KR20100115813A - 엘리베이터 차체의 높이재설정 동안의 동적 보상 - Google Patents

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Abstract

엘리베이터 차체의 위치를 제어하는 예시적 방법은 엘리베이터 차체가 높이재설정을 필요로 하는지를 결정하는 것을 포함한다. 엘리베이터 차체의 현재 위치와 연관된 엘리베이터 차체의 동적 정보가 결정된다. 높이재설정을 위해 엘리베이터 차체를 이동시키는 역할을 하는 모터의 작동을 제어하기 위한 이득은 결정된 엘리베이터 차체의 동적 정보를 기초로 하여 조정된다.

Description

엘리베이터 차체의 높이재설정 동안의 동적 보상{DYNAMIC COMPENSATION DURING ELEVATOR CAR RE-LEVELING}
엘리베이터 시스템들은, 예를 들어 빌딩 내의 상이한 높이들로 엘리베이터 서비스를 제공하기 위하여 다양한 승강장(landings)들 사이에서 이동하는 엘리베이터 차체를 포함한다. 머신(machine)은 엘리베이터 차체를 원하는 위치로 선택적으로 이동시킨 다음 엘리베이터 차체를 상기 위치에서 유지시키기 위한 모터 및 브레이크를 포함한다. 머신 제어기는 엘리베이터 서비스에 대한 승객의 요청에 반응하고 엘리베이터 차체를 선택된 승강장에서 알려진 방식으로 유지시키도록 머신의 작동을 제어한다.
엘리베이터 시스템들과 연관된 한가지 과제는 엘리베이터 차체와 엘리베이터 차체가 주차되는 로비 사이를 쉽게 통과할 수 있도록 엘리베이터 차체를 승강장에 대해 적절한 높이에서 유지시키는 것이다. 차체 바닥은 승강장 바닥과의 높이를 이상적으로 유지하여 승객들이 로비와 엘리베이터 차체 사이를 쉽게 이동할 수 있게 하는 한편, 혹자가 걸려넘어질(tripping) 가능성을 최소화시킨다. 현재의 엘리베이터 코드들은 승강장 바닥과 엘리베이터 차체 바닥 사이에서 허용될 수 있는 최대 차이를 설정한 변위 임계치를 정의하고 있다. 그 거리가 코드 임계치를 초과해 있는 경우, 엘리베이터 시스템은 엘리베이터 차체의 위치를 보정하거나 높이를 재설정해야 한다.
종래의 엘리베이터 높이재설정 접근법은 차체-대-플로어 변위(car-to-floor displacement)의 양을 감지하는 것을 포함하여 이루어진다. 이는 통상적으로 엘리베이터 차체와 연관된 제 1 위치 변환기 또는 가버너(governor)의 인코더를 이용하여 달성된다. 변위가 설정된 임계치를 초과하는 경우, 높이재설정 프로세스가 개시된다. 머신 제어기는 차체의 무게에 관한 결정을 내리고 머신 브레이크를 해제하기 전에 차체를 들어올리기 위해 모터에 예비토크를 가한다(pretorque). 그 다음, 모터 전류가 위치 오차에 관한 [비례 적분 제어(Proportional plus Integral control)와 같은] 고정 이득 피드백 보상기(fixed gain feedback compensator)를 이용하는 외적 위치 루프(outer position loop)를 갖는 내적 속도 서보 루프(inner velocity servo loop)를 이용하여 제어된다.
엘리베이터 차체의 높이를 재설정하는 종래의 접근법은 대부분의 상황에서는 잘 기능한다. 고층 빌딩 및 초고층 빌딩에서는, 종래의 접근법이 만족할만한 결과들을 제공하지 못할 수도 있다. 이는, 부분적으로 엘리베이터 로핑 부재(elevator roping member)들의 유효 강성(effective stiffness)이 그들의 길이에 대해 비례적으로 감소하기 때문에 일어난다. 따라서, 보다 긴 엘리베이터 로핑 배열체(roping arrangement)는, 예를 들어 승객들이 엘리베이터 차체로 들어가거나 그로부터 나올 때 초래되는, 엘리베이터 차체 상에서의 부하 변화에 반응하는 증가된 양의 정적 처짐(static deflection)을 허용한다. 추가적으로, 승강로의 높이에 대해 선형적으로 증가되는 위치 변환기의 반응, 모터의 작용 및 엘리베이터 차체의 반응 간에는 시간 지연이 존재한다. 이러한 지연은 종래의 접근법과 연관된 위치 피드백 로직에 있어 잠재적 안정성의 문제를 유발한다. 또 다른 문제점은 로핑 배열체의 줄어든 강성이 엘리베이터 차체의 반동(bounce)과 연관된 공진 주파수를 저감시킨다는 점이다. 보다 작은 공진 주파수는 전통적 제어 로직 이득에 있어서의 제한을 가져오고, 이는 대역폭(bandwidth)을 제한하며, 따라서 성능을 제한한다.
