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엘리베이터 브레이크의 접극자 동작 검출 장치 및 접극자위치 추정 장치
KR100807943B1
South Korea
Worldwide applications
2004
KR
Application KR1020067025827A events
2004-09-24
2004-09-24
2007-03-02
2008-02-28
Application granted
2008-02-28
Description
translated from
본 발명은 구동 쉬브(driving sheave)의 회전을 제동하기 위한 엘리베이터용의 전자 브레이크 장치에 관한 것이다.
엘리베이터용의 기존의 전자 브레이크에 있어서는 이동하는 접극자(armature)의 위치는 위치, 속도 또는 가속도 센서(이하, 기계적 센서라고 함) 또는 기계적 스위치를 이용하여 검출된다.
Michael Page에 의한 미국 특허(특허 번호 제5,241,218호, 특허일 : 1993 년 8 월 31 일)에 개시된 다른 수법은 솔레노이드 접극자(예를 들어, 솔레노이드 밸브)의 동작을 검지하고, 여기에 따라 접극자의, 나아가서는 밸브의 정확 또는 부정확한 동작을 원격지로부터 감시할 수 있는 회로에 관한 것이다.
상기의 개시된 특허에 의하면, 솔레노이드 코일을 통과하여 흐르는 전류의 순간적 감소(또는 증가)를 이용하여 솔레노이드의 정확한(또는 부정확한) 동작을 감시한다.
또, Masami Nomura에 의한 미국 특허(특허 번호 제4,974,703호, 특허일 : 1990 연 12 월 4 일 및 특허 번호 제4,984,659호, 특허일 : 1991 년 1 월 15 일)은 엘리베이터 제어 장치에 관한 것으로, 이 엘리베이터 제어 장치는
- 브레이크가 풀-업(pull-up)된 후에만 엘리베이터 케이지(cage)를 시동하고, 브레이크의 제동력이 여전히 움직이고 있는 사이에 엘리베이터 모터가 토크(torque)를 발생시키 는 바람직하지 않은 사태를 회피하고,
- 브레이크가 개방된 후에, 엘레베이터 모터 토크를 제로로 설정하고, 브레이크의 제동력이 가해지고 있는 사이에 엘리베이터 모터가 토크를 발생시키 는 바람직하지 않은 사태를 회피하도록,
- 시동 및 정지 동작중의 엘리베이터의 승차감을 높인다. 전자 브레이크의 동작은 브레이크 코일 전류를 감시하는 것에 의해 검출된다.
전류의 순간적 변동에 근거하는 접극자 동작 검출을 위해서 제안된 방법은 엘리베이터 브레이크 시스템에 적용화가 이하의 제한을 가진다.
- 전류 변동(접극자 풀-업의 전류 감소, 및 접극자 개방중의 전류 증가)은 전원의 전압 변동에 의한 것이고, 잘못된 동작으로 연결될 수 있는 접극자 동작에만 의한 것은 아닌 점.
- 전류 증가는 충격 잡음 감소를 위한 브레이크 용도에 적용되는 브레이크 제어 장치에 의한 것인 점.
- 전류 변동(감소 또는 증가)은 솔레노이드의 구조적 변형에 좌우되고, 또한 접극자 스트로크 및 솔레노이드의 인덕턴스에 영향을 받으므로, 방법의 정도가 그 적용 분야를 한정하는 점.
현재 사용되고 있는 엘리베이터 브레이크 시스템의 경우에는 스페이스가 한정(컴팩트한 설계)되고 있기 때문에, 접극자 스트로크는 통상 1mm 미만이고, 전자 액츄에이터는 포화 상태가 높아지고 있다(자기 포화가 존재함).
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 접극자 위치의 검출 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 엘리베이터 브레이크의 접극자 동작 검출 장치 및 접극자 위치 추정 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 엘리베이터 브레이크의 접극자 동작 검출 장치는 브레이크 회전체, 브레이크 회전체의 회전을 마찰 제동하는 브레이크 슈(shoe), 브레이크 슈를 브레이크 회전체에 프레스(press)하는 방향으로 가압하는 스프링, 및 브레이크 코일을 포함하는 전자석과, 전자석을 여자(勵磁)함으로써, 스프링 탄성력에 반항하여 전자석에 끌어당겨지는 접극자를 갖고, 브레이크 슈를 레이크 회전체로부터 개리(開離)되는 브레이크 구속 해제(解放)부를 구비한 엘리베이터 브레이크의 접극자의 동작을 검출하는 것으이고, 브레이크 코일에 통전되는 전류를 검출하는 전류 검출기, 브레이크 코일에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출기, 전자석을 여자하기 위한 정전류 구동의 이상 전압 강하를 검출하는 전압 변동 검출기, 및 전류 검출기 및 전압 검출기로부터 얻어지는 정보를 설정된 문턱값 레벨과 비교하는 동시에, 전압 변동 검출기에 의해 이상 전압 강하가 검출되었는지의 여부를 판단하는 것으로 접극자의 전자석에 대한 상대적인 동작을 검출하는 동작 검출기를 구비하고 있다.
또, 본 발명에 의한 엘리베이터 브레이크의 접극자 위치 추정 장치는 브레이크 회전체, 브레이크 회전체의 회전을 마찰 제동하는 브레이크 슈, 브레이크 슈를 브레이크 회전체에 누르는 방향으로 가압하는 스프링, 및 브레이크 코일을 포함하는 전자석과, 전자석을 여자함으로써 스프링의 탄성력에 반항하여 전자석에 끌어당겨지는 접극자를 갖고, 브레이크 슈를 브레이크 회전체로부터 개리되는 브레이크 구속 해제부를 구비한 엘리베이터 브레이크의 접극자의 위치를 추정하는 것으로서, 브레이크 코일에 통전 되는 전류를 검출하는 전류 검출기, 브레이크 코일에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출기, 전류 검출기 및 전압 검출기로부터 얻어지는 정보에 의해, 접극자의 위치와, 접선자의 위치에 의해서 정해지는 파라미터 중 적어도 어느 한 쪽을 추정하는 접극자 위치 추정부, 및 접극자 위치 추정부로부터의 출력, 미리 설정된 접극자 위치의 범위와 미리 설정된 파라미터 중 적어도 어느 한 쪽, 및 전류 검출기로부터 얻어지는 정보에 근거하여 접극자의 위치가 정상적인지의 여부를 판정하는 위치 인디케이터부를 구비하고 있다.
도 1은 본 발명에 의한 접극자 동작 검출 장치를 포함하는 엘리베이터의 브레이크시스템의 전체 구성을 나타내는 개략도.
도 2는 전자석이 통전 및 비통전으로 되었을 때의, 인가 전압과 시간, 접극자 변위와 시간, 및 코일 전류와 시간과의 전형적 관계를 나타낸 그래프.
도 3은 전자석이 통전 및 비통전으로 되었을 때의, 인가 전압과 시간, 접극자 변위와 시간, 및 유도 기전력(E M.F.)과 시간과의 전형적 관계를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 의한, 유도 기전력(E.M.F.) 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작 검출 장치의 일례를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명에 의한, 유도 기전력(E.M.F.) 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작 검출 장치의 동작의 설명도.
도 6은 본 발명에 의한, 브레이크 개방시의 유도 기전력(E.M.F.) 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작 검출 장치의 동작의 설명 그래프.
도 7은 본 발명에 의한, 접극자 제어를 갖는 또는 갖지 않는 브레이크 적용시의 유도 기전력(E.M.F.) 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작 검출 장치의 동작의 설명 그래프.
도 8은 전자석이 통전 및 비통전으로 되었을 때의, 인가 전압과 시간, 접극자 변위와 시간, 및 순간 전력(P)과 시간과의 전형적 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 의한, 순간 전력(P) 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작 검출 장치의 일례를 나타내는 구성도.
도 10는 본 발명에 의한, 순간 전력(P) 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작검출 장치의 동작의 설명도.
도 11은 본 발명에 의한, 브레이크 개방시의 순간 전력(P) 추정 및 감시에 근거하여 접극자 동작 검출 장치의 동작 설명 그래프.
도 12는 본 발명에 의한, 접극자 제어 없는, 브레이크 적용시의 순간 전력(P) 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작 검출 장치의 동작의 설명 그래프.
도 13은 본 발명에 의한, 접극자 제어 있는 브레이크 적용시의 순간 전력(P) 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작 검출 장치의 동작의 설명 그래프(도 12에 나타낸 설명 그래프의 연장).
도 14는 접극자 풀-업 및 접극자 홀딩중에 적용되는 접극자 전력 제어의 설명도.
