JPH1059633A

JPH1059633A - ロープ式エレベータの速度制御装置

Info

Publication number: JPH1059633A
Application number: JP8235824A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ohashi; 裕之大橋; Kazuhiko Takasaki; 一彦高崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 1998-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】エレベータの特性変化にかかわらず、高精度
な速度制御が可能であり、かつ調整が容易なロープ式エ
レベータの速度制御装置を提供することである。【解決手段】制御量を乗りかご速度とし操作量を電動
機の速度指令値とするロープ式エレベータの数式モデル
を予めエレベータ数式モデル記憶手段２に記憶させてお
き、制御ゲイン演算手段５でそのエレベータ数式モデル
にパラメータの値を設定して制御ゲインを求め、電動機
速度指令値演算手段９は、制御ゲイン演算手段５で演算
された制御ゲイン、乗りかご速度応答調整手段６で設定
された調整係数及び状態量検出手段８で検出された状態
量検出値に基づいて、乗りかご速度が乗りかご速度指令
値に追従するように電動機の速度指令値を演算し、電動
機をその速度指令値で制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗りかごをロープ
を介してシーブに吊しシーブを駆動する電動機の速度を
制御して乗りかごを昇降制御するようにしたロープ式エ
レベータの速度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ロープ式エレベータではエレベ
ータ機械系を剛体とみなし、シーブ駆動用の電動機を駆
動することにより、乗りかご速度が所望の乗りかご速度
指令値になるように制御している。

【０００３】図８はロープ式エレベータの速度制御装置
のブロック構成図である。乗りかご速度指令値設定手段
１はエレベータ起動指令に基づき電動機速度指令値（乗
りかご速度換算）ｕを出力する。すなわち、エレベータ
１０の変換手段１１には乗りかご速度指令値設定手段１
からの電動機速度指令値（乗りかご速度換算）ｕが入力
され、この変換手段１１にて、乗りかご速度換算の電動
機速度指令値ｕを電動機速度の指令値に変換する。そし
て、電動機制御装置１２は電動機１３の速度を電動機速
度検出手段１４で検出してフィードバックし、電動機１
３の速度がその変換された電動機指令値になるように制
御する。これにより、電動機１３はエレベータ機械系１
５の乗りかごを昇降させるためのシーブを駆動する。

【０００４】このように、従来のロープ式エレベータの
速度制御装置では、エレベータ機械系１５を剛体とみな
し、所望の乗りかご速度指令値に従って電動機１３を駆
動することにより、乗りかごの速度制御を行っている。
そして、乗客のとび跳ねやレールの歪み、エレベータ機
械系１５の共振などによる乗りかごの振動は、ダンパや
防振ゴムなどを設置することにより、機械的に抑制して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、エレベータ
１０は乗りかごの積載荷重や位置により、固有振動数が
大きく変化する系であるため、ダンパや防振ゴムなどの
機械的な制振手段では振動を完全に抑制することができ
ず、ある特定の階床や積載荷重において、発生する振動
が問題となることがあった。この傾向は、特に固有振動
数の変化が大きい長行程、超高速エレベータで顕著であ
った。

【０００６】また、乗りかごの積載荷重や位置の変化に
かかわらず、常に高精度の速度制御を実現するために
は、これらの検出値に応じて制御ゲインを更新すること
が望まれるが、その際の指針がなく、試行錯誤に膨大な
調整時間を要するため、従来は制御ゲインを一定として
いた。また、エレベータのスペックや要求される性能に
応じて制御ゲインを調整し直す必要があり、効率が悪か
った。

【０００７】本発明は、エレベータの特性変化にかかわ
らず、高精度な速度制御が可能であり、かつ調整が容易
なエレベータ速度制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、エレ
ベータの起動指令を受け乗りかご速度指令値を設定する
乗りかご速度指令値設定手段と、制御量を乗りかご速度
とし操作量を電動機の速度指令値とするロープ式エレベ
ータの数式モデルを予め記憶するエレベータ数式モデル
記憶手段と、エレベータ数式モデル記憶手段に記憶され
たエレベータ数式モデルに基づき制御ゲインを数式の形
で演算する制御ゲイン式演算手段と、エレベータ数式モ
デルのパラメータの値を設定するための数式モデルパラ
メータ設定手段と、制御ゲイン式演算手段で演算された
制御ゲイン式に数式モデルパラメータ設定手段で設定さ
れたパラメータの値を代入し制御ゲインを演算する制御
ゲイン演算手段と、乗りかご速度の応答を所望の値に調
整するための調整係数を設定する乗りかご速度応答調整
手段と、乗りかご速度を検出する乗りかご速度検出手段
と、エレベータ数式モデルの状態量に該当する信号のう
ち制御で必要な状態量を検出する状態量検出手段と、制
御ゲイン演算手段で演算された制御ゲイン、乗りかご速
度応答調整手段で設定された調整係数及び状態量検出手
段で検出された状態量検出値に基づいて乗りかご速度検
出手段で検出された乗りかご速度が乗りかご速度指令値
設定手段で設定された乗りかご速度指令値に追従するよ
うに電動機の速度指令値を演算する電動機速度指令値演
算手段とを備えたものである。

