KR101707770B1 - 엘리베이터 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1 주기 간격으로, 모터 위치 측정 장치에서 측정된 모터의 위치 값을 저장하는 위치 저장부, 제2 주기 간격으로, 상기 위치 저장부에서 저장된 상기 위치 값 및 입력된 토크 제어 값을 기반으로 상기 회전속도를 추정하는 상태 추정부, 제3 주기 간격으로, 상기 모터 위치 측정장치에서 측정된 상기 위치 값 및 상기 상태 추정부에서 추정한 상기 회전속도를 기반으로, 상기 모터에 대한 상기 토크 제어 값을 생성하고 전류 제어 값을 출력하는 상태궤환 위치제어부 및 전류센서에서 측정한 상기 모터의 구동전류 측정값과 상기 전류 제어 값을 기반으로, 상기 모터를 제어하는 전압 제어 신호를 출력하는 벡터 제어부를 포함하고, 상기 상태궤환 위치 제어부는, 상기 위치 값 및 입력된 위치 제어 값 사이의 차이를 비례상수에 따라 비례적분한 값에서, 상기 회전 속도에 제1 상수를 곱한 값 및 상기 위치 값에 제2 상수를 곱한 값을 빼어 상기 토크 제어 값으로 생성하고, 상기 토크 제어 값에 대응하는 상기 전류 제어값을 출력하며, 상기 비례상수 및 상기 제1, 2 상수는, 상기 상태궤환 위치 제어부에 설정된 게인값 및 엘리베이터의 관성값에 의해 결정되는 엘리베이터 제어장치를 제공한다.

Description

엘리베이터 제어 장치 및 그 제어 방법{Elevator control apparatus and the controlling method}

본 발명은 엘리베이터 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제어 성능을 향상시킬 수 있는 엘리베이터의 제어 방법, 제어 장치 및 이를 이용한 엘리베이터에 관한 것이다. 보다 구체적으로 로드셀이 없는 엘리베이터에서 롤백 현상을 저감시킬 수 있는 엘리베이터 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 엘리베이터는 고층건물에서 상, 하로 사람을 승차시켜 이동시키거나 화물을 적재하여 운송하는 역할을 한다. 엘리베이터는 그 고층건물에 형성된 승강로내에서 구동장치인 권상기의 구동으로 상, 하로 이동함과 아울러 사람이 승차하거나 화물이 적재될 수 있는 소정의 공간을 갖는 엘리베이터카가 상기 권상기에 연결되어 설치된다.

또한, 일반적으로 직류 전동기를 대체하여 엘리베이터를 구동하기 위한 모터에 사용되는 3상 산업용 인버터는, 벡터제어를 통해서 교류모터를 토크제어할 수 있으며 엘리베이터, 크레인 및 와인더 등 여러 응용분야에 사용되고 있다.

한편, 인버터의 제어에 의해 엘리베이터의 브레이크가 제어된다. 이와 같은 엘리베이터의 브레이크 개방시에는 엘리베이터 카가 흔들리게 되며, 이를 롤백이라 한다. 일반적으로, 롤백을 줄이기 위해서 무게를 측정하는 센서장치인 로드셀을 사용하며 이와 같은 로드셀의 무게 센싱을 이용하여 엘리베이터 카의 롤백을 줄일 수 있다.

그러나, 최근들어 로드셀 센서의 신뢰성 문제와 속도제어의 효율을 위해 엘리베이터의 속도 제어에 사용되는 장치인 인버터 자체에 제어 알고리즘을 탑재하여 로드셀 없이도 롤백을 저감할 수 있는 방법이 개발되고 있다. 롤백을 저감하기 위해서는 부하의 크기에 해당하는 토크를 빠른 시간내에 추종하도록 하는 것이 중요한데, 따라서 이를 부하보상이라고 한다.

도 1은 이와 같은 부하 보상을 줄이기 위한 종래의 속도 제어 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 P-PI방식과 같은 엘리베이터의 제어 장치는 위치제어부(10)와 속도제어기(11), 모터 속도측정부(12), 및 인버터부(14)로 구성될 수 있다.