도 15는 본 발명에 의한, 전자석이 (전류 제어하에서) 통전 및 비통전으로 되었을 때의, 접극자(코일) 전류와 시간, 접극자 변위와 시간, 및 인가 전압과 시간과의 전형적 관계를 나타낸 그래프.
도 16은 전자석이(전류 제어하에서) 통전 및 비통전으로 되었을 때의, 인가 전압과 시간, 접극자 변위와 시간, 적용 전압 변화와 시간, 및 유도 기전력과 시간과의 전형적 관계를 나타낸 그래프.
도 17은 본 발명에 의한, 전자석이 (전류 제어하에서) 통전되었을 때의, 접극자 동작 검출 장치의 동작의 설명도.
도 18은 본 발명에 의한, 접선자 전류 제어를 구비한 브레이크 개방 적용시에 있어서, 인가 전압 또는 제어 신호 감시에 근거하여 접극자 동작 검출 장치의 동작의 설명 그래프.
(※이하(B)의 도면 설명 부분 수정한 것임)
도 19는 접극자 위치 추정부 및 정상ㆍ이상 위치 인디케이터부에 의해 구성되는, 본 발명에 의한 접극자 위치 추정 장치를 포함하는 엘리베이터의 브레이크 시스템의 전체 구성을 나타내는 개략도.
도 20은 전자석이 통전(접극자 풀-업 및 접극자 홀딩중) 및 비통전으로 되었 을(접극자 개방중) 때의, 인가 전압과 시간, 접극자 변위와 시간, 및 코일 전류와 시간과의 전형적 관계를 나타낸 그래프.
도 21은 에어-갭(air-gap)에 의한 인덕턴스의 전형적 변동을 나타내는 그래프.
도 22는 신호 삽입에 근거하는 파라미터 추정 원리를 나타내는 설명도.
도 23은 히스테리시스 제어 루프하에서의 전류 제어를 나타내는 설명도.
도 24는 스위칭 주파수 추정의 원리를 나타내는 설명도.
도 25는 인가 전압과 시간 및 코일 전류와 시간과의 전형적인 관계를 나타낸 그래프. 전류는 접극자 풀-업중에는 제어되지 않고, 저항 추정부를 제공하고, 전류는 접극자 홀딩중 및 접극자 개방 후에 히스테리시스 제어하에 있고, 유도율 추정부를 제공하는 도면.
도 26은 접극자 위치 추정 장치의 접극자 위치 추정부의 설명도이고, 경사법에 의해 접극자 위치 추정을 나타내고 있는 도면.
도 27은 본 발명에 의한 참조 모델 베이스의 스위칭 주파수 추정 방법에 따른 접극자 위치 추정을 나타내는 블럭도.
도 28은 본 발명에 의한 트렌드(傾向) 추정기의 원리를 나타내는 그래프.
도 29는 재귀적 트렌드 추정기부를 나타내는 설명도.
도 30은 본 발명에 의한 정상ㆍ이상 위치 인디케이터부의 의사 프로그래밍 언어에 있어서의 설명 알고리즘.
도 31은 다른 접극자 위치에 관한 추정 유도율을 나타내는 설명 그래프.
제1의 실시 형태
도 1은 엘리베이터의 브레이크 시스템 전체의 구성을 나타내고 있다. 엘리베이터의 엘리베이터 칸(1)은 카운터 웨이트(counter weight)(4)와 함께, 우물의 물통과 같이, 구동 쉬브(2)의 주위에 감겨진 메인 로프(3)에 의해 매달리고 있다.
호이스트(hoist) 모터(5)에 의해서 구동되는 브레이크 회전체(예를 들면 브레이크 드럼(drum) 또는 브레이크 디스크)(6)는 일반적으로, 호이스트 모터(5)와 구동 쉬브(2)를 서로 연결하는 차축에 장착되어 있다. 브레이크 슈(8)는 스프링(7)의 탄성력의 작용하에서 가압되어 브레이크 회전체(6)와 맞물림(係合)함으로써, 마찰에 의한 제동력을 공급한다. 전자석의 브레이크 코일(10)이 정전압원(11)에 의해서 전력이 공급되는 구동 회로(9)를 이용하여 통전되면, 브레이크 슈(8)에 장착된 접극자(12)가 스프링(7)의 탄성력에 이기면서 브레이크 코일(10)에 끌어당길 수 있다. 브레이크 구속 해제부는 브레이크 코일(10)을 포함하는 전자석과 접극자(12)를 가지고 있다. !
전류 검출기(13) 및 전압 검출기(14)는 전류 및 브레이크 코일(10)(전자석)에 인가되는 전압을 검출한다. 전압 변동 검출기(15)는 정전압원(11)의 이상한 전압 강하를 검출한다. 전압 레벨이 명확한 문턱값 미만인거나 그것을 넘으면, 여기서는 VD로 나타낸 감시 신호(논리 신호)가 제로로 설정된다(VD=0). 통상 동작의 경우에는 그 값은 1로 설정된다(VD=1).
접극자 동작 검출은 문턱값 레벨 설정부(17)에 있어서 지정된 문턱값 레벨에 따라서 동작 검출기겸 동작 인디케이터(16)에 있어서 행해진다. 문턱값 레벨 설정부(17)에 있어서 지정된 문턱값 레벨 설정은 브레이크 개방 기간에 대해서는 TH1 및 TH2로 나타내고, 브레이크 적용 기간에 대해서는 TH3 및 TH4로 나타낸다.
도 2는 전자석이 통전 및 비통전으로 되었을 때의, 인가 전압(u)과 시간(t)(도 2a), 접극자 변위(x)와 시간(t)(도 2b), 및 코일 전류(i)와 시간(t)(도 2c와의 전형적 관계를 나타내고 있다.
전류는 최초로 온으로 되면(도 2a의 그래프상의 시점 T1, 도 2c의 그래프상의 점 A), 코일에 의해서 발생되는 자장의 세기가 접극자를 풀-업되는데 충분하게 될 때까지 점차 증대한다. 이 시점에서, 접극자의 동작에 의해, 코일을 통과하여 흐르는 전류 (i)는 순간적으로 강하한다(도 2c의 그래프상의 점 B).최종적으로, 전류는 접극자 홀딩중에 안정 상태의 값에 이른다(도 2a의 그래프의 시점 T2, 도 2c의 그래프의 점 C).
전류는 최초로 오프로 되면(도 2a의 그래프상의 시점 T3, 도 2c의 그래프상의 점 D), 코일의 자장에 의해서 발생된 힘이 스프링의 힘 미만이 되어서 접극자가 개방될 때까지, 서서히 감소한다. 이 시점에서, 접극자 동작을 위해서, 코일를 통과하여 흐르는 전류(i)는 순간적으로 증가하고(도 2c의 그래프상의 점 E), 최종적으로 접극자 개방중(도 2a 그래프상의 시점 T4, 도 2c의 그래프상의 점F)에, 그 정상값에 이른다.
유도 기전력(E.M.F.) 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작 검출
이하에서는 본 발명의 제1의 실시 형태에 의한, 기전력 추정 및 감시에 근거 하는 접극자 동작 검출 방법의 일례에 대해 언급한다.
도 3은 본 발명의 제1의 실시 형태에 의한 접극자 동작 검출 장치의 기본 동작의 설명도이다. 도 3 중a는 브레이크 코일(10)에 부여되는 전압을 나타내고, 도 3b는 접극자(12)의 변위를 나타내고, 도 3c은 유도 기전력을 나타낸다. 도 3에 있어서, 브레이크가 개방되면, 시점 T1에서 브레이크 코일(10)에 흡인 전압이 인가되므로, 브레이크 코일(10)을 설치한 전자석은 접극자(12)를 끌어당긴다. 제1 단계에 있어서, 유도 기전력(도 3(c))은 센서 오프셋이기 때문에 일정치이며(논리적으로 제로), 전자 인력이 스프링(7)에 의해서 발생되는 힘에 이기면, 접극자(12)는 이동하기 시작하고, 유도 기전력이 증가한다. 이동하는 접극자(12)가 고정 접극자에 닿은 후에, 유도 기전력은 감소하기 시작한다. 접극자 동작은 시점 T2에서 종료한다.
브레이크가 걸리면, 브레이크 코일(10)의 인가 전압은 시점 T3에서 흡인 전압으로부터 제로가 되어, 그 결과 브레이크 전류는 감소하기 시작하고, 전자 인력이 스프링력보다 작아지면, 접극자(12)는 강하하기 시작하거나 브레이크 회전체(6) 쪽으로 이동하기 시작하고, 유도 기전력은 도 3c에 나타내는 바와 같이 감소한다. 도 3b에 나타내는 바와 같이, 시점 T4에서 접극자(12)는 그 강하 동작을 종료한다.