엘리베이터 차체의 위치를 제어하는 예시적인 방법은 엘리베이터 차체가 높이재설정을 필요로 하는지의 결정을 포함하여 이루어진다. 엘리베이터 차체의 현재 위치와 연관된 엘리베이터 차체의 동적상태(dynamics)가 결정된다. 높이재설정을 위해 엘리베이터 차체를 이동시키는 역할을 하는 모터의 작동을 제어하기 위한 이득은 결정된 엘리베이터 차체의 동적 정보를 기초로 하여 조정된다.
예시적 엘리베이터 시스템은 설정된 값을 갖는 이득을 가지는 속도 서보를 포함하는 엘리베이터 모터를 제어하기 위한 디바이스를 포함한다. 동적 보상 모듈은 엘리베이터 차체의 현재 위치와 연관된 엘리베이터 차체의 동적 정보를 기초로 하여 설정된 값으로부터 속도 서보의 이득을 선택적으로 조정한다.
당업자라면 후술되는 상세한 설명부로부터 본 발명의 다양한 특징과 장점들을 명확히 이해할 수 있을 것이다. 상세한 설명부에 첨부된 도면들은 다음과 같이 간략하게 설명될 수 있다.
도 1은 예시적 엘리베이터 시스템의 선택된 부분들의 개략도;
도 2는 일 예시적 접근법을 요약한 플로우차트 다이어그램;
도 3은 예시적 엘리베이터 제어 구성을 개략적으로 예시한 도이다.
도 1은 예시적 엘리베이터 시스템(20)의 선택된 부분들을 개략적으로 예시하고 있다. 엘리베이터 차체(22)는 엘리베이터 머신(26)의 작동에 반응하는 가이드 레일(24)들을 따른 이동을 위해 지지된다. 이 예시에서, 엘리베이터 머신(26)은 엘리베이터 차체(22)의 무게를 지지하는 로핑 배열체(28)의 움직임을 제어하는 역할을 한다. 엘리베이터 머신(26)의 모터 및 브레이크는 엘리베이터 머신 제어기(30)에 반응하여 엘리베이터 차체(22)의 원하는 움직임 및 위치설정을 달성한다.
제어기(30)는 엘리베이터 머신(26)의 작동에 관한 정보 및 엘리베이터 차체(22)의 위치에 관한 정보를 활용해, 원하는 엘리베이터 시스템의 작동을 달성하기 위하여 엘리베이터 머신(26)을 어떻게 제어할 것인지를 결정한다. 도 1의 예시는 엘리베이터 차체(22)의 위치에 관한 정보를 제어기(30)에 제공하는 제 1 위치 변환기(32)를 포함한다. 예를 들어, 제 1 위치 변환기(32)는 엘리베이터 차체(22)와 함께 이동하는 로프 또는 테잎 및 인코더 휠을 포함하여 인코더 휠이 엘리베이터 차체의 현재 위치에 관한 정보를 제어기(30)에 제공한다. 엘리베이터 차체(22)의 위치에 관한 정보는 여하한의 방식으로 결정될 수 있다.
제어기(30)는 엘리베이터 머신(26)의 모터의 작동을 제어하는 데 이용되는 속도 서보를 포함한다. 속도 서보는 엘리베이터 머신(26)의 모터에 제공되는 모터 토크 신호들을 제어하는 비례(Kp) 및 적분(Ki) 이득을 갖는다. 속도 서보 이득들은 원하는 엘리베이터 시스템의 성능을 제공하기 위해 알려진 방식으로 설정된다.
