KR101263568B1 - 엘리베이터 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

모델 연산부를 이용한 속도 제어를 행하는 엘리베이터 제어 장치에 있어서, 제어 대상의 관성값을 예측함으로써 추종성이 좋은 제어를 가능하게 한다. 엘리베이터 제어 장치(110)는 관성 오차 예측부(80A)를 구비한다. 제1 연산부(81a)는 엘리베이터칸의 가가속 상태와 일정 가속 상태가 연속하는 기간에 있어서 모델 속도(ωA)와 실속도(ωM)의 속도 편차의 적분 연산에 기초하여, 수속 전의 관성 오차(중간값)를 산출하고, 제2 연산부(82a)에 출력한다. 제2 연산부(82a)는 제1 연산부(81)로부터 출력된 상기 중간값에 기초하여, 수속 후의 관성 오차를 예측한다. 파라미터 수정부(90)는 제2 연산부(82a)로부터 예측된 수속 후의 관성 오차에 기초하여, 모델 연산부(30)에 미리 설정된 관성값(JA)을 수정한다.

Description

엘리베이터 제어 장치{ELEVATOR CONTROL APPARATUS}
본 발명은 엘리베이터 제어 장치, 특히 모델 연산부를 가지는 속도 제어에 있어서, 제어 대상의 관성의 산출을 행하는 엘리베이터 제어 장치에 관한 것이다.
도 9는 종래의 일반적인 엘리베이터의 개요를 나타낸 도면이다. 도 9에서는 상용 전원(310), 사람이나 짐을 승강시키기 위한 엘리베이터칸(350), 엘리베이터칸과 운반물의 중량에 균형을 잡는 무게의 카운터 웨이트(counter weight; 360), 동력 장치를 구동시키기 위한 전력을 공급하는 인버터(330), 상용 전원으로부터 인버터에 전력을 공급하는 컨버터(320), 인버터(330), 컨버터(320), 동력 장치(301) 등을 제어하는 엘리베이터 제어 장치(340) 등을 구비하고 있다.
종래 제어 대상의 관성의 산출을 행하는 엘리베이터 제어 장치는 특허 문헌 1에 기재와 같이, 속도 지령 입력 수단, 모델 연산부, 속도 검출기, 보상 연산부, 토크 지령 산출부, 토크 제어기, 관성 산출기를 구비하고 있다. 그리고 엘리베이터칸의 가속 운전시에 제어 대상의 관성을 다음의 식 (A)로부터 산출한다.
Figure 112011024672748-pct00001
(JM:제어 대상의 관성, T
Figure 112011024672748-pct00002
:엘리베이터칸이 가속하기 위해 필요한 토크, D:시브 계수, KL:로핑 계수) 즉, 특허 문헌 1에서는 식 (A)라고 하는 힘의 균형식을 이용하여, 엘리베이터칸의 가속시, 및 일정 속도시에 제어 대상의 관성을 산출하고, 그 결과를 모델 연산부, 보상 연산부에 반영시킨다. 이로 인해, 추종성이 좋은 제어가 가능하다고 하고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개 2003-128352호 공보
특허 문헌 1의 엘리베이터 제어 장치에서는 엘리베이터칸의 가속도가 일정으로, 상기 식 (A)가 성립되는 정상 상태에 있어서 올바른 관성을 산출할 수 있다. 그러나 가속 시간이 짧고, 피드백이 수속(收束)되어 버리지 않고, 가속도가 일정하지 않기 때문에 상기 힘의 균형식 (A)가 성립되지 않는 과도 상태에 있어서는 정확한 관성을 산출할 수 없다. 이 때문에, 속도가 늦은 엘리베이터에서 관성을 산출하려고 하는 경우는, 몇번이나 분류를 행하여 오차를 작게 하거나, 또는 가속 시간을 길게 하여 가속도를 수속시켜야 된다고 하는 과제가 있었다.
또, 특허 문헌 1의 엘리베이터 제어 장치에서는 엘리베이터칸의 가속도가 일정하고, 상기 식 (A)가 성립되는 정상 상태에 있어서 올바른 관성을 산출할 수 있다. 그러나 일정 가속 시간이 거의 존재하지 않는 경우, 예를 들어 관성 오차가 너무 커서 제어계가 발산되어 가가속 중에 멈춰 버리는 경우나, 속도가 매우 늦게 일정 가가속(加加速) ~ 일정 가감 속도라고 하는 속도의 패턴으로 되어 버리는 수동 운전시와 같은 경우에는, 관성의 산출을 행할 수 없다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은 엘리베이터칸의 가속도가 수속되기 전의 과도 응답 중에 있어서도, 관성 오차의 수속율을 산출함으로써, 보다 정확한 관성을 신속하게 산출하고, 산출된 정확한 관성을 통상 운전에 이용하는 추종성이 좋은 엘리베이터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 일정 가속을 행할 수 없는 상황에 있어서도 제어 대상의 관성을 산출하고, 산출된 정확한 관성을 통상 운전에 이용하는 추종성이 좋은 엘리베이터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 특허 문헌 1에서는 가속 시간이 짧은(즉 일정속(一定速)이 늦음) 경우에는, 피드백이 수속되지 않고, 관성 오차가 수속되지 않기 때문에, 올바른 관성이 얻어지지 않는다. 이 때문에, 정확한 관성을 제어 파라미터에 이용하는 경우에 비해, 제어 성능이 악화되어, 추종성이 나빠진다고 하는 과제가 있다. 