【０００９】請求項１の発明では、制御量を乗りかご速
度とし操作量を電動機の速度指令値とするロープ式エレ
ベータの数式モデルを予めエレベータ数式モデル記憶手
段に記憶させておき、制御ゲイン演算手段でそのエレベ
ータ数式モデルにパラメータの値を設定して制御ゲイン
を求め、電動機速度指令値演算手段は、制御ゲイン演算
手段で演算された制御ゲイン、乗りかご速度応答調整手
段で設定された調整係数及び状態量検出手段で検出され
た状態量検出値に基づいて、乗りかご速度検出手段で検
出された乗りかご速度が乗りかご速度指令値設定手段で
設定された乗りかご速度指令値に追従するように電動機
の速度指令値を演算し、電動機をその速度指令値で制御
する。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、エレベータ数式モデルの状態量に該当する信号のう
ち測定不可能な信号や精度が悪い信号をエレベータ数式
モデルに基づいて推定しその推定値を電動機速度指令値
演算手段に出力する状態量推定手段を備えたものであ
る。

【００１１】請求項２の発明では、請求項１の発明の作
用に加え、状態量推定手段にて、エレベータ数式モデル
の状態量に該当する信号のうち測定不可能な信号や精度
が悪い信号を推定する。そして、電動機速度指令値演算
手段は検出信号に代えてその推定値に基づいて電動機速
度指令値を演算する。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明において、制御ゲイン式演算手段は、制御ゲイン
式を演算する際にＩＬＱ制御理論を用いるようにしたも
のである。

【００１３】請求項３の発明では、請求項１又は請求項
２の発明の作用に加え、制御ゲイン式演算手段ではＩＬ
Ｑ制御理論により制御ゲイン式を演算する。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
の発明において、乗りかごの積載荷重を検出する乗りか
ご積載荷重検出手段を設け、制御ゲイン演算手段は、乗
りかごの積載荷重に依存する制御ゲインを、乗りかご積
載荷重検出手段で検出された乗りかご積載荷重検出値の
変化に応じて更新するようにしたものである。

【００１５】請求項４の発明では、請求項１乃至請求項
３の発明の作用に加え、乗りかご積載荷重検出値の変化
に応じて電動機速度指令手段の制御ゲインを更新する。
これにより、電動機は乗りかご積載荷重の変化に応じて
制御される。

【００１６】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３
の発明において、乗りかごの位置を検出する乗りかご位
置検出手段を設け、制御ゲイン演算手段は、乗りかごの
位置に依存する制御ゲインを、乗りかご位置検出手段で
検出された乗りかご位置検出値の変化に応じて更新する
ようにしたものである。

【００１７】請求項６の発明は、請求項１乃至請求項３
の発明において、乗りかごの積載荷重を検出する乗りか
ご積載荷重検出手段と、乗りかごの位置を検出する乗り
かご位置検出手段とを設け、制御ゲイン演算手段は、乗
りかごの積載荷重と乗りかごの位置とに依存する制御ゲ
インを、乗りかご積載荷重検出値と乗りかご位置検出値
との変化に応じて更新するようにしたものである。

【００１８】請求項６の発明では、請求項１乃至請求項
３の発明の作用に加え、乗りかご積載荷重検出値の変化
及び乗りかご位置の変化に応じて電動機速度指令手段の
制御ゲインを更新する。これにより、電動機は乗りかご
積載荷重の変化及び乗りかご位置の変化に応じて制御さ
れる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示すブロッ
ク構成図である。この第１の実施の形態は、エレベータ
１０を予め数式モデルで表現してエレベータ数式モデル
記憶手段２に記憶しておき、そのエレベータ数式モデル
に基づき、電動機速度指令値演算手段９での制御ゲイン
を数式として設定するようにしたものである。そして、
制御ゲイン式演算手段３での制御ゲイン式の演算には、
特にＩＬＱ制御理論を用いる。

【００２０】すなわち、エレベータ数式モデル記憶手段
２には、予めエレベータ１０を数式モデルで表現したエ
レベータ数式モデルが記憶される。制御ゲイン式演算手
段３では、エレベータ数式モデル記憶手段２に記憶され
たエレベータ数式モデルに基づいて、電動機速度指令値
演算手段９の制御ゲインＫｉ、Ｋｆを数式で表現した制
御ゲイン式を演算する。

【００２１】数式で表現された制御ゲイン式は制御ゲイ
ン演算手段５に入力される。この制御ゲイン演算手段５
は、数式で示された制御ゲイン式を、数値で示された制
御ゲインに変換するものであり、数式モデルパラメータ
設定手段４にて、設定された数値をエレベータ数式モデ
ルのそれぞれのパラメータに代入して、数値で示された
制御ゲインを演算し、電動機速度指令値演算手段９に出
力する。

【００２２】電動機速度指令値演算手段９は、制御ゲイ
ン演算手段５からの制御ゲイン、及び乗りかご速度応答
調整手段６からの調整係数Ｔｕ、σを入力し、乗りかご
速度検出手段７で検出された乗りかご速度ｘ₄が乗りか
ご速度指令値設定手段１に設定された乗りかご速度指令
値Ｖｒになるように制御するものである。その場合、状
態量検出手段８で検出された状態量ｘ₂、ｘ₃も加味し
て、エレベータ１０の変換手段１１への電動機速度指令
値（乗りかご速度換算）ｕを演算する。状態量検出手段
８で検出される状態量ｘ₂、ｘ₃は、乗りかご速度ｘ₄の
制御に必要な状態量であり、その詳細については後述す
る。

【００２３】この第１の実施の形態では、電動機速度指
令値９の制御ゲインをエレベータ１０の数式モデルに基
づいて求めようにしているので、まず、エレベータ１０
を数式モデルで表現することが必要である。以下、エレ
ベータ１０の構成について説明し、数式モデルを導出に
ついて説明する。

