JPWO2009060519A1 - エレベータのドア制御装置 - Google Patents

Abstract

エレベータのドア制御装置においては、フィードフォワード制御部は、速度指令に対する追従性能を指定するための第１の出力を第１の伝達関数を用いて生成するとともに、速度指令に対する追従性能を指定するための第２の出力を第２の伝達関数と階床毎のエレベータドアに関するパラメータとを用いて生成する。フィードバック制御部は、第１の出力と、ドアモータの実速度に関する情報と、パラメータとに基づいて、速度指令に対するドアモータの回転誤差を補正するための出力を生成する。ドア制御装置は、第２の出力とフィードバック制御部からの出力との和から、ドアモータに対するトルク指令を生成する。

Description

この発明は、かごと乗場との間に設けられたエレベータドアの開閉を制御するエレベータのドア制御装置に関するものである。

従来のエレベータのドア制御装置では、予め記憶した乗場ドアの重量に応じて制御定数を変更することにより、乗場ドアの重量が階床毎に異なることによるドアの速度特性の変化が防止される（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の他のドア制御装置では、戸開閉時の制御履歴データが階床毎に記憶され、その制御履歴データに基づいて、ドア重量同定手段により各階床毎のドア重量が同定される。そして、同定されたドア重量に応じて決定された制御定数で、ドアの開閉制御が実施される（例えば、特許文献２参照）。
また、従来のさらに他のドア制御装置では、指令速度に対する実速度の偏差の積算値から制御定数を決定することにより、ドア重量が大幅に変更されてもドア開閉時間を変更せずにドアの開閉が行われる（例えば、特許文献３参照）。

特開平４−２４３７９１号公報 特開２０００−１５９４６１号公報 特開２００６−１８２４７９号公報

上記のような従来のドア制御装置では、ドア重量の違いに対する速度追従性能を向上させることはできるものの、いずれのドア制御装置によってもドアの振動は必ずしも低減することができなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、階床毎に高い振動抑制性能及び速度追従性能を両立させることができるエレベータのドア制御装置を得ることを目的とする。

この発明によるエレベータのドア制御装置は、階床毎のエレベータドアに関するパラメータを記憶する階床データ記憶部、エレベータドアに対する速度指令が入力され、速度指令に対する追従性能を指定するための第１の出力を第１の伝達関数を用いて生成するとともに、速度指令に対する追従性能を指定するための第２の出力を第２の伝達関数とパラメータとを用いて生成するフィードフォワード制御部、及び第１の出力と、ドアモータの実速度に関する情報と、パラメータとに基づいて、速度指令に対するドアモータの回転誤差を補正するための出力を生成するフィードバック制御部を備え、第２の出力とフィードバック制御部からの出力との和から、ドアモータに対するトルク指令を生成する。

この発明の実施の形態１によるエレベータのかごドア装置の要部を示す構成図である。 図１のドア制御装置を示すブロック図である。 エレベータドアを２慣性系簡易モデル化した場合の周波数応答特性を示すグラフである。 無次元化交差周波数と抑制したい振動モードの減衰比との関係を示すグラフである。 一定の大きさの掃引正弦波であるトルク指令を示すグラフである。 図５のトルク指令に対する回転センサからの出力を示すグラフである。 実施の形態１のドア制御装置を用いてエレベータドアを戸開したときの速度指令及びドア下部速度の時間変化を示すグラフである。 従来のドア制御装置を用いてエレベータドアを戸開したときの速度指令及びドア下部速度の時間変化を示すグラフである。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるエレベータのかごドア装置の要部を示す構成図である。図において、かご出入口の上部には、桁１が固定されている。桁１には、レール２が水平に設けられている。かご出入口を開閉する一対のかごドア３は、レール２から吊り下げられ、レール２に沿って移動される。各かごドア３は、ドアパネル４と、ドアパネル４の上部に設けられたドアハンガ５とを有している。ドアハンガ５には、レール２に沿って転動される複数のハンガローラ６が設けられている。

桁１には、駆動プーリ７と従動プーリ８とがかごドア３の開閉方向に互いに間隔をおいて設けられている。駆動プーリ７と従動プーリ８との間には、無端状の伝動条体９が巻き掛けられている。駆動プーリ７は、ドアモータ１０により回転される。駆動プーリ７が回転されると、伝動条体９が循環動作し、従動プーリ８が回転される。