도 4는 본 발명에 의한, 기전력(E.M.F.) 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작 검출 장치의 일례를 나타낸 구성도이다.
유도 기전력은 전압 검출기(14) 및 전류 검출기(13)를 이용하여 인가 전압(u) 및 전류(i)를 측정하는 것에 의해, EMF 추정부(18)에 있어서 추정된다. 접극자 동작은 문턱값 레벨 설정부(17)에 따라 전압 변동 검출기(15)에 의해서 공급되 는 신호 VD를 고려하여 동건검출 알고리즘 A부(19)에 의해서 검출된다.
동작 인디케이터(20)는 접극자 동작을 시각적(예를 들면, 접극자(12)가 이동했을 때 또는 이동하지 않았을 때는 LED를 점등 또는 소등함) 및/또는 전자적(디지털 신호를 관리 유닛에 송신함)으로 신호로 전한다.
본 발명의 제1의 실시 형태에 의한 유도 기전력(E.M.F.) 추정(도 5에 나타냄)에 대하여 언급한다.
전자 액츄에이터의 전압식은 다음과 같이 쓸 수 있다.
여기서, (U)는 인가 전압, (i)는 전류, R은 코일 저항, ψ는 총자속이다. 총자속 ψ=ψ(i, x)는 전류(i) 및 접극자 변위(x)에 의해서 정해진다.
따라서, 상기식으로부터 다음의 식을 얻을 수 있다.
상기 식은 다음과 같이 근사할 수 있다.
여기서, e는 유도 기전력이다.
및
자기 포화가 없으면, L(i)=L=const 이다.
식(3)에 의해, 유도 기전력을 다음과 같이 계산한다.
전류 검출기(13)에 의해서 검출된 전류 신호(i)의 라플라스(laplace) 변환은 l(s)에 의해서 나타내는 것으로 가정하면, 섹션 21은 시정수 T1에서 필터링을 실시한다. 섹션 21은 다음의 식에 따라서 if로 나타내는 필터링된 전류 신호(및 If(s)로 나타내는 그 라플라스 변환)를 계산한다.
ef로 나타내는 필터링되어서 증폭된 기전력 신호(및 Ef(s)로 나타내는 그 라플라스 변환)은 다음의 식에 의해서 얻을 수 있다.
여기서, U(s)는 전압 검출기(14)에 의해서 검출된 인가 전압(U)의 라플라스 변환이다.
상기의 식(8)은 미분부(22), 필터링부(23)(시정수 τ2), 인덕턴스 조절부(26)에 의해서 추정된 브레이크 코일 저항값 24, 및 코일 인덕턴스값 25, 및 증 폭부(27)(게인 K1)에 의해서 계산된다.
인덕턴스 조절부(26)의 동작을 이하에서 말한다. 인덕턴스 L=L(i)를 미리 얻어 두고, 브레이크 코일 전류(i)와 인덕턴스 L과의 사이의 관계를 표로 한다. 이동 검출기 및 이동 인디케이터 유닛(16)은 전류 검출기(13)의 필터링된 신호에 근거하여 이 표로부터 인덕턴스 L을 호출하는지 알아내고, 기전력 추정부(18)에 있어서 인덕턴스 L을 바꾼다.
그리고, 전압 변동 검출기(15)에 의해 이상 전압 변동이 검출되면, 필터링된 기전력 신호 ef(s)(28)은 문턱값 레벨 설정부(17)에 있어서 지정된 문턱값 레벨에 따라서 접극자 동작 검출을 위해서 동작 검출 알고리즘 A부(19)에 있어서 이용된다.
기전력의 변동의 결과, 접극자 동작 검출 알고리즘(알고리즘 A.1로 나타냄)은 접극자 풀-업의 경우에는 도 6에 나타나고 있고, 접극자의 제어가 있거나 또는 없는 접극자 개방의 경우(알고리즘 A.2로 나타냄)에는 도 7에 나타나 있다.
여기서, 본 실시 형태의 동작을 이하로 말한다.
도 6(알고리즘 A.1로 나타남)에 있어서, ef로 나타되는 필터링된 기전력 신호(28)은 문턱값 레벨 설정부(17)에서 지정된 TH1에 의해서 나타나는 문턱값 레벨과 비교된다. 신호 28ef가 항상 문턱값 레벨 TH1 미만이면, 기전력은 증가하지 않고 접극자는 이동하지 않았음을 의미한다. 따라서, 풀-업중의 접극자 이동을 검출하는 SET1로 나타내는 논리 신호는 제로로 설정된다.
SET1=0 (9)
ef로 나타내는 신호 28이 문턱값 레벨 TH1 보다 커지고, 잠시 후에 문턱값 레벨 설정부(17)에서 지정된 문턱값 레벨 TH2보다 작아지는 경우, 추정된 기전력이 증가하였음을 의미한다. 다음의 과정은 이것이 정전압원(11)의 이상 전압 변동에 의한 것인지를 시험하는 것이다. 전압 변동 검출기(15)의 동작에 의하면, VD=0 인 경우, 이상 전압 변동이 발생하였음을 의미하고, 신호 SET1은 0으로 설정된다.
SET1=0 (10)
VD=1 인 경우, 기전력 변동은 접극자 동작에 의하는 것이고, 이상 전압 변동에 의하는 것은 아님을 의미한다. 따라서, 논리 신호 SET1은 1로 설정된다.
SET=1 (11)
또, ef로 나타내는 신호 28이 문턱값 레벨 TH1보다 커지고, 문턱값 레벨 TH2를 밑돌지 않으면, 예측된 기전력은 전압 증가에 의해 증가하였으므로, 접극자 동작에 의해서 증가한 것은 아님을 의미한다. 따라서, 논리 신호 SET1은 제로로 설정된다.
SET1=0 (12)
따라서, 브레이크 개방시의 접극자 동작은 논리 신호 SET1에 의해서 검출된다.
접극자는 SET1=1 의 경우에는 이동하고 있고, SET1=0 의 경우에는 이동하고 있지 않다.
제어가 있거나 또는 없는 접극자 개방중에 있어서의 접극자 동작 검출을 도 7에 나타낸다. 여기서, 이 실시 형태의 동작을 이하에 말한다. 도 7(알고리즘 A.2로 나타냄)에 있어서, 추정된 기전력 ef는 문턱값 레벨 설정부(17)에서 지정된 TH3에 의해서 나타내는 문턱값 레벨과 비교된다. ef에 의해서 나타내는 신호 28이 문턱값 레벨 TH3보다 항상 큰 것으로 있으면, 기전력이 유도되지 않고, 접극자는 이동하지 않았음을 내포한다. 따라서, 개방중의 접극자 동작을 나타내는 논리 신호 SET2 는 제로로 설정된다.
SET2=0 (13)
ef에 의해서 나타내는 신호 28이 문턱값 레벨 TH3보다 작아지고, 잠시 후에 문턱값 레벨 설정부(17)에서 지정된 TH4에 의해서 나타내는 문턱값 레벨보다 커지면, 추정된 기전력이 감소된 것을 의미한다. 다음의 과정은 이것이 정전압원(11)의 이상 전압변동에 의한 것인지의 여부를 시험하는 것이다. 전압 변동 검출기(15)의 동작에 의하면, VD=0 이면, 이상 전압 변동이 발생하였음을 의미하고 신호 SET2 는 0으로 설정된다.
SET2=0 (14)
VD=1 이면, 기전력 변동은 접극자 동작에 의하는 것으로서, 이상 전압 변동에 의하는 것은 아님을 의미한다. 따라서, 논리 신호 SET2 는 1로 설정된다.
SET2=1 (15)
ef에 의해서 나타내는 신호 28이 문턱값 레벨 TH3보다 작아지고, 문턱값 레 벨 TH4를 넘어서 증가하지 않는 것으로 있으면, 추정된 기전력은 전압 강하에 의해서 변화한 것이므로, 접극자 동작에 의해서 변화한 것은 없음을 의미한다. 따라서, 논리 신호 SET2 는 0으로 설정된다.
SET2=0 (16)
따라서, 브레이크 적용시의 접극자 동작은 논리 신호 SET2에 의해서 검출된다. SET2=1 이면 접극자는 이동하고 있고, SET2=0 이면 이동하고 있지 않다.
상술과 같이, 브레이크 적용시에, 브레이크 슈은 드럼에 해당되어서 불쾌한 잡음을 발생시키지만, 이것은 브레이크 제어 장치를 이용하여 감소시킬 수 있다.