몇몇 상황 하에서는, 엘리베이터 차체(22)가 승강장에 정지해 있을 때 엘리베이터 차체(22)의 높이를 재설정할 필요가 있다. 고층 빌딩 또는 초고층 빌딩의 경우에, 엘리베이터 차체(22)가 상대적으로 낮은 승강장에 있을 때에는, 로핑 배열체(28)의 연장된 길이가 상술된 바와 같은 추가적인 제어 과제들을 유발할 수 있다. 엘리베이터 차체(22)가 종래의 높이재설정 기술들만으로는 원하는 결과들을 제공할 수 없는 승강장에 있는 경우, 예시적 제어기(30)는 조정된 속도 서보 이득을 활용하여 원하는 높이재설정 성능을 달성한다.
도 2는 일 예시적 접근법을 요약한 플로우차트 다이어그램(40)을 포함한다. 엘리베이터 차체의 위치 또는 배치는 42에서 결정된다. 44에서는, 엘리베이터 차체가 높이재설정을 필요로 하는지에 대한 결정이 내려진다. 이는, 예를 들어 승강장에서의 부하 변화 시 이행될 수 있다. 46에서는, 엘리베이터 차체의 배치와 연관된 엘리베이터 차체의 동적 정보에 관한 결정이 내려진다. 예를 들어, 엘리베이터 차체(22)가 고층 빌딩이나 초고층 빌딩 내의 상대적으로 낮은 승강장에 있는 경우에는, 엘리베이터 차체의 높이를 재설정하려는 시도에 영향을 주는 엘리베이터 차체의 동적상태가 존재할 수 있다. 일 예시에서 46에서의 결정은 엘리베이터 차체가 이러한 엘리베이터 차체의 동적 정보가 중요한 승강장에 있는지의 여부에 대한 결정을 포함한다. 일 예시는 엘리베이터 시스템의 설계 및 설치 프로세스의 일부로서 이러한 정보를 실험적으로 결정하는 것을 포함하여, 예를 들어 메모리 내에 저장된 이러한 정보가 제어기(30)로 제공될 수 있게 한다. 일 예시는 제어기(30)가 결정된 엘리베이터 차체의 배치를 기초로 하여 동적 정보를 찾아볼(look up) 수 있도록 대응되는 엘리베이터 차체의 위치들과 연관된 엘리베이터 차체의 동적 정보를 갖는 룩 업 테이블(look up table)을 포함한다.
엘리베이터 차체의 동적 정보가 높이재설정 제어에 유용한 상황들에서는, 결정된 엘리베이터 차체의 동적 정보를 기초로 하여 48에서 모터 제어 이득이 조정된다. 50에서는, 조정된 이득을 이용하여 엘리베이터 차체의 높이가 재설정된다.
엘리베이터 머신(26)의 모터를 제어하는 데 엘리베이터 차체의 동적 정보가 필요하지 않은 상황들에서는, 모터 제어의 셋트(set) 또는 디폴트(default) 이득이 조정 없이 이용된다. 설정(set) 또는 디폴트 이득 값은, 예를 들어 상대적으로 더 높은 빌딩 높이에서의 정상적인 엘리베이터 동작 및 높이재설정 절차 동안 유용하다.
도 3은 제어기(30)의 일 부분이 개략적으로 표현된 예시적 엘리베이터 제어 구조를 개략적으로 예시하고 있다. 이 예시에서는, 대부분의 엘리베이터 시스템 작동 조건들 하에서 엘리베이터 머신(26)의 모터를 작동시키기 위한 제어 신호들을 제공하기 위해 종래의 엘리베이터 모터 제어 기술들이 이용된다. 높이재설정이 요구되고 엘리베이터 차체의 동적상태가 높이재설정에 영향력을 갖는 경우에는, 원하는 높이재설정 성능을 달성하기 위해 모터 제어와 연관된 이득이 조정된다.
도 3에서는, 비교기(comparator; 56)를 이용하여 원하는 엘리베이터 차체 위치 입력(52)이 실제 엘리베이터 차체 위치 표시(indication; 54)와 비교된다. 비교기(56)의 출력(즉, 엘리베이터 차체의 실제 위치와 원하는 위치 간의 여하한의 차이)은 높이재설정 이득 모듈(58)에 의하여 처리된다. 일 예시에서, 높이재설정 이득은 고정된 값이다. 높이재설정 이득 모듈(58)의 출력은 비교기(62)에서 제 1 속도 변환기 입력(60)과 비교된다.