ドアハンガ５は、伝動条体９の循環動作によりドア３が互いに逆方向へ移動されるように、連結具１１ａ，１１ｂを介して伝動条体９の上側部分及び下側部分に連結されている。ドアモータ１０の駆動、即ちかごドア３の開閉は、ドア制御装置１２により制御される。ドア制御装置１２は、ドアモータ１０を駆動するための電流を制御することにより、指令に則ったかごドア３の開閉を行う。乗場出入口を開閉する乗場ドア（図示せず）は、かごが階床に停止しているとき、かごドア３のいずれか一方又は両方に係合され、かごドア３と一体に移動される。

図２は図１のドア制御装置１２を示すブロック図である。ドア制御装置１２は、例えば、演算処理部、記憶部（ＲＯＭ及びＲＡＭ等）及び信号入出力部を有するマイクロコンピュータにより構成することができる。即ち、以下のドア制御装置１２の機能は、マイクロコンピュータにより実現可能である。また、マイクロコンピュータの記憶部には、以下の機能を実行するためのプログラムが格納されている。

図において、速度指令部２１は、かごドア３の駆動開始時からの経過時間、又はドアモータ１０の回転位置に応じて、予め記憶された速度指令値Ｖｒを生成し出力する。

階床データ記憶部２２は、当該階床（現在かごが停止している階床）におけるかごドア３の重量及び乗場ドアの重量に関するデータ（総和又は個別重量）をパラメータとして出力する。このような重量データは、各階床毎に予め記憶されているか、又は、これまでの戸開閉における制御履歴データを用いてドア重量同定部（図示せず）により逐次同定され記憶される。

速度指令部２１からの速度指令値Ｖｒは、フィードフォワード制御部（ＦＦ制御部）２３に入力される。フィードフォワード制御部２３は、戸開閉速度の目標値に対する追従性能を指定する手段であり、第１の制御器２４と第２の制御器２５とから構成されている。

速度指令値Ｖｒは、第１の制御器２４及び第２の制御器２５の両方に入力される。第１の制御器２４は、第１の伝達関数Ｃｆ（ｓ）＝ωｆ／（ｓ＋ωｆ）で示される。Ｃｆ（ｓ）は、目標値に対する出力の応答特性を指定する周波数ωｆにより決定され、フィードフォワード制御部２３の第１の出力としてフィードバック制御部（ＦＢ制御部）２６に入力される。

第２の制御器２５は、第２の伝達関数Ｐｍ（ｓ）^-1×Ｃｆ（ｓ）で示される。フィードフォワード制御部２３の目標値追従性能とフィードバック制御部２６の振動抑制性能とは、互いに独立して設定することができる。

また、フィードフォワード制御部２３は、速度指令値Ｖｒに対するドア実速度の追従性能が高くなるように出力を決定する。ここで、Ｐｍ（ｓ）は、ドア機器の制御用モデルであり、階床データ記憶部２２のデータに基づいた当該階床におけるドア重量のモータ軸換算のイナーシャ値Ｊを用いて、Ｐｍ（ｓ）＝１／Ｊｓで示される。第２の制御器２５からの出力は、フィードフォワード制御部２３の第２の出力となる。

フィードバック制御部２６には、フィードフォワード制御部２３の第１の出力とモータ実速度の帰還信号との減算値、つまり誤差が入力される。フィードバック制御部２６は、指令値に対するモータ実速度の誤差を補正する。また、フィードバック制御部２６は、第３の伝達関数Ｃｂ（ｓ）＝Ｋｓｐ＋Ｋｓｉ／ｓで示される。ここで、比例ゲインＫｓｐは、上記のイナーシャ値Ｊと、ドアモータ１０のトルク定数Ｋ_Tと、目標値に対する出力の誤差補正の性能を指定する制御交差周波数ωｃのパラメータとから、Ｋｓｐ＝Ｊ×ωｃ／Ｋ_Tと設計される。また、積分ゲインＫｓｉは、Ｋｓｉ≦Ｋｓｐ×ωｃ／５となるように設計される。