그래서 가속 시간이 짧은 경우에도 보다 정확한 관성을 구할 수 있는 구성의 엘리베이터 제어 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 엘리베이터 제어 장치는, 엘리베이터를 제어 대상으로서 제어하는 엘리베이터 제어 장치에 있어서, 상기 엘리베이터에 마련된 전동기에 대한 속도 지령이 입력되고, 상기 제어 대상에 대해 상정되는 모델 속도와 모델 토크를, 미리 설정된 관성값을 이용함으로써 모델 속도가 상기 속도 지령에 추종하도록 연산하여 구하는 모델 연산부와; 상기 전동기의 실제 회전 속도인 실속도를 검출하는 속도 검출기와; 상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 속도와 상기 속도 검출기에 의해 검출된 상기 실속도의 속도 편차와 소정의 복수 파라미터를 이용하여, 오차 보상 토크를 연산하는 보상 연산부와; 상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 토크와, 상기 보상 연산부에 의해 산출된 상기 오차 보상 토크로부터, 토크 지령을 산출하는 토크 지령 산출부와; 상기 전동기의 발생 토크가 상기 토크 지령 산출부에 의해 산출된 상기 토크 지령에 일치하도록 상기 전동기를 제어하여, 구동시키는 토크 제어기와; 상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 속도와 상기 속도 검출기에 의해 검출된 상기 실속도의 속도 편차에 기초하여, 실제의 관성값에 대한 상기 설정된 관성값의 오차로서 수속값에 수속되기 전의 관성 오차를 나타내는 중간값을 산출하고, 산출된 상기 중간값에 기초하여 상기 수속값인 수속 후의 관성 오차를 예측하는 관성 오차 예측부와; 상기 관성 오차 예측부에 의해 예측된 상기 수속 후의 관성 오차를 이용하여, 상기 모델 연산부에 의해 이용되는 상기 미리 설정된 관성값을 수정하는 파라미터 수정부를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 관성 오차 예측부는 상기 엘리베이터칸의 가가속 상태와 일정 가속 상태가 연속하는 기간에 있어서 상기 속도 편차의 적분 연산에 기초하여 상기 중간값을 산출하는 제1 연산부와; 상기 제1 연산부에 의해 산출된 상기 중간값에 기초하여, 상기 수속 후의 관성 오차를 예측하는 제2 연산부를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 제2 연산부는 역라플라스 변환을 이용함으로써, 수속해야 할 관성 오차의 값에 대한 상기 제1 연산부에 의해 산출되어 상기 중간값의 비율에 상당하는 비율 상당값을 산출하고, 상기 중간값과 상기 비율 상당값에 기초하여 상기 수속 후의 관성 오차를 예측하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 엘리베이터 제어 장치는, 엘리베이터를 제어 대상으로서 제어하는 엘리베이터 제어 장치에 있어서, 상기 엘리베이터에 마련된 전동기에 대한 속도 지령이 입력되고, 상기 제어 대상에 대해 상정되는 모델 속도와 모델 토크를, 미리 설정된 관성값을 이용함으로써 모델 속도가 상기 속도 지령에 추종하도록 연산하여 구하는 모델 연산부와; 상기 전동기의 실제의 회전 속도인 실속도를 검출하는 속도 검출기와; 상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 속도와 상기 속도 검출기에 의해 검출된 상기 실속도의 속도 편차와 소정의 복수 파라미터를 이용하여, 오차 보상 토크를 연산하는 보상 연산부와; 상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 토크와, 상기 보상 연산부에 의해 산출된 상기 오차 보상 토크로부터, 토크 지령을 산출하는 토크 지령 산출부와; 상기 전동기의 발생 토크가 상기 토크 지령 산출부에 의해 산출된 상기 토크 지령에 일치하도록 상기 전동기를 제어하여, 구동시키는 토크 제어기와; 상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 속도와 상기 속도 검출기에 의해 검출된 상기 실속도의 속도 편차로서 상기 엘리베이터칸의 가가속 상태의 기간에 있어서 상기 속도 편차에 기초하여, 실제의 관성값에 대한 상기 설정된 관성값의 오차로서 수속값에 수속 후의 관성 오차를 예측하는 관성 오차 예측부와; 상기 관성 오차 예측부에 의해 예측된 상기 수속 후의 관성 오차를 이용하여, 상기 모델 연산부에 의해 이용되는 상기 미리 설정된 관성값을 수정하는 파라미터 수정부를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 관성 오차 예측부는 가가속 상태의 기간에 있어서 상기 속도 편차에 최종값 정리를 적용함으로써, 수속값에 수속 후의 관성 오차를 예측하는 것을 특징으로 한다.
상기 관성 오차 예측부는 가가속 상태의 기간에 있어서 상기 속도 편차에 역라플라스 변환을 적용함으로써, 수속값에 수속 후의 관성 오차를 예측하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 엘리베이터칸의 가속도가 수속되기 전의 과도 응답 중, 또는 엘리베이터칸이 일정 가속을 행할 수 없는 상황에 있어서도 정확한 관성을 산출하고, 산출된 관성을 이용하는 추종성이 좋은 엘리베이터 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 있어서 엘리베이터 제어 장치(110)의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 실시 형태 1에 있어서 엘리베이터 제어 장치(110)의 상세한 구성을 나타내는 도면.
도 3은 실시 형태 1에 있어서 제1 연산부(81a), 제2 연산부(82a)의 동작을 설명하는 도면.
도 4는 실시 형태 1에 있어서 엘리베이터의 속도 지령값을 나타내는 도면.
도 5는 실시 형태 2에 있어서 엘리베이터 제어 장치(120)의 구성을 나타내는 블록도.
도 6은 실시 형태 2에 있어서 엘리베이터 제어 장치(120)의 상세한 구성을 나타내는 도면.
도 7은 실시 형태 3에 있어서 엘리베이터 제어 장치(130)의 구성을 나타내는 블록도.
도 8은 실시 형태 3에 있어서 엘리베이터 제어 장치(130)의 상세한 구성을 나타내는 도면.
도 9는 종래 기술을 나타내는 도면.
실시 형태 1.