【００２４】エレベータ１０は、乗りかご速度ｙを制御
量とし、電動機速度指令値（乗りかご速度換算）ｕを操
作量とする制御対象である。すなわち、変換手段１１に
は操作量である電動機速度指令値（乗りかご速度換算）
ｕが入力され、この変換手段１１にて、乗りかご速度換
算の電動機速度指令値ｕを電動機速度の指令値に変換す
る。そして、電動機制御装置１２は電動機１３の速度を
電動機速度検出手段１４で検出してフィードバック制御
する。つまり、電動機制御装置１２は電動機１３の速度
が変換された電動機指令値になるように制御し、エレベ
ータ機械系１５を駆動する。

【００２５】図２は、エレベータ機械系１５の概略構成
図である。図２から分かるように、つるべ式と呼ばれる
ロープ式エレベータは、乗りかご１８とカウンタウェイ
ト１９とがロープ１７で連結され、シーブ１６に吊され
ている。電動機１３は建物の屋上に設置されシーブ１６
を回転させる。シーブ１６はロープ１７を巻き上げ、乗
りかご１８を昇降する。力ウンタウェイト１９は、乗り
かご１８とほぼ等しい質量に設定され、乗りかご１８と
バランスさせることにより電動機１３の負荷を低減し、
省エネ及び小型化を図っている。

【００２６】以上のような構成のロープ式エレベータ１
０を数式モデルで表現するに当たり、各種パラメータ
（記号）を以下のように定める。

【００２７】記号説明Ｍｃ［ｋｇ］乗りかご質量Ｍｗ［ｋｇ］カウンタウエイト質量Ｋｃ［Ｎ／ｍ］ロープ弾性定数（乗りかご側）Ｋｗ［Ｎ／ｍ］ロープ弾性定数（カウンタウエイト側）Ｘｃ［ｍ］乗りかご位置Ｘｗ［ｍ］カウンタウエイト位置ｒ［ｍ］シーブ半径Ｔｍｉ［Ｎ・ｍ］電動機発生トルクＴｍ［Ｎ・ｍ］電動機外部発生トルクＪｍ［ｋｇ・ｍ²］電動機慣性モーメント θｍ［ｒａｄ］電動機回転角Ｋｔ［‐］トルク変換係数Ｎｍ［‐］電動機／シーブ回転比Ｔ₁ ［ｓ］電動機速度制御ＰＩ制御パラメータＴ₂ ［ｓ］電動機速度制御ＰＩ制御パラメータ

【００２８】エレベータでは、理論的には乗りかご速度
と電動機速度とは比例関係にあるため、変換手段１１で
の乗りかご速度換算から電動機速度への変換は、エレベ
ータの構成から決定される比例定数Ｋ₁を乗じればよ
い。この第１の実施の形態での油圧エレベータ１０で
は、比例定数Ｋ₁は次式で計算できる。

【００２９】Ｋ₁＝１／（ｒ・Ｎｍ）

【００３０】次に、エレベータ１０の数式モデルを作成
する際には、より詳細な式（状態量が多く、次数が高い
モデル）とすれば制御性能を向上することが可能である
が、そうすると、制御に必要な状態量が多くなり多くの
センサを必要とする。

【００３１】一般に、エレベータ数式モデルは、エレベ
ータの駆動方式や構成、あるいは要求される精度に応じ
て、そのパラメータの種類や次数（状態数）が異なり、
数式モデルが詳細であるほど制御性能は向上するが、構
成された制御系は複雑なものとなる。したがって、数式
モデルを作成する際には、必要な精度や測定可能な信号
などを十分に考慮し、できるだけ簡易なものとすること
が望ましい。つまり、油圧エレベータの特性を精度良く
模擬し、かつできるだけ簡単な数式モデルを作成するこ
とが重要となる。

【００３２】そこで、この第１の実施の形態では、エレ
ベータ１０を図３に示すようにモデル化する。図３のエ
レベータ数式モデルを状態方程式で表すと、次式のよう
になる。ｙは制御量である乗りかご速度を示し、ｕは操
作量である電動機速度指令値（乗りかご速度換算）を示
している。

【００３３】

【数１】

【００３４】このようにモデル化したエレベータ１０の
数式モデルをエレベータ数式モデル記憶手段２に予め記
憶しておく。このエレベータ数式モデルは、制御ゲイン
式演算手段３において制御ゲイン式を演算するのに用い
られる。

【００３５】次に、制御ゲイン式演算手段３は、エレベ
ータ数式モデル記憶手段２に記憶されたエレベータ数式
モデルに基づき電動機速度指令値演算手段９で用いる制
御ゲインを数式の形で求めるものである。

【００３６】この制御ゲイン式演算手段３手段における
演算には、さまざまな方法を適用することが考えられる
が、この第１の実施の形態では、ＩＬＱ制御理論と呼ば
れる方法を用いる。ＩＬＱ制御理論に関しては、例え
ば、「ＩＬＱ最適サーボ系設計法の一般化、藤井隆雄、
下村卓著、システム制御情報学会論文誌Ｖｏｌ．１、
Ｎｏ．６、１９８８」などの公知文献に記述されてい
る。そのＩＬＱ制御理論をエレベータ数式モデルに適用
した場合のＩＬＱ制御系設計アルゴリズムと演算結果と
を以下に示す。