さらに、制御交差周波数ωｃは、フィードバック制御部２６の振動抑制性能を高めてかごドア３及び乗場ドアの振動を抑制するために減衰が大きくなるように、特に抑制したいドアの振動モードの減衰比が最大になるように決定する。この減衰比が最大になる制御交差周波数ωｃの決定方法に関しては後述する。

かごドア３には、かごの走行中に乗客がかごドア３をこじ開けられないように、全閉状態を保持するための戸閉力や、保守でかごドア３を開いたときに全開状態を保持するための戸開力を発生する機構が設けられている。この機構が発生する戸開閉力は既知の外力であることから、トルク補償部２７に予め記憶されている。トルク補償部２７は、かごドア３の位置や速度に応じてトルク補償値を出力する。

上記の他に、トルク補償部２７に記憶される既知の外力としては、各階床毎のかごドア・乗場ドアと他機器との間の走行抵抗、及び風圧等が挙げられる。これらの外力は、制御履歴データに基づいて外力同定部（図示せず）により同定され、複数のパラメータとして階床データ記憶部２２に記憶される。トルク補償部２７によるトルク補償値は、階床データ記憶部２２に記憶されたパラメータに基づいて階床毎に調整される。

フィードバック制御部２６からの出力にフィードフォワード制御部２３の第２の出力とトルク補償部２７からのトルク補償値とが加算器で加算されることにより、ドアモータ１０を駆動するためのトルク指令値、又はトルク指令値に対応する電流指令値となる。

電流制御部２８は、電流指令値に基づいてドアモータ１０に電流を供給するために、電流検出器２９による検出電流値を帰還してドアモータ１０に供給される電流値を制御する。電流制御部２８の出力は、ドアモータ１０に入力される。

ドアモータ１０の回転を検出する回転センサ３０は、ドアモータ１０の回転位置に応じた信号を出力する。速度演算部３１は、回転センサ３０からの信号に基づいてドアモータ１０の回転速度を演算する。なお、回転センサ３０の代わりに、検出電流値を用いてモータ回転速度を推定してもよい。

速度演算部３１で求められた回転速度は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３２に通された後、モータ実速度として帰還される。

次に、フィードバック制御部２６での制御交差周波数ωｃの決定方法について説明する。エレベータのドア駆動装置においては、図１に示すように、ドアモータ１０の駆動力が伝動条体９を介してかごドア３に伝達される。フィードバック制御部２６により抑制しようとする振動は、連結具１１ａ，１１ｂを支点とするエレベータドア（かごドア３及び乗場ドア）の振り子運動である。このような振動は、伝動条体９からかごドア３への駆動力の伝達部がかごドア３の重心から離れていることにより生じ、特に支点から遠いドア下部で拡大され、開閉動作の見栄えを悪くする。また、この振動には、エレベータドアの重量が影響する。

エレベータドアの振動では１次の振動モードが支配的であり、この１次振動モードのモデルは、伝動条体９の剛性と等価なばね要素の両端に、左右のエレベータドアの質量が繋がっているという２慣性系簡易モデルとして表現することができる。

図３は図１のエレベータドアを２慣性系簡易モデル化した場合の周波数応答特性を示すグラフである。図３では、簡単のため、制御系を比例ゲインのみとし、周波数とゲインとの関係を近似した折れ線で示している。また、共振周波数ωｐ、反共振周波数ωｚ、制御交差周波数ωｃ、及び、低周波数域においてゲインが共振ピークの根元と等しくなる周波数ωｐｓが示されている。

このとき、抑制したい振動モードの減衰比は、図４に示すように周波数ωｐｓと反共振周波数ωｚとの間に制御交差周波数ωｃがあるときに高くなる。つまり、図３において、反共振周波数ωｚの反共振ノッチと共振周波数ωｐの共振ピークとが０ｄｂを挟んで上下にあるとき、高い振動抑制効果が得られる。

減衰比が最大となる制御交差周波数ωｃは、ωｃ≒√（ωｐｓωｚ）＝ωｚ√（ωｚ／ωｐ）として近似することができる。つまり、反共振周波数ωｚと共振周波数ωｐとに基づいて決定できることになる。

