KR20190013873A - 엘리베이터의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

브레이크 개방 후의 언밸런스 토크를 단시간에 추정하여 보정하는 것에 의해, 기동 쇼크 및 카의 롤백을 안정하게 감소시킬 수 있는 엘리베이터의 제어 장치를 제공한다. 카와 평형추의 중량 차분인 언밸런스 토크를, 모터 구동 전류 또는 모터의 토크 전류 지령 신호와 모터의 속도 검출 신호에 근거하여, 언밸런스 토크 추정기에서 추정하고, 이 추정한 언밸런스 토크와 속도 신호에 비례하는 값을 가산한 신호를 토크 오프셋 전류 지령 신호로서 출력할지, 또는 모터의 회전을 제동하는 브레이크가 해제된 후에, 추정된 언밸런스 토크를 토크 오프셋 전류 지령 신호로서 출력할지를 선택하는 전환부와, 전류 제어부의 입력인 토크 전류 지령 신호에, 전환부로부터 출력되는 토크 오프셋 전류 지령 신호를 더하는 가산부를 구비한다.

Description

엘리베이터의 제어 장치

본 발명은 엘리베이터의 제어 장치에 관한 것이고, 특히, 엘리베이터의 주행 개시 시에 발생하는 기동 쇼크를 저감하는 엘리베이터의 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 로프식 엘리베이터에서는, 카(car)와 평형추(counterweight)가 모터에 접속된 시브(sheave)를 거쳐 로프에 의해 매달려 있다. 카는, 정지 시에는, 브레이크에 의해 정지 유지되고 있지만, 주행 개시 시에는 브레이크를 개방하여, 모터에 의해 시브를 회전시킴으로써 승강을 행한다.

이때, 브레이크 개방에 따라, 카와 평형추의 중량 차분의 언밸런스 토크가 시브를 통해 모터에 전해진다. 모터의 속도 제어로부터 보면, 언밸런스 토크는 스텝 형상의 외란으로서 작용하기 때문에, 모터 토크가 제로 상태에서 브레이크를 개방하면, 모터(시브)가 그 스텝 형상의 외란의 영향을 받아 카의 가속도 변동(이하, 기동 쇼크라고 함) 및 카의 롤백이 발생한다. 양자에 의해 승차감이 악화되기 때문에, 대책이 필요하다.

그래서, 기동 쇼크 및 카의 롤백을 감소시키기 위해, 카의 적재 중량을 검출하고, 언밸런스 토크를 추정하며, 더욱이 언밸런스 토크를 상쇄하는 토크(토크 오프셋 전류)를 모터에 의해 발생시키고 나서 브레이크를 개방하는 기동 제어 방식이 일반적으로 행해지고 있다.

이 방식은 카의 적재 중량을 검출하는 하중 검출 장치가 필요하게 되어 비용이 증가하게 된다. 아울러, 설치 시에 하중 검출 장치의 설치 및 조정이 필요하게 된다.

이 때문에, 하중 검출 장치를 이용하지 않고, 기동 쇼크 및 롤백을 감소시키는 제어 방식이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

이 특허 문헌 1에서는, 기동 시의 언밸런스 토크를, 모터 인코더의 각도 정보를 2단 미분 연산하여 각가속도 정보로 하고, 더욱이 모터에 걸리는 총 관성 모멘트(카, 시브, 평형추, 로프 등의 관성 모멘트의 총합) 정보를 이용하여 토크 바이어스 지령값으로서 연산하고, 토크 지령값에 가산함으로써 승강 기계 구동용 전동기를 제어하고 있다.

(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 공보 제2005－132541호

종래의 엘리베이터의 제어 장치는 모터의 인코더 정보가 양자화되어 있기 때문에, 마이크로컴퓨터 등의 연산 수단으로 이산화된 환경에서 미분 연산을 행하면, 이산화 타이밍의 값에 큰 오류가 생기는 문제가 있다.

그래서, 특허 문헌 1에서는, 미분 연산을 모터 인코더 주기마다 행하는 것이 아니라, 소정의 인코더 펄스 수 단위로 행하는 구성으로 되어 있다.

그 때문에, 원리적으로 롤백량이 수 ㎜ 내지 10㎜로 되어, 언밸런스 토크가 큰 경우는, 기동 쇼크 및 카의 롤백이 충분히 감소되지 않는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 브레이크 개방 후의 언밸런스 토크를 단시간에 추정하여 보정하는 것에 의해, 기동 쇼크 및 카의 롤백을 안정하게 감소시킬 수 있는 엘리베이터의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 엘리베이터의 제어 장치는 카와 평형추가 로프에 매달린 시브를 회전 구동하는 모터의 구동 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 모터의 회전량을 검출하는 회전량 검출부의 출력으로부터 상기 모터의 속도 신호를 출력하는 속도 연산부와, 상기 모터에 대한 속도 지령 신호를 발생하는 속도 지령 발생부와, 상기 속도 지령 신호 및 상기 속도 신호로부터 토크 전류 지령 신호를 출력하는 속도 제어부와, 상기 토크 전류 지령 신호에 대하여 상기 구동 전류가 추종하도록 상기 모터를 구동하는 전류 제어부와, 상기 카와 상기 평형추의 중량 차분인 언밸런스 토크를, 상기 구동 전류 또는 상기 토크 전류 지령 신호와 상기 속도 신호에 근거하여 추정하는 언밸런스 토크 추정기와, 토크 오프셋 전류 지령 신호로서, 상기 언밸런스 토크 추정기의 출력 신호와 상기 속도 신호에 비례하는 값을 가산한 신호를 출력할지, 또는 상기 모터의 회전을 제동하는 브레이크가 해제된 후에 상기 언밸런스 토크 추정기의 출력 신호를 출력할지를 선택하는 전환부와, 상기 전류 제어부의 입력인 상기 토크 전류 지령 신호에, 상기 전환부로부터 출력되는 상기 토크 오프셋 전류 지령 신호를 더하는 가산부를 구비하고 있다.