【００３７】（Ｓｔｅｐ１）重複度ｄを次の式（２）の
ように選ぶ。ただし、Ａ、Ｂ、Ｃは式（１）に記載した
行列である。

【００３８】

【数２】

【００３９】（Ｓｔｅｐ２）Ｄを次の式（３）により計
算する。

【００４０】

【数３】

【００４１】（Ｓｔｅｐ３）Ｎを次の式（４）により計
算する。ただし、Ｔｕは制御系の応答を指定するパラメ
ータである。

【００４２】

【数４】

【００４３】（Ｓｔｅｐ４）制御ゲイン（フィードバッ
クゲイン）Ｋｆは次の式（５）で計算される。

【００４４】

【数５】

【００４５】（Ｓｔｅｐ５）制御ゲイン（積分ゲイン）
Ｋｉは次の式（６）で計算される。

【００４６】

【数６】

【００４７】前記のアルゴリズムによれば、制御ゲイン
Ｋｆ、Ｋｉは次の式（７）、式（８）のように演算され
る。

【００４８】

【数７】

【００４９】上述の通り、このＩＬＱ制御系設計アルゴ
リズムにおけるＴｕは、設計者が乗りかごの速度応答を
指定するためのパラメータであり、その値は乗りかご速
度応答調整手段６で設定されることになる。

【００５０】このように、制御ゲイン式演算手段３は、
エレベータ数式モデルに基づき上述のＳｔｅｐ１〜Ｓｔ
ｅｐ５に示されるＩＬＱ制御系設計アルゴリズムに従っ
て、電動機速度指令値演算手段９で用いる制御ゲインを
数式の形で解析的に演算する。すなわち、制御ゲインＫ
ｆ、Ｋｉを式（７）、式（８）で示されるように求め
る。

【００５１】この制御ゲイン式演算手段３で演算された
制御ゲイン式は、制御ゲイン演算手段５に入力され、そ
の制御ゲイン式に数式モデルパラメータ設定手段４で設
定されたパラメータ値を代入し、制御ゲインを数値とし
て演算する。そして、数値で表現された制御ゲインは電
動機速度指令値演算手段９において、電動機速度指令値
ｕを演算するのに用いられる。

【００５２】ここで、数式モデルパラメータ設定手段４
は、前記エレベータ数式モデルのパラメータ値を設定す
るものであり、制御ゲイン演算手段５にそのパラメータ
値を出力する。この数式モデルパラメータ設定手段４で
設定するパラメータ値を以下に示す。

【００５３】パラメータ説明Ｍｃ［ｋｇ］乗りかご質量Ｍｗ［ｋｇ］カウンタウェイト質量Ｋｃ［Ｎ／ｍ］ロープ弾性定数（乗りかご側）Ｋｗ［Ｎ／ｍ］ロープ弾性定数（カウンタウェイト側）ｒ［ｍ］シーブ半径Ｊｍ［ｋｇ、ｍ²］電動機慣性モーメントＫｔ［−］トルク変換係数Ｎｍ［−］電動機／シーブ回転比Ｔ₁［ｓ］電動機速度制御ＰＩ制御パラメータＴ₂［ｓ］電動機速度制御ＰＩ制御パラメータ

【００５４】このように、数式モデルパラメータ設定手
段４は、エレベータ数式モデルのパラメータ値を制御ゲ
イン演算手段５に入力し、式（７）、式（８）で示され
る制御ゲイン式に上述のパラメータ値を設定する。

【００５５】これにより、乗りかご、電動機、シーブな
どのサイズや、ロープの本数などが多様であるロープ式
エレベータに対して、数式モデルのパラメータを設定し
直すだけで、電動機速度指令値演算手段９の最適な制御
ゲインを得ることができる。制御ゲイン演算手段５で演
算された制御ゲインは、電動機速度指令値演算手段９に
入力される。

【００５６】次に、乗りかご速度応答調整手段６は、乗
りかごの速度応答を指定するパラメータを調整するもの
であり、この乗りかご速度応答調整手段６で調整するパ
ラメータを以下に示す。

【００５７】Ｔｕ：乗りかごの速度応答を指定するパラメータ σ ：乗りかごの速度応答を調整するパラメータ

【００５８】ここで、調整係数Ｔｕは、制御系設計者が
乗りかごの速度応答を望ましい値に設定するための調整
係数であり、調整係数σは実際の乗りかご速度を設定し
た値に近づけるための調整係数である。すなわち、調整
係数σを無限大とした際に、乗りかご速度Ｘｃは、次式
のようになる。

【００５９】

【数８】

【００６０】すなわち、調整係数σは大きな値に設定す
るほど設計者が設定した応答である式（１１）に近づく
が、操作量である電動機速度指令値ｕも大きな値となる
ので、あまり大きな値には設定できないことになる。し
たがって、設計者は、まず調整係数Ｔｕを用いて所望の
応答（式（１１）となる）を設定し、つづいて可能な範
囲で調整係数σを大きくするという手順で調整を行うこ
とになる。

【００６１】また、式（１１）には振動成分が含まれな
いことから、振動を抑制する効果もあることがわかる。
さらに、ＩＬＱ制御で設計された制御系は、積載荷重や
乗りかごの位置などの特性変化が生じた場合にも性能の
劣化が少ない（ロバストである）という特徴がある。