도 1 ~ 도 4를 이용하여 실시 형태 1의 엘리베이터 제어 장치(110)를 설명한다. 본 실시 형태 1은 엘리베이터칸의 가속도가 수속되기 전의 과도 응답 중에 있어서도, 그 수속율(후술하는 ES(t))를 산출함으로써, 보다 정확한 관성을 신속하게 산출하고, 추종성 좋게 엘리베이터칸을 운전하는 엘리베이터 제어 장치(110)에 관한 것이다. 본 실시 형태 1의 엘리베이터 제어 장치(110)의 특징은 관성 오차 예측부(80A)이다. 특히, 관성 오차 예측부(80A)의 제2 연산부(82a)가 특징이다. 제2 연산부(82a)는 제1 연산부(81a)로부터 수속 전의 중간적인 관성 오차를 받아, 수속 후의 관성 오차를 예측하는 기능을 가진다. 또한, 실시 형태 1에 있어서 「과도 응답 중」또는 「과도 상태」는 가가속시뿐만 아니라, 일정 가속 중에 있어서도 피드백이 수속되기 전이라는 의미이다.
도 1은 실시 형태 1의 엘리베이터 제어 장치(110)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2는 실시 형태 1의 엘리베이터 제어 장치(110)의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타내는 바와 같이 엘리베이터 제어 장치(110)는 속도 지령 입력부(10), 파라미터 설정부(20), 모델 연산부(30), 속도 검출기(40), 보상 연산부(50), 토크 지령 산출부(60), 토크 제어기(70), 관성 오차 예측부(80A), 파라미터 수정부(90)를 구비한다. 관성 오차 예측부(80A)는 제1 연산부(81a), 제2 연산부(82a)를 구비하고 있다. 토크 제어기(70)는 동력 장치(95)를 제어하고, 속도 검출기(40)는 동력 장치(95)의 실속도(ωM)를 검출한다.
도 2를 설명한다. 도 2에서 도 1에 나타낸 파라미터 설정부(20)는 도시하고 있지 않다.
도 2에 있어서, 제어 대상(200)은 내부에 동력 장치(95)와, 당해 동력 장치의 토크를 제어하는 토크 제어기(70)와, 당해 동력 장치의 속도를 검출하는 속도 검출기(40)와, 부하가 되는 기계계(機械系; 201)와, 제어 대상에 참가하는 외란 토크 τL(202)를 포함하고 있다.
(1) 속도 지령 입력부(10)는 제어 대상인 엘리베이터에 마련된 동력 장치(전동기)에 대한 속도 지령을 입력한다.
(2) 파라미터 설정부(20)는 상기 모델 연산부에 미리 상정되는 관성값에 기초하여 연산에 이용하는 파라미터를 설정한다.
(3) 모델 연산부(30)는 미리 상정되는 관성값(JA)을 바탕으로, 제어 대상(200)을 속도 지령(ωref)에 추종하기 위해 필요한 토크(qA; 모델 토크(qA)라고 하는 경우가 있음), 그 토크(qA)가 입력된 경우에 제어 대상(200)에 상정되는 속도(ωA; 모델 속도(ωA)라고 하는 경우도 있음)를 연산하여 출력한다. 즉, 모델 연산부(30)는 제어 대상에 대해 상정되는 모델 속도(ωA) 및 모델 토크(qA)를, 모델 속도(ωA)가 속도 지령(ωref)에 추종하도록 연산하여 구한다.
(4) 속도 검출기(40)는 상기 동력 장치(전동기)의 회전 속도인 실속도를 검출한다.
(5) 보상 연산부(50)는 모델 속도(ωA)와 실속도(ωM)의 차에 기초하여, 오차 보상 토크(qc)를 연산한다. 즉, 보상 연산부(50)는 상정되는 속도(ωA)와 실제 속도(ωM)의 속도 편차(E), 및 그 적분값에, 설정된 비례 게인(Ksp2), 및 적분 게인(Ksi2)를 곱하여 보상값(오차 보상 토크(qc))을 출력한다.
(6) 토크 지령 산출부(60)는 모델 토크(qA)와 오차 보상 토크(qc)로부터 토크 지령(qr)을 산출한다. 즉, 토크 지령 산출부(60)는 모델 연산부(30)로부터 토크(qA)를 입력하고, 보상 연산부(50)로부터 오차 보상 토크(qc)를 입력하고, 제어 대상에 입력하는 지령 토크(qr)를 결정한다.
(7) 토크 제어기(70)는 동력 장치(95; 전동기)의 발생 토크가 토크 지령(qr)에 일치하도록 제어하여 동력 장치(95)를 구동시킨다.
(8) 관성 오차 예측부(80A)의 제1 연산부(81a)는 상정되는 속도(ωA)와 제어 대상(200)의 실속도(ωM)의 편차(E)의 적분값으로부터, 상정된 관성(JA)과 실제 관성(JM)의 오차(후술하는 ΔJM)를 출력한다. 제2 연산부(82a)는 제1 연산부(81a)로부터 수속 전의 데이터를 입력하고, 관성 오차 ΔJM의 수속 예측값을 산출한다.
(9) 파라미터 수정부(90)는 제2 연산부(82a)의 출력에 기초하여, 모델 연산부(30)가 이용하는 상정 관성(JA), 및 보상 연산부(50)의 게인(Ksp2, Ksi2)을 수정한다.
(동작의 개요)
도 2를 참조하여 동작의 개요를 설명한다. 우선, 제어 대상은 토크 지령(qr)가 입력되고, 내부에 있어서, 토크 제어기(70)에 의해, 입력된 토크 지령(qr)에 일치하도록 전동기의 토크가 제어된다. 이로 인해, 전동기 및 부하가 되는 기계계가 구동되고, 또 속도 검출기(40)에 의해 전동기의 실속도(ωM)가 검출되어, 외부에 출력된다. 즉, 토크 지령(qr)으로부터 실속도(ωM)까지의 전달 특성을 G(s)라고 기술하는 경우가 있다.