이 경우에, 브레이크 코일(10)에의 인가 전압이 전압 검출부(14)를 이용하여 측정되는 것을 고려하여, 제시된 알고리즘(도 7에 나타냄)을 적용하는 것도 가능하다.
제2의 실시 형태
순간적인 전자력 추정 및 감시에 근거하는 접극자 동작 검출
이하에서는 본 발명의 제2의 실시 형태에 의한, 순간 전력 추정 및, 감시에 근거하는 접극자 동작 검출 장치의 일례에 대해 언급한다.
도 8은 본 발명의 제2의 실시 형태의 접극자 동작 검출 장치의 기본적 동작의 설명도이다. 도 8a는 브레이크 코일(10)에 부여되는 전압을 나타내고, 도 8b은 접극자(12)의 변위를 나타내고, 도 8c는 전자석의 순간적 전자력 변화를 나타내고 있다. 도 8에 있어서, 브레이크가 개방되면, 시점 T1에서 흡인 전압이 브레이크 코일(10)에 인가되므로, 브레이크 코일(10)이 설치된 전자석은 접극자(12)를 끌어당 긴다. 제1 단계에서는 전자장내에 축적된 순간 전력(도 8c)이 증가하여 전자계 인력이 스프링(7)에 이기면, 접극자는 이동하기 시작하고, 순간 전력은 강하하여 잠시 후에 다시 증가한다. 접극자 동작은 시점 T2에서 종료한다.
브레이크가 걸려지고, 시점 T3에서 브레이크 코일(10)의 인가 전압이 흡인 전압으로부터 제로로 되면, 결과적으로 브레이크 전류는 감소하기 시작하고, 자동적으로 순간 전력(도 8c)은 저하한다. 전자 흡인력이 스프링력보다 작아지면, 접극자(12)는 강하하기 시작하고, 브레이크의 쪽으로 이동하고, 도 8c에 나타낸 바와 같이, 순간 전력이 증가한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 시점 T4에서 접극자(12)는 그 강하 동작을 종료한다.
도 9는 접극자 동작 검출 장치를 나타내는 구성도이다. 본 발명자는 접극자가 이동을 시작할 때, 전자장내에 축적된 순간 전력이 변화한다고 하는 사실에 주목하였다.
접극자가 풀-업되면, 자장내에 축적된 에너지가 있는 부분은 운동 에너지로 변환되고, 이에 의해 전자장내에 축적된 순간 전력이 감소한다.
접극자가 개방되면, 이동하는 접극자가 있는 부분의 운동 에너지가 자기 에너지로 변환되므로, 전자장내에 축적된 순간 전력이 증가한다.
구동 회로(9)에 의해서 공급된 브레이크 코일(10)(전자석)의 전자장내에 축적된 순간 전력은 순간 전력 추정부(29)에 의해서 검출되고, 그 때 전류가 전류 검출기(13)에 의해서 검출되는 순간 전력 추정부(29)의 출력 신호를, 동작 검출 알고리즘(동작 검출 알고리즘 B부(30)로 지정)에 의한 문턱값 레벨(문턱값 레벨 설정 부(17)에서 지정)과 비교하면, 접극자 동작이 검출된다.
동작 인디케이터부(20)는 접극자 동작을 시각적(예를 들면, 접극자가 이동하였을 때 또는 이동하지 않았을 때에 LED를 점등 또는 소등함) 및/또는 전자적(디지털 신호가 관리 유닛에 송신됨)으로 신호로 전한다.
여기서, 본 발명의 제2의 실시 형태에 의한, 순간 전력 추정부(29)(도 10에 나타냄)에 대하여 언급한다.
코일(10)을 통과하여 흐르는 전류를 (i)로 나타내고, 브레이크 코일(10)의 전자장내에 축적된 순간 전력을 P로 나타내면, 전자장 P내에 축적된 순간 전력과 전류(i)와의 관계는 이하의 식에 의해서 나타낸다.
전자장내에 축적된 순간 전력은 전류와 전류의 1차 도함수의 적에 비례한다.
여기서, 본 발명의 제2의 실시 형태에 의한 순간 전력 검출 장치에 대해 언급한다.
전류 검출기(13)에 의해서 검출된 전류 신호(i)의 라플라스 변환을 I(s)로 나타내면, 섹션 31은 시정수 τ1에서 필터링을 실시한다. 섹션 31은 다음의 식에 의해, if로 나타내는 필터링된 전류 신호(및 If(s)로 나타내는 그 라플라스 변환)를 계산한다.
Pf로 나타내는 필터링되어서 증폭된 순간 전력 신호(및 Pf(s)로 나타내는 그 라플라스 변환)은 다음의 식에 의해서 얻을 수 있다.
상기의 식(19)은 미분부(32), 필터링부(33)(시정수 τ2), 인덕턴스 조절부(35)에 의해서 지정된 코일 인덕턴스값 34, 및 증폭부(36)(게인 K2)에 의해 계산된다.
인덕턴스 조절부(35)의 동작은 인덕턴스 조절부(26)와 유사이다. 인덕턴스 L=L(i) 를 미리 얻어 두고, 브레이크 코일 전류(i)와 인덕턴스 L과의 관계를 나타낸다. 동작 검출기 및 동작 인디케이터 유닛(16)은 전류 검출기(13)의 필터링된 신호에 근거하여 이 표로부터 인덕턴스를 호출하는지 알아내고, 순간 전력 추정부(29)에 있어서 인덕턴스를 바꾼다. 필터링되어서 증폭된 순간 전력 신호는 부호 37로 나타낸다.
전자장내에 축적된 순간 전력 변동의 결과, 접극자 동작 검출 알고리즘(알고리즘 B.1로 나타냄)은 접극자 풀-업의 경우에는 도 11에 나타낸 것이고, 접극자 개방(알고리즘 B.2로 나타냄)의 경우에는 도 12에 나타낸 것이다. 또, 제어하에서 브레이크 적용(접극자 개방)이 행해지면, 도 12에 나타낸 접극자 동작 검출 알고리즘은 도 13에 나타낸 알고리즘(알고리즘 B.3으로 나타냄)으로 확장된다.
여기서, 본 실시 형태의 동작을 이하에 말한다. 도 11(알고리즘 B.1에 따라 서 나타냄)에 있어서, Pf로 나타내는 필터링된 순간 전력 신호 37은 문턱값 레벨 설정부(17)로 지정된 TH1로 나타내는 문턱값 레벨과 비교된다. 신호 37Pf가 문턱값 레벨 TH1 보다 항상 크면 순간 전력은 저하하지 않고, 접극자는 자동적으로 이동하지 않음을 의미한다. 따라서, 풀-업중에 접극자 이동을 검출하는 SET1 로 나타내는 논리 신호는 제로로 설정된다.
SET1=0 (20)
Pf로 나타내는 신호 37이 문턱값 레벨 TH1보다 작아지고, 잠시 후에 문턱값 레벨 설정부(17)에서 지정된 문턱값 레벨 TH2보다 커지면, 접극자 동작을 위해서 순간 전력이 감소하고, 접극자가 정지한 후에 다시 증가하는 것을 의미한다. 분명하게, 순간 전력 변동은 주전압원(11)의 이상 전압 변동에 의해서 일어날 수 있다. 따라서, 다음의 과정은 이상 전압 변동을 검출하는 신호 VD를 시험하는 것이다. 전압 변동 검출기(15)의 동작에 의하면, VD=0 이면, 이상 전압 변동이 발생하였음을 의미하고 신호 SET=1 은 0으로 설정된다.
VD=1 이면, 접극자는 이동하고, 논리 신호 SET1 은 1로 설정된다.
SET1=1 (21)
Pf로 나타내는 신호 37이 문턱값 레벨 TH1보다 작아지고, 문턱값 레벨 TH2를 넘어서 증가하지 않으면, 순간 전력은 전압 강하에 의해 감소하는 것으로서, 접극자 동작에 의해서 감소한 것은 아님을 의미한다. 따라서, 논리 신호 SET1 은 0으로 설정된다.
SET=0 (22)
따라서, 브레이크 개방시의 접극자 동작은 논리 신호 SET1에 의해서 검출된다.
SET1=1 이면 접극자는 이동하지 않고, SET1=0 이면 이동하고 있다.
접극자 개방중의 접극자 동작 검출은 도 12에 나타나 있다.
여기서, 본 실시 형태의 동작을 이하에서 말한다. 도 12(알고리즘 B.2에 따라서 나타냄)에 있어서, 추정된 순간 전력 신호 Pf가 문턱값 레벨 설정부(17)로 지정된 TH3에 의해서 나타나는 문턱값 레벨과 비교된다. Pf에 의해 나타내는 신호 37이 문턱값 레벨 TH3보다 항상 작으면, 전자장에 축적된 순간 전력은 감소하고 있고(열로 변환되고 있음), 접극자는 자동적으로 이동하지 않았음을 의미한다. 따라서, 개방중의 접극자 동작을 나타내는 논리 신호 SET2는 제로로 설정된다.
