JPH10114482A - 能動ガイド装置 - Google Patents
能動ガイド装置Info
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- JPH10114482A JPH10114482A JP9230894A JP23089497A JPH10114482A JP H10114482 A JPH10114482 A JP H10114482A JP 9230894 A JP9230894 A JP 9230894A JP 23089497 A JP23089497 A JP 23089497A JP H10114482 A JPH10114482 A JP H10114482A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
- B66B7/00—Other common features of elevators
- B66B7/02—Guideways; Guides
- B66B7/04—Riding means, e.g. Shoes, Rollers, between car and guiding means, e.g. rails, ropes
- B66B7/041—Riding means, e.g. Shoes, Rollers, between car and guiding means, e.g. rails, ropes including active attenuation system for shocks, vibrations
- B66B7/044—Riding means, e.g. Shoes, Rollers, between car and guiding means, e.g. rails, ropes including active attenuation system for shocks, vibrations with magnetic or electromagnetic means
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
- B66B9/00—Kinds or types of lifts in, or associated with, buildings or other structures
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- Automation & Control Theory (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Cage And Drive Apparatuses For Elevators (AREA)
- Lift-Guide Devices, And Elevator Ropes And Cables (AREA)
- Elevator Control (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 エレベータが昇降路を移動するに従って、エ
レベータが移動するガイドレールに対するそのエレベー
タの位置及び運動を効率的に制御する。 【解決手段】 エレベータの能動ガイド装置では、一方
のアクチュエータ２３が他方のアクチュエータの作動に
干渉することを避けるために、制御装置２１が提供され
る。この制御装置は、エレベータ４０のモデルに基づく
力学法則を使用し、全てのセンサ２２からの情報を総合
して、力学法則に従って各アクチュエータ２３が提供す
べき力を決定する。エレベータ４０のモデルは、エレベ
ータ４０がアクチュエータ２３によって出力される力に
どのように対応するのかを判断するために使用される。
レベータが移動するガイドレールに対するそのエレベー
タの位置及び運動を効率的に制御する。 【解決手段】 エレベータの能動ガイド装置では、一方
のアクチュエータ２３が他方のアクチュエータの作動に
干渉することを避けるために、制御装置２１が提供され
る。この制御装置は、エレベータ４０のモデルに基づく
力学法則を使用し、全てのセンサ２２からの情報を総合
して、力学法則に従って各アクチュエータ２３が提供す
べき力を決定する。エレベータ４０のモデルは、エレベ
ータ４０がアクチュエータ２３によって出力される力に
どのように対応するのかを判断するために使用される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エレベータに関
し、特にエレベータが昇降路内でレールに沿って垂直方
向に移動する際の水平方向の能動制御に関する。
し、特にエレベータが昇降路内でレールに沿って垂直方
向に移動する際の水平方向の能動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の水平方向の能動的なガイド制御装
置は、ローカルな間隙に関する情報のみを利用する単純
な制御戦略を使用してエレベータを予め定義された作動
エンベロープ内に保っている。作動エンベロープとは、
予め定義された実質的に許容範囲のエレベータの位置、
速度、及び加速度の値である。能動磁気ガイド（ＡＭ
Ｇ）制御装置と呼ばれる電磁石を用いた制御装置では、
特定のガイドヘッドで特定の方向へ力を発生させる電磁
石アクチュエータは、上記ガイドヘッドの上記方向での
間隙に関する情報をのみを使用する。制御装置がアクチ
ュエータのローカルな情報のみを考慮した場合、アクチ
ュエータによって一つのガイドヘッドで一方向へ発生す
る力は、異なるアクチュエータの運動又は同じガイドヘ
ッドで横方向の運動を引き起こすことがあるので、一方
のアクチュエータは、他方のアクチュエータに干渉する
可能性がある。
置は、ローカルな間隙に関する情報のみを利用する単純
な制御戦略を使用してエレベータを予め定義された作動
エンベロープ内に保っている。作動エンベロープとは、
予め定義された実質的に許容範囲のエレベータの位置、
速度、及び加速度の値である。能動磁気ガイド（ＡＭ
Ｇ）制御装置と呼ばれる電磁石を用いた制御装置では、