前述したように、フィードバック制御部２６の比例ゲインや積分ゲインといった制御定数は、制御交差周波数ωｃとドア重量データとから決定されるが、最大の減衰比を得るために必ずしも上記の近似式を用いる必要はない。例えば、制御交差周波数ωｃが周波数ωｐｓと反共振周波数ωｚとの間にあるように設計することで、比較的高い減衰比を得ることが期待できる。また、反共振周波数ωｚのみを用いて制御交差周波数ωｃを決定することによっても、最大ではないが高い振動抑制効果を持つフィードバック制御部２６を設計することができる。

反共振周波数ωｚと共振周波数ωｐとは、ドアモータ１０への入力であるトルク指令値と、回転センサ３０の出力であるモータ実速度との両方を計測し、それらの測定結果に適切な信号処理を施すことで求めることができる。例えば、反共振周波数ωｚと共振周波数ωｐとを含む周波数帯域の掃引正弦波のトルク指令値のみを入力とし、回転センサ３０から得られる速度情報を出力とすると、その入出力関係からドア装置の周波数応答特性が得られ、反共振周波数ωｚと共振周波数ωｐとを計測することができる。

また、図５に示すような一定の大きさの掃引正弦波を入力として与えるならば、図６に示す出力のうち、最小の出力値に対応する時間における入力の周波数を反共振周波数ωｚとし、最大の出力値に対応する時間における入力の周波数を共振周波数ωｐとすることもできる。

反共振周波数ωｚと共振周波数ωｐとは、各階床毎に事前に計測、又は通常の戸開閉動作により生じるモータトルク指令値を用いて通常駆動時に計測してもよい。計測した反共振周波数ωｚと共振周波数ωｐとは、階床データ記憶部２２に記憶される。これにより、各階床毎の乗場ドアに適した振動抑制性能を持つ減衰比に基づいたフィードバック制御部２６の制御交差周波数ωｃを決定し、振動抑制効果を高めることができる。

図７は実施の形態１のドア制御装置１２を用いてエレベータドアを戸開したときの速度指令及びドア下部速度の時間変化を示すグラフ、図８は従来のドア制御装置を用いてエレベータドアを戸開したときの速度指令及びドア下部速度の時間変化を示すグラフである。図７及び図８は、いずれも振動が生じ易い重ドア高速の駆動パターンで戸開した場合を示している。

図７及び図８を比較すると明らかなように、実施の形態１のドア制御装置１２を用いることにより、速度指令に対してエレベータドアの振動が抑制されている。即ち、フィードフォワード制御部２３とフィードバック制御部２６とを用いるとともに、階床データ記憶部２２に記憶された各階床毎のエレベータドアに関するパラメータにより制御部２３，２６を互いに独立して調整することにより、階床毎に高い振動抑制性能及び速度追従性能を両立させることができる。この結果、重いエレベータドアの高速開閉時においても、エレベータドアの開閉速度は目標値に対して高い追従性能を保ちながら、エレベータドアの振動も効果的に抑制され、乗客に快適性を提供することができる。

また、戸開閉時に生じる目的の振動モードに対する制御系の減衰比を階床毎に最も高めることで、階床毎に最も高い振動抑制効果を得ることができる。
さらに、ドア機器に手を加えることなくエレベータドアを加振することで、据付時や通常の戸開閉動作時に反共振周波数ωｚや共振周波数ωｐを測定することができる。
さらにまた、階床毎の既知の外力による影響を補償することで、速度追従性能をさらに向上させることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、フィードバック制御部２６の制御交差周波数ωｃを決定するための反共振周波数ωｚ及び共振周波数ωｐを、計測値から同定するのではなく、エレベータドアの各階床毎の機器パラメータから推定する。他の構成は、実施の形態１と同様である。

エレベータドアの振動、即ち振り子運動の等価回転ばね剛性は、ハンガローラ６の剛性と、１つのドアハンガ５に設けられたハンガローラ６の間隔とに依存する。具体的には、ハンガローラ６の剛性が高く、ハンガローラ６の間隔が大きいほど、エレベータドアは振動しにくくなる。

反共振周波数ωｚは、振り子運動の支点に対するエレベータドアのイナーシャ、エレベータドアの重量、ハンガローラ６の剛性、ハンガローラ６の間隔、及び、伝動条体９の剛性により近似することができる。これらのパラメータのうち、階床毎に異なるのは、エレベータドアの重量、及び重量とドア寸法とにより導かれるイナーシャである。従って、階床毎のエレベータドアの重量とドア寸法とを階床データ記憶部２２に記憶させておき、当該階床のパラメータを階床データ記憶部２２から抽出することにより、反共振周波数ωｚを推定することができる。