【００６２】次に、電動機速度指令値演算手段９は、乗
りかご速度指令値設定手段１で設定された乗りかご速度
指令値Ｖｒ、制御ゲイン演算手段５で演算された制御ゲ
イン、乗りかご速度応答調整手段６で設定された調整係
数Ｔｕ、σ、乗りかご速度検出手段７で検出した乗りか
ご速度検出値ｘ₄、及び状態量検出手段８で検出した状
態量検出値ｘ₂、ｘ₃を用いて、電動機速度指令値ｕを演
算するものである。

【００６３】ここで、状態量検出手段８で検出される状
態量は、制御対象であるロープ式エレベータ１０の状態
量に相当する信号である。この状態量検出手段８で検出
する信号は、エレベータ数式モデルをどのような形に作
成するかにより異なるが、この第１の実施の形態では、
以下の信号を検出する。

【００６４】

【数９】

【００６５】式（２）で示した状態ｘ₁〜ｘ₆のうち、ｘ
₁、ｘ₅、ｘ₆は対応する制御ゲインＫｆ１、Ｋｆ５、Ｋ
ｆ６が０である（式（７））ため、検出する必要がない
ので、状態量検出手段８で検出する状態量はｘ₂、ｘ₃で
ある。また、ｘ₄は乗りかご速度検出手段７で検出され
る。

【００６６】図４は、電動機速度指令値演算手段９の構
成を示すブロック構成図である。電動機速度指令値演算
手段９では、制御ゲインＫｉ、Ｋｆ２、Ｋｆ３、Ｋｆ４
及び調整係数Ｔｕ、σを用いて、電動機速度指令値（乗
りかご速度換算）ｕを演算する。すなわち、図４に示す
ように、乗りかご速度指令値Ｖｒから乗りかご速度検出
値ｘ₄を減算し、積分ゲインＫｉで積分した信号から、
各々の状態量検出値ｘ₂、ｘ₃、ｘ₄に対応するフイード
バックゲインＫｆ２、Ｋｆ３、Ｋｆ４を乗じた信号の総
和を減算し、調整係数σを乗じた信号を電動機速度指令
値ｕとする。

【００６７】なお、制御ゲインＫｉ、Ｋｆ２、Ｋｆ３、
Ｋｆ４は、式（７）、式（８）で示される制御ゲイン式
を用いて、数式モデルパラメータ設定手段４でパラメー
タ値を代入したものが使用される。また、調整係数Ｔｕ
は、式（７）、（８）に含まれており、乗りかご速度応
答調整手段６で設定されたものが使用される。

【００６８】以上述べたように、この第１の実施の形態
では、ロープ式エレベータの速度制御装置における制御
ゲインを数式の形で解析的に演算することにより、乗り
かご、電動機、シーブなどの機器のサイズを変更した際
にも、代入計算により最適な制御ゲインを得ることがで
きる。また、速度応答の調整においても、調整係数を導
入することにより、容易に所望の応答に調整することが
できる。これにより、従来多くの時間がかかっていた制
御ゲインの調整を著しく簡易化することが可能になる。

【００６９】また、制御ゲイン式の演算にＩＬＱ制御理
論を用いることにより、極めて簡易なアルゴリズムによ
り制御ゲイン式を計算できる。さらに、構成された制御
系は、乗りかごの振動を抑制する効果があり、積載荷重
や乗りかごの位置などの特性変化が生じた場合にも性能
の劣化が少ない。

【００７０】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。図５は、本発明の第２の実施の形態を示す構成図で
ある。この第２の実施の形態は、図１に示す第１の実施
の形態に対し、状態量に相当する信号をエレベータ数式
モデルを用いて推定する状態量推定手段３７を追加して
設けたものであり、制御に必要な状態量のうち測定不可
能な信号や精度が悪い信号を状態量推定手段３７で推定
し、検出値の代わりにその推定値を用いて電動機速度指
令値演算手段９に出力するようにしたものである。その
他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と同一であ
るので、同一要素には同一符号を付しその説明を省略す
る。

【００７１】状態量推定手段３７において、状態量に相
当する信号の推定にはさまざまな方法が考えられるが、
この第２の実施の形態ではロープ式エレベータの数式モ
デルを用いてオブザーバを構成し、状態量を推定するよ
うにしている。すなわち、状態量推定手段３７は、エレ
ベータ数式モデルに基づいてオブザーバを構成し、電動
機速度指令値ｕと乗りかご速度検出値ｙ（ｘ₄）を用い
て状態量の推定を行う。図６に、状態量推定手段３７の
構成図を示す。図６における記号の意味は以下の通りで
ある。

【００７２】ｕ：電動機速度指令値（乗りかご速度換
算）ｙ：乗りかご速度検出値Ａ、Ｂ、Ｃ：エレベータ数式モデルを表す行列（式
（１）に記載）Ｋ：オブザーバゲイン［ｘ］：状態量推定値［ｙ］：乗りかご速度推定値

【００７３】Ｋはオブザーバゲインであり、Ａ−Ｋ・Ｃ
が安定行列になるように選定すれば、ｔ→∞で［ｘ］→
ｘとなり、［ｘ］はｘの漸近的な推定値として用いるこ
とができる。Ｋは数値シミュレーションで選定し、実機
において所望の値に調整すればよい。なお、オブザーバ
の構成方法は、「システム制御理論入門（実教出版）、
小郷他著」などの公知文献に詳細に妃載されているもの
を採用している。

【００７４】状態量推定手段３７で推定した状態量は、
電動機速度指令値演算手段９で用いられる。電動機速度
指令値演算手段９では、制御に必要な信号のうち、状態
量検出手段８では検出できない信号や精度が悪い信号の
代わりに、状態量推定手段３７による推定値を用いる。