特定のガイドヘッドで特定の方向へ力を発生させる電磁
石アクチュエータは、上記ガイドヘッドの上記方向での
間隙に関する情報をのみを使用する。制御装置がアクチ
ュエータのローカルな情報のみを考慮した場合、アクチ
ュエータによって一つのガイドヘッドで一方向へ発生す
る力は、異なるアクチュエータの運動又は同じガイドヘ
ッドで横方向の運動を引き起こすことがあるので、一方
のアクチュエータは、他方のアクチュエータに干渉する
可能性がある。
【０００３】これらの制御装置は、一般的に比例積分偏
差（ＰＩＤ）タイプである。これらの制御装置では、ア
クチュエータの出力を決定するために制御装置によって
利用される制御情報は、間隙（レールに対するガイドヘ
ッドの位置によって検出）、ガイドヘッドの絶対速度、
及び積分により得られるギャップ・オーバータイム(gap
over time)である。このような制御装置は、ガイドヘ
ッドの加速度及び間隙を直接計測するためにセンサを使
用し、時間単位の加速度を積分することによってガイド
ヘッドの速度を求める。各ガイドヘッドでは、加速度及
び間隙は、ここでｘ方向及びｙ方向として示している二
方向で検出され、これらの方向は、相互に垂直である。
また、これら二方向は、ｚ方向として示している昇降路
の方向とも垂直である。
差（ＰＩＤ）タイプである。これらの制御装置では、ア
クチュエータの出力を決定するために制御装置によって
利用される制御情報は、間隙（レールに対するガイドヘ
ッドの位置によって検出）、ガイドヘッドの絶対速度、
及び積分により得られるギャップ・オーバータイム(gap
over time)である。このような制御装置は、ガイドヘ
ッドの加速度及び間隙を直接計測するためにセンサを使
用し、時間単位の加速度を積分することによってガイド
ヘッドの速度を求める。各ガイドヘッドでは、加速度及
び間隙は、ここでｘ方向及びｙ方向として示している二
方向で検出され、これらの方向は、相互に垂直である。
また、これら二方向は、ｚ方向として示している昇降路
の方向とも垂直である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ローカルでない情報を
利用するように設計された衛星制御装置の一つの実施例
に関して、関連する特許出願（１９９４年８月１８日出
願の米国出願第０８／２９２，６６０号、名称“エレベ
ータ用の能動磁気ガイド”）は、座標制御装置の使用を
提案している。この装置では、間隙に関する情報を一組
の座標によって表しており、この座標は、問題であった
エレベータかごの運動を示すのに特に適している。
利用するように設計された衛星制御装置の一つの実施例
に関して、関連する特許出願（１９９４年８月１８日出
願の米国出願第０８／２９２，６６０号、名称“エレベ
ータ用の能動磁気ガイド”）は、座標制御装置の使用を
提案している。この装置では、間隙に関する情報を一組
の座標によって表しており、この座標は、問題であった
エレベータかごの運動を示すのに特に適している。
【０００５】しかし、この発明では、エレベータの動力
学に基づいてエレベータの制御を行なっておらず、その
制御法則は、モデルベースではない。また、アクチュエ
ータ間の干渉を回避するような設計にはなっていない。
学に基づいてエレベータの制御を行なっておらず、その
制御法則は、モデルベースではない。また、アクチュエ
ータ間の干渉を回避するような設計にはなっていない。
【０００６】本発明の目的は、エレベータが昇降路を移
動するに従って、エレベータが移動するガイドレールに
対するそのエレベータの位置及び運動を制御することで
あり、この制御を一組のアクチュエータにエレベータを
ガイドレールの方向へ引っ張るように指令を出す力学法
則によって行うことである。この力は、一組のアクチュ
エータに対応する一組のエレベータポイントの位置及び
加速度に基づいており、また、エレベータ全体がアクチ
ュエータによって出力される引っ張り力に対してどのよ
うに反応するかという認識に基づいている。
動するに従って、エレベータが移動するガイドレールに
対するそのエレベータの位置及び運動を制御することで
あり、この制御を一組のアクチュエータにエレベータを
ガイドレールの方向へ引っ張るように指令を出す力学法
則によって行うことである。この力は、一組のアクチュ
エータに対応する一組のエレベータポイントの位置及び
加速度に基づいており、また、エレベータ全体がアクチ
ュエータによって出力される引っ張り力に対してどのよ
うに反応するかという認識に基づいている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によると、対向す
る壁に二つのガイドレールを有する昇降路内のエレベー
タ用のアクティブガイダンス即ち能動ガイド装置であっ
て、ガイドレールは昇降路の軸に平行な方向で昇降路の
全長に渡って伸びており、エレベータには、ガイドレー
ルに沿ってエレベータを案内するための四つのガイドヘ
ッドが取り付けられている能動ガイド装置は、 ａ）センサを有し、このセンサは、エレベータの絶対加
速度と、昇降路軸に対して横向きの第一感知方向におけ
る四つの位置及び昇降路軸に対して横向きの第二感知方
向における二つの位置でのガイドレールに対するエレベ
ータの位置と、に応答して、これらを表すエレベータの
制御情報信号を供給し、 ｂ）制御装置を有し、この制御装置は、力学法則に従っ
て複数の力指令信号を提供するために上記制御情報信号
に応答し、 ｃ）複数のアクチュエータを有し、各アクチュエータ
は、対応する力指令信号に応答し、対応するセンサの位
置及び感知方向に対応する位置及び方向で正及び負の力
を出力するために設けられており、上記力学法則によっ
て、エレベータの幾何学的形状及び慣性と、アクチュエ
ータによって出力される力によって生じるエレベータの
運動と、を関連づけるモデルに従って、各アクチュエー
タによって出力される力の値が決定される。
る壁に二つのガイドレールを有する昇降路内のエレベー
タ用のアクティブガイダンス即ち能動ガイド装置であっ
て、ガイドレールは昇降路の軸に平行な方向で昇降路の