共振周波数ωｐは、反共振周波数ωｚに必要なパラメータを加えて、左右のエレベータドアのイナーシャの比から近似することができる。従って、階床毎のかごドア３の重量と乗場ドアの重量との重量比と、ドア寸法とを階床データ記憶部２２に記憶させておき、当該階床のパラメータを階床データ記憶部２２から抽出することにより、共振周波数ωｐを推定することができる。

ドア寸法のパラメータは、一般的な出入口幅や出入口高さから与えられる。但し、出入口幅は、エレベータドアの水平方向長さ、ハンガローラ６の間隔、レール２の長さ、又はドアハンガ５の水平方向長さ等に置き換えてもよい。同様に、出入口高さは、エレベータドアの上下方向寸法、又はドアハンガ５の上下方向寸法等に置き換えてもよい。また、階床毎のエレベータドアの重量としては、かごドア３の重量、乗場ドアの重量、及びかごドア３と乗場ドアとの総重量の少なくともいずれか１つを用いることができる。

このように、フィードバック制御部２６の制御交差周波数ωｃをエレベータドアの階床毎のパラメータから決定することで、図７に示すような高い振動抑制効果を持つドア制御装置１２を得ることができる。

この発明によるエレベータのドア制御装置は、エレベータドアに対する速度指令が入力され、速度指令に対する追従性能を指定するための第１の出力を第１の制御器を用いて生成するとともに、速度指令に対する追従性能を指定するための第２の出力を第２の制御器を用いて生成するフィードフォワード制御部、及び第１の出力と、ドアモータの実速度に関する情報とに基づいて、速度指令に対するドアモータの速度誤差を補正するための出力を生成するフィードバック制御部を備え、フィードフォワード制御部及びフィードバック制御部を各階床のエレベータドアの特性に合わせて変更し、第２の出力とフィードバック制御部からの出力との和から、ドアモータに対するトルク指令を生成する。

Claims (6)

1. 階床毎のエレベータドアに関するパラメータを記憶する階床データ記憶部、
   上記エレベータドアに対する速度指令が入力され、上記速度指令に対する追従性能を指定するための第１の出力を第１の伝達関数を用いて生成するとともに、上記速度指令に対する追従性能を指定するための第２の出力を第２の伝達関数と上記パラメータとを用いて生成するフィードフォワード制御部、及び
   上記第１の出力と、ドアモータの実速度に関する情報と、上記パラメータとに基づいて、上記速度指令に対する上記ドアモータの回転誤差を補正するための出力を生成するフィードバック制御部
   を備え、上記第２の出力と上記フィードバック制御部からの出力との和から、上記ドアモータに対するトルク指令を生成するエレベータのドア制御装置。
2. 上記階床データ記憶部には、上記フィードバック制御部により用いられる上記パラメータとして、上記エレベータドアの振動の共振周波数及び反共振周波数の少なくともいずれか一方と、上記エレベータドアの重量に関するデータとが記憶されている請求項１記載のエレベータのドア制御装置。
3. 上記共振周波数及び上記反共振周波数の少なくともいずれか一方は、上記トルク指令に関する値と上記ドアモータの実速度に関する情報とから自動的に推定され上記階床データ記憶部に記憶される請求項２記載のエレベータのドア制御装置。
4. 上記階床データ記憶部には、上記フィードバック制御部により用いられる上記パラメータとして、上記エレベータドアの寸法に関するデータが記憶されている請求項１記載のエレベータのドア制御装置。
5. 上記階床データ記憶部には、上記第２の制御器により用いられる上記パラメータとして、上記エレベータドアの重量に関するデータが記憶されている請求項１記載のエレベータのドア制御装置。
6. 上記エレベータドアに作用する既知の外力に関する情報と上記パラメータとを用いて、上記トルク指令を補正するための信号を生成するトルク補償部をさらに備え、
   上記第２の出力と、上記フィードバック制御部からの出力と、上記トルク補償部からの出力との和から、上記トルク指令を生成する請求項１記載のエレベータのドア制御装置。

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