SET2=0 (23)
Pf에 의해서 나타내는 신호 37이 문턱값 레벨 TH3보다 커지고, 잠시 후에 문턱값 레벨 설정부(17)에 있어서 지정된 HT4에 의해서 나타내는 문턱값 레벨보다 작아지면, 전자장에 축적된 순간 전력은 접극자 동작을 위해서 증가하고, 접극자가 정지한 후에 감소하기 시작하였음을 의미한다. 이 시나리오는 정전압원(11)의 이상 전압 변동이 없는 경우에 해당한다. 따라서, 다음의 단계에서, 이상 전압 변동을 검출하는 신호 VD가 시험된다. 전압 변동 검출기(15)의 동작에 의하면, VD=0 이면, 이상 전압 변동이 발생하였음을 의미하고, 신호 SET2 는 0으로 설정된다.
VD=1 이면, 순간 전력 변동은 접극자 동작에 의하는 것인 것을 의미하고, 따라서 논리 신호 SET2 는 1로 설정된다.
SET2=1 (24)
Pf에 의해서 나타내는 신호 37이 문턱값 레벨 TH3보다 커지고 문턱값 레벨 TH4 아래로 감소하지 않는 것으로 있으면, 순간 전력은 전압 증가를 위해서 증가하는 것으로서, 접극자 동작을 위해서 증가한 것은 아님을 의미한다. 따라서, 논리 신호 SET2 는 0으로 설정된다.
SET2=0 (25)
따라서, 브레이크 적용시의 접극자 동작은 논리 신호 SET2에 의해서 검출된다. SET2=1 이면 접극자는 이동하고 있고, SET2=0 이면 이동하고 있지 않다.
그러나, 브레이크 적용중에, 브레이크 슈가 드럼에 해당되어서 바람직하지 않은 잡음을 발생하지만, 이것은 브레이크 제어 장치를 이용하여 감소시킬 수 있다.
따라서, 브레이크 제어 장치가 잡음 저감에 이용되면, 본 발명의 브레이크 적용시의 접극자 동작 검출 알고리즘(도 12)이 도 13에 나타낸 알고리즘으로 확장된다. 이것은 부적절한 접극자 제어하(제어 시스템이 고장나거나 또는 적절히 작동하지 않음)에 있어서도 정확한 접극자 동작 검출을 확실하게 실시하기 위해서 필요하다.
도 13(알고리즘 B.3에 나타냄)에 있어서, 접극자 제어 기간이 종료한 후에, Pf에 의해서 나타나는 신호 37이 검출되고, 도 12에 나타난 알고리즘에 의해서 구해진 논리 신호 SET2의 값이 기억된다.
Pf에 의해서 나타내는 신호 37이 부(負)이면, 전자장에 축적된 순간 전력이 감소하고 있음을 의미한다. 도 12에 나타난 알고리즘에 의해서 검출된 논리 신호 SET2 가 1로 동일하게 되면, 접극자가 이동하였음을 의미한다.
SET2=1 (26)
또, 도 12에 나타낸 알고리즘에 의해서 검출된 논리 신호 SET2 가 0으로 동일한 경우에는 접극자는 이동이라고 있지 않고, 순간 전력은 전압 강하를 위해서만 감소하였음을 의미한다. 따라서
SET2=0 (27)
Pf에 의해서 나타내는 신호 37이 정(正)인 경우에는 전자장내에 축적된 순간 전력이 증가하고 있음을 의미하고, 신호 37이 제로인 경우에는 접극자가 개방되어 있지 않음을 의미한다. 따라서,
SET2=0 (28)
따라서, 브레이크 적용시의 접극자 동작은 논리 신호 SET2에 의해서 검출된다. SET2=1 이면 접극자는 이동하고 있고, SET2=0 이면 이동하지 않는다.
제3의 실시 형태
인가 전압 또는 제어 신호 감시에 근거하는 접극자 동작 검출
접극자 풀-업 및 홀딩중에 접극자 전류를 제어하는 것이 바람직한 상황이 있 다.
접극자 전류 제어는 통상, 도 14에 수 나타난 제어 방식에 따라서 행해지고, 제어 장치 K(S)는 통상 다음의 전달 함수를 가진다.
여기서, Kp는 비례 게인이며, K는 적분 게인이다.
Uc(s)로 나타낸 제어 신호는 다음의 식에 의해서 주어진다.
에러 신호가 전류 기준 i*와 측정 전류와의 차이인 경우에는 다음의 식이 된다.
작동 주파수 범위에서는 전력 변환기가 이상적인 것이라고 생각되므로, 인가 전압 U는 제어 신호 uc와 비례한다. 따라서, 접극자 동작 검출에 대해서는 양쪽의 신호를 이용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3의 실시 형태에 의한, 인가 전압 또는 제어 신호 감시에 근거하여 접극자 풀-업(접극자 전류는 제어하에 있음)중에 있어서의 접극자 동작 검출 장치의 일례에 대해 언급한다.
접극자 개방중에, 상술한 방법(기전력 또는 순간 전력의 추정 및 감시에 근 거함)을 그대로 적용한다.
도 15는 본 발명의 제3의 실시 형태에 의한 접극자 동작 검출 장치의 기본 동작의 설명도이다. 도 15a는 전류가 제어하에 있는 브레이크 코일(10)을 나타내고 있고, 도 15b은 접극자(12)의 변위를 나타내고 있고, 도 15c은 제어하에 있는 브레이크 코일(10)에 부여되는 전압을 나타내고 있다. 접극자가 이동할 때에는 실선의 곡선 1이며, 접극자가 이동하지 않을 때는 쇄선의 곡선 2이다.
접극자 동작에 의해서 발생되는 유도 기전력에 의한 전류 저하는 제어 시스템에 의해서 검지되어서 보상된다. 도 16a는 브레이크 코일(10)에 부여되는 전압을 나타내고 있고, 이 전압은 접극자 동작에 의해서 발생되는 제어 동작에 의한 산을 가지고 있다.
접극자 동작을 검출하는 가장 간단한 방법은 도 16c에 나타낸 인가 전압 u의 변화 또는 제어 신호 uc의 변화를 감시하는 것이다.
여기서, 도 17에 나타낸, 본 발명의 제3의 실시 형태에 의한, 인가 전압 또는 제어 신호 감시에 근거하는 접극자 동작 검출 장치에 대해 말한다.
인가 전압이 전압 검출기(38)에 의해 검출되는지, 식(30)에 의해서 계산된 제어 신호 uc를 직접 이용하면 가정하고, 섹션 39는 시정수 τ1에서 필터링을 실시한다. 섹션 40은 필터링된 신호를 변화시키고, 그 신호는 섹션 41에 의해서 증폭된다(게인 K1 로).
부호 42로 나타낸 필터링되어서 증폭된 신호는 동작 검출 알고리즘(동작 검 출 알고리즘 C부(43)로 지정)에 의해서 문턱값 레벨(문턱값 레벨 설정부(17)에서 지정)과 비교되어서 접극자 동작이 검출된다.
동작 인디케이터부(20)는 접극자 동작을 시각적 및/또는 전자적으로 신호로 전한다. 여기서, 본 실시 형태의 동작을 이하에 말한다. 도 18(알고리즘 C에 따라서 나타냄)에 있어서, 필터링되어서 변화된 인가 전압 또는 제어 신호는 문턱값 레벨 설정부(17)에서 지정된 TH1에 의해서 나타난 문턱값 레벨과 비교된다. 신호 42가 항상 문턱값 레벨 TH1 미만이면, 인가 전압 또는 제어 신호가 전류 제어 장치에 의해서 증가되어 있지 않기 때문에, 전류 저하는 검출되지 않고, 접극자는 이동하지 않았음을 의미한다. 따라서, 풀-업중의 접극자 동작을 검출하는 SET1에 의해서 나타내는 논리 신호는 제로로 설정된다.
SET1=0 (32)
신호 42가 문턱값 레벨 TH1보도 커지고, 잠시 후에 문턱값 레벨 설정부(17)에서 지정된 문턱값 레벨 TH2보다 작아지면, 인가 전압 또는 제어 신호는 검출된 전류 저하를 위해서 전류 제어 장치에 의해서 증가되었음을 의미한다.