【００７５】その際の使い分けについては、状態量の検
出器（センサ）の有無や性能、エレベータ数式モデルの
構成により異なるが、少なくとも乗りかご速度検出手段
７を備えていれば、エレベータ数式モデルに基づいたオ
ブザーバを構成することにより、電動機速度指令値ｕと
乗りかご速度検出値ｙ（ｘ₄）から全ての状態量を推定
することが可能である。例えば、乗りかご加速度を推定
することが有効である。その理由は、高精度な加速度セ
ンサは高価であり、コスト上問題となるからである。

【００７６】すなわち、本発明のように、エレベータの
数式モデルに基づいて電動機速度指令値演算手段９の制
御ゲインを求める構成とした場合には、速度制御を行う
際にはエレベータの状態量に相当する信号が必要にな
る。より高性能な速度制御装置を構成するためには、詳
細なエレベータ数式モデルを用いる必要があるが、詳細
な数式モデルは状態量に相当する信号の数が多くなる。
この信号には場合によっては測定不可能なものが含まれ
る場合がある。また、全ての信号が測定可能であったと
しても、コストや測定精度の理由から、全ての信号の検
出器を備えることは現実的ではない。そこで、そのよう
な状態量については状態量推定手段３７にてその状態量
を推定することになる。

【００７７】以上述べたように、この第２の実施の形態
によれば、状態量推定手段３７を備えることにより以下
の効果を有する。

【００７８】（１）測定が困難な状態量を含んだより詳
細なエレベータ数式モデルに基づいて速度制御装置を構
成することが可能になる。したがって、電動機速度指令
値に対する追従性、停止位置精度、振動抑制性能などの
制御性能を向上することが可能になる。（２）少なくとも乗りかご速度検出手段７を備えていれ
ば、残りの状態量は全て推定することが可能になる。し
たがって、コスト上の制約がある場合には検出器（セン
サ）の数を削減することが可能になり、速度制御装置の
簡易化及びコストダウンを図ることができる。

【００７９】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。図７は本発明の第３の実施の形態を示すブロック構
成図である。この第３の実施の形態は、図１に示した第
１の実施の形態に対し、乗りかごの積載荷重を検出する
乗りかご積載荷重検出手段３８と、乗りかごの位置を検
出する乗りかご位置検出手段３９とを設け、制御ゲイン
演算手段３は、乗りかごの積載荷重及び乗りかごの位置
に依存する制御ゲインを、乗りかご積載荷重検出値及び
乗りかご位置検出値の変化に応じて更新するようにした
ものである。その他の構成は、図１に示した第１の実施
の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し
その説明は省略する。

【００８０】前述したように、制御ゲイン式演算手段３
ではＩＬＱ制御理論に基づいて電動機速度指令値演算手
段９の制御ゲインを求めるようにしているので、乗りか
ごの積載荷重、乗りかごの位置、及び油温などの特性変
化が生じた場合にも性能の劣化が少ない（ロバストであ
る）という特徴がある。しかし、これらの変化が著しい
場合には、一定の制御ゲインでは不十分な場合が考えら
れる。

【００８１】そこで、この第３の実施の形態では、乗り
かご積載荷重検出値及び乗りかご位置検出値に応じて制
御ゲインを更新することにより、これらの値の変化にか
かわらず、常に最適な制御ゲインとする。第３の実施の
形態では、以下に示す方法で制御ゲインの更新を行う。

【００８２】（１）乗りかご積載荷重検出値に対応して
制御ゲインを更新する方法制御ゲイン演算手段５において制御ゲインを演算する際
に、数式モデルパラメータ設定手段４における乗りかご
質量Ｍｃの値を、次の式（１０）により更新する。

【００８３】Ｍｃ＝Ｍｃ＋Ｍｗｍ …（１０）

【００８４】ここで、Ｍｗｍは乗りかご積載荷重検出値
を表している。式（１０）により更新した乗りかご質量
Ｍｃを用いて、式（７）、式（８）により制御ゲインを
計算する。したがって、乗りかご積載荷重の変化にかか
わらず、常に長適な制御ゲインとすることができる。

【００８５】（２）乗りかご位置検出値に対応して更新
する方法制御ゲイン演算手段５において制御ゲインを演算する際
に、数式モデルパラメータ設定手段４におけるロープ弾
性係数Ｋｃの値を次の式（１１）により更新する。

【００８６】Ｋｃ＝Ｋ₀、Ｌ₀／（Ｌ₀−Ｌｃｍ） …（１１）ただし、Ｌｃｍ：乗りかご位置検出値（シーブからのロープの長
さ）Ｌ₀：乗りかごが最下階にあるときの位置（シーブから
のロープの長さ）Ｋ₀：長さＬ₀のときのロープ弾性係数

【００８７】式（１１）は、ロープの弾性係数Ｋｃはロ
ープの長さに反比例することから成立する。式（１１）
により更新したＫｃを用いて、式（７）、式（８）によ
り制御ゲインを計算する。したがって、乗りかご位置の
変化にかかわらず、常に最適な制御ゲインとすることが
できる。

【００８８】以上の説明では、乗りかご積載荷重検出値
及び乗りかご位置検出値に応じて制御ゲインを更新する
ようにしているが、必ずしもこの両者に応じて更新する
必要はなく、エレベータの構成や使用状況あるいは要求
される制御性能などにより、いずれか一方の検出値を用
いるようにしても良い。