(1) 우선, 파라미터 설정부(20)는 모델 연산부(30)에, 미리 상정되는 관성값(JA)에 기초하여, 연산에 이용하는 파라미터(JA, KSP1 등)를 모델 연산부(30), 보상 연산부(50)에 설정한다.
(2) 속도 지령 입력부(10)는 제어 대상인 엘리베이터에 마련된 동력 장치(95; 전동기)에 대한 속도 지령(ωref)을 모델 연산부(30)에 입력한다.
(3) 모델 연산부(30)는 속도 지령 입력부(10)로부터 속도 지령(ωref)이 입력되면, 제어 대상에 대해 상정되는 모델 속도(ωA)와 모델 토크(qA)를, 모델 속도(ωA)가 속도 지령(ωref)에 추종하도록 연산하여, 모델 토크(qA), 모델 속도(ωA)를 출력한다.
(4) 속도 검출기(40)는 동력 장치(95)의 실속도(ωM)를 검출하여 출력한다.
(5) 보상 연산부(50)는 모델 연산부(30)로부터 모델 속도(ωA)를 입력함과 동시에, 속도 검출기(40)로부터 실속도(ωM)를 입력하고, 모델 속도(ωA)와 실속도(ωM)의 편차(E)에 기초하여, 오차 보상 토크(qc)를 연산하여 출력한다. 구체적으로, 비례 제어기(51)가, 모델 속도(ωA)와 실속도(ωM)의 편차(E)에 미리 설정된 비례 게인(Ksp2)을 곱한 신호를 출력하고, 또 적분 제어기(52)가, 모델 속도(ωA)와 실속도(ωM)의 편차(E)에 미리 설정된 적분 게인(Ksi2)을 곱하여 적분한 신호를 출력한다. 비례 제어기(51)의 출력과 적분 제어기(52)의 출력의 합을 오차 보상 토크(qc)로 한다. 즉, PI(비례 적분) 연산이 실행된다.
(6) 토크 지령 산출부(60)는 모델 연산부(30)로부터 모델 토크(qA)를 입력하고, 보상 연산부(50)로부터 오차 보상 토크(qc)를 입력하고, 모델 토크(qA)와 오차 보상 토크(qc)로부터 토크 지령(qr)을 산출하여 출력한다. 즉, 토크 지령 산출부(60)는 모델 연산부(30)에서 연산된 모델 토크(qA)와 오차 보상 토크(qc)의 합을 토크 지령(qr)으로서 제어 대상에 입력한다. 이 토크 지령(qr)에 의해, 제어 대상의 기계계가 구동된다.
(7) 토크 제어기(70)는 토크 지령 산출부(60)로부터 토크 지령(qr)을 입력하고, 동력 장치(95)의 발생 토크가 토크 지령(qr)에 일치하도록 제어하여 동력 장치(95)를 구동시킨다.
(8) 제1 연산부(81a)는 모델 연산부(30)에 의해 산출된 모델 속도(ωA)를 입력하고, 또 속도 검출기(40)에 의해 검출된 실속도(ωM)를 입력하고, 모델 속도(ωA)와 실속도(ωM)의 속도 편차(E)에 기초하여, 실제의 관성값(JM)에 대한 설정된 관성값(JA)의 오차로서 수속값에 수속되기 전의 관성 오차 ΔJM을 나타내는 중간값을 산출한다. 제2 연산부(82a)는 산출된 중간값에 기초하여 수속값인 수속 후의 관성 오차를 예측한다. 제1 연산부(81a), 제2 연산부(82a)의 상세한 동작은 후술한다.
(9) 파라미터 수정부는 제2 연산부(82a)에 의해 예측된 수속 후의 관성 오차를 이용하여, 모델 연산부(30)에 의해 이용되는 설정된 관성값을 포함하는 복수의 파라미터와 보상 연산부(50)에 의해 이용되는 소정의 복수 파라미터를 수정한다.
(제1 연산부(81a)에 의한 처리:속도 입력으로부터 속도 편차까지의 전달 함수)
다음에, 제1 연산부(81a)의 동작을 설명한다. 제1 연산부(81a)는 속도 검출기(40)로부터 실속도(ωM)를 입력하고, 모델 연산부(30)로부터 모델 속도(ωA)를 입력하고, 실속도(ωM)와 모델 속도(ωA)를 이용하여 연산한다. 도 2에 있어서, 엘리베이터가 추종해야 할 속도 지령(ωref)으로부터, 권상기(동력 장치(95))의 상정된 모델 속도(ωA), 실속도(ωM)까지의 전달 함수는 다음의 식 (1), (2)와 같이 나타낼 수 있다. 상정되는 모델 속도(ωA)에 대해서는 식 (1)이 된다.
Figure 112011024672748-pct00003
또 실속도(ωM)에 대해서는 식 (2)가 된다.
Figure 112011024672748-pct00004
여기서, 모델 관성(JA; 상정되는 관성)과 실제 관성(JM)의 오차 ΔJM을 도입하면, 이러한 관계는 다음의 식 (3)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112011024672748-pct00005
모델 속도(ωA)와 실속도(ωM)의 속도 편차(E)는 다음의 식 (4)가 된다.
Figure 112011024672748-pct00006
(제1 연산부(81a)에 의한 관성 오차의 분류 방법)
입력을 일정 속도 입력(ωref=v[m/s])으로 한 경우에, 속도 편차(E)의 적분값은 최종값 정리로부터, 다음의 식 (5)가 된다.
Figure 112011024672748-pct00007
식 (5)로부터, 외란 τL이 일정값 KL인 경우에, 속도 편차(E)의 적분값은 「τL→KL/s」에 의해, KL/KSi2에 수속된다. 이것으로부터, 일정속 중에 속도 편차(E)를 관측함으로써, 외란 τL의 값을 분류할 수 있다. 그리고 일정 가속도 입력(ωref=
Figure 112011024672748-pct00008
t[m/s2])을 더한 경우의 정상 편차 적분은 최종값 정리로부터 다음의 식 (6)이 된다.