위치제어부(10)는 위치를 제어하고자 하는 위치 제어 값(θ)을 수신하고, 위치 실제 값(θ*)을 수신하여 그 차를 구하고, 비례이득 값 KPP를 곱함으로써 속도 제어 값을 출력한다.

그리고, 속도제어기(11)는 속도제어 값과 모터 속도 측정부(12)로부터 수신한 속도 값의 차에 비례이득 KP와 적분이득 KI를 적용하여 그 값을 더하고, 이를 토크 제어 값(T*)으로 출력한다.

인버터부(14)는 토크 제어 값 T* 및 엘리베이터에서의 카, 로프, 승객 등에 의한 무게로 인해 모터에 걸리게 되는 부하값 Tl을 수신하여 엘리베이터의 속도를 제어한다. 그리고, 인버터부(14)에 의해 제어된 모터로부터 실제 속도 ω와 실제 위치 θ가 측정되면, 이를 위치제어부(10)와 속도제어기(11)의 입력으로 궤환할 수 있다.

인버터부(14)는 토크 제어 값 에 따라 벡터제어를 통하여 실제토크를 만들어 속도를 제어한다. 벡터제어는 전류를 자속을 제어하는 성분과 토크를 제어하는 성분으로 나누어서 제어하는 방법이다. J는 관성값이며, s는 라플라스 연산자로서 1/s는 적분을 의미한다.

이와 같은 종래의 엘리베이터 제어 장치는 전달함수가 수학식 1과 같이 나타난다.

이와 같은 종래의 엘리베이터 제어 장치의 경우 극점을 설계할 때 극점을 자유롭게 배치할 수 없는 문제점이 있다. 전달함수의 계수들이 각각 독립적이지 않고 게인들의 곱과 합으로 이루어져 있어서 한 게인을 변경시키면 2개 이상의 계수가 변하게 됨으로 인하여 극점을 자유롭게 설계할 수 없는 것이다.

또한, 3중근인 경우에는 극점배치 자체가 불가능한 문제점이 있다. 3중근인 경우를 가정하여 판별식을 적용할 경우, 수학식 1의 우변 3차 방정식의 판별식과, 이를 미분한 2차 방정식의 판별식이 모두 0이 되기 위한 근의 값은 존재하지 않기 때문이다.

본 발명의 목적은, 제어 효율을 향상시킬 수 있는 엘리베이터의 제어 방법을 제공함에 있다.

또한, 로드셀이 없는 엘리베이터에서 롤백현상을 저감시킬 수 있는 제어 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