본 발명에 따르면, 카와 평형추의 중량 차분인 언밸런스 토크를, 모터 구동 전류 또는 모터의 토크 전류 지령 신호와 모터의 속도 검출 신호에 근거하여 언밸런스 토크 추정기로 추정하고, 이 추정한 언밸런스 토크와 속도 신호에 비례하는 값을 가산한 신호를 토크 오프셋 전류 지령 신호로서 출력할지, 또는 모터의 회전을 제동하는 브레이크가 해제된 후에, 추정된 언밸런스 토크를 토크 오프셋 전류 지령 신호로서 출력할지를 선택하는 전환부와, 전류 제어부의 입력인 토크 전류 지령 신호에, 전환부로부터 출력되는 토크 오프셋 전류 지령 신호를 더하는 가산부를 구비하도록 구성했으므로, 브레이크 개방 시에 언밸런스 토크가 있는 경우에도, 언밸런스 토크를 단시간에 정확하게 추정하여 보정함으로써, 안정한 상태로 엘리베이터를 기동시키고, 또한 카 진동을 억제하여 그의 수렴을 신속하게 할 수 있으므로, 롤백을 안정하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 엘리베이터의 제어 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 외란 옵저버(disturbance observer)를 모델화한 등가 회로도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 통과·유지 전환부의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 나타내는 외란 옵저버의 극(極) 배치의 이동을 나타내는 복소 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 엘리베이터의 제어 장치에서, 외란 추정 신호를 토크 오프셋 전류 신호로서 귀환 제어한 효과를 도면 중의 (b)로 나타내는 파형도이며, 도면 중의 (a)는 상기의 귀환 제어가 없는 경우의 파형도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 엘리베이터의 제어 장치에서, 속도 귀환 제어의 효과를 도면 중의 (b)로 나타내는 파형도이며, 도면 중의 (a)는 상기 속도 귀환 제어가 없는 경우의 파형도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 엘리베이터의 제어 장치에서, 외란 옵저버의 극 배치 변경의 효과를 도면 중의 (b)로 나타내는 파형이며, 도면 중의 (a)는 극 배치 변경이 없는 경우의 파형도이다.
도 8은 도 1 및 도 2에 나타내는 외란 옵저버의 극 배치 변경의 구체적인 시간축 파형도이다.
도 9는 도 1에 나타내는 토크 오프셋 전류 신호의 파형 유지에 따른 효과를 도면 중의 (b)로 나타내는 파형도이며, 도면 중의 (a)는 상기의 파형 유지가 없는 경우의 파형도이다.
도 10은 도 9의 시간축 확대도이며, 파형 유지의 타이밍을 나타내는 파형도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 엘리베이터의 제어 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 외란 옵저버를 모델화한 등가 회로도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 속도 귀환 제어를 정지하는 타이밍에 의한 거동의 차이를 나타내는 시간축 파형도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 3에 의한 통과·유지 전환부의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태 3에 의한 속도 귀환 이득의 배율 변화 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태 4에 의한 외란 옵저버를 모델화한 등가 회로도이다.
도 17은 도 16의 대역 제한 필터의 차단 주파수 변경의 구체적인 시간축 파형도이다.

이하, 본 발명에 관한 엘리베이터 장치의 각 실시 형태를 상기의 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

(실시 형태 1)

도 1에 나타내는 실시 형태 1에 의한 엘리베이터의 제어 장치에서, 모터(1)의 회전축에는 시브(2)가 접속되어 있다. 시브(2)에는 로프(3)를 걸 수 있고, 그 일단은 카(4, car)가 매달려 있고, 타단에는 평형추(5)가 로프(3)를 거쳐 매달려 있다. 모터(1)에는 각도를 검출하는 펄스 인코더(11)가 설치되어 있고, 이 각도 정보에 근거하여, 이하에 설명하는 속도 제어가 실행된다. 펄스 인코더(11)의 출력인 모터 각도 검출 신호는 속도 연산부(12)에 입력된다.

속도 연산부(12)는 모터 각도 검출 신호를 모터(1)의 각속도 신호로 변환하는 기능을 갖고, 속도 신호 ω를 출력한다. 속도 지령 발생부(13)의 출력인 속도 지령 신호 ω_ref로부터 속도 신호 ω를 감산하는 처리를 감산부(14)에서 행하여, 속도 에러 신호 ω_err를 얻는다. 이 속도 에러 신호 ω_err은 속도 제어부(15)에 입력되어, 속도 제어가 안정하고, 또한 소정의 성능을 얻을 수 있도록 비례(P)·적분(I)·미분(D) 연산된 결과인 속도 제어 신호 iq_ω_cont를 출력한다.

가산부(16)는 속도 제어 신호 iq_ω_cont와, 후술하는 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off를 가산한 토크 전류 지령 신호 iq_t*를 생성한다. 이 토크 전류 지령 신호 iq_t*는 전류 제어부(9)에 입력된다. 전류 제어부(9)는 전류 검출부(10)로부터의 모터 구동 전류 신호 iq가 가산부(16)로부터 입력되는 토크 전류 지령 신호 iq_t*로 되도록 제어한다. 따라서, 전류 제어부(9)는, 모터(1)에 대하여, 토크 전류 지령 신호 iq_t*가 되는 것과 같은 모터 구동 전류 iq를 공급한다.