【００８９】また、制御ゲインの更新タイミングは、乗
りかご積載荷重についてはエレベータ起動直前で良い。
その理由は、乗りかご積載荷重は、エレベータがある指
令に基づき起動してから停止するまでの間は変化しない
からである。これに対し、乗りかご位置についてはエレ
ベータの形式による検討が必要であり、乗りかご位置は
エレベータの走行により連続的に変化するため、乗りか
ご位置に依存する制御ゲインは、走行中に連続的に更新
していくのが望ましい。ただし、中低層のビルに設置さ
れている場合は、乗りかご位置による変化を考慮しなく
ても十分な性能が得られる場合がある。その場合は、乗
りかご積載荷重と同様に、エレベータ起動時の値に固定
しても良い。

【００９０】一般に、エレベータでは、乗りかごの積載
荷重や乗りかご位置などの変化に応じて特性が大きく異
なるので、エレベータ数式モデルのパラメータ値も大き
く変動する。ＩＬＱ制御理論に基づいて制御ゲインを求
めるように構成した場合には、乗りかごの積載荷重や乗
りかご位置などの特性変化が生じた場合にも性能の劣化
が少ないロバストな制御が可能であるが、これらの変化
が著しい場合や、振動抑制、着床精度などの要求が厳し
い場合には一定の制御ゲインでは不十分な場合が考えら
れる。

【００９１】そこで、第３の実施の形態では、乗りかご
の積載荷重や乗りかご位置の検出値に応じてエレベータ
数式モデルのパラメータ値を更新し、さらに制御ゲイン
を更新することにより、これらの特性変化にかかわらず
常に最適な制御ゲインとすることを可能にしている。し
たがって、第３の実施の形態では以下の効果を有する。

【００９２】（１）乗りかご積載荷重及び乗りかごの位
置により制御ゲインを適切に更新するので、これらが変
動しても、乗りかごの振動防止、停止位置精度、乗りか
ご速度指令値への追従性などを向上させることができ
る。（２）乗りかご積載荷重及び乗りかご位置などの条件に
応じて自動的に最適な制御ゲインとするので、それらを
加味した制御ゲインの調整に要する時間を著しく削減す
ることができる。

【００９３】以上の第３の実施の形態では、乗りかご位
置の検出値に基づき制御ゲインを更新するようにしてい
るが、乗りかご位置検出手段３９としては乗りかご速度
指令値を積分することにより乗りかご位置を得るように
しても良い。

【００９４】また、第３の実施の形態では第１の実施の
形態に対し、乗りかご積載荷重検出手段３８及び乗りか
ご位置検出手段３９を設けたものを示したが、第２の実
施の形態に対し、乗りかご積載荷重検出手段３８及び乗
りかご位置検出手段３９を設けるようにしても良い。

【００９５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、エ
レベータの特性変化にかかわらず、高精度な速度制御が
可能となり、また、調整が容易なロープ式エレベータの
速度制御装置を提供することができる。

【００９６】すなわち、請求項１の発明によれば、電動
機指令値演算手段における制御ゲインを数式の形で解析
的に演算することので、乗りかご、電動機、シーブなど
機器のサイズを変更した際にも制御ゲインを従来のよう
に再調整する必要がなく、代入計算により最適な制御ゲ
インを演算できる。また、速度応答の調整においても、
調整係数を導入することにより、容易に所望の応答に調
整することができる。これにより、従来多くの時間がか
かっていた制御ゲインの調整を著しく簡易化することが
可能になる。

【００９７】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加え、制御に必要な信号を推定し検出値の代わ
りに用いるので、測定の困難な状態量を含んだ詳細なエ
レベータ数式モデルに基づいて制御装置を構成すること
が可能になる。このため、制御性能を向上することがで
き、また、検出器（センサ）の数を削減することが可能
になり、速度制御装置の簡易化及びコストダウンを図る
ことができる。

【００９８】請求項３の発明によれば、請求項１又は請
求項２の発明の効果に加え、制御ゲイン式の演算にＩＬ
Ｑ制御理論を用いているため、極めて簡易なアルゴリズ
ムにより制御ゲイン式を計算できる。さらに、構成され
た制御系には、乗りかごの振動を抑制する効果があり、
積載荷重や乗りかごの位置などの特性変化が生じた場合
にも性能の劣化が少ない（ロバストである）という効果
がある。

【００９９】請求項４の発明によれば、請求項１乃至請
求項３の発明の効果に加え、乗りかご積載荷重の検出値
に応じて、制御ゲインを自動的に最適な値に設定するこ
とにより、乗りかご積載荷重の変化にかかわらず高精度
な速度制御が可能になる効果を有する。また、従来は速
度制御装置の調整時に乗りかご積載荷重を変更し、走行
試験を繰り返すことにより制御ゲインを調整していた
が、本発明では乗りかご積載荷重に応じて自動的に最適
な制御ゲインとすることが可能であり、調整に要する時
間を著しく削減することができる。

【０１００】請求項５の発明によれば、請求項１乃至請
求項３の発明の効果に加え、乗りかご位置の検出値に応
じて、制御ゲインを自動的に最適な値に設定することに
より、乗りかご位置の変化にかかわらず高精度な速度制
御が可能になる効果を有する。また．従来は速度制御装
置の調整時に乗りかごの位置を変更し、走行試験を繰り
返すことにより制御ゲインを調整していたが、本発明で
は乗りかご位置に応じて自動的に最適な制御ゲインとす
ることが可能であり、調整に要する時間を著しく削減す
ることができる。