全長に渡って伸びており、エレベータには、ガイドレー
ルに沿ってエレベータを案内するための四つのガイドヘ
ッドが取り付けられている能動ガイド装置は、 ａ）センサを有し、このセンサは、エレベータの絶対加
速度と、昇降路軸に対して横向きの第一感知方向におけ
る四つの位置及び昇降路軸に対して横向きの第二感知方
向における二つの位置でのガイドレールに対するエレベ
ータの位置と、に応答して、これらを表すエレベータの
制御情報信号を供給し、 ｂ）制御装置を有し、この制御装置は、力学法則に従っ
て複数の力指令信号を提供するために上記制御情報信号
に応答し、 ｃ）複数のアクチュエータを有し、各アクチュエータ
は、対応する力指令信号に応答し、対応するセンサの位
置及び感知方向に対応する位置及び方向で正及び負の力
を出力するために設けられており、上記力学法則によっ
て、エレベータの幾何学的形状及び慣性と、アクチュエ
ータによって出力される力によって生じるエレベータの
運動と、を関連づけるモデルに従って、各アクチュエー
タによって出力される力の値が決定される。
【０００８】ここでは、このようなシステムのための制
御装置は、モデルベースマルチインプットマルチアウト
プット（ＭＩＭＯ）制御装置と呼んでおり、本発明によ
ると、ＰＩＤタイプの制御装置であってもよい。この制
御装置は、エレベータの位置及び運動を予め定義された
許容範囲の値以内に保持する。この制御装置がモデルベ
ースである点は、アクチュエータがどのような力を出力
すべきかを判断するにあたり、エレベータかご室の力学
的運動に関するいくつかの単純化に結び付く仮定に基づ
いて決定する点であり、更に、計測及び実験を通してモ
デルの全ての媒介変数の値を決定することに基づく点で
ある。上記仮定とは、例えば、かご室の本体は、剛性で
あると見なし、その制動は、昇降路に対して横向きの運
動に対して速度に基づいて行われること等である。制御
装置は、エレベータかご室の位置及び運動を許容範囲の
作動エンベロープ内に戻すために、どの程度の力をアク
チュエータによって出力する必要があるかを計算するた
めにモデルを使用する。また、マルチインプットである
点は、制御装置が複数のアクチュエータ位置からの間隙
情報を使用する点であり、マルチアウトプットである点
は、同じ制御装置が各センサと接続した各アクチュエー
タへ指令を提供する点である。
御装置は、モデルベースマルチインプットマルチアウト
プット（ＭＩＭＯ）制御装置と呼んでおり、本発明によ
ると、ＰＩＤタイプの制御装置であってもよい。この制
御装置は、エレベータの位置及び運動を予め定義された
許容範囲の値以内に保持する。この制御装置がモデルベ
ースである点は、アクチュエータがどのような力を出力
すべきかを判断するにあたり、エレベータかご室の力学
的運動に関するいくつかの単純化に結び付く仮定に基づ
いて決定する点であり、更に、計測及び実験を通してモ
デルの全ての媒介変数の値を決定することに基づく点で
ある。上記仮定とは、例えば、かご室の本体は、剛性で
あると見なし、その制動は、昇降路に対して横向きの運
動に対して速度に基づいて行われること等である。制御
装置は、エレベータかご室の位置及び運動を許容範囲の
作動エンベロープ内に戻すために、どの程度の力をアク
チュエータによって出力する必要があるかを計算するた
めにモデルを使用する。また、マルチインプットである
点は、制御装置が複数のアクチュエータ位置からの間隙
情報を使用する点であり、マルチアウトプットである点
は、同じ制御装置が各センサと接続した各アクチュエー
タへ指令を提供する点である。
【０００９】この方法の結果、各アクチュエータは、ロ
ーカルな間隙情報だけでなく、全体的な間隙情報に基づ
いて出力することができ、各アクチュエータが提供すべ
き力の正確な値を決定するために、全体的な情報を動力
学的モデルで使用することができる。この方法では、各
アクチュエータはそれぞれユニゾンでつまり同時に働
く。
ーカルな間隙情報だけでなく、全体的な間隙情報に基づ
いて出力することができ、各アクチュエータが提供すべ
き力の正確な値を決定するために、全体的な情報を動力
学的モデルで使用することができる。この方法では、各
アクチュエータはそれぞれユニゾンでつまり同時に働
く。
【００１０】
【発明の実施の形態】従来の技術を示す図１は、長方形
のフレーム３８内に保持されたエレベータかご室４０を
示している。かご室は、スチールケーブル３９によっ
て、ガイドレール（図示省略）に沿って昇降する。この
従来技術では、エレベータかご室は、ガイドホイール３
７によってガイドレールに沿って案内され、このガイド
ホイールは、トラック外の方向へ移動するエレベータか
ご室に機械的に対応する。ガイドレールは、昇降路内の
互いに対向する壁面に設置されており、ビルの屋上の機
械室にあるモータは、ケーブルが懸架されている綱車を
駆動する。つり合重りがケーブルの他方端に設けられて
いる。
のフレーム３８内に保持されたエレベータかご室４０を
示している。かご室は、スチールケーブル３９によっ
て、ガイドレール（図示省略）に沿って昇降する。この
従来技術では、エレベータかご室は、ガイドホイール３
７によってガイドレールに沿って案内され、このガイド
ホイールは、トラック外の方向へ移動するエレベータか
ご室に機械的に対応する。ガイドレールは、昇降路内の
互いに対向する壁面に設置されており、ビルの屋上の機
械室にあるモータは、ケーブルが懸架されている綱車を
駆動する。つり合重りがケーブルの他方端に設けられて
いる。
【００１１】図２は、好適実施例のモデルで用いた座標
を示したエレベータ装置である。フレーム３８には、四
つのガイドヘッド３１が固定されている。好適実施例に
おけるアクチュエータは、電磁石を用いており、ガイド
ヘッド上に設けられている。これらのアクチュエータ
は、本発明に係る制御装置からの指示に従って、各ガイ
ドヘッドで側面方向の運動に対抗するためにｘ方向の力
を発生させ、前後運動に対抗するためにｙ方向の力を発
生させる。
を示したエレベータ装置である。フレーム３８には、四
つのガイドヘッド３１が固定されている。好適実施例に