상기의 구성에서, 모터(1)의 속도 ω가 속도 지령 신호 ω_ref에 대하여 속도 에러 신호 ω_err이 소정값 이내에서 추종하도록 기능하는 속도 제어계가 실현된다.

브레이크(6)는 모터(1)에 대하여 제동과 제동 해제(이하, 개방이라고 함) 상태를 갖고, 컨트롤러(7)로부터의 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont에 의해 브레이크 제어부(8)를 거쳐 상태 천이한다. 카(4)를 현재층으로부터 소정층까지 이동시킬 때는, 브레이크(6)를 제동 상태로부터 개방 상태로 하고, 아울러 브레이크 개방 타이밍에서 전술한 속도 제어계를 OFF 상태로부터 ON 상태로 한다. ON 상태가 되었을 때의 속도 지령 신호 ω_ref는 영으로 설정된다.

시브(2)에 걸린 로프(3) 양단으로부터의 토크 차이가 영인 경우에는, 브레이크(6)의 개방 시에 시브(2)에 인가되는 로프(3)로부터의 토크가 균형을 이루고 있기 때문에, 기동 쇼크 및 롤백은 없다.

시브(2)에 걸린 로프(3)의 양단으로부터의 토크 차이(이하, 언밸런스 토크라고 함)가 존재하는 경우는, 브레이크(6) 개방 시에 시브(2)에 인가되는 로프(3)로부터의 토크가 평형을 이루지 않기 때문에, 속도 제어계에서 소위 스텝 형상의 외란이 작용한 것과 등가로 되어, 속도 제어계의 추종 동작을 정정할 때까지의 기간 동안, 롤백 및 기동 쇼크, 경우에 따라서는, 카 진동이 발생한다.

그 대책으로서 언밸런스 토크를 추정하는 외란 옵저버(17)와 통과·유지 전환부(18)를 마련하여, 외란 옵저버(17)에서 추정한 언밸런스 토크에 근거하여, 이 언밸런스 토크를 상쇄하는 토크를 발생시키는 기능을 갖는 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off를 생성한다.

토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off의 생성은 이하와 같이 행해진다.

우선 언밸런스 토크를 추정하는 방법에 대해 설명한다.

언밸런스 토크는 외란 옵저버(17)에서 추정한다. 외란 옵저버(17)는 모터 구동 전류 iq와 속도 신호 ω를 입력하고, 외란 추정 신호 Di＾를 출력한다. 또한, 이것은 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont에 의해, 외란 옵저버(17)의 추정 주파수 특성(외란 추정 대역)을 결정하는 파라미터인 극 배치를 변화시키는 구성으로 되어 있다.

도 2는 외란 옵저버(17)를 모델화한 등가 회로를 나타내고, 외란 옵저버(17)는 점선으로 둘러싸인 부분에 상당한다. 블록(200~203)은 도 1의 전류 제어부(9)와 모터(1)와 시브(2)를 모델화하여 전달 함수를 표시한 것이고, 블록(200)의 계수 Kτ는 모터 구동 전류 iq를 토크로 변환하는 힘 정수를 나타내고, Di는 시브(2)에 걸린 로프(3)로부터 전달되는 언밸런스 토크이며, 브레이크(6)의 개방에 의해 스텝 형상의 외란으로서 모터(1)에 인가되는 것이다.

이 블럭도는 블록(201)에서 언밸런스 토크 Di의 가산을 표현하고 있다. 블록(202)의 1/J은 토크를 각가속도로 변환하는 양을 나타내고, J는 모터(1)와 시브(2)의 관성 모멘트의 합으로 정의한 것이다. 블록(203)은 각가속도를 각속도로 변환하는 적분기이다. 블록(204)은, 도 1에 나타내는 펄스 인코더(11) 및 속도 연산부(12)를 모델화한 것으로, 펄스 인코더(11)의 인코더 분해능 특성과 속도 연산부(12)로부터 각속도 ω를 연산하는 연산 특성을 모델화한 것이다.

외란 옵저버(17)는 최소 차원 형식의 외란 옵저버이며, 상기의 블록(200~203)을 내부 모델로 갖고, 또한 언밸런스 토크 Di를 상태로서 정의하여 추정 가능으로 한 구성으로 되어 있다. 또, 외란 옵저버(17)의 구성은 동일 차원 형식이어도 좋다. 블록(171)은 블록(200)의 계수 Kτ에 대응하여 계수 Kτn으로서 모델화한 것, 블록(172)은 가산 블록, 블록(173)은 모터(1)와 시브(2)의 관성 모멘트의 합 J를 모델화한 계수 Jn과 외란 옵저버의 고유값 λ(t)를 파라미터로 한 계수를 부여하는 것, 블록(174)은 고유값 λ(t)를 파라미터로 한 1차 로우패스 필터, 그리고 블록(175)은 가산 블록이다. 또, 고유값 λ(t)는 시간 의존 함수로서 정의된 것으로, 상기의 극 배치에 상당한다.

도 3에 나타내는 통과·유지 전환부(18)의 내부 구성에서, 외란 추정 신호 Di＾는 계수 블록(181)에서 상기 계수 Kτn의 역수배되어 샘플 홀딩부(182)에 입력됨과 동시에, 블록(185)에 입력된다. 속도 신호 ω는 계수 블록(184)에서 α배되어 블록(185)에 입력되고, 계수 블록(181)의 출력과 가산된 결과가 스위칭부(183)의 한쪽 입력 신호로서 주어진다.