Figure 112011024672748-pct00009
식 (6)에 의해, 외란 τL이 일정값 KL인 경우에는, 속도 편차(E)의 적분의 최종값은 일정한 값에 수속되고, 그 값은 다음의 식 (B)가 된다.
Figure 112011024672748-pct00010
식 (5)로부터 일정 속도의 입력 도중에 외란의 값 τL은 분류할 수 있고, 다른 파라미터(적분 게인(Ksi2), 지령 속도
Figure 112011025953774-pct00011
)는 기지(旣知)이다. 이상으로부터, 제1 연산부(81a)는 엘리베이터칸의 가속 중에, 모델 연산부(30)의 모델 속도(ωA)와 속도 검출기(40)에 의해 검출되는 실속도(ωM)의 속도 편차(E)를 관측하고, 그 적분값을 연산함으로써 관성 오차 △JM을 분류할 수 있다. 그리고 일정속 중의 속도 편차(E)를 관측함으로써 일정 외란 τL의 값을 고정시킬 수 있다.
(제2 연산부(82a)에 의한 관성 오차의 수속값의 예측 방법)
상기까지에서, 제1 연산부(81a)에 의해 산출되는 관성 오차 ΔJM은 최종적으로 어느 값에 수속되는 것을 설명했다. 다음에, 제2 연산부(82a)에 의해, 수속 전의 과도 응답으로부터 관성의 수속값을 예측하는 방법에 대해 설명한다.
ωref를 일정 가가속도 입력(t=t1일 때의 가속도가
Figure 112011025953774-pct00012
로 되는 가가속도)으로 하면, 속도 편차(E)의 적분값은 다음의 식 (7)이 된다.
Figure 112011024672748-pct00013
상기 식 (7)의 각 계수를 b1 ~ b5로 하면, 외란 τL이 일정값일 때, 속도 편차(E)의 적분값의 시간 응답은 식 (7)을 역라플라스 변환하여 이하의 식 (8)에 의해 얻어진다.
Figure 112011024672748-pct00014
후술하는 식에 이용하기 위해, 식 (8)의 우변을 f(t)로 한다. 식 (8)에 있어서, s1, s2, s3은 속도 지령 입력(ωref)으로부터 속도 편차(E)까지의 전달 함수의 근(根)이다. 이 근을 계산할 때, 실제 제어 대상의 관성(JM)이 필요하지만, 미리 설정된 관성(JA)을 이용해도 수속율에 큰 차는 없다. 이 때문에, JM 대신에 JA를 이용하여 계산할 수 있다. 여기서, 엘리베이터에서 이용되고 있는 일정 가가속 ~ 일정 가속 입력의 라플라스 변환은 다음의 식 (9)로 주어진다.
Figure 112011024672748-pct00015
이상에 의해, 일정 가가속 ~ 일정 가속 입력을 더했을 때의, 속도 편차(E)의 적분의 시간 응답은 다음의 식 (10)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112011024672748-pct00016
식 (10)으로부터, 속도 편차(E)의 적분값은 시간과 함께 수속되고, 그 값은 b4t1인 것을 알 수 있다. 또, 당연히, 식 (10)에 있어서 b4t1은 계산하면 식 (6)에 있어서 수속값(다음의 식 (C))과 동일하게 된다.
Figure 112011024672748-pct00017
이상에 의해, 엘리베이터의 「가가속 ~ 가속시 입력」을 더했을 때의 임의의 시간에 있어서 관성 오차의 과도 응답을 산출 가능하기 때문에, 수속 전의 속도 편차의 적분값을 관측함으로써, 수속 후의 관성 오차의 값을 구하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 제2 연산부(82a)는 다음의 식 (11)에 의해, 엘리베이터의 관성(JM)을 산출(예측)한다. 제1 연산부(81a)에 의해 산출되는 「가가속 ~ 일정 가속시」의 속도 편차의 적분값을 Es(t), 제1 연산부(81a)에 의해 산출되는 일정속 중에 측정한 외란의 값을 τL로 하면, 실제의 관성(JM)은 다음의 식 (11)이 된다.
Figure 112011024672748-pct00018
도 3을 참조하여, 제1 연산부(81a), 제2 연산부(82a)의 동작을 설명한다. 도 3(a)는 관성 오차의 수속 상황을 나타내는 도면이다. 도 3(a)에서는 횡축이 시간, 종축이 관성 오차를 나타내고 있다. 도 3(b)는 속도 선도(線圖)를 나타내고 있다. 도 3(b)에서는 횡축이 시간, 종축이 엘리베이터의 속도이다. 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 관성 오차는 시간의 경과에 따른 어느 값에 수속되지만, 제1 연산부(81a)는 수속 전의 중간적인 관성 오차 ΔJM(수속 전)을 산출한다. 이 경우, 수속 전의 중간적인 관성 오차 ΔJM(수속 전)은 가가속 ~ 일정 가속시의 속도 편차의 적분값 ES(t)이다. 제1 연산부(81a)는 도 3(a)에 있어서 「관성 오차 ΔJM(수속 전)=적분값 ES(t)」를 산출한다. 제2 연산부(82a)는 수속해야 할 관성 오차 「ΔJM(수속 후)」에 대한 중간적인 관성 오차 「ΔJM(수속 전)」의 비율에 상당하는 f(s)(비율 상당값)를 구한다. 여기서, f(s)는 식 (10) 우변의 식이다. 제2 연산부(82a)는 식 (10)의 결과를 이용함으로써, 식 (11)에 나타내는 바와 같이, 수속 전의 중간적인 관성 오차의 중간값에 상당하는 「속도 편차의 적분값 ES(t)」를, 이 중간값(ES(t))가 수속해야 할 관성 오차 ΔJM(수속 후)에 대한 비율 f(s)로 나누는 것에 의해, 수속값인 관성 오차 ΔJM(수속 후)을 산출(예측)한다.
