出力するサンプルホールド回路であって、前記第３ループによる補正開始を契機として、取り込んだ値を保持し、前記第３ループが有効である期間では、保持した値を出力する第１サンプルホールド回路と、
   前記第２ループにより生成されるトルク指令の積分値と前記検出値との差から前記第１サンプルホールド回路の出力を減算して出力する減算器と、
   前記減算器の出力を取り込んで出力するサンプルホールド回路であって、前記微速区間の開始を契機として、取り込んだ値を保持し、前記微速区間では保持した値を出力する第２サンプルホールド回路と、
   を有し、
   前記第２ループにより生成されるトルク指令を、前記第２サンプルホールド回路の出力に応じて補正する、
   請求項４に記載のエレベーターの制御装置。
6. かごを昇降させる電動機の駆動制御を行なうエレベーターの制御装置に、
   前記電動機の回転速度を指定する速度指令を前記電動機の回転速度の目標値と前記電動機の回転速度の検出値との差に応じて生成する第１ループと、前記電動機のトルクを指定するトルク指令を前記目標値と前記検出値との差の積分値と前記検出値との差に応じて生成する第２ループと、前記トルク指令を前記トルク指令の積分値と前記検出値との差に応じて補正する第３ループと、を用いて前記かごの位置及び前記電動機の回転速度を制御する第１の制御と、
   前記第１ループ及び前記第２ループを用いて前記電動機の回転速度を制御する第２の制御と、
   を前記電動機の回転速度の検出値に応じて切り換えて実行させる、
   エレベーターの制御方法。

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