샘플 홀딩부(182)의 신호 유지 제어와 스위칭부(183)의 스위치 전환 제어는 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont를 지연부(186)에서 소정 시간(T1)만큼 지연한 신호에 근거하여 행해진다. 스위칭부(183)의 출력은, 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off로서, 도 1에 나타내는 가산부(16)로 출력된다.

상기와 같은 구성에 의해, 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off를, 외란 추정 신호 Di＾를 1/Kτn 배한 신호와 속도 신호 ω를 α배한 신호를 블록(185)에서 가산한 신호 A로 할지, 혹은 외란 추정 신호 Di＾를 1/Kτn배한 신호를 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont에 의한 브레이크 개방 타이밍으로부터 지연부(186)에서 소정 시간(T1)만큼 지연시킨 타이밍에 샘플 홀딩부(182)에서 샘플 홀딩한 신호 B로 할지를, 스위칭부(183)에 의해 선택하는 전환 기능이 실현된다.

상기 스위칭부(183)에 의한 선택은, 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont에 의한 브레이크 개방 신호를 지연부(186)에서 소정 시간(T1)만큼 지연시킨 신호로 행한다. 따라서, 통과·유지 전환부(18)는, 브레이크 개방으로부터 소정 시간(T1)은 외란 추정 신호 Di＾를 1/Kτn배한 신호와 속도 신호 ω를 α배한 신호를 가산한 신호 A를 통과시킬지, 혹은 외란 추정 신호 Di＾를 1/Kτn배한 신호를 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont의 브레이크 개방 시부터 지연부(186)에 의해 소정 시간(T1)만큼 지연시킨 타이밍에 샘플 홀딩한 신호 B를 통과시킬지를, 스위칭부(183)에 의해 선택하는 기능을 갖는다.

이상은, 본 발명의 기본 구성에 대해 설명했다. 이하에, 본 구성의 의미와 효과에 대해 설명한다.

<외란 옵저버의 극 배치>

외란 옵저버(17)의 극(고유값)은 시간 의존 함수 λ(t)이다. 이 극의 복소 평면 상의 배치에 의해, 외란 옵저버(17)의 외란 추정 특성이 결정된다.

본 실시 형태에서, 외란 옵저버(17)는 언밸런스 토크 추정기로서의 기능이 요구된다. 따라서, 속도 제어계로부터 보아 스텝 외란으로서 작용하는 언밸런스 토크 Di를 고속으로 정확하게 추정할 필요가 있다. 이것을 추정하는 외란 옵저버(17)의 추정 특성은 계(系)의 안정성이 허락하는 범위에서 광대역으로 설정하면 좋다. 즉, 본 실시 형태에서는, 외란 옵저버(17)의 고유값 λ(t)를, 도 4에 나타내는 바와 같이, 복소 평면의 좌반면에서 원점 0으로부터 먼 실축 상의 점 λ1에 배치하는 것으로 한다.

<외란 추정 신호만에 의한 귀환 제어의 효과>

도 5의 (b)에, 본 실시 형태의 외란 추정 신호 Di＾에 의한 귀환 제어만을 실시한 경우의 효과를 보기 위해, 도 3에서의, 통과·유지 전환부(18)의 계수 블록(184)의 계수 α를 영으로 설정하고, 더욱이 샘플 홀딩부(182)와 스위칭부(183)를 무효화하여, 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off가 외란 추정 신호 Di＾를 1/Kτn배한 신호로만 되도록 설정한 결과를 나타낸다.

비교를 위해, 외란 추정 신호 Di＾의 귀환 제어가 없는 경우의 파형을 도 5의 (a)에 병기하고 있다.

도 5의 (a) 및 (b)에서, 위쪽 파형은 카 가속도의 시간 변동을 나타내고, 아래쪽 파형은 외란 추정 신호(=토크 오프셋 전류 신호)를 나타낸다. 도면 중 (a)에 나타내는 바와 같이, 외란 추정 신호 Di＾의 귀환 제어가 없으면, 브레이크 개방 시, 카 가속도에 피크가 발생하여, 큰 기동 쇼크가 발생하는 것을 알 수 있다. 또한, 4㎝ 정도의 큰 롤백이 발생한다.

외란 추정 신호 Di＾의 귀환 제어를 실행하면, (b)에 나타내는 바와 같이, 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off로서 언밸런스 토크 Di를 모의한 스텝 형상의 파형이 인가되기 때문에, 브레이크 개방 후의 기동 쇼크는 대폭 감소되어 롤백량도 1㎜ 미만으로 개선된다.

그렇지만, 브레이크 개방 후의 카 가속도 진동(위쪽)이 지속되고 있어, 승차감 면에서 문제가 있다. 이것은 외란 옵저버(17)가 카(4) 및 평형추(5)의 기구 공진(로프(3)의 신장 방향의 탄성으로 발생)을 외란으로서 추정하는 기능을 갖지만, 카(4)의 공진 진동에 대해서는 관측하고 있지 않아 제어할 수 없는 것에 기인한다. 이 대책에 대해서는, 후술하는 극 배치 변경에서 행한다.

<속도 귀환 제어의 효과>

도 6의 (a) 및 (b)에, 외란 추정 신호 Di＾를 귀환 제어할 때에 발생하는 기동 쇼크를 속도 귀환(피드백) 제어에 의해 작게 하는 효과를 설명하기 위한 파형을 나타낸다.