분명하게, 전류 저하는 정전압원(11)의 이상 전압 변동에 의해서 일어날 수 있다. 따라서, 다음의 과정은 이상 전압 강동을 검출하는 신호 VD를 시험하는 것이다. 전압 변동 검출기(15)의 동작에 의하면, VD=0 이면, 이상 전압 변동이 발생하였음을 의미하고, 신호 SET1 로 설정된다.
VD=1 이면, 접극자는 이동하고 있고, 논리 신호 SET1 은 1로 설정된다.
SET1=1 (33)
신호 42가 문턱값 레벨 TH1보다 커지고, 문턱값 레벨 TH2 미만이 되지 않으면, 전압은 상승하였으나, 접감자 동작에 의하는 것은 아님을 의미한다. 따라서, 논리 신호 SET1 은 0으로 설정된다.
SET1=0 (34)
따라서, 브레이크 개방시의 접극자 동작은 논리 신호 SET1에 의해서 검출된다.
SET1=1 이면 접극자는 이동하고 있고, SET1=0 이면 이동하고 있지 않다.
상술한 알고리즘은 단순하지만 특정의 결점을 가진다고 말하는 것은 용이하다.인가 전압 또는 제어 신호의 변화는 잡음에 의해서 영향을 받고, 한정적인 동작 범위, 또는 최악의 경우에는 오동작으로 될 가능성이 있다.
따라서, 기전력 추정 및 감시에 근거하는 별도의 수법도 제안되고 있다.
접극자 풀-업중에는 접극자 동작에 의해서 발생되는 유도 기전력에 의한 전류 저하는 제어 장치에 의해서 보상된다.
따라서, 제어 신호는 전류 저하에 비례하여 증가하고(제어 장치의 적분항 시정수보다 훨씬 빠름), 이것은 유도 기전력(E.M. F)와 비례하고 있는 것으로 생각할 수 있다.
유도 기전력은 대체로 다음과 같다(식(6)을 참조).
접극자 동작 검출에 이용한 신호는 기전력 또는 그것과 비례하는 임의의 크 기로.
접극자가 이동하지 않으면, 유도 기전력은 거의 제로이다. 접극자가 이동하면, 전류 저하는 전류 제어 장치에 의해 검출되고, 제어 신호를 상승시키고, 필연적으로 인가 전압을 상승시키는 것으로 보상된다. 이 경우에, 유도 기전력은 도 16d에 나타낸 바와 같이, 제로와는 다른 값(이 경우에는 정의 값)을 가진다.
접극자 동작 검출 알고리즘은 본 발명의 제1의 실시 형태로 말한 동일한 방법으로 행하게 된다.
제4의 실시 형태
도 19는 본 발명의 제4의 실시 형태에 의한 엘리베이터의 브레이크 시스템 전체의 구성을 나타내고 있다.
접극자 위치 추정은 접극자 위치 추정부(51)에 있어서 행해지고, 정상ㆍ이상 접극자위치는 정상ㆍ이상 위치 인디케이터부(52)에 의해서 나타난다. 다른 구성은 실시 형태 1과 거의 동일하다.
도 20는 전자석이 통전 및 비통전으로 되었을 때의, 인가 전압(u)과 시간(t)(도 20a), 접극자 변위(x)와 시간(t)(도 20b), 및 코일 전류(i)와 시간(t)(도 20c)과의 전형적 관계를 나타내고 있다.
전류는 최초로 온으로 되면(도 20a의 그래프상의 시점 T1, 도 20c의 그래프상의 점 A), 코일에 의해 생성되는 자장의 세기가 접극자를 풀-업되는데 충분하게 될 때까지 서서히 상승한다. 이 시점에서, 접극자의 동작에 의해, 코일을 통과하여 흐르는 전류(i)는 순간적으로 저하한다(도 20c의 그래프상의 점 B). 최종적으로, 전류는 접극자 풀업중에 안정 상태의 값에 이른다(도 20a의 그래프의 시점 T2, 도 20c의 그래프의 점 C). 접극자가 풀-업된 후에, 저항 손실을 감소시키기 위해서, 인가 전압은 접극자 홀딩중에(시점 T2와 시점 T3와의 사이)보다 낮은 레벨에 삭감된다.
전류는 최초로 오프로 되면(도 20a의 그래프상의 시점 T3, 도 20c의 그래프상의 점 D), 코일의 자장에 의해서 발생된 힘이 스프링의 힘 미만이 되어서 접극자가 개방될 때까지, 서서히 감소한다. 이 시점에서, 접극자 동작을 위해서, 코일을 통과하여 흐르는 전류(i}는 순간적으로 증가하고(도 20c의 그래프상의 점 E), 최종적으로 접극자 개방중(도 20a의 그래프상의 시점 T4, 도 20c의 그래프상의 점 F)에, 그 정상값에 달한다.
도 21은 비포화 전자 액츄에이터의 경우에 있어서의, 에어-갭에 의한 인덕턴스 변동을 나타내고 있다.이것은 코일의 인덕턴스 또는 여기에 비례하는 임의의 파라미터가 추정되면, 접극자 위치 추정이 가능하였음을 의미한다.
도 22는 파라미터 추정의 본적 생각을 나타내고 있고, 여기서, (u)는 「삽입 신호」라고도 불리는 인가 입력 신호이며, (i)는 측정된 출력 신호이다.
시스템의 파라미터를 추정하기 위해서는 입력 신호는 「영속적으로 여자」하고 있지 않으면 안되고, 이것은 인용 문헌 {Ljung, Astrom}에 진술된 상태이다. 엘리베이터 브레이크로 이용되는 전자 액츄에이터의 경우에, 입력 신호는 도 23에 나타내는 히스테리시스 제어 루프를 이용하여 발생시킬 수 있다.
인덕턴스 추정에 적용대 와, 접극자 위치 추정에 적용할 수 있을 것인,
여러 가지의 재귀적(온라인) 파라미터 추정 기술이 있다.
주지된 재귀적 파라미터 추정 방법 중 하나는 {Ljung, Astrom}에서 진술된, 반복 최소 2승법(RLS)이다.
이 고안은 최소 2승법을 이용하여 (V(θ))에 의해서 나타난 2차 손실 함수를 최소화하기 위한 것인(식(1)을 참조)
여기서, (θ)는 파라미터 벡터이고, (e)는 측정된 출력(y)과 추정된 출력(yΛ)과의 사이의 오차이다.
파라미터 추정 알고리즘은 매트릭스 반전 보조 정리의 인용 문헌{Kailath, Astrom}를 이용한, 재귀적 형식으로 쓰여져 있다. 이 수법은 양호한 정밀도를 제공할 수 있으나, 그 수많은 복잡함에 의한 빠른 수습은 많은 리얼 타임인 산업용도에 있어서 적절한 것은 아니다.
경사법으로서 알려진 다른 수법의 인용 문헌 {Astrom}은 적응 제어에 있어서 넓게 응용되고 있고, 리얼 타임인 실시에 의해 적합하지만, 그 정밀도는 RLS의 정밀도보다 낮다.
기본적 생각은 손실 함수(V(θ))가 최소화되도록 한 방법으로, 파라미터를 조절하는 것이다.
(V(θ))을 작게 하려면 (V(θ))의 부의 기울기의 방향으로 있어서의 파라미터를 바꾸는 것이 타당하다. 즉,
여기서, (γ)는 정의 정수이다.
제시된 알고리즘은 다른 각종 형식에서 쓸 수 있고, 경사 또는 투영 알고리즘의 인용 문헌 {Astrom}으로서 알려져 있다. 또, 싸인-싸인 알고리즘(싸인은 주지된 시그널 함수)으로 불리는
및
과 같은 다른 선택 사항도 있다.
접극자 위치를 추정하는 다른 수법은 히스테리시스 제어하에 있는 전류의 스위칭 주파수를 추정하는 것이다. 이 수법은 인용 문헌 {Noh, Mizunno}에 진술되고 있고, 인덕턴스는 스위칭 주파수에 반비례 하는 것을 나타나 있다.
인덕턴스 추정은 일련의 신호 조작으로서의, 도 24에 나타낸 정류기 및 로우 패스 필터(신호의 진폭을 복조함)가 후에 계속되는 하이 패스 필터(전류의 저주파수 성분을 제거함)로 이루어진다.
이 어프로치는 이하를 주로 한 결점을 가진다.
- 한정적인 정밀도,
- 자기 코어가 포화했을 때의 한정적 용도.
코일의 파라미터 추정에 근거하는 접극자 위치 추정-경사법
본 발명의 제4의 실시 형태에 있어서, 경사법을 이용한 코일의 파라미터 추정에 근거하는 엘리베이터 브레이크에 적용되는 접극자 위치 추정 장치의 일례를 언급한다.