おけるアクチュエータは、電磁石を用いており、ガイド
ヘッド上に設けられている。これらのアクチュエータ
は、本発明に係る制御装置からの指示に従って、各ガイ
ドヘッドで側面方向の運動に対抗するためにｘ方向の力
を発生させ、前後運動に対抗するためにｙ方向の力を発
生させる。
【００１２】次に図３を参照すると、本発明に係る制御
装置２１は、それぞれ対応するアクチュエータ２３を有
する複数のローカルセンサ２２からの間隙情報に対応す
る。制御装置は、全てのローカルセンサからの情報に基
づいて、エレベータかご室のモデルを使用してそれぞれ
のアクチュエータが出力すべき力を計算する。これによ
り、エレベータの運動は、予め定義された許容範囲の位
置及び運動の作動エンベロープ内に保持される。
装置２１は、それぞれ対応するアクチュエータ２３を有
する複数のローカルセンサ２２からの間隙情報に対応す
る。制御装置は、全てのローカルセンサからの情報に基
づいて、エレベータかご室のモデルを使用してそれぞれ
のアクチュエータが出力すべき力を計算する。これによ
り、エレベータの運動は、予め定義された許容範囲の位
置及び運動の作動エンベロープ内に保持される。
【００１３】図４は、二つのトランバース方向、即ち、
前後方向（ｘ方向）及び側面方向（ｙ方向）の二方向で
ガイドレール３６から離れるように、または近づくよう
に、電磁石アクチュエータをガイドヘッド３１に固定す
る方法を示している。一つのガイドヘッドに設けられる
二つの前後電磁石３３は、ｘ方向アクチュエータを提供
するために使用される。一方、一つのガイドヘッドに設
けられる電磁石３２と、昇降路に沿って、その電磁石に
対向するように同じ高さで設けられている他方のガイド
レールの他方のガイドヘッドに設けられた電磁石は、単
一のｙ方向アクチュエータを形成するために使用され
る。従って、八つの電磁石は、四つのｘ方向アクチュエ
ータを形成し、四つの電磁石は、二つのｙ方向アクチュ
エータを形成する。上記の各アクチュエータは、アクチ
ュエータを形成する対となった電磁石の一方又は他方を
単に作動させるだけで正及び負の力を出力することがで
きる。
前後方向（ｘ方向）及び側面方向（ｙ方向）の二方向で
ガイドレール３６から離れるように、または近づくよう
に、電磁石アクチュエータをガイドヘッド３１に固定す
る方法を示している。一つのガイドヘッドに設けられる
二つの前後電磁石３３は、ｘ方向アクチュエータを提供
するために使用される。一方、一つのガイドヘッドに設
けられる電磁石３２と、昇降路に沿って、その電磁石に
対向するように同じ高さで設けられている他方のガイド
レールの他方のガイドヘッドに設けられた電磁石は、単
一のｙ方向アクチュエータを形成するために使用され
る。従って、八つの電磁石は、四つのｘ方向アクチュエ
ータを形成し、四つの電磁石は、二つのｙ方向アクチュ
エータを形成する。上記の各アクチュエータは、アクチ
ュエータを形成する対となった電磁石の一方又は他方を
単に作動させるだけで正及び負の力を出力することがで
きる。
【００１４】側面方向（ｘ方向）の間隙３４と、前後方
向（ｙ方向）の間隙３５は、空隙センサによって計測さ
れることが多いが、他の都合のよい方法を使用すること
もできる。各ガイドヘッドの側面方向及び前後方向の加
速度は、加速度計で計測されることが多い。
向（ｙ方向）の間隙３５は、空隙センサによって計測さ
れることが多いが、他の都合のよい方法を使用すること
もできる。各ガイドヘッドの側面方向及び前後方向の加
速度は、加速度計で計測されることが多い。
【００１５】図５を参照すると、かご室に側面方向の運
動を引き起こす二つのｙ方向アクチュエータが示されて
いる。この図では、それぞれのｙ方向アクチュエータ
は、図２の添字１及び２を含む座標を有するガイドヘッ
ドのセンサと連結している。従って、この制御装置で
は、いずれが正であっても負であってもよいＦY1及びＦ
Y2の二つの力のみによって側面方向の運動に対抗してい
る。
動を引き起こす二つのｙ方向アクチュエータが示されて
いる。この図では、それぞれのｙ方向アクチュエータ
は、図２の添字１及び２を含む座標を有するガイドヘッ
ドのセンサと連結している。従って、この制御装置で
は、いずれが正であっても負であってもよいＦY1及びＦ
Y2の二つの力のみによって側面方向の運動に対抗してい
る。
【００１６】図６は、ここでは一般化座標（φ1，φ2）
と呼ぶエレベータかご室の側面方向の運動を表すために
使用される座標を示している。これらの座標は、（直接
計測される）デカルト座標（ｙ1，ｙ2）に対応付けられ
る。側面方向の運動を表すのに、デカルト座標を使用す
ることもできるが、運動の方程式はより複雑になる。
と呼ぶエレベータかご室の側面方向の運動を表すために
使用される座標を示している。これらの座標は、（直接
計測される）デカルト座標（ｙ1，ｙ2）に対応付けられ
る。側面方向の運動を表すのに、デカルト座標を使用す
ることもできるが、運動の方程式はより複雑になる。
【００１７】図７を参照すると、第二タイプの運動は、
前後方向つまりｘ方向の運動である。この運動は、図２
で１〜４の添字を含む座標を有するガイドヘッドにおい
てｘ方向アクチュエータによって出力される力ＦX1，Ｆ
X2，ＦX3，ＦX4によって対抗される。図７もまた、三つ
の一般化座標（θ1，θ2，ψ）を示しており、これらの
座標は、エレベータかご室本体が堅いことを前提とする
場合の前後運動を表すために必要とされる。
前後方向つまりｘ方向の運動である。この運動は、図２
で１〜４の添字を含む座標を有するガイドヘッドにおい
てｘ方向アクチュエータによって出力される力ＦX1，Ｆ
X2，ＦX3，ＦX4によって対抗される。図７もまた、三つ
の一般化座標（θ1，θ2，ψ）を示しており、これらの
座標は、エレベータかご室本体が堅いことを前提とする
場合の前後運動を表すために必要とされる。
【００１８】次に、図５、図６、及び図７を参照する
と、制動を無視した側面方向及び前後の運動の運動方程
式のための幾何学的形状及び力の図が示されている。こ
れらの方程式では、重力によって生じる加速度はｇで表