도면 중 (a)는 도 5의 (a)와 같은 조건의 파형이며, 세로축 방향으로 확대 표시한 것이다. 도 6의 (b)는 계수 블록(184)의 α를 소정값으로 설정한(이 경우는 -16배) 경우의 파형이다. 속도 ω의 귀환에 의해, 카 가속도의 진폭(기동 쇼크)이 작아지는 것을 알 수 있지만, 지속적인 진동은 잔류하고 있다. 또한, 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off도, 거시적으로는 스텝 형상 파형으로 되어 있지만 고주파 진동이 중첩된 파형으로 되어 있다.

<극 배치 변경의 효과>

도 7의 (a) 및 (b)에, 외란 옵저버(17)의 극(고유값)의 복소 평면 배치를 시간과 함께 변경한 경우의 효과를 설명하기 위한 파형을 나타낸다.

도면 중 (a)는 도 6의 (a)와 마찬가지의 조건이며, 외란 옵저버(17)의 극을, 도 4의 λ1로 고정한 경우의 파형을 나타내고, 큰 기동 쇼크가 발생하고 있다. 도 7의 (b)는 외란 옵저버(17)의 극을, 도 8에 나타내는 바와 같이, 브레이크 개방 타이밍으로부터 T0[sec] 후에 βλ1로 이동한 경우의 파형이다. 또, β는 0 이상 1 미만의 계수이며, βλ1은 λ1을 복소 평면의 좌반면(도 8에서는 하반면)의 실축 상을 원점 측으로 이동시킨 것을 나타낸다.

도 8은 외란 옵저버(17)의 고유값 λ(t)의 시간축 특성의 일례를 나타낸 파형이다. 동 도면의 λ(t)의 정의는 다음 식으로 된다.

0≤t<T0일 때,

λ(t)=λ1

T0≤t일 때

λ(t)=βλ1

단, 0≤β<1

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　····· 식 (1)

또, 도 8에 나타내는 극 배치 변경, 즉 고유값 λ(t)의 변경에 대해서는, 도 2에서, 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont가, 블록(173, 174)에 부여되는 타이밍을, 소정 시간 T0에 의해, 외란 추정 대역을 고주파 측으로부터 저주파 측으로 변화시킬 수 있다.

도 7의 (b)는 외란 옵저버(17)의 고유값 λ(t)를 상기의 식(1)의 정의로 변화시킨 경우의 파형이다. 도면 중의 (a)에 비해, 위쪽의 카 진동 진폭이 작아지고 있지만 진동은 지속되고 있다. 아래쪽의 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off는 극 이동 후의 진동 노이즈가 저감되어 있지만, 저주파인 진동이 잔류되어 있다.

<파형 샘플 홀딩의 효과>

도 9의 (a) 및 (b)에, 샘플 홀딩부(182)에 의한, 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off에서의 파형 샘플 홀딩의 효과를 설명하기 위한 파형을 나타낸다.

도면 중의 (a)는, 도 7의 (b)와 같은 조건이며, 도 7의 (b)와 동일 파형이고, iq_t*_off의 파형 샘플 홀딩을 행하지 않은 경우의 파형이다. 도 9의 (b)는 iq_t*_off의 파형 샘플 홀딩을 행한 경우의 파형이다. 파형 샘플 홀딩은 브레이크 개방 타이밍으로부터, 지연부(186)에 의한 지연 시간 T1[sec] 후에 행한다. 이 지연 시간 T1은 iq_t*_off가 스텝 형상 파형의 수렴값으로 되는 타이밍에 선정된다.

도 10의 (a) 및 (b)에, 도 9의 시간축을 확대한 파형을 나타낸다. 극 배치 변경 타이밍(T0)과 파형 샘플 홀딩 타이밍(T1)의 관계를 추기하고 있다.

상술한대로, 브레이크 개방 타이밍으로부터 극(고유값)을 이동시키는 소정 시간 T0은 진동적이던 iq_t*_off의 진동 성분을 억제하는 기능을 갖는다. 따라서, 지연 시간 T1은 T0에서 진동을 억제한 후의 타이밍으로 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우의 T0과 T1의 관계는 다음의 식과 같다.

T1>T0　　　　　　　　　　　　　　····· 식 (2)

도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off가 브레이크 개방 타이밍으로부터 T1 시간 후에 샘플 홀딩되어 있고, 카 가속도의 진폭은 작아진다. 또한, 수렴 진동으로 되어, 저주파의 진동은 없어지는 것을 확인할 수 있다.

<외란 옵저버 출력의 초기화>

외란 옵저버(17)는 언밸런스 토크 Di의 추정기로서 기능하는 것이 요구된다. 외란 옵저버(17)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 내부에 적분 요소(기능 블록(174))를 포함하기 때문에, 과거의 정보를 유지한다. 따라서, 카 이동 후에 브레이크(6)를 제동하여, 다음 기동 시, 상기 적분 요소에 전회의 정보가 남아 있으면, 정확한 추정이 저해된다.

이를 방지하기 위해, 카(4) 이동 후의 브레이크(6)를 제동 동작시켰을 때, 외란 옵저버(17)와 통과·유지 전환부(18)의 출력을 초기화하면 좋다.

이와 같이 기동 전에 초기화를 행하면, 외란 옵저버(17)의 정확한 언밸런스 토크 Di의 추정이 가능해짐과 동시에, 정확한 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off가 출력되어 기동 쇼크 및 롤백을 작게 억제할 수 있다.

이상의 구성에 따르면, 외란 옵저버(17)가 브레이크 개방 후에 속도 제어에 작용하는 스텝 형상의 언밸런스 토크를 고속으로 정확하게 추정하고, 이것을 취소하도록, 외란 추정 신호 Di＾와 속도 신호 ω와 브레이크 제어 지령 신호에 근거하여, 토크 오프셋 전류 신호를 생성하여 귀환하는 것에 의해, 기동 쇼크와 롤백량을 작게 억제할 수 있다.