그리고, 상태 추정부를 통하여 롤백현상을 효과적으로 저감시킬 수 있는 엘리베이터의 제어 장치, 그 방법 및 이를 포함하는 엘리베이터를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 엘리베이터 제어장치는, 제1 주기 간격으로, 모터 위치 측정 장치에서 측정된 모터의 위치 값을 저장하는 위치 저장부, 제2 주기 간격으로, 상기 위치 저장부에서 저장된 상기 위치 값 및 입력된 토크 제어 값을 기반으로 상기 회전속도를 추정하는 상태 추정부, 제3 주기 간격으로, 상기 모터 위치 측정장치에서 측정된 상기 위치 값 및 상기 상태 추정부에서 추정한 상기 회전속도를 기반으로, 상기 모터에 대한 상기 토크 제어 값을 생성하고 전류 제어 값을 출력하는 상태궤환 위치제어부 및 전류센서에서 측정한 상기 모터의 구동전류 측정값과 상기 전류 제어 값을 기반으로, 상기 모터를 제어하는 전압 제어 신호를 출력하는 벡터 제어부를 포함하고, 상기 상태궤환 위치 제어부는, 상기 위치 값 및 입력된 위치 제어 값 사이의 차이를 비례상수에 따라 비례적분한 값에서, 상기 회전 속도에 제1 상수를 곱한 값 및 상기 위치 값에 제2 상수를 곱한 값을 빼어 상기 토크 제어 값으로 생성하고, 상기 토크 제어 값에 대응하는 상기 전류 제어값을 출력하며, 상기 비례상수 및 상기 제1, 2 상수는, 상기 상태궤환 위치 제어부에 설정된 게인값 및 엘리베이터의 관성값에 의해 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 엘리베이터 제어방법은, 제1 주기 간격으로, 모터 위치 측정 장치에서 측정된 모터의 위치 값을 저장하는 단계, 제2 주기 간격으로, 상기 위치 값 및 입력된 토크 제어 값을 기반으로 상기 회전속도를 추정하는 단계, 제3 주기 간격으로, 상기 모터 위치 측정장치에서 측정된 상기 위치 값 및 상기 회전속도를 기반으로, 상기 모터에 대한 상기 토크 제어 값을 생성하고 전류 제어 값을 출력하는 단계 및 전류센서에서 측정한 상기 모터의 구동전류 측정값과 상기 전류 제어 값을 기반으로, 상기 모터를 제어하는 전압 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 전류 제어 값을 출력하는 단계는, 상기 위치 값 및 입력된 위치 제어 값 사이의 차이를 비례상수에 따라 비례적분한 값에서, 상기 회전 속도에 제1 상수를 곱한 값 및 상기 위치 값에 제2 상수를 곱한 값을 빼어 상기 토크 제어 값으로 생성하고, 상기 토크 제어 값에 대응하는 상기 전류 제어값을 출력하며, 상기 비례상수 및 상기 제1, 2 상수는, 설정된 게인값 및 엘리베이터의 관성값에 의해 결정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 로드셀이 없는 엘리베이터에서도 위치제어가 효율적으로 가능하게 된다.

특히, 상태에 따른 위치 추정이 가능하게 되어 엘리베이터의 롤백을 효과적으로 저감시킬 수 있게 된다.

또한, 전달함수에서의 근의 배치가 자유롭게 되어 보다 다양한 극점을 갖도록 설계할 수 있게 된다.

도 1은 부하 보상을 줄이기 위한 종래의 속도 제어 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터의 속도 제어 장치를 포함한 전체 엘리베이터 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 제어 장치(100)의 제어 신호 처리부(110)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상태궤환 위치제어부(111)의 구성을 개념적으로 나타낸 제어도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 제어 장치(100)의 상태 추정부(113)의 동작을 나타내기 위한 제어도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 제어 장치(100)를 포함한 시료모터를 사용하여 실험한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 시료모터를 이용하여 엘리베이터를 모사 제어한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터의 속도 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.

또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.

본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터의 속도 제어 장치를 포함한 전체 엘리베이터 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제어 장치(100)를 포함하는 엘리베이터 시스템은 엘리베이터의 구동을 위한 모터(200), 모터(200) 제어를 위한 제어 장치(100), 모터의 회전을 측정하는 엔코더(210) 및 엔코더(210)의 펄스 출력으로부터 모터 위치(회전각)를 측정하는 모터 위치 측정 장치(220)를 포함하여 구성된다.

제어 장치(100)는 로드셀 없는 엘리베이터의 롤백현상을 저감하기 위한 제어 신호를 발생하는 제어 신호 처리부(110), 처리된 신호에 따라 모터에 구동신호를 입력하기 위한 PWM 게이팅 신호 발생부(120) 및 구동신호에 따라 스위칭되는 PWM 인버터부(130)를 포함한다.

제어 신호 처리부(110)는 후술할 상태 궤환 위치제어와 상태 추정을 이용하여 엘리베이터의 모터를 제어하기 위한 신호 처리를 한다.

PWM게이팅 신호 발생부(120)는 제어 신호 처리부(110)로부터 출력된 전압 제어 신호에 따라 PWM 게이팅 신호를 발생한다.

PWM 인버터(130)는 발생된 PWM게이팅 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하고, 이에 따라 모터(200)는 전원을 입력받아 구동하게 된다.