され、鋼線の伸びに関するヤング係数はＥで表され、各
鋼線の横断面はＡで表される。更にＩX，ＩY，ＩZはそ
れぞれエレベータかご室の質量中心を通過するｘ，ｙ，
ｚ軸周りの回転に関するエレベータかご室の慣性モーメ
ントである。長さｌABS及びｌABFは、それぞれヒッチ４
１（図５参照）と、上部の側面方向アクチュエータ、及
びヒッチと、上部の前後方向アクチュエータとの間の距
離である。同様に、長さｌBCS及びｌBCFは、それぞれヒ
ッチ４１と、底部側面方向アクチュエータ、及びヒッチ
と、底部前後方向アクチュエータとの間の距離である。
と、制動を無視した側面方向及び前後の運動の運動方程
式のための幾何学的形状及び力の図が示されている。こ
れらの方程式では、重力によって生じる加速度はｇで表
され、鋼線の伸びに関するヤング係数はＥで表され、各
鋼線の横断面はＡで表される。更にＩX，ＩY，ＩZはそ
れぞれエレベータかご室の質量中心を通過するｘ，ｙ，
ｚ軸周りの回転に関するエレベータかご室の慣性モーメ
ントである。長さｌABS及びｌABFは、それぞれヒッチ４
１（図５参照）と、上部の側面方向アクチュエータ、及
びヒッチと、上部の前後方向アクチュエータとの間の距
離である。同様に、長さｌBCS及びｌBCFは、それぞれヒ
ッチ４１と、底部側面方向アクチュエータ、及びヒッチ
と、底部前後方向アクチュエータとの間の距離である。
【００１９】従って、側面方向運動即ちｙ方向運動の方
程式は、以下の通りである。
程式は、以下の通りである。
【００２０】
【数４】
【００２１】ここでは、センサによって計測された間隙
ｙ1及びｙ2は、以下の方程式で示すように、φ1及びφ2
と対応している。
ｙ1及びｙ2は、以下の方程式で示すように、φ1及びφ2
と対応している。
【００２２】
【数５】
【００２３】これらの方程式は、側面方向の運動の一般
化座標とデカルト座標との間の変換を定義している。
化座標とデカルト座標との間の変換を定義している。
【００２４】前後運動即ちｘ方向運動の全体的な動力学
は以下の方程式によって表される。
は以下の方程式によって表される。
【００２５】
【数６】
【００２６】ここでは、四つのセンサによる計測値
ｘ1，ｘ2，ｘ3，及びｘ4は、以下の方程式で示すように
それぞれ（一般化座標である）角度θ1，θ2及びψと対
応している。
ｘ1，ｘ2，ｘ3，及びｘ4は、以下の方程式で示すように
それぞれ（一般化座標である）角度θ1，θ2及びψと対
応している。
【００２７】
【数７】
【００２８】これらの方程式は、前後運動の一般化座標
とデカルト座標との間の変換を定義している。
とデカルト座標との間の変換を定義している。
【００２９】前後及び側面方向の運動に関する動力学的
方程式は、一つの行列方程式で表すことができる。以下
のように、一列の行列Ｑで一般化座標を全て表し、一列
の行列Ｈを制御装置によって計算される全てのアクチュ
エータの力を表した場合、
方程式は、一つの行列方程式で表すことができる。以下
のように、一列の行列Ｑで一般化座標を全て表し、一列
の行列Ｈを制御装置によって計算される全てのアクチュ
エータの力を表した場合、
【００３０】
【数８】
【００３１】力学的方程式は、以下のような行列で表す
ことができる。
ことができる。
【００３２】
【数９】
【００３３】ここでは、行列Ｍ，Ｋ，及びＢは、力学的
モデルによって定義されており、上記の行列でない式に
よって表した前後及び側面方向の運動の力学的方程式に
おける適切な項に等しくなるように要素が設定されてい
る。更に行列Ｃは、横方向の速度に比例する、かご室の
横方向の運動（前後及び側面方向の運動）の制動を表す
要素係数を有する。これらの係数は、実験的な計測より
求められる。一列の行列Ｈは、空気力学的な風力等、エ
レベータに働く直接的なディスターバンス・フォース即
ち外乱を表すために使用することもできる。
モデルによって定義されており、上記の行列でない式に
よって表した前後及び側面方向の運動の力学的方程式に
おける適切な項に等しくなるように要素が設定されてい
る。更に行列Ｃは、横方向の速度に比例する、かご室の
横方向の運動（前後及び側面方向の運動）の制動を表す
要素係数を有する。これらの係数は、実験的な計測より
求められる。一列の行列Ｈは、空気力学的な風力等、エ
レベータに働く直接的なディスターバンス・フォース即
ち外乱を表すために使用することもできる。
【００３４】計測される間隙を表すのに、記法Ｇ＝（ｙ
1−ｙr1，ｙ2−ｙr2，ｘ1−ｘr1，ｘ2−ｘr2，ｘ3−ｘ
r3，ｘ4−ｘr4）を使用し、ここでの計算には、レール
の不規則性Ｒ＝（ｙr1，ｙr2，ｘr1，ｘr2，ｘr3，
ｘr4）を用い、行列Ｒの各成分がエレベータ装置のｚに
よって決まる定数である場合において、間隙の計測値Ｇ
と、一般化座標Ｑとの間の座標変換の方程式は、以下の
ような行列として表すことができる。
1−ｙr1，ｙ2−ｙr2，ｘ1−ｘr1，ｘ2−ｘr2，ｘ3−ｘ
r3，ｘ4−ｘr4）を使用し、ここでの計算には、レール
の不規則性Ｒ＝（ｙr1，ｙr2，ｘr1，ｘr2，ｘr3，
ｘr4）を用い、行列Ｒの各成分がエレベータ装置のｚに
よって決まる定数である場合において、間隙の計測値Ｇ
と、一般化座標Ｑとの間の座標変換の方程式は、以下の
ような行列として表すことができる。
【００３５】
【数１０】
【００３６】ここでは、Ｔは、前後及び側面方向の運動
の両方に関するデカルト間隙と一般化座標との対応を表
した上記の方程式によって定義された六行五列の変換行
列である。
の両方に関するデカルト間隙と一般化座標との対応を表
した上記の方程式によって定義された六行五列の変換行
列である。
【００３７】本発明に係る好適実施例のモデルベースＭ
ＩＭＯ制御装置において、各アクチュエータによって提
供されることが必要な力は、この記法では、以下の方程
式によって表される。
ＩＭＯ制御装置において、各アクチュエータによって提
供されることが必要な力は、この記法では、以下の方程
式によって表される。
【００３８】
【数１１】
【００３９】ここでは、ＫP，ＫD，及びＫIは、対角成
分が以下のように求められる五行五列の対角行列であ
る。