(실시 형태 2)

상기의 실시 형태 1에서는, 외란 옵저버(17)의 입력 신호로서, 모터 구동 전류 신호 iq를 이용했지만, 그 대신, 도 11에 나타내는 바와 같이, 토크 전류 지령 신호 iq_t*를 이용해도 좋다. 이 구성에 따르면, 외란 옵저버(17)의 연산이 연산부의 내부 신호로만 구성되기 때문에, 보다 간편하게 시스템을 제작할 수 있다.

이 경우의 외란 옵저버(17)는 도 12와 같이 된다. 외란 옵저버(17)의 입력 신호가 모터 구동 전류 신호 iq로부터 토크 전류 지령 신호 iq_t*로 변경되어 있을 뿐, 도 1 및 도 2에 나타내는 실시 형태 1과 같은 구성이며, 그 효과도 마찬가지이다.

또, 상기의 실시 형태에서는, 외란 옵저버(17)를 아날로그계로 기술하여 설명했지만, 디지털화하여 디지털 시그널 프로세서 및 마이크로컴퓨터 등의 디지털 연산 소자를 이용하여 구성해도 좋다.

(실시 형태 3)

본 실시 형태는 속도 귀환 제어의 종료 타이밍을 한정하는 것에 의해, 더욱 고성능이고 또한 안정한 동작을 가능하게 하는 것이다.

즉, 도 1에서, 모터(1)의 속도는 모터(1)의 회전 각도를 검출하는 펄스 인코더(11)의 검출 정보를 속도 연산부(12)에 입력하여 구해진다. 이 펄스 인코더(11)는 모터(1)의 회전 각도가 소정값이 될 때마다 1 펄스의 파형을 출력하여 검출을 행하는 것이다. 이러한 구성에서는, 모터(1)의 회전 속도가 늦어지면, 즉 회전 각도의 변화가 늦어지면, 펄스 인코더(11)의 펄스 검출 주기가 길어진다. 따라서, 속도 연산부(12)의 입력 신호인 모터 각도 검출 신호의 검출 갱신 주기가 길어지기 때문에, 속도 연산부(12)의 출력인 속도 신호 ω에 검출 시간 지연이 발생한다.

그리고, 모터(1)의 속도가 영에 가까워지면, 속도 신호 ω의 검출 시간 지연이 커져, 속도 신호 ω에 근거하는 속도 귀환 제어의 안정성이 손상되는 경우가 있다. 이 경향은 속도 귀환 이득(도 3에 나타내는 계수 블록(184)의 α의 절대값)을 크게 할수록 현저해진다. 한편, 속도 귀환 이득을 크게 할수록, 기동 쇼크는 작아지는 관계로 되어 있어, 안정성과 기동 쇼크는 트레이드 오프의 관계로 되어 있었다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 안정성과 기동 쇼크의 억제를 양립시키는 구성에 대해 설명한다.

도 13의 (a)는 브레이크 해방 직후의 기동 쇼크를 개선하기 위해, 본 발명의 실시 형태 1 또는 2에서 설명한 구성에 대하여, 속도 귀환 이득을 크게 설정한 경우의 과도한 거동을 나타낸다. 파형 상에서, 카 가속도, 토크 오프셋 전류 신호 및 모터 속도 ω의 시간축 파형을 나타낸다.

브레이크 개방 직후의 카 가속도는 작게 억제되어 있지만, 브레이크 개방 타이밍으로부터 극 이동 타이밍인 T0까지의 기간에 카 가속도의 진폭이 증가하고 있다. 이 원인은, (a)의 최하 파형으로 나타내는 바와 같이, 모터 속도 ω가 영이 되어, 속도 귀환 제어가 불안정화되었으므로, 모터 속도 ω가 진동하고, 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off도 진동했기 때문이다.

이 진동은 모터(1)의 속도가 지연되어, 모터 속도 ω의 검출 시간 지연이 커지게 되었기 때문에, 제어의 안정성이 손상된 결과이다. 따라서, 그 대책으로서 제어의 안정성이 손상되기 전에 속도 귀환 제어를 정지하면 좋다. 이로부터, 본 실시 형태는 모터(1)의 속도 ω가 영 근방으로 수렴된 타이밍에서, 속도 귀환 제어를 정지하는 구성을 구비한다.

도 14에 나타내는 본 실시 형태에 따른 통과·유지 전환부(18)의 구성은, 본 발명의 실시 형태 1 또는 2에서, 도 3에 의해 설명한 구성과, 속도 신호 ω의 신호 경로가 차이가 난다.

즉, 속도 신호 ω는 계수 블록(184)에서 α배 되어, 제 2 스위칭부(187)에 입력된다. 제 2 스위칭부(187)는 제 2 지연부(188)의 출력 신호에 의해, ON/OFF 전환을 행한다.

도 15는 상기 제 2 지연부(188)의 지연량 T2와 외란 옵저버(17)의 극 이동 타이밍을 결정하는 지연량 T0의 관계를 나타내는 시간 파형이다. 이 제 2 지연부(188)에의 입력은, 도 15의 (a)로 나타내는 바와 같이, 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont이며, 브레이크 개방 타이밍으로부터 T0 지연되는 신호이다.

스위칭부(187)는, 도 15의 (b)로 나타내는 바와 같이, 브레이크 개방 타이밍으로부터 기간 T2가 경과할 때까지는 계수 블록(184)의 이득 α를 갖는 속도 신호 ω로서 가산 블록(185)에서 계수 블록(181)의 출력에 가산된다. 그리고, 기간 T2가 경과한 시점에서, 속도 신호 ω를 제로로 한다. 그리고, 가산부(185)의 출력은 스위치(183)의 한쪽 입력 신호 A로서 부여된다.