【０１０１】請求項６の発明によれば、請求項１乃至請
求項３の発明の効果に加え、乗りかご積載荷重及び位置
の検出値に応じて、制御ゲインを自動的に最適な値に設
定することにより、乗りかご積載荷重及び位置の変化に
かかわらず高精度な速度制御が可能になる効果を有す
る。また、従来は制御装置の調整時に乗りかご積載荷重
及び位置を変更し、走行試験を繰り返すことにより制御
ゲインを調整していたが、本発明では乗りかご積載荷重
及び位置に応じて自動的に最適な制御ゲインとすること
が可能であり、調整に要する時間を著しく削減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態を示すブロ
ック構成図である。

【図２】図２は、エレベータ機械系の構成を示す構成図
である。

【図３】図３は、制御対象プロセスであるロープ式エレ
ベータの簡易モデルを表すブロック図である。

【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態における電
動機速度指令値演算手段のブロック構成図である。

【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態を示すブロ
ック構成図である。

【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態における状
態量推定手段の構成図である。

【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態を示すブロ
ック構成図である。

【図８】図８は、従来のロープ式エレベータ速度制御装
置のブロック構成図である。

【符号の説明】

１乗りかご速度指令値設定手段２エレベータ数式モデル記憶手段３制御ゲイン式演算手段４数式モデルパラメータ設定手段５制御ゲイン演算手段６乗りかご速度応答調整手段７乗りかご速度検出手段８乗りかご速度検出手段９電動機速度指令値演算手段１０エレベータ１１変換手段１２電動機制御装置１３電動機１４電動機速度検出手段１５エレベータ機械系１６シーブ１７ロープ１８乗りかご１９カウンタウェイト３７状態量推定手段３８乗りかご積載荷重検出手段３９乗りかご位置検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】乗りかごをロープを介してシーブに吊し
前記シーブを駆動する電動機の速度を制御して前記乗り
かごを昇降制御するようにしたロープ式エレベータの速
度制御装置において、エレベータの起動指令を受け乗り
かご速度指令値を設定する乗りかご速度指令値設定手段
と、制御量を乗りかご速度とし操作量を前記電動機の速
度指令値とするロープ式エレベータの数式モデルを予め
記憶するエレベータ数式モデル記憶手段と、前記エレベ
ータ数式モデル記憶手段に記憶されたエレベータ数式モ
デルに基づき制御ゲインを数式の形で演算する制御ゲイ
ン式演算手段と、前記エレベータ数式モデルのパラメー
タの値を設定するための数式モデルパラメータ設定手段
と、前記制御ゲイン式演算手段で演算された制御ゲイン
式に前記数式モデルパラメータ設定手段で設定されたパ
ラメータの値を代入し制御ゲインを演算する制御ゲイン
演算手段と、乗りかご速度の応答を所望の値に調整する
ための調整係数を設定する乗りかご速度応答調整手段
と、乗りかご速度を検出する乗りかご速度検出手段と、
前記エレベータ数式モデルの状態量に該当する信号のう
ち制御で必要な状態量を検出する状態量検出手段と、前
記制御ゲイン演算手段で演算された制御ゲイン、前記乗
りかご速度応答調整手段で設定された調整係数及び状態
量検出手段で検出された状態量検出値に基づいて前記乗
りかご速度検出手段で検出された乗りかご速度が前記乗
りかご速度指令値設定手段で設定された乗りかご速度指
令値に追従するように前記電動機の速度指令値を演算す
る電動機速度指令値演算手段とを備えたことを特徴とす
るロープ式エレベータの速度制御装置。
【請求項２】前記エレベータ数式モデルの状態量に該
当する信号のうち測定不可能な信号や精度が悪い信号を
前記エレベータ数式モデルに基づいて推定しその推定値
を前記電動機速度指令値演算手段に出力する状態量推定
手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のロープ
式エレベータの速度制御装置。
【請求項３】前記制御ゲイン式演算手段は、前記制御
ゲイン式を演算する際にＩＬＱ制御理論を用いることを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロープ式エレ
ベータの速度制御装置。
【請求項４】乗りかごの積載荷重を検出する乗りかご
積載荷重検出手段を設け、前記制御ゲイン演算手段は、
乗りかごの積載荷重に依存する制御ゲインを、前記乗り
かご積載荷重検出手段で検出された乗りかご積載荷重検
出値の変化に応じて更新するようにしたことを特徴とす
る請求項１乃至請求項３に記載のロープ式エレベータの
速度制御装置。
【請求項５】乗りかごの位置を検出する乗りかご位置
検出手段を設け、前記制御ゲイン演算手段は、乗りかご
の位置に依存する制御ゲインを、前記乗りかご位置検出
手段で検出された乗りかご位置検出値の変化に応じて更
新するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項
３に記載のロープ式エレベータの速度制御装置。
【請求項６】乗りかごの積載荷重を検出する乗りかご
積載荷重検出手段と、乗りかごの位置を検出する乗りか
ご位置検出手段とを設け、前記制御ゲイン演算手段は、
乗りかごの積載荷重と乗りかごの位置とに依存する制御
ゲインを、乗りかご積載荷重検出値と乗りかご位置検出
値との変化に応じて更新するようにしたことを特徴とす
る請求項１乃至請求項３に記載のロープ式エレベータの
速度制御装置。