分が以下のように求められる五行五列の対角行列であ
る。
【００４０】このような制御法則を選択することによっ
て、力学的方程式は、以下のような行列として表され
る。
て、力学的方程式は、以下のような行列として表され
る。
【００４１】
【数１２】
【００４２】また、共通因数である行列Ｍを除くと、力
学的方程式は、五つの非連成非斉次(uncoupled non-hom
ogeneous)微分積分方程式となる。
学的方程式は、五つの非連成非斉次(uncoupled non-hom
ogeneous)微分積分方程式となる。
【００４３】この力学法則を使用するためには、ＫP，
ＫD，及びＫIの（対角）成分の値を求める必要がある。
これらの成分の値は、方程式の右側を０にすることで求
めることができる。この結果、以下の行列の形式では装
置より独立した制御方程式である五つの非連成斉次微分
積分方程式が求められる。
ＫD，及びＫIの（対角）成分の値を求める必要がある。
これらの成分の値は、方程式の右側を０にすることで求
めることができる。この結果、以下の行列の形式では装
置より独立した制御方程式である五つの非連成斉次微分
積分方程式が求められる。
【００４４】
【数１３】
【００４５】ここでは、Ｑ（ｔ）は未知数であり、レー
ルの不規則性が存在しない場合において、エレベータの
運動を一般化座標として表している。例えば、φ1の方
程式は、以下の通りである。
ルの不規則性が存在しない場合において、エレベータの
運動を一般化座標として表している。例えば、φ1の方
程式は、以下の通りである。
【００４６】
【数１４】
【００４７】ここでは、変数ｋd1，ｋp1，及びｋi1は、
それぞれＫD，ＫP，及びＫIのｌ−ｌ（対角）成分であ
り、一般化座標φ1に関して予め定義された作動エンベ
ロープ内にエレベータを保持するために選択される。
それぞれＫD，ＫP，及びＫIのｌ−ｌ（対角）成分であ
り、一般化座標φ1に関して予め定義された作動エンベ
ロープ内にエレベータを保持するために選択される。
【００４８】本文において、作動エンベロープとは、各
一般化座標におけるエレベータの位置、速度、及び加速
度の許容範囲であり、各一般化座標は、使用されるモデ
ルによって異なる程度のエレベータの自由度に対応す
る。各ガイドヘッドに設けられたセンサの観点からは、
制御装置は、各ガイドヘッドにおいて基準となる間隙を
保持し、エレベータを傾ける乗車時の不釣り合い等の釣
り合いを崩す力に対してアクチュエータからの最低限の
力で対応し、エレベータの内部が非剛性（弾性）振動モ
ードで振動しないで、基準となる間隙に戻るように対応
する必要がある。
一般化座標におけるエレベータの位置、速度、及び加速
度の許容範囲であり、各一般化座標は、使用されるモデ
ルによって異なる程度のエレベータの自由度に対応す
る。各ガイドヘッドに設けられたセンサの観点からは、
制御装置は、各ガイドヘッドにおいて基準となる間隙を
保持し、エレベータを傾ける乗車時の不釣り合い等の釣
り合いを崩す力に対してアクチュエータからの最低限の
力で対応し、エレベータの内部が非剛性（弾性）振動モ
ードで振動しないで、基準となる間隙に戻るように対応
する必要がある。
【００４９】実際の使用においては、行列ＫD，ＫP，及
びＫ1の（対角）成分の値は、システムから独立した制
御方程式によって表される個々の微分積分方程式を、ラ
プラス変換等を使用して代数的方程式に変換することに
よって選択される。また、エレベータを作動エンベロー
プ内に保つためには、ＫD，ＫP，及びＫＩの（対角）成
分の値は、本発明に係る教示に従って、代数的方程式の
極が左半分の複素平面上に最初に位置するように選択さ
れる。続いて、ＫP成分の値は、必要最小減のばね率を
得ることができるように選択され、また、ＫI成分は、
積載物の不釣り合いによってエレベータの中心がずれた
場合にどの程度の速さで制御装置がエレベータを中心地
点に戻るようにしたらよいかを設定するように選択され
る。最後に、ＫD成分は、できる限り大きな値が選択さ
れるが、かご室本体が弾性的に変形可能に振動しない程
度の値が選択される。剛性体であるかご室の振動よりも
周波数が高いこれらの振動のモードの励振を避けるため
に、ＫDの成分をそのエレベータによって決まる感度限
界以下に保持する必要がある。ＫDに関する上記の制約
と一貫して、ＫP及びＫIの成分は、各一般化座標の微分
積分方程式のラプラス変換によって求められる方程式の
極が可能な限り負の実部を有するように、使用者によっ
て予め設定された最低値以上になるように選択される。
びＫ1の（対角）成分の値は、システムから独立した制
御方程式によって表される個々の微分積分方程式を、ラ
プラス変換等を使用して代数的方程式に変換することに
よって選択される。また、エレベータを作動エンベロー
プ内に保つためには、ＫD，ＫP，及びＫＩの（対角）成
分の値は、本発明に係る教示に従って、代数的方程式の
極が左半分の複素平面上に最初に位置するように選択さ
れる。続いて、ＫP成分の値は、必要最小減のばね率を
得ることができるように選択され、また、ＫI成分は、
積載物の不釣り合いによってエレベータの中心がずれた
場合にどの程度の速さで制御装置がエレベータを中心地
点に戻るようにしたらよいかを設定するように選択され
る。最後に、ＫD成分は、できる限り大きな値が選択さ
れるが、かご室本体が弾性的に変形可能に振動しない程
度の値が選択される。剛性体であるかご室の振動よりも
周波数が高いこれらの振動のモードの励振を避けるため
に、ＫDの成分をそのエレベータによって決まる感度限
界以下に保持する必要がある。ＫDに関する上記の制約
と一貫して、ＫP及びＫIの成分は、各一般化座標の微分
積分方程式のラプラス変換によって求められる方程式の
極が可能な限り負の実部を有するように、使用者によっ
て予め設定された最低値以上になるように選択される。
【００５０】図８及び図９は、本発明に係るモデルベー
スＭＩＭＯ制御装置に比較して一入力一出力（ＳＩＳ
Ｏ）制御装置がどのように機能するかの予測を示してい
る。図８に示すように、この比較における二種類の制御