그 외의 구성은 도 3에 나타낸 구성과 동일하고, 마찬가지의 동작을 행하므로 설명을 생략한다.

이러한 구성에 의해, 외란 추정 신호 Di＾를 1/Kτn배한 신호와 속도 신호 ω를 α배한 신호를 가산부(185)에서 가산한 신호 A를 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off로 할지, 또는 외란 추정 신호 Di＾를 1/Kτn배한 신호 A를 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off로 할지, 또는 외란 추정 신호 Di＾를 1/Kτn배한 신호를 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont에 의한 브레이크 개방 타이밍으로부터 지연부(제 1 지연부)(186)에서 소정 시간(T1)만큼 지연시킨 타이밍에 샘플 홀딩부(182)에서 샘플 홀딩한 신호 B를 토크 오프셋 전류 신호 iq_t*_off로 할지를, 스위칭부(183)와 제 2 스위칭부(187)에 의해 선택하는 기능을 실현한다.

상기 스위칭부(183)와 상기 제 2 스위칭부(187)에 의한 선택은 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont에 의한 브레이크 개방 신호를 소정 시간(T1, T2)만큼 지연 시킨 신호로 행한다.

속도 귀환 제어는 외란 옵저버(17)의 외란에 대한 응답 시간으로부터 고속으로 기능하도록 설정되므로, 스텝 응답의 수렴 시간은 외란 옵저버(17)의 수렴 시간보다 짧아진다. 따라서, 양자의 지연량의 관계는 다음의 식과 같다.

T2<T0　　　　　　　　　　　　　　····· 식(3)

속도 귀환 제어의 종료 타이밍을 결정하는 지연량 T2는, 예를 들면, 이하와 같이 설정하면 좋다. 도 13의 (b)는 속도 귀환 제어 종료 타이밍을 결정하는 지연량 T2가 극 이동 타이밍 T0보다 짧은 경우의 과도 응답 파형을 나타내고 있다. 이 때의 T2는 브레이크 개방 타이밍을 기점으로 하여 모터 속도 ω가 피크를 초과하고 나서 대략 영에 수렴하는 기간에 선택되고 있다.

보다 구체적으로 말하면, 지연 시간 T2는 모터 속도 ω에 대하여 속도 귀환 제어가 진동적으로 되는 모터 속도 ω보다 빠른 속도로 임계값을 설정하고, 상기 모터 속도 ω가 브레이크 개방 타이밍 후의 피크를 초과하고 나서 상기 임계값 이하로 될 때까지의 시간으로 설정한다. 이 설정으로 하면, 도 13의 (a)에서 볼 수 있던 기간 T0 내에서의 토크 오프셋 전류 신호 및 모터 속도 ω의 진동과 그것에 기인하는 카 가속도(기동 쇼크)의 증가를 억제할 수 있다. 이것은 도 13의 (b)의 상측 파형에 나타내고 있다.

이와 같이 제어계를 구성하면, 속도 귀환 제어에 의해 기동 쇼크의 억제 효과를 발휘할 수 있고, 더욱이 속도 귀환 제어의 영 속도 근방의 속도 검출 지연에 기인하는 불안정한 현상을 회피할 수 있다.

(실시 형태 4)

상기의 실시 형태 1 내지 3에서는, 외란 옵저버(17)는 극 배치를 변경하는 구성이었지만, 그것에 대신하여, 외란 옵저버(17)의 출력단에 간편한 로우패스 필터를 추가하는 것만으로도 마찬가지의 기능을 실현할 수 있다. 이 구성에 따르면, 복잡한 연산 처리로 되는 외란 옵저버(17)의 극 배치 변경이 불필요하고, 간편한 로우패스 필터의 차단 주파수 변경으로 충분하기 때문에, 보다 간편하게 시스템을 제작할 수 있다.

이 경우의 외란 옵저버(17)는 도 16과 같이 된다. 참조 부호 17a는 외란 옵저버 연산 기능 블록이며, 극은 λ1에서 시간에 의해 변동되지 않는 고정 극으로 되어 있다. 17b는 외란 옵저버 연산 기능 블록(17a)의 출력에 직렬 접속시킨 대역 제한 필터이며, 이 예에서는 1차의 로우패스 필터이다. 대역 제한 필터(17b)의 차단 대역을 결정하는 파라미터는 차단 주파수 λ(t)로 된다. λ(t)는 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont로부터 T0[sec] 후에 작은 값으로 변경하고, 결과적으로 통과 대역을 낮게 한다. 또, T0의 정의는 실시 형태 1 내지 3과 같다. 본 구성에서, 외란 옵저버(17)의 외란 추정 대역을 변화시킬 수 있다.

도 17에, 대역 제한 필터(17b)의 차단 주파수의 시간 변경의 구체적인 시간축 파형도를 나타낸다. 동 도면의 λ(t)의 정의는 다음 식으로 된다.

0≤t<T0일 때,

λ(t)=｜λ2｜

T0≤t일 때,

λ(t)=｜βλ1｜

여기서, λ2는 실시 형태 1 내지 3에서 설명한 외란 옵저버(17)의 극인 λ1에 대하여, 위상 주위의 영향을 무시할 수 있는 값으로 선택된다. 예를 들면, λ1에 대하여 10배로 설정하면 좋다. 또, β은 실시 형태 1 내지 3에서 설명한 것과 같다.