이와 같은 PWM게이팅 신호 발생부(120)와 PWM 인버터(130)는 전압 제어 신호에 따라 모터의 구동을 제어하는 모터 구동부의 역할을 할 수 있다.

한편, 엔코더(210)는 모터(200)에 연결되어 모터(200)의 회전에 따른 펄스를 출력하여 모터 위치 측정장치(220)로 전송한다.

그리고, 모터 위치 측정장치(220)는 모터 위치값, 즉 회전각 θ값을 측정하여 제어 신호 처리부(110)로 전송한다.

여기서, 모터 위치 측정장치(220)는 엔코더(210)로부터 수신한 펄스 신호에 기초하여 모터의 위치값, 즉 회전각을 계산한다. 모터 위치 측정장치(220)는 예를 들어, M/T 방식을 이용할 수 있다. M/T방식은 모터(200)의 구동에 따른 엔코더(210)에서 측정된 펄스 신호와 일정 시간을 이용하는 방식으로, 모터(200)의 회전속도와 회전각을 디지털값으로 측정할 수 있도록 한다. 따라서, 모터 위치 측정장치(220) 일정 시간동안에 펄스를 계수함으로써 모터의 현재 위치(회전각)를 측정할 수 있다. 또한, 이와 같은 모터 위치 측정 방식에는 펄스 수를 측정하거나, 펄스 간격을 측정하는 방법도 가능할 수 있다. 다만, 본 발명에서 사용될 수 있는 M/T방식은 펄스 수와 펄스 간격 측정 방식을 조합하여 상호간 단점을 보완한 방식이다.

한편, 전류센서(230)는 후술할 제어 신호 처리부(110)의 전류 벡터 제어를 위하여 현재 모터(200)에 흐르는 전류값을 센싱하고, 제어 신호 처리부(110)로 전송한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 제어 장치(100)의 제어 신호 처리부(110)의 구성을 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 엘리베이터 제어 장치(100)의 제어 신호 처리부(110)는 현재 모터의 위치와 추정된 모터 속도에 따라 모터의 토크를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 상태궤환 위치제어부(111), 현재 모터 위치를 저장하고, 일정 주기에 따라 업데이트하기 위한 위치 저장부(112), 저장된 모터 위치와 상태궤환 위치제어부(111)로부터 수신한 토크 제어 값에 따라 모터의 속도를 추정하는 상태 추정부(113) 및 센싱된 전류와 제어 전류 값을 수신하여 전압 제어 신호를 출력하는 벡터제어부(114)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상태궤환 위치제어부(111)는 모터 위치 측정 장치(220)로부터 모터 위치값을 수신하고, 상태 추정부(113)로부터 모터의 추정 속도를 수신하여 엘리베이터의 롤백 현상 저감을 위한 모터의 제어 전류 값을 출력한다.

그리고, 상태 추정부(113)는 위치 저장부(112)에 저장되어 있는 모터의 위치 값과 상태궤환 위치제어부(111)로부터 수신한 토크 제어 값에 기초하여 모터의 속도를 추정하는 연산을 한다.

한편, 벡터제어부는 전류센서(230)로부터 현재 모터의 구동전류 측정값을 수신하고, 구동전류 측정값과 상태궤환 위치제어부(111)로부터 수신한 제어 전류 값에 기초하여 결과적으로 엘리베이터 모터 전압을 제어하여 롤백현상을 저감하기 위한 신호로서 전압 제어 신호를 출력한다.