装置は、特定のレールの外乱インプットに対してほぼ同
じレベルの性能を発揮するように調整されている。レー
ルの単位あたりのエレベータの外乱は、全ての周波数に
おいて双方の制御装置で同様であることが分かる。一
方、風による外乱が加わった場合には、同様の周波数の
増加に対してモデルベースＭＩＭＯ制御装置がかなり優
れた性能を発揮することが図９よりわかる。モデルベー
スＭＩＭＯ制御装置での風力の単位あたりの外乱は、Ｓ
ＩＳＯ制御装置に比較してほぼ一マグニチュード程度も
少ない。ここで使用しているＭＩＭＯ制御装置は、６ｄ
ｂのゲイン余裕と、４０°の位相余裕と、を有する。
スＭＩＭＯ制御装置に比較して一入力一出力（ＳＩＳ
Ｏ）制御装置がどのように機能するかの予測を示してい
る。図８に示すように、この比較における二種類の制御
装置は、特定のレールの外乱インプットに対してほぼ同
じレベルの性能を発揮するように調整されている。レー
ルの単位あたりのエレベータの外乱は、全ての周波数に
おいて双方の制御装置で同様であることが分かる。一
方、風による外乱が加わった場合には、同様の周波数の
増加に対してモデルベースＭＩＭＯ制御装置がかなり優
れた性能を発揮することが図９よりわかる。モデルベー
スＭＩＭＯ制御装置での風力の単位あたりの外乱は、Ｓ
ＩＳＯ制御装置に比較してほぼ一マグニチュード程度も
少ない。ここで使用しているＭＩＭＯ制御装置は、６ｄ
ｂのゲイン余裕と、４０°の位相余裕と、を有する。
【００５１】本発明を好適実施例に沿って開示及び説明
してきたが、その構成及び詳細に関する上記及びその他
の改良、省略、及び追加は、本発明の趣旨及び範囲から
離れない範囲で行うことができることは、当業者によっ
て理解されるであろう。
してきたが、その構成及び詳細に関する上記及びその他
の改良、省略、及び追加は、本発明の趣旨及び範囲から
離れない範囲で行うことができることは、当業者によっ
て理解されるであろう。
【００５２】本発明を要約すると、エレベータの能動ガ
イド装置では、一方のアクチュエータ２３が他方のアク
チュエータの作動に干渉することを避けるために、制御
装置２１が提供される。この制御装置は、エレベータ４
０のモデルに基づく力学法則を使用し、全てのセンサ２
２からの情報を総合して、力学法則に従って各アクチュ
エータ２３が提供すべき力を決定する。エレベータ４０
のモデルは、エレベータ４０がアクチュエータ２３によ
って出力される力にどのように対応するのかを判断する
ために使用される。好適実施例では、エレベータ４０は
剛性体としてアクチュエータの力に対応すると仮定され
る。モデル全体がこの基本的な仮定に基づいて確立さ
れ、アクチュエータ２３の力に対応するエレベータの剛
性体運動を説明するために必要となるエレベータの全て
の幾何学的及び慣性の属性が最終的に含まれる。
イド装置では、一方のアクチュエータ２３が他方のアク
チュエータの作動に干渉することを避けるために、制御
装置２１が提供される。この制御装置は、エレベータ４
０のモデルに基づく力学法則を使用し、全てのセンサ２
２からの情報を総合して、力学法則に従って各アクチュ
エータ２３が提供すべき力を決定する。エレベータ４０
のモデルは、エレベータ４０がアクチュエータ２３によ
って出力される力にどのように対応するのかを判断する
ために使用される。好適実施例では、エレベータ４０は
剛性体としてアクチュエータの力に対応すると仮定され
る。モデル全体がこの基本的な仮定に基づいて確立さ
れ、アクチュエータ２３の力に対応するエレベータの剛
性体運動を説明するために必要となるエレベータの全て
の幾何学的及び慣性の属性が最終的に含まれる。
【図１】従来のローラガイドエレベータ装置である。
【図２】従来技術及び本発明に係る能動磁気ガイド制御
のエレベータ装置である。
のエレベータ装置である。
【図３】アクチュエータが力を出力するように該アクチ
ュエータに指令信号を提供するために、かご室に関連す
る感知可能なローカル信号に応答する本発明に係る制御
装置である。
ュエータに指令信号を提供するために、かご室に関連す
る感知可能なローカル信号に応答する本発明に係る制御
装置である。
【図４】従来技術及び本発明に係る一般的な能動磁気ガ
イド装置ガイドヘッドと、対応するガイドレールの平面
図である。
イド装置ガイドヘッドと、対応するガイドレールの平面
図である。
【図５】本発明に係るモデルで使用されるいくつかの座
標を示したエレベータかご室の側面方向の運動即ちｙ方
向の運動の概略図である。
標を示したエレベータかご室の側面方向の運動即ちｙ方
向の運動の概略図である。
【図６】側面方向の運動を説明するためにデカルト座標
（ｙ1，ｙ2）と一般化座標（φ1，φ2）を示したエレベ
ータかご室の側面方向の運動の概略図である。
（ｙ1，ｙ2）と一般化座標（φ1，φ2）を示したエレベ
ータかご室の側面方向の運動の概略図である。
【図７】本発明に係るモデルで使用したデカルト座標
（ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4）と一般化座標（φ1，φ2，ψ）
を示したエレベータかご室の前後運動即ちｘ方向の運動
の概略図である。
（ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4）と一般化座標（φ1，φ2，ψ）
を示したエレベータかご室の前後運動即ちｘ方向の運動
の概略図である。
【図８】従来の単一インプット単一アウトプット制御装
置と、本発明に係るモデルベースＭＩＭＯ制御装置と、
の間でのレールによる外乱に対する性能の予測比較図で
ある。
置と、本発明に係るモデルベースＭＩＭＯ制御装置と、
の間でのレールによる外乱に対する性能の予測比較図で
ある。
【図９】従来の単一インプット単一アウトプット制御装
置と、本発明に係るモデルベースＭＩＭＯ制御装置と、
の間での風による外乱に対する性能の予測比較図であ
る。
置と、本発明に係るモデルベースＭＩＭＯ制御装置と、
の間での風による外乱に対する性能の予測比較図であ
る。