상기와 같은 구성에 의해, 외란 옵저버(17)의 출력은 대역 제한되기 때문에, 실시 형태 1 내지 3에서 기술한 외란 옵저버(17)의 극 배치 변경과 마찬가지로, 상기 외란 추정 대역을 고주파 측으로부터 저주파 측으로 변화시키는 효과를 얻을 수 있다.

또, 실시 형태 1 내지 4에서는, 브레이크 제어 지령 신호 BK_cont를 이용하고 있지만, 브레이크(6)가 개방 상태로 된 것을 검출하는 신호이면 다른 신호라도 좋은 것은 물론이다. 예를 들면, 브레이크 개방 시에 동기하여 변화하는 속도 신호 ω를 이용하여, 이것에 근거한 신호로 대용해도 좋다. 보다 구체적으로는, 속도 신호 ω는 브레이크(6)가 기능하고 있을 때는 영, 브레이크(6)가 개방 상태로 되었을 때는 급격하게 파형 변화하므로, 소정의 임계값에 의해 검출하면 브레이크 개방 신호로서 대용할 수 있다.

1 : 모터 2 : 시브
3 : 로프 4 : 카
5 : 평형추 6 : 브레이크
7 : 컨트롤러 8 : 브레이크 제어부
9 : 전류 제어부 10 : 전류 검출부
11 : 펄스 인코더 12 : 속도 연산부
13 : 속도 지령 발생부 14 : 감산부
15 : 속도 제어부 16 : 가산부
17 : 외란 옵저버 18 : 통과·유지 전환부

Claims (8)

1. 카와 평형추가 로프에 매달린 시브를 회전 구동하는 모터의 구동 전류를 검출하는 전류 검출부와,
   상기 모터의 회전량을 검출하는 회전량 검출부의 출력으로부터 상기 모터의 속도 신호를 출력하는 속도 연산부와,
   상기 모터에 대한 속도 지령 신호를 발생하는 속도 지령 발생부와,
   상기 속도 지령 신호 및 상기 속도 신호로부터 토크 전류 지령 신호를 출력하는 속도 제어부와,
   상기 토크 전류 지령 신호에 대하여 상기 구동 전류가 추종하도록 상기 모터를 구동하는 전류 제어부와,
   상기 카와 상기 평형추의 중량 차분인 언밸런스 토크를, 상기 구동 전류 또는 상기 토크 전류 지령 신호와 상기 속도 신호에 근거하여 추정하는 언밸런스 토크 추정기와,
   토크 오프셋 전류 지령 신호로서, 상기 언밸런스 토크 추정기의 출력 신호와 상기 속도 신호에 비례하는 값을 가산한 신호를 출력할지, 또는 상기 모터의 회전을 제동하는 브레이크가 해제된 후에 상기 언밸런스 토크 추정기의 출력 신호를 출력할지를 선택하는 전환부와,
   상기 전류 제어부의 입력인 상기 토크 전류 지령 신호에 상기 전환부로부터 출력되는 상기 토크 오프셋 전류 지령 신호를 더하는 가산부
   를 구비한 엘리베이터의 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 언밸런스 토크 추정기는, 상기 모터와 상기 시브의 전기 특성 및 기계 특성을 모델화한 외란 옵저버이고, 상기 구동 전류 또는 상기 토크 전류 지령 신호와 상기 속도 신호를 입력하고, 상기 언밸런스 토크를 외란 추정 신호로서 출력하며, 더욱이 상기 모터의 회전을 제동하는 브레이크가 해제된 후에, 외란 추정 대역을 변화시키는 기능을 갖는
   엘리베이터의 제어 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 외란 옵저버는, 상기 모터의 회전을 제동하는 브레이크가 해제된 타이밍으로부터 제 1 경과 시간(T0) 후에, 상기 외란 추정 대역을 고주파 측으로부터 저주파 측으로 변화시키는
   엘리베이터의 제어 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 전환부는, 상기 모터의 회전을 제동하는 브레이크가 해제된 타이밍으로부터, 상기 제 1 경과 시간(T0)보다 긴 제 2 경과 시간(T1) 후에 상기 외란 추정 신호를 유지하는
   엘리베이터의 제어 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전환부는, 상기 토크 오프셋 전류 지령 신호로서, 상기 언밸런스 토크 추정기의 출력 신호와 상기 속도 신호에 비례하는 값을 가산한 신호를, 상기 모터의 회전을 제동하는 브레이크가 해제된 타이밍으로부터 제 3 경과 시간(T2) 후에는 제로로 하는
   엘리베이터의 제어 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 언밸런스 토크 추정기는, 상기 모터와 상기 시브의 전기 특성 및 기계 특성을 모델화한 외란 옵저버이고, 상기 구동 전류 또는 상기 토크 전류 지령 신호와 상기 속도 신호를 입력하고, 상기 언밸런스 토크를 외란 추정 신호로서 출력하는 것이고,
   상기 외란 옵저버의 출력에 직렬 접속된 로우패스 필터를 더 구비하되,
   상기 로우패스 필터는, 상기 모터의 회전을 제동하는 브레이크가 해제된 후에, 상기 외란 추정 신호의 외란 추정 대역을 변화시키는 기능을 갖는
   엘리베이터의 제어 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 로우패스 필터는, 상기 모터의 회전을 제동하는 브레이크가 해제된 시점으로부터 제 1 경과 시간 후, 상기 외란 추정 대역을 고주파 측으로부터 저주파 측으로 변화시키는
   엘리베이터의 제어 장치.
8. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 언밸런스 토크 추정기에 입력되는 상기 토크 전류 지령 신호는, 상기 전류 제어부에 입력되는 신호인
   엘리베이터의 제어 장치.

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