이상과 같이 제2 연산부(82a)는 역라플라스 변환을 이용함으로써, 식 (10)에 나타내는 바와 같이 수속해야 할 관성 오차 ΔJM(수속 후)의 값에 대한 중간값의 비율에 상당하는 비율 상당값 f(s)를 소정의 계산 순서에 따라서 산출(식 (10))하고, 식 (11)에 의해, 중간값 ΔJM(수속 전)과 비율 상당값 f(s)에 기초하여, 수속 후의 관성 오차 ΔJM(수속 후)을 산출(예측)한다.
(제어 대상의 관성을 산출하는 순서)
도 4를 참조하여, 제어 대상의 관성을 산출하는 순서를 설명한다. 도 4는 속도 지령값 4를 나타내는 그래프이다. 횡축이 시간 t, 종축이 속도 V이다. 속도 지령값은 도 4에 나타내는 바와 같이, 가가속의 기간인 영역 1, 일정 가속의 기간인 영역 2, 일정속의 기간인 영역 3을 가진다.
(1) 도 4에 나타내는 속도 지령에 의해 엘리베이터칸이 운전된 경우에, 제어 대상의 관성은 제1 연산부(81a), 제2 연산부(82a)에 의한 연산 결과로부터 얻을 수 있다. 즉, 우선 파라미터 설정부(20)에 의해 미리 설정된 파라미터로, 「엘리베이터칸」을 도 4에 나타내는 시간, 속도로 주행시킨다. 그리고 이 때, 제1 연산부(81a), 제2 연산부(82a)의 연산 결과에 의해, 제어 대상의 관성을 얻을 수 있다.
(2) 제2 연산부(82a)는 「일정 가가속의 영역 1 ~ 일정 가속시의 영역 2」에 제1 연산부(81a)로부터 받는 속도 편차의 적분값으로부터, 외란을 포함하는 관성 오차를 산출한다.
(3) 제1 연산부(81a)는 일정 주행 중의 영역 3에 외란 상당분을 산출한다. 그 후, 외란을 포함하는 관성 오차로부터 외란 상당분을 제거하고, 제어 대상의 관성값을 얻는다.
이상과 같이, 실시 형태 1의 엘리베이터 제어 장치(110)는 중간적인 관성 오차로부터 수속 후의 관성 오차를 예측하는 관성 오차 예측부(80A)를 구비했으므로, 배경 기술의 식 (A)가 성립되지 않는 과도 상태에 있어서도, 정확한 관성 오차를 산출할 수 있다. 이로 인해, 추종성이 좋은 엘리베이터 제어 장치(110)를 제공할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1의 엘리베이터 제어 장치(110)는 속도 편차의 적분 연산에 기초하여 수속 전의 중간적인 관성 오차를 산출하는 제1 연산부(81a)로부터 중간적인 관성 오차(관성 오차 상당한 Es(t))를 받아, 수속 후의 관성 오차를 예측하는 제2 연산부(82a)를 구비했으므로, 배경 기술의 식 (A)가 성립되지 않는 과도 상태에 있어서도, 정확한 관성 오차를 산출할 수 있다. 이로 인해, 추종성이 좋은 엘리베이터 제어 장치(110)를 제공할 수 있다.
실시 형태 2.
도 5, 도 6을 참조하여 실시 형태 2의 엘리베이터 제어 장치(120)를 설명한다. 실시 형태 1의 엘리베이터 제어 장치(110)에 대해, 실시 형태 2의 엘리베이터 제어 장치(120)는 관성 오차 예측부(80B)가 하나의 제1 연산부(81b)만을 가지고, 제1 연산부(81b)가, 가가속의 영역 1(도 4)에 있어서, 관성 오차를 예측하는 점이 다르다. 도 5는 엘리베이터 제어 장치(120)의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 1에 대응한다. 도 5는 도 1에 대해, 관성 오차 예측부(80B)가 제1 연산부(81b)만을 구비한 점이 다르다. 도 6은 엘리베이터 제어 장치(120)의 상세한 구성을 나타내는 도면이며, 도 2에 대응한다. 도 6은 도 2에 대해, 관성 오차 예측부(80B)가 제1 연산부(81b)만을 구비한 점이 다르다. 제1 연산부(81b)는 상정된 관성(JA)과 실제 관성(JM)의 오차를 모델 속도(ωA)와 실속도(ωM)에 기초하여 계산하고, 일정 가가속 중의 기간에 있어서 관성 분류값의 계산을 종료한다.
(속도 지령(ωref)의 입력으로부터 속도 편차(E)까지의 전달 함수)
제1 연산부(81b)의 동작을 설명한다. 제1 연산부(81b)는 속도 검출기(40)로부터 실속도(ωM)를 입력하고, 모델 연산부(30)로부터 모델 속도(ωA)를 입력하고, 관성 오차를 연산한다. 도 6에 있어서, 엘리베이터가 추종해야 할 속도 지령(ωref)으로부터, 권상기(동력 장치(95))의 상정된 모델 속도(ωA), 실속도(ωM)까지의 전달 함수는 다음과 같이 된다. 즉, 상정되는 속도(ωA)는 실시 형태 1의 식 (1)과 동일하다. 실제의 속도(ωM)는 실시 형태 1의 식 (2)와 동일하다. 또, 모델 관성(JA)과 실제 관성(JM)의 오차 ΔJM을 도입한 경우 이러한 사이의 관계식은 실시 형태 1의 식 (3)과 동일하다. 또, 속도 편차(E)에 대해서도, 실시 형태 1의 식 (4)와 동일하다.