３１…ガイドヘッド ３８…フレーム ３９…スチールケーブル ４０…かご室 ４１…ヒッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシィ エム．レマーズ アメリカ合衆国，コネチカット，ニュー ハートフォード，ブルーニング ロード 132 (72)発明者 ランダル ケイ．ロバーツ アメリカ合衆国，コネチカット，アムスト ン，セテルメント ロード 48
Claims (4)
- 【請求項１】 対向する壁に二つガイドレールを有する
昇降路内にあるエレベータ用の能動ガイド装置であっ
て、前記ガイドレールは、昇降路軸に平行な方向で昇降
路の全長に渡って伸びており、前記エレベータには、該
エレベータを前記ガイドレールに沿って案内するための
四つのガイドヘッドが取り付けられており、 ａ）センサを有し、前記センサは、前記エレベータの絶
対加速度と、前記昇降路軸に対して横向きの第一感知方
向における四つの位置及び前記昇降路軸に対して横向き
の第二感知方向における二つの位置での前記ガイドレー
ルに対する前記エレベータの位置と、に応答してこれら
を表す前記エレベータの制御情報信号を供給し、 ｂ）制御装置を有し、前記制御装置は、力学法則に従っ
て複数の力指令信号を提供するために前記制御情報信号
に応答し、 ｃ）複数のアクチュエータを有し、前記各アクチュエー
タは、対応する前記力指令信号に応答し、対応する前記
センサの位置及び感知方向に対応する位置及び方向で正
及び負の力を出力するために設けられており、 前記力学法則によって、前記エレベータの幾何学的形状
及び慣性と、前記アクチュエータによって出力される力
によって生じるエレベータの運動と、を関連づけるモデ
ルに従って、前記各アクチュエータによって出力される
力の値が決定されることを特徴とする能動ガイド装置。 - 【請求項２】 前記モデルは、前記昇降路軸の横方向の
運動に対する制動を行う剛性体に関し、エレベータの昇
降路軸に対して横方向の運動を予測するために、 【数１】 の動力学的方程式を使用し、 この方程式において、Ｑは、一般化座標の五行１列の行
列であり、これらの成分の組合せによってエレベータの
前記昇降路軸に対する横方向の運動が表わされ、転換方
程式Ｇ＝ＴＱ−Ｒによってセンサで感知された間隙の値
である６行一列の行列Ｇに対応しており、前記転換方程
式において、Ｔは、エレベータの幾何学的形状より決定
された六行五列の行列であり、Ｒは、前記各センサに対
応するレールの不規則性を表す六行一列の行列であり、 Ｈは、六行一列の行列であり、前記各アクチュエータに
一つの成分が対応しており、各成分は、前記各アクチュ
エータが提供すべき力の大きさ及び方向の値を表してお
り、 Ｂは、五行六列の行列であり、エレベータの幾何学的形
状よりその成分が計算され、前記成分は、前記アクチュ
エータによって加えられた力と、一般化座標で表される
エレベータの運動とを関連づけており、 Ｍ及びＫは、五行五列の行列であり、Ｍは、エレベータ
の慣性によって定まる計算された成分を有し、Ｋは、エ
レベータに働く復原トルクによって定まる計算された成
分を有し、 Ｃは、五行五列の行列であり、昇降路軸に対して横方向
の第一及び第二感知方向でのエレベータ運動の制動を表
す成分を有することを特徴とする請求項１記載の能動ガ
イド装置。 - 【請求項３】 前記力学法則は、 【数２】 であり、この方程式におけるＫP，ＫD，及びＫIは、そ
れぞれ五行五列の行列であり、それらの成分は、システ
ムから独立した制御方程式である 【数３】 の解Ｑがエレベータの前記昇降路軸に対する横向きの前
記第一及び前記第二感知方向での運動を表すように選択
されており、前記運動は、予め定義された作動エンベロ
ープの範囲内であることを特徴とする請求項２記載の能
動ガイド装置。 - 【請求項４】 前記各アクチュエータは、二つの電磁石
を有し、各前記電磁石は、エレベータを同じ線上の反対
方向に引っ張るための方向及び位置に配置されているこ
とを特徴とする請求項３記載の能動ガイド装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/703,493 US5866861A (en) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | Elevator active guidance system having a model-based multi-input multi-output controller |
| US08/703493 | 1996-08-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10114482A true JPH10114482A (ja) | 1998-05-06 |
| JP3955365B2 JP3955365B2 (ja) | 2007-08-08 |
Family
ID=24825600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23089497A Expired - Fee Related JP3955365B2 (ja) | 1996-08-27 | 1997-08-27 | 能動ガイド装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5866861A (ja) |
| JP (1) | JP3955365B2 (ja) |
| CN (1) | CN1090148C (ja) |
| HK (1) | HK1008209A1 (ja) |
| SG (1) | SG109400A1 (ja) |
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| US6408987B2 (en) | 2000-03-16 | 2002-06-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Elevator guidance device |
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