비교기(62)의 출력은 속도 서보(66)의 이득을 조정하기 위한 조정치를 제공하는 동적 보상 모듈(dynamic compensation module; 64)로 제공된다. 이 예시에서 동적 보상 모듈(64)은 엘리베이터 차체의 동적 반응을 나타내는 2 개의 파라미터를 활용하는 2차 놋치 필터(second order notch filter)를 포함한다. 2 개의 파라미터는 일 예시에서 엘리베이터 차체의 반동 모드의 공진 주파수 및 감쇠 인자를 포함한다. 이들 2 개의 파라미터는 일 예시에서 로핑 배열체(28)의 특징들을 기초로 한다. 도 3에서, "b"는 사각 반동 모드의 주파수(frequency of the bounce mode squared)를 나타내며, "a"는 감쇠 인자를 나타낸다. 이 예시에서, a 및 b는 속도 서보(66)의 이득을 조정하는 데 활용되는 엘리베이터 차체의 동적 정보이다. 도 3에서 s는 라플라스 연산자를 나타낸다.
속도 서보 이득(Kp 및 Ki)은 증가되고 엘리베이터 차체(22)의 높이재설정 동안 향상된 성능을 제공한다. 속도 서보(66)는 높이재설정 동안 엘리베이터 머신(26)의 모터를 제어하는 데 이용되는 모터 토크 신호 출력(68)을 제공한다.
엘리베이터 차체의 동적 정보를 고려하지 않고 속도 서보 이득이 증가될 경우, 예를 들어 엘리베이터 차체의 진동 및 반동을 유발하는 엘리베이터 로핑 배열체(28)의 공진 주파수를 활성화(excite)시킬 수 있다. 속도 서보 이득을 조정하는 데 엘리베이터 차체의 동적 정보를 활용하는 것은 개선된 높이재설정의 성능을 제공하기 위해 이득을 증가시키는 한편, 예를 들어 로핑 배열체(28)의 연장된 길이와 연관된 반동 모드의 공징 주파수에서 로핑 배열체(28)와 같은 승강로 구성요소들의 활성화를 피하기 위한 것이다. 동적 보상 모듈(64)에 의하여 제공되는 속도 서보 이득의 조정은 엘리베이터의 수직방향 진동 모드의 활성화를 효과적으로 최소화시키는 한편 보다 큰 속도 서보 이득들이 실현될 수 있도록 한다.
상술된 설명은 기본적으로 제한을 위한 것이라기보다는 예시에 지나지 않는다. 당업자라면 본 발명의 본질적 사상을 벗어나지 않는 개시된 예시들에 대한 변경 및 수정들에 대해서 명확히 이해할 것이다. 본 발명에 대해 주어지는 법적 보호 범위는 후속 청구범위를 통해서만 결정될 수 있다.

Claims (21)

  1. 엘리베이터 차체 위치 제어 방법에 있어서,
    상기 엘리베이터 차체가 높이재설정(re-leveling)을 필요로 하는지를 결정하는 단계;
    상기 엘리베이터 차체의 현재 위치와 연관된 상기 엘리베이터 차체의 동적 정보를 결정하는 단계; 및
    결정된 상기 엘리베이터 차체의 동적 정보를 기초로 하여 상기 높이재설정을 위해 상기 엘리베이터 차체를 이동시키는 역할을 하는 모터의 작동을 제어하는 이득(gain)을 조정하는 단계를 포함하는 엘리베이터 차체 위치 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    조정된 이득을 이용하여 필요한 높이재설정을 달성하기 위해 상기 엘리베이터 차체를 이동시키는 모터를 제어하는 모터 토크 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 엘리베이터 차체 위치 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 높이재설정 동안 상기 엘리베이터 차체를 이동시킬 경우 상기 조정된 이득을 이용하는 단계; 및
    다른 엘리베이터 작동 조건들 동안 상이한 디폴트(default) 이득을 이용하는 단계를 포함하는 엘리베이터 차체 위치 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    복수의 엘리베이터 차체 위치들 각각에 대응되는 엘리베이터 차체의 동적 정보를 결정하는 단계;
    대응되는 엘리베이터 차체 위치들의 표시(indication)와 연관하여, 결정된 상기 엘리베이터 차체의 동적 정보를 저장하는 단계; 및