다음에, 상기의 식 (4)는 최종값 정리로부터 다음의 식 (21)이 된다.
Figure 112011024672748-pct00019
식 (21)에 의해, 외란 τL이 일정값이면 속도 편차는 어느 값에 수속되고, 그 값은 다음의 식 (22)이 된다.
Figure 112011024672748-pct00020
이 식 (22)로부터, 일정 가가속 중에 속도 편차를 관측함으로써, 관성 오차 ΔJM을 분류하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 관성 오차 예측부(80B)는 가가속 상태의 기간에 있어서 속도 편차(E)에 최종값 정리를 적용함으로써, 수속값에 수속 후의 관성 오차를 예측한다.
(제어 대상의 관성 산출 순서)
다음에, 실시 형태 2의 경우에, 제어 대상의 관성을 산출하는 순서에 대해 나타낸다. 제어 대상의 관성은 우선 파라미터 설정부에 의해 미리 설정된 파라미터로 엘리베이터칸을 도 4(속도 지령도)에 나타내는 시간, 속도로 주행시켰을 때, 일정 가가속의 영역 1에 관성 오차 연산부가 받는 속도 편차로부터, 제어 대상의 관성값을 얻는다. 이 때, 일정 가속의 영역 2이후는 실제로 주행할 수 없어도, 관성 오차 연산부는 벌써 계산을 끝내서 실제의 관성값이 분류되어 있기 때문에, 어떠한 이유로 가속을 하지 못하고 정지해 버리는 경우에도 관성 분류가 가능하다. 또한, 이 「제어 대상의 관성 산출 순서」는 다음에 설명하는 실시 형태 3도 동일하다.
이상과 같이, 실시 형태 2의 엘리베이터 제어 장치(120)는 가속 가속 상태에 있어서 관성값을 분류하는 제1 연산부(81b)를 구비했으므로, 정확한 관성 오차를 산출할 수 있다. 이로 인해, 추종성이 좋은 엘리베이터 제어 장치(120)를 제공할 수 있다.
실시 형태 3.
도 7, 도 8을 참조하여 실시 형태 3의 엘리베이터 제어 장치(130)를 설명한다. 실시 형태 2의 엘리베이터 제어 장치(120)에서는 속도 편차(E)의 최종값을 이용하는 것에 의해, 가가속의 영역 1에 있어서 관성 오차가 분류 가능하다는 것을 설명했다. 그러나 주행 도중에 멈추어 버리는 등, 충분히 관성 오차가 수속되지 않는 경우도 생각할 수 있다. 이 경우에는 관성 오차의 수속값을 예측하는 제2 연산부(82c)를 별도로 마련하는 것에 의해, 관성 분류를 가능하게 하는 구성이다.
도 7은 엘리베이터 제어 장치(130)의 구성을 나타내는 블록도이며, 구성은 도 1과 동일하지만, 엘리베이터 제어 장치(110)와 엘리베이터 제어 장치(130)에서는 제1 연산부(81a) 및 제2 연산부(82a)와, 제1 연산부(81c) 및 제2 연산부(82c)의 처리 내용이 다르기 때문에, 도 1과는 별개로 나타냈다. 또, 도 8은 도 2에 대응하는 도면이지만, 도 7과 동일한 이유로 도 2와는 별개로 나타냈다.
도 7, 도 8은 도 5, 도 6의 엘리베이터 제어 장치(120)에 대해 제2 연산부를 더한 구성이다.
도 8을 참조하여 설명한다. 도 8에 있어서, 제1 연산부(81c)는 모델 속도(ωA)와 제어 대상의 실속도(ωM)의 속도 편차(E)로부터, 상정된 관성(JA)과 실제 관성(JM)의 차 ΔJM을 출력한다. 또, 제2 연산부(82c)는 제1 연산부(81c)로부터 수속 전의 출력을 받아 관성 오차의 수속 예측값을 산출한다. 파라미터 수정부(90)는 제2 연산부(82c)의 출력에 기초하여, 모델 연산부(30)의 상정 관성(JA), 및 보상 연산부(50)의 게인을 수정한다.
(속도 편차의 과도 응답)
이하 동작을 설명한다. 실시 형태 1에 나타낸 식 (4)로부터, 일정 가가속 중 입력(가가속도=
Figure 112011024672748-pct00021
/t1[m/s^3])시 속도 편차(E)의 과도 응답은 다음의 식 (31)과 같이 된다.
Figure 112011024672748-pct00022
단, s1 ~ s3은 제어계의 극이다.
다음의 식 (32)에, s1 ~ s3을 나타낸다.
Figure 112011024672748-pct00023
식 (31)을 역라플라스 변환하여 시간 영역의 식으로 고치면 다음의 식 (33)이 된다.
Figure 112011024672748-pct00024
단, 식 (33)에 있어서, a1 ~ a4, b1 ~ b2는 식 (31)의 계수, u(t)는 단위 스텝 함수이다.
s1 ~ s3을 구하려면 실제의 관성값(JM)이 필요하다. 그러나 수속율을 구할 때 상정되는 관성값(JA)을 이용해도 큰 차는 나오지 않기 때문에, JM 대신에 JA를 이용하여 식 (33)의 수속율을 산출하는 것이 가능하다. 또, a1 ~ a4는 기지이며, 외란 TL에 의한 영향은 일정값이면 거의 동일한 수속율에서 0으로 수속되기 때문에, 식 (33)을 이용하여 속도 편차(E)의 시간 응답의 수속율 ζ를 산출하는 것이 가능하다.
수속값은 다음의 식 (34)이다.
Figure 112011024672748-pct00025
이것으로부터, 어느 시간에 있어서 속도 편차가 E(t)이며, 수속율이 ζ(t)이면, 다음의 식 (35)에 의해 관성 오차를 산출할 수 있다.