그리고, 벡터 제어부(114)는 제1 주기의 인터럽트에 따라 동작할 수 있다. 또한, 상태 추정부(113)는 제2 주기의 인터럽트에 따라 주기적으로 동작할 수 있다. 마찬가지로, 상태궤환 위치제어부(111)는 제3 주기의 인터럽트에 따라 동작할 수 있다. 여기서, 상태 추정부(113)는 위치의 변화에 대해 빠른 계산을 수행하여야 하므로 상태 추정부(113)의 인터럽트 주기는 다른 주기보다 짧게 설계할 수 있다. 예를 들어, 상태 추정부(113)의 인터럽트는 주기가 짧은 PWM인터럽트일 수 있으며, 상태궤환 위치제어부(111)는 수행빈도가 낮도록 1ms 인터럽트에서 수행되도록 설계할 수 있다. 그러나, 각 주기를 설계할 경우의 상대적인 효과가 다를 수 있으므로, 본 발명은 엘리베이터의 인버터 설계 방법에 따라 인터럽트의 주기를 다양하게 설정 할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기 제2 주기는 제1 주기와 같도록 설정할 수도 있으며, 상호간 주기를 서로 포함할 수 있도록 설계하는 것도 가능하다. 예를 들어, 상태 추정부(113)와 벡터

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상태궤환 위치제어부(111)의 구성을 개념적으로 나타낸 제어도이다.

도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상태궤환 위치제어부(111)를 설명하면 다음과 같다.

상태궤환 위치제어부(111)는 도 4에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 입력 θ*는 제어하고자 하는 위치를 나타낸다. 예를 들어, 일반적인 엘리베이터에서는 이 값은 0이 되도록 함으로써, 롤백 현상을 저감시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자는 제어하고자 하는 모터의 최종 위치를 설정 할 수 있다.

그리고, 상태궤환 위치제어부(111)는 이와 같이 입력된 위치 제어값 θ*와 모터의 현재 위치 값 θ와의 차이를 계산하여 비례상수 K1에 따라 비례적분을 수행한다. K1에 따라 비례적분 수행된 값에 모터의 속도 ω에 K2를 곱한 값과 모터의 현재 위치 θ에 K3를 곱한 값을 빼면 제어를 위한 토크 제어 값 T*이 생성된다. 여기서, 상태궤환 위치제어부(111)는 생성된 T*에 기초하여 전류 제어 값을 생성하고, 벡터제어부(114)로 전송할 수 있다.

여기서, 모터의 속도 ω는 도4의 도면 부호 400 부분과 같이 현재 부하 TL과 토크 제어 값 T*에 기초하여 적분함으로써 계산할 수도 있으나, 다른 장치에서 관측된 속도 값이 입력될 수 있다. 따라서, ω는 외부로부터 입력되는 값일 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상태추정부(113)으로부터 출력된 속도 추정값일 수 있다.

또한, 모터의 현재 위치 θ는 속도값을 적분하여 계산할 수도 있으나, 상술한 바와 같은 엔코더(210)와 모터 위치 측정 장치(220)로부터 측정된 위치값 θ로도 계산이 가능하다.

한편, 이와 같이 상태궤환 위치제어부(111)가 구성된 경우, 모터 위치(회전각)에 대한 전달 함수는 수학식 2와 같이 구해질 수 있다.

여기서, 상태궤환 위치제어부(111)의 게인이 α인 경우, 3중근에 의한 게인 식은 K1=-J*α^3, K2=-3*J*α, K3=3*J*α^2 이 된다. J는 관성값을 나타내며, s는 라플라스 연산자를 의미한다. 관성값은 엘리베이터 카, 승객, 로프등의 요인에 의해 결정되는 값이며, 게인 α는 극점값으로서 음의 값을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 시스템의 구성에 따라서 각 계수에 대한 설정가능한 범위는 달라질 수 있다.

수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이, 도 4와 같은 구성으로 부하 토크에 대한 전달함수 설계시에는 K1, K2, K3를 자유롭게 설계할 수 있으며, 따라서 3중근을 갖도록 설계하더라도 문제가 발생하지 않게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 제어 장치(100)의 상태 추정부(113)의 동작을 나타내기 위한 제어도이다.

도 5를 참조하면, 상태 추정부(113)는 입력으로서 토크 제어 값 T*와, 모터 위치 값 θ를 수신하고, 이에 기초하여 속도 추정 값 ω를 출력한다.