    상기 엘리베이터 차체의 현재 위치와 연관된 저장된 정보를 선택함으로써 상기 엘리베이터 차체의 동적 정보를 결정하는 단계를 포함하는 엘리베이터 차체 위치 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득은 디폴트 값을 가지며 상기 이득을 조정하는 단계는 상기 이득을 상기 디폴트 값 위로 증가시키는 단계를 포함하는 엘리베이터 차체 위치 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득은 상기 모터와 연관된 속도 서보(velocity servo)의 비례 적분 이득(proportional integral gain)인 엘리베이터 차체 위치 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 엘리베이터 차체의 동적 정보는 상기 엘리베이터 차체를 지지하는 데 이용되는 로핑 배열체(roping arrangement)의 동적상태들에 관한 정보를 포함하는 엘리베이터 차체 위치 제어 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 엘리베이터 차체의 동적 정보는 적어도, 상기 엘리베이터 차체의 반동(bounce) 모드의 주파수를 나타내는 제 1 파라미터 및 감쇠 인자를 나타내는 제 2 파라미터를 포함하는 엘리베이터 차체 위치 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 사각 주파수(frequency squared)를 포함하는 엘리베이터 차체 위치 제어 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정을 위한 조정 인자를 얻기 위하여 2차 놋치 필터(second order notch filter) 내의 결정된 상기 엘리베이터 차체의 동적 정보를 이용하는 단계를 포함하는 엘리베이터 차체 위치 제어 방법.
  11. 엘리베이터 시스템에 있어서,
    엘리베이터 모터를 제어하는 디바이스를 포함하며,
    상기 엘리베이터 모터는,
    설정(set) 값을 갖는 이득을 가지는 속도 서보; 및
    엘리베이터 차체의 현재 위치와 연관된 엘리베이터 차체의 동적 정보를 기초로 하여 상기 설정 값으로부터 상기 속도 서보의 이득을 선택적으로 조정하는 동적 보상 모듈(dynamic compensation module)을 포함하는 엘리베이터 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 동적 보상 모듈은 상기 이득을 상기 설정 값 위로 증가시키는 엘리베이터 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    복수의 엘리베이터 차체의 위치들 각각과 연관된 사전설정된 엘리베이터 차체의 동적 정보의 전자 저장부(electronic storage)를 포함하며,
    상기 동적 보상 모듈은 상기 엘리베이터 차체의 현재 위치를 기초로 하여 상기 전자 저장부로부터 상기 엘리베이터 차체의 동적 정보를 결정하는 엘리베이터 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 속도 서보는 조정된 이득을 이용하여 모터 토크 신호를 발생시키는 엘리베이터 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 속도 서보는 엘리베이터 차체를 높이재설정하기 위해 상기 조정된 이득을 이용하여 상기 모터 토크 신호를 발생시키며, 그렇지 않을 경우 상기 이득의 설정 값을 이용하여 상기 모터 토크 신호를 발생시키는 엘리베이터 시스템.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 이득은 상기 속도 서보의 비례 적분 이득인 엘리베이터 시스템.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 엘리베이터 차체의 동적 정보는 상기 엘리베이터 차체를 지지하는 데 이용되는 로핑 배열체의 동적상태들에 관한 정보를 포함하는 엘리베이터 시스템.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 엘리베이터 차체의 동적 정보는 적어도, 상기 엘리베이터 차체의 반동 모드의 주파수를 나타내는 제 1 파라미터 및 감쇠 인자를 나타내는 제 2 파라미터를 포함하는 엘리베이터 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 사각 주파수를 포함하는 엘리베이터 시스템.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 동적 보상 모듈은 상기 이득을 조정하기 위한 조정 인자를 제공하는 2차 놋치 필터를 포함하는 엘리베이터 시스템.
  21. 제 11 항에 있어서,
    엘리베이터 차체;
    상기 엘리베이터 차체에 고정되는 로핑 배열체;
    상기 엘리베이터 차체의 움직임을 유도하도록 상기 로핑 배열체를 이동시키는 모터; 및
    상기 모터를 제어하기 위한 모터 제어기를 포함하며,
    상기 모터 제어기는 상기 디바이스를 포함하는 엘리베이터 시스템.
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