Figure 112011024672748-pct00026
이상과 같이, 관성 오차 예측부(80C)는 가가속 상태의 기간에 있어서 속도 편차에 역라플라스 변환을 적용함으로써, 수속 후의 관성 오차를 예측한다.
E 속도 편차,
ωM 실속도,
ωA 모델 속도,
τL 외란 토크,
qA 모델 토크,
qc 오차 보상 토크,
qr 토크 지령,
1 가가속,
2 가속,
3 일정속,
4 속도 지령값,
10 속도 지령 입력부,
20 파라미터 설정부,
30 모델 연산부,
40 속도 검출기,
50 보상 연산부,
60 토크 지령 산출부,
70 토크 제어기,
80 관성 오차 예측부
81 제1 연산부,
82 제2 연산부,
90 파라미터 수정부,
95 동력 장치,
110, 120, 130 엘리베이터 제어 장치,
200 제어 대상,
301 권상기,
302 속도 검출기,
303 실속도,
310 상용 전원,
320 컨버터,
330 인버터,
340 제어기,
350 엘리베이터칸,
360 카운터 웨이트.

Claims (6)

  1. 엘리베이터를 제어 대상으로서 제어하는 엘리베이터 제어 장치에 있어서,
    상기 엘리베이터에 마련된 전동기에 대한 속도 지령이 입력되고, 상기 제어 대상에 대해 상정되는 모델 속도와 모델 토크를, 미리 설정된 관성값을 이용함으로써 모델 속도가 상기 속도 지령에 추종하도록 연산하여 구하는 모델 연산부와,
    상기 전동기의 실제의 회전 속도인 실속도를 검출하는 속도 검출기와,
    상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 속도와 상기 속도 검출기에 의해 검출된 상기 실속도의 속도 편차와 소정의 복수 파라미터를 이용하여, 오차 보상 토크를 연산하는 보상 연산부와,
    상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 토크와, 상기 보상 연산부에 의해 산출된 상기 오차 보상 토크로부터, 토크 지령을 산출하는 토크 지령 산출부와,
    상기 전동기의 발생 토크가 상기 토크 지령 산출부에 의해 산출된 상기 토크 지령에 일치하도록 상기 전동기를 제어하여, 구동시키는 토크 제어기와,
    상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 속도와 상기 속도 검출기에 의해 검출된 상기 실속도의 속도 편차에 기초하여, 실제의 관성값에 대한 상기 설정된 관성값의 오차로서 수속값(收束値)에 수속되기 전의 관성 오차를 나타내는 중간값을 산출하고, 산출된 상기 중간값에 기초하여 상기 수속값인 수속 후의 관성 오차를 예측하는 관성 오차 예측부와,
    상기 관성 오차 예측부에 의해 예측된 상기 수속 후의 관성 오차를 이용하여, 상기 모델 연산부에 의해 이용되는 상기 미리 설정된 관성값을 수정하는 파라미터 수정부를 구비한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 관성 오차 예측부는
    상기 엘리베이터의 칸(car of elevator)의 가가속(加加速) 상태와 일정 가속 상태가 연속하는 기간에 있어서 상기 속도 편차의 적분 연산에 기초하여 상기 중간값을 산출하는 제1 연산부와,
    상기 제1 연산부에 의해 산출된 상기 중간값에 기초하여, 상기 수속 후의 관성 오차를 예측하는 제2 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 연산부는
    역라플라스 변환을 이용함으로써, 수속해야 할 관성 오차의 값에 대한 상기 제1 연산부에 의해 산출된 상기 중간값의 비율에 상당하는 비율 상당값을 산출하고, 상기 중간값과 상기 비율 상당값에 기초하여 상기 수속 후의 관성 오차를 예측하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어 장치.
  4. 엘리베이터를 제어 대상으로서 제어하는 엘리베이터 제어 장치에 있어서,
    상기 엘리베이터에 마련된 전동기에 대한 속도 지령이 입력되고, 상기 제어 대상에 대해 상정되는 모델 속도와 모델 토크를, 미리 설정된 관성값을 이용함으로써 모델 속도가 상기 속도 지령에 추종하도록 연산하여 구하는 모델 연산부와,
    상기 전동기의 실제의 회전 속도인 실속도를 검출하는 속도 검출기와,
    상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 속도와 상기 속도 검출기에 의해 검출된 상기 실속도의 속도 편차와 소정의 복수 파라미터를 이용하여, 오차 보상 토크를 연산하는 보상 연산부와,
    상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 토크와, 상기 보상 연산부에 의해 산출된 상기 오차 보상 토크로부터, 토크 지령을 산출하는 토크 지령 산출부와,
    상기 전동기의 발생 토크가 상기 토크 지령 산출부에 의해 산출된 상기 토크 지령에 일치하도록 상기 전동기를 제어하여, 구동시키는 토크 제어기와,
    상기 모델 연산부에 의해 산출된 상기 모델 속도와 상기 속도 검출기에 의해 검출된 상기 실속도의 속도 편차로서 상기 엘리베이터의 칸의 가가속 상태의 기간에 있어서 상기 속도 편차에 기초하여, 실제의 관성값에 대한 상기 설정된 관성값의 오차로서 수속값에 수속 후의 관성 오차를 예측하는 관성 오차 예측부와,
    상기 관성 오차 예측부에 의해 예측된 상기 수속 후의 관성 오차를 이용하여, 상기 모델 연산부에 의해 이용되는 상기 미리 설정된 관성값을 수정하는 파라미터 수정부를 구비한 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 관성 오차 예측부는
    가가속 상태의 기간에 있어서 상기 속도 편차에 최종값 정리를 적용함으로써, 수속값에 수속 후의 관성 오차를 예측하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 관성 오차 예측부는
    가가속 상태의 기간에 있어서 상기 속도 편차에 역라플라스 변환을 적용함으로써, 수속값에 수속 후의 관성 오차를 예측하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어 장치.
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