엘리베이터에 적용되는 전자 브레이크의 특수성을 위해서,
- 풀-업 시간중의 전자 액츄에이터는 포화도가 높다.
- 잠시 후에, 풀-업 전류가 홀딩 전류 레벨까지 감소된다.
따라서, 이하의 파라미터 추정 방법이 생각된다. 우선, 접극자 풀-업중에, 코일의 저항을 추정하고, 이의 값을 이용하여 전류가 히스테리시스 제어하에 있을 때, 접극자 홀딩중 및 접극자 개방 후의 코일의 인덕턴스 및 그 역수를 추정한다.
처음은 저항을 추정하고, 다음에 인덕턴스를 추정하는 2 단계의 이 파라미터 추정의 수법은 모든 전자 액츄에이터에 적용할 수 있는 것이지만, 유일한 결점은 파라미터 추정에 작은 지연이 도입되는 것이다.
이하에 있어서, 경사법을 이용한 파라미터 추정중에 생각되는 모델 구조에 대해 언급한다.
정지 상태하에서는 접극자는 이동하지 않고, 소여의 전류치에 대해(이와 같이 하여 자기 포화를 고려하는 것이 가능함), 이하의 모델 구조를 생각한다.
여기서, (U)는 인가 전압이며, (i)는 전류이며, R은 코일 저항이며, (L)은 코일 인덕턴스이다.
전류가 안정 상태에 이른 후의 접극자 풀-업중에, 이하의 식에 따라서 코일의 저항이 재귀적으로 추정된다.
여기서, 지수(k)는 순간(tk)에서의 값을 의미하고, (γ R)은 정의 정수이다.
전류가 홀딩 레벨까지 감소된 후에, 접극자 전류는 도 25b에 나타낸 히스테리시스 제어하에 들어가고, 이 히스테리시스 제어 루프는 인덕턴스(L) 또는 인덕턴스의 역수(G=1/L)을 추정하는데 이용되는, 이른바 「삽입 신호」를 제공한다.
인덕턴스의 역수는 경사법에 따라서 도출되는 다음의 식에 따라서 추정된다.
또, 근사 후의 상술한 식을 다음 형식으로 쓸 수 있는 것을 증명하는 것이 가능하다.
여기서, (R)은 풀-업 기간중의 추정 저항이며, 지수(k)는 순간(tk) 및 (γ G) 및 (γ L)에서의 값이 정의 정수인 것을 의미한다.
전자 액츄에이터, 자기 포화 레벨 및 신호 대 잡음비의 구성적 변형에 따라서하나 또는 다른 추정 방법을 이용할 수 있다.
식(8) 및 (9)는 접극자 위치에 의해서 정해지는 정확한 파라미터 추정을 제공할 수 있으므로, 접극자 위치 추정 방법의 중심을 구성한다.
관계 x=(L), x=f(G) 또는 일반적인 경우에는 추정된 파라미터(p)와 접극자 위치(x)와의 사이의 x=f(p)는 선형 함수에 의해서 근사되거나, 보다 높은 정밀도를 위하여, 비선형 함수(f)를 룩-업 테이블로서 메모리에 기억하는 것이 가능하다.
도 26은 경사 방법에 근거하는 접극자 위치 추정을 나타내고 있다. 재귀적 파라미터 추정기(55)는 코일의 파라미터의 재귀적 추정(2 단계)을 제공하고, 여기서 입력치는
- (uK)는 전압 검출기부(14)를 이용하여 측정된 인가 전압, 문장은 구동 회로부(9)에 의해서 주어진 기준 전압이고,
- (ik)은 입력이 전류 검출기부(13)에 의해서 제공되는 로우 패스 필터(LPF)부(53)에 의해서 제공되는 필터링된 전류이고,
- (dik/dt)은 입력이 전류 검출기부(13)에 의해서 제공되는 변화기(de livator)(DER)부(54)에 의하여 제공되는 전류 변화이다.
라플라스 변환 표현을 이용하면, 로우 패스 필터는 다음과 같이 실시할 수 있다.
여기서, k1 및 τ1는 정의 정수이다.
변화기는 다음과 같이 실시할 수 있다.
여기서, k2 및 τ2는 정의 정수이다.
재귀적 파라미터 추정기(55)의 출력은 트렌드 추정기부(57)에 관한 입력을 제공하는 로우 패스 필터링부(6)에 의해서 로우 패스 필터링된다.
비교적 큰 에어 갭 및 비포화의 또는 경도에 포화된 자기 코어에 대해서는 모든 전자 액츄에이터에 대해 접극자 위치 추정을 적용할 수 있다.
또, 추정된 파라미터의 정밀도는, 이른바 「트렌드 추정기」부(57)에 의해 높일 수 있다.
소여의 접극자 위치에 대해서, 전자 브레이크의 경우의 추정 인덕턴스 또는 그 역수는 시간 불변(time-invariant) 파라미터이지만, 실제로는 센서 노이즈나 추정 에러등에 의한 평균치 주변에서의 작은 변동을 관찰할 수 있다. 시간 불변 파라미터의 추정 정밀도를 높이기 위하여, 추정 파라미터가 그 평균치에 이른 후에, 이 른바 「트렌드 추정기」가 적용된다.
If(p)가 추정 파라미터(이 경우에, (L) 또는 (G))이면, 파라미터 모델은 다음과 같이 쓰일 수 있다.
p=mt+n (47)
상술한 식에 있어서, (t)는 시간이며, (m) 및 (n)은 파라미터이다.
이상적인 경우, 파라미터(m)은 제로로 동일하고, 파라미터(n)는 추정 파라미터에 동일하다.
도 28은 트렌드 추정기의 원리를 나타내고 있다. 트렌드 추정기의 파라미터(m) 및 (n)은 경사법에 따라서 재귀적으로 추정되어서 다음과 같이 된다.
여기서, (γm) 및 (γn)은 정의 정수이다.
도 29는 식(48) 및 및 (49)에 따른 재귀적 트렌드 추정기부(57)를 나타내고 있다.
이 수법을 이용하면, 추정 파라미터는 트렌드 추정기의 (n)파라미터가 된다.
또, 추정 파라미터(m)을 이용하여 추정 파라미터(p)의 일시적 상태를 감시한다.추정 파라미터(m)이 (△t)에 의해서 나타나는 최종 기간에 있어서의 명확한 범위(-ε<m<ε)에 의하여 이루어지면, 추정치(n)은 (소여의 접극자 위치에 대해) 유효로 간주할 수 있다. 이상적인 경우에, 시간 불변 파라미터(m)는 제로로 동일하게 된다.
도 30은 정상ㆍ이상 위치 인디케이터부(52)를 나타내고 있고, 관련 알고리즘은 의사(擬似) 프로그램 언어로 기술되어 있다.
도 30에 있어서, (i)는 측정 전류이고, (iHIH) 및 (iRIH)는 접극자 홀딩중 및 접극자 개방 후에 있어서의 전류 문턱값 레벨이다. 또, (n)은 트렌드 추정기에 의한 추정 파라미터를 나타내고 있다. 파라미터 (pHmin) 및 (pHmax)는 접극자 홀딩중의 정상 파라미터 범위를 정의하고 있고,
(pHmin) 및 (pHmax)는 접극자 개방 후의 정상 파라미터 범위를 정의하고 있다. 이러한 파라미터는 사용자에 의해서 선험(先驗)적으로 정의된다.
도 31은 일례인, 여러 가지의 접극자 위치에 관한 추정 유도율을 나타내고 있다.
제5의 실시 형태
기준 모델 베이스의 스위칭 주파수 추정을 이용한 접극자 위치 추정
접극자 위치를 추정하는 다른 수법은 히스테리시스 제어하에 있는 전류의 스위칭 주파수를 추정하는 것으로, 이 수법의 원리는 도 24에 나타나 있다.
이하에서는 본 발명의 제5의 실시 형태에 있어서, 도 27에 나타낸, 기준 모델의 출력이 실 시스템 출력과 병렬로 처리될 때의, 스위칭 주파수 추정에 근거하는 기준 모델를 이용한 접극자 위치 추정에 대해 언급한다.
도 27에 있어서, 실 신호의 스위칭 주파수와 기준 모델의 스위칭 주파수와의 사이의 복조 에러 신호는 접극자 위치 추정에 이용되는 접극자 위치 의존 파라미터를 제공한다. 정밀도의 향상은 위치 인디케이터부(52)에 대한 입력을 제공하는 「트렌드 추정기」부(57)를 이용하는 것에 의해 유사한 방법으로 달성된다.
이것은 응용 분야를, 자기 코어가 통상은 포화되어 있고, 에어-갭이 통상은 1mm 미만인 엘리베이터 브레이크 시스템으로 확장한다.