이와 같이 상태 추정부(113)는 토크 제어 값과 모터 위치값에 따라 모터의 속도를 추정할 수 있다. 이는 속도를 실측하고 계산하는 과정보다 빠른 처리를 가능하게 함으로써, 효과적인 엘리베이터의 제어가 가능하게 한다.

한편, 도 5의 제어도에서 l1=-3*β, l2=3*β^2, l3=β^3*J 일 수 있다. β값은 상태 추정부(113)의 게인이며, J는 엘리베이터 카, 승객, 로프등의 요인에 의해 결정되는 관성값을 의미한다. 보다 효과적인 결과를 얻기 위해서는 상태 추정부(113)의 게인 β는 상태궤환 위치제어부의 게인 α보다 큰 값을 사용하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 제어 장치(100)를 포함한 시료모터를 사용하여 실험한 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 6의 실험세트 구성도를 설명하면, 시료모터의 엔코더는 2000펄스 sin/cos 엔코더일 수 있으며, 1회전당 2000개의 sin/cos 신호가 출력된다.

인버터 1에서는 이 신호를 받아서 레졸버에서 사용하는 RD 컨버터를 이용하여 32768개의 A/B 펄스로 변환해준다. 변환된 펄스는 위치제어를 하는데 사용된다. 시스템의 전체 관성은 0.084 kgm2이다. 또한, 시료모터에는 브레이크가 달려 있고, 엘리베이터의 브레이크를 모사하는데 사용되었다.

한편, 시료모터의 파라미터는 다음의 표 1과 같다.

항 목	값
정격전압	220V
정격전류	20.2A
Ld	1.11mH
Rs	0.059Ohm
극수	8

도 7은 이와 같은 시료모터를 이용하여 엘리베이터를 모사 제어한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상태궤환 위치제어부(111)를 사용한 엘리베이터 제어 장치(100)의 위치제어 편차를 알 수 있다.

도 7과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 제어 장치(100)는 롤백량을 0.5도(deg) 이내로 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.

또한, 실험에서는 상태궤환 위치제어부(111)의 속도피드백값으로 상태 추정부(113)를 사용하였다. 결과적으로, 상태 추정부(113)를 사용함으로서 제어 대역폭을 더 올릴 수 있었다. 한편 상태궤환 위치제어부(111)는 1ms인터럽트의 주기에서 동작하였으며, 상태 추정부(113)는 125us의 짧은 PWM인터럽트 주기에서 수행되었다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터의 속도 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 먼저 모터(200)와 연결된 엔코더(210)로부터 모터 위치 값을 계산한다(S100).

이후, 상술한 바와 같은 과정을 통하여 상태 추정부(113)는 모터의 속도를 추정한다(S110).

그리고, 상태궤환 위치제어부(111)는 추정된 모터 속도와 모터 위치 값에 기초하여 토크 제어 값을 생성한다(S120).

이후, 상태궤환 위치제어부(111)는 토크 제어 값에 따라 전류 제어 신호를 생성하고(S130), 벡터 제어부(114)는 모터 전류 센싱값을 수신하고, 전류 제어 신호에 따라 전압 제어 신호를 생성한다(S140).

이후, 예를 들어 PWM 신호 발생기등을 포함하는 모터 구동부(120, 130)는 전압 제어 신호에 따라 모터(200)로 PWM 신호를 입력하여 구동전원을 입력한다(S150).

그리고, 구동전원에 따라 모터(200)는 토크 제어를 수행할 수 있다(S160).

이와 같은 엘리베이터 제어 방법에 따라, 극점 설계 및 전달함수 설계가 자유로워 제어 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 로드셀이 없는 엘리베이터에서 롤백현상을 저감시킬 수 있다. 그리고, 상태 추정을 이용함으로써 그 효율을 향상시키고 가용 대역폭을 증대시킬 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 엘리베이터 제어 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.