라플라스 변환 표현을 이용하면, 도 27에 있어서의 기준 모델은 다음의 식에 의해 얻을 수 있다.
여기서, Ln 및 Rn은 접극자 홀딩 및 접극자 개방중에 있어서의, 정상 동작 모드에 대응하는 정상 파라미터이다.
또, 도 27에 있어서, 로우 패스 필터(LPF) 및 하이 패스 필터(HPF)는 식(44) 및 식(45)에 있어서와 유사한 방법으로 실시할 수 있다. 도 27에 있어서의 블록(block)(ABS)은 신호의 절대치가 취해진 것을 의미한다.
도 27에 있어서, 에러 신호 66은 신호 64와 신호 65와의 차이로서 계산된다. 신호 64는 전류 검출부(13)에 의해서 제공되는 측정 전류의 하이 패스 필터링(하이 패스 필터링부(58))의 다음에 있어서, 정류부(59)에 의해서 제공되는 정류의 후에 얻어진다. 신호 65는 하이 패스 필터링부(61)에 의해서 하이 패스 필터링되고, 정류부(62)에 의해서 정류된, 입력이 구동 회로(9) 또는 전압 검출기(14)에 의해 제 공되는, 기준 모델(섹션 24)의 출력을 취한 후에 얻어진다.
도 27에 있어서, 에러 신호 66은 트렌드 추정기부(57)에 입력을 제공한다. 출력이 접극자 위치 의존인, 로우 패스 필터부(63)를 이용하여 복조된다.
접극자 위치 추정 및 위치 표시는 본 발명의 제4의 실시 형태에서 말한 동일한 방법으로 행해진다.
본 발명에 의하면, 구동 쉬브의 회전을 제동하기 위한 엘리베이터용의 전자 브레이크 장치를 제공할 수 있다.
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- 브레이크 회전체,상기 브레이크 회전체의 회전을 마찰 제동하는 브레이크 슈(shoe),상기 브레이크 슈를 상기 브레이크 회전체에 프레스(press)하는 방향으로 가압하는 스프링, 및브레이크 코일을 포함하는 전자석과, 상기 전자석을 여자(勵磁)함으로써 상기 스프링의 탄성력에 반항하여 상기 전자석에 끌어당겨지는 접극자(armature)를 갖고, 상기 브레이크 슈를 상기 브레이크 회전체로부터 개리(開離)시키는 브레이크 구속 해제(解放)부를 구비한 엘리베이터 브레이크의 상기 접극자의 동작을 검출하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 동작 검출 장치에 있어서,상기 브레이크 코일에 통전되는 전류를 검출하는 전류 검출기,상기 브레이크 코일에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출기,상기 전자석을 여자하기 위한 정전류 구동의 이상 전압 강하를 검출하는 전압 변동 검출기, 및상기 전류 검출기 및 상기 전압 검출기로부터 얻어지는 정보를 설정된 문턱값 레벨과 비교하는 동시에, 상기 전압 변동 검출기에 의해 이상 전압 강하가 검출되었는지의 여부를 판단하는 것에 의해 상기 접극자의 상기 전자석에 대한 상대적인 동작을 검출하는 동작 검출기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 동작 검출 장치.
- 제1항에 있어서,상기 동작 검출기는 상기 전류 검출기로 검출된 전류 및 상기 전압 검출기로 검출된 전압을 이용하여 상기 브레이크 코일내에 유도되는 유도 기전력을 추정하는 동시에, 추정된 유도 기전력을 문턱값 레벨과 비교하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 동작 검출 장치.
- 제2항에 있어서,상기 동작 검출기는 상기 접극자의 풀-업(pull-up)중,유도 기전력의 신호가 미리 설정된 문턱값 레벨 TH1 미만이면, 유도 기전력은 증가하지 않고 상기 접극자는 이동하지 않았다고 판단하고,유도 기전력의 신호가 상기 문턱값 레벨 TH1보다 커지고, 잠시 후에 미리 설정된 문턱값 레벨 TH2보다 작아지고, 또 상기 전압 변동 검출기에 의해 이상 전압 강하가 검출되고 있지 않으면, 상기 접극자의 이동에 의해 유도 기전력이 변동했다고 판단하고,유도 기전력의 신호가 상기 문턱값 레벨값 TH1보다 커지고, 상기 문턱값 레벨 TH2를 밑돌지 않으면, 유도 기전력은 전압 증가에 의해 변화하였으므로, 상기 접극자의 동작에 의해서 변화의 것은 없다고 판단하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 동작 검출 장치.
- 제2항에 있어서,상기 동작 검출기는 상기 접극자의 개방중,유도 기전력의 신호가 미리 설정된 문턱값 레벨 TH3보다 크면, 유도 기전력이 유도되지 않고, 상기 접극자는 이동하지 않았다고 판단하고,유도 기전력의 신호가 상기 문턱값 레벨 TH3보다 작아지고, 잠시 후에 미리 설정된 문턱값 레벨 TH4보다 커지고, 또 상기 전압 변동 검출기에 의해 이상 전압 강하가 검출되고 있지 않으면, 상기 접극자의 이동에 의해 유도 기전력이 변동했다고 판단하고,유도 기전력의 신호가 상기 문턱값 레벨 TH3보다 작아지고, 상기 문턱값 레벨 TH4를 넘어서 증가하고, 유도 기전력은 전압 강하에 의해 변화하였으므로, 상기 접극자의 동작에 의해 변화한 것은 아니라고 판단하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 동작 검출 장치.
- 제1항에 있어서,상기 동작 검출기는 상기 전류 검출기 및 상기 전압 변동 검출기로부터의 정보에 의해, 상기 전자석의 전자장내에 축적된 순간 전력을 추정하는 동시에, 추정된 순간 전력을 문턱값 레벨과 비교하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 동작 검출 장치.
- 제1항에 있어서,상기 동작 검출기는 상기 접극자의 풀-업 및 홀딩중에 접극자 전류가 제어하에 있을 때, 상기 브레이크 코일에의 인가 전압 또는 제어 신호를 검출하는 동시에, 인가 전압 또는 제어 신호에 근거하는 신호를 문턱값 레벨과 비교하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 동작 검출 장치.
- 브레이크 회전체,상기 브레이크 회전체의 회전을 마찰 제동하는 브레이크 슈,상기 브레이크 슈를 상기 브레이크 회전체에 프레스하는 방향으로 가압하는 스프링, 및브레이크 코일을 포함하는 전자석과, 상기 전자석을 여자함으로써 상기 스프링의 탄성력에 반항하여 상기 전자석에 끌어당겨지는 접극자를 갖고, 상기 브레이크 슈를 상기 브레이크 회전체로부터 개리시키는 브레이크 구속 해제부를 구비한 엘리베이터 브레이크의 상기 접극자의 위치를 추정하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 위치 추정 장치에 있어서,상기 브레이크 코일에 통전되는 전류를 검출하는 전류 검출기,상기 브레이크 코일에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출기,상기 전류 검출기 및 상기 전압 검출기로부터 얻어지는 정보에 의해, 상기 접극자의 위치와, 상기 접극자의 위치에 의해 정해지는 파라미터 중 적어도 어느 한 쪽을 추정하는 접극자 위치 추정부, 및상기 접극자 위치 추정부로부터의 출력, 미리 설정된 상기 접극자 위치의 범 위와 미리 설정된 파라미터 중 적어도 어느 한 쪽, 및 상기 전류 검출기로부터 얻어지는 정보에 근거하여 상기 접극자의 위치가 정상인지의 여부를 판정하는 위치 인디케이터부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 위치 추정 장치.
- 제7항에 있어서,상기 접극자 위치 추정부는 상기 전류 검출기 및 상기 전압 검출기로부터 얻어지는 정보에 근거하여 경사 방법에 따라서 상기 파라미터를 추정하는 재귀적 파라미터 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 위치 추정 장치.
- 제7항에 있어서,상기 접극자 위치 추정부는 실 신호의 스위칭 주파수와 기준 모델의 스위칭 수 주파수와의 사이의 복조 에러 신호로부터 상기 파라미터를 얻는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 위치 추정 장치.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,상기 접극자 위치 추정부는 상기 파라미터의 유효성을 판정하는 트렌드(傾向) 추정기부를 추가로 포함하고,상기 위치 인디케이터부는 상기 트렌드 추정기부로부터 제공되는 정보, 미리 설정된 파라미터 범위, 및 상기 전류 검출기로부터 얻어지는 정보에 근거하여 상기 접극자의 위치가 정상적인지의 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 브레이크의 접극자 위치 추정 장치.