100: 엘리베이터 제어 장치 110: 제어 신호 처리부
111: 상태궤환 위치제어부 112: 위치 저장부
113: 상태 추정부 114: 벡터 제어부
200: 모터 210: 엔코더

Claims (6)

1. 제1 주기 간격으로, 모터 위치 측정 장치에서 측정된 모터의 위치 값을 저장하는 위치 저장부;
   제2 주기 간격으로, 상기 위치 저장부에서 저장된 상기 위치 값 및 입력된 토크 제어 값을 기반으로 상기 모터의 회전속도를 추정하는 상태 추정부;
   제3 주기 간격으로, 상기 모터 위치 측정장치에서 측정된 상기 위치 값 및 상기 상태 추정부에서 추정한 상기 회전속도를 기반으로, 상기 모터에 대한 상기 토크 제어 값을 생성하고 전류 제어 값을 출력하는 상태궤환 위치제어부; 및
   전류센서에서 측정한 상기 모터의 구동전류 측정값과 상기 전류 제어 값을 기반으로, 상기 모터를 제어하는 전압 제어 신호를 출력하는 벡터 제어부를 포함하고,
   상기 상태궤환 위치 제어부는,
   상기 위치 값 및 입력된 위치 제어 값 사이의 차이를 비례상수에 따라 비례적분한 값에서, 상기 회전 속도에 제1 상수를 곱한 값 및 상기 위치 값에 제2 상수를 곱한 값을 빼어 상기 토크 제어 값으로 생성하고, 상기 토크 제어 값에 대응하는 상기 전류 제어값을 출력하며,
   상기 비례상수는,
   상기 상태궤환 위치제어부에 설정된 게인값의 세제곱승한 값에 엘리베이터의 관성값을 곱한 값에 비례하고,
   상기 제1 상수는,
   상기 게인값에 상기 관성값을 곱한 값에 비례하고,
   상기 제2 상수는,
   상기 게인값의 제곱승한 값에 상기 관성값을 곱한 값에 비례하게 결정되는 엘리베이터 제어장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 주기는,
   상기 제1 주기 및 상기 제3 주기보다 작은 것을 특징으로 하는 엘리베이터 제어 장치.
4. 제1 주기 간격으로, 모터 위치 측정 장치에서 측정된 모터의 위치 값을 저장하는 단계;
   제2 주기 간격으로, 상기 위치 값 및 입력된 토크 제어 값을 기반으로 상기 모터의 회전속도를 추정하는 단계;
   제3 주기 간격으로, 상기 모터 위치 측정장치에서 측정된 상기 위치 값 및 상기 회전속도를 기반으로, 상기 모터에 대한 상기 토크 제어 값을 생성하고 전류 제어 값을 출력하는 단계; 및
   전류센서에서 측정한 상기 모터의 구동전류 측정값과 상기 전류 제어 값을 기반으로, 상기 모터를 제어하는 전압 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
   상기 전류 제어 값을 출력하는 단계는,
   상기 위치 값 및 입력된 위치 제어 값 사이의 차이를 비례상수에 따라 비례적분한 값에서, 상기 회전 속도에 제1 상수를 곱한 값 및 상기 위치 값에 제2 상수를 곱한 값을 빼어 상기 토크 제어 값으로 생성하고, 상기 토크 제어 값에 대응하는 상기 전류 제어값을 출력하며,
   상기 비례상수는,
   상태궤환 위치제어부에 설정된 게인값의 세제곱승한 값에 엘리베이터의 관성값을 곱한 값에 비례하고,
   상기 제1 상수는,
   상기 게인값에 상기 관성값을 곱한 값에 비례하고,
   상기 제2 상수는,
   상기 게인값의 제곱승한 값에 상기 관성값을 곱한 값에 비례하게 결정되는 엘리베이터의 제어방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 전압 제어 신호를 출력하는 단계는,
   상기 구동전류 측정값 및 상기 전류 제어 값으로 벡터 제어를 수행하여 토크를 제어하는 상기 전압 제어 신호를 출력하는 엘리베이터의 제어 방법.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제2 주기는,
   상기 제1 주기 및 상기 제3 주기보다 작은 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 제어 방법.

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