(57)【要約】      （修正有）【課題】エレベータロープの張力を用いてエレベータシステムの状態を安定させる制御則を用いてエレベータシステムの動作を制御する。【解決手段】制御則によって制御されるエレベータシステム１００−Ａの動態に従ったリアプノフ関数の導関数が負定値である。制御則は、エレベータロープ１６，１７，１８の揺れ振幅及び揺れ速度の関数である。動作中にエレベータロープ１６，１７，１８の揺れ振幅及び揺れ速度を求め、制御則、並びにエレベータロープ１６，１７，１８の揺れ振幅及び揺れ速度に基づいてエレベータロープ１６，１７，１８の張力の大きさを決定する。【選択図】図１Ａ
2014094833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレベータシステムの動作を制御するための方法であって、
エレベータロープの張力を用いて前記エレベータシステムの状態を安定させる制御則を決定することであって、前記制御則によって制御される前記エレベータシステムの動態に従ったリアプノフ関数の導関数が負定値であるようにし、前記制御則は、前記エレベータロープの揺れ振幅及び前記エレベータロープの揺れ速度の関数であることと、
前記動作中に前記エレベータロープの前記揺れ振幅及び前記エレベータロープの前記揺れ速度を求めることと、
前記制御則、並びに前記エレベータロープの前記揺れ振幅及び前記揺れ速度に基づいて前記エレベータロープの前記張力の大きさを決定することと、
を含み、前記方法のステップは、プロセッサによって実行される、
エレベータシステムの動作を制御するための方法。
【請求項２】
外乱のない前記エレベータシステムのモデルに基づいて前記エレベータシステムのための前記制御則を決定することと、
擾乱除去構成要素を用いて前記制御則を変更することであって、前記外乱がある場合に前記リアプノフ関数の前記導関数を強制的に負定値にすることと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記制御則は、前記エレベータロープの前記張力が前記エレベータロープの前記揺れ振幅に比例するように決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記制御則は、前記ロープの前記揺れ振幅の増加に応答してのみ、前記張力をかける、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記制御則は、前記ロープの前記揺れ振幅と前記ロープの前記揺れ速度との積の符号に基づいて前記張力をかける、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記制御則Ｕ（ｘ）は、
【数１】
2014094833.tif 000050
を含み、ｕ＊は０以下、かつ−ｕ＿ｍａｘ以上であり、
【数２】
2014094833.tif 000051
であり、
【数３】
2014094833.tif 000052
は、想定されたモード及び前記想定されたモードの時間導関数を表すラグランジュ変数であり、ｕ＿ｍａｘは最大張力を表す正の定数である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記制御則Ｕ（ｘ）は、
【数４】
2014094833.tif 000053
を含み、
【数５】
2014094833.tif 000054
であり、
【数６】
2014094833.tif 000055
は、想定されたモード及び前記想定されたモードの時間導関数を表すラグランジュ変数であり、ｕ＿ｍａｘは最大張力を表す正の定数であり、ｋは正のフィードバック利得である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
請求項２に記載の方法であって、
不等式
【数７】
2014094833.tif 000056
を満たす前記擾乱除去構成要素ｖを決定することを更に含み、Ｆｍａｘは前記擾乱Ｆ（ｔ）の上限を表し、
【数８】
2014094833.tif 000057
は、想定されたモード及び前記想定されたモードの時間導関数を表すラグランジュ変数であり、
【数９】
2014094833.tif 000058
であり、φ１’（ξ）は長さｌを有する前記エレベータロープの形状関数φ１（ξ）の一次導関数である、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記制御則ｕ（ｘ）は、
【数１０】
2014094833.tif 000059
を含み、
【数１１】
2014094833.tif 000060
であり、
【数１２】
2014094833.tif 000061
は、想定されたモード及び前記想定されたモードの時間導関数を表すラグランジュ変数であり、
【数１３】
2014094833.tif 000062
は、２つの正の利得であり、
【数１４】
2014094833.tif 000063
であり、φ１’（ξ）は長さｌを有する前記エレベータロープの形状関数φ１（ξ）の一次導関数であり、Ｆ＿｛ｍａｘ｝は擾乱Ｆ（ｔ）の上限を表し、Ｕ＿｛ｎｏｍ｝は前記擾乱を用いない制御則を表し、符号関数は、
【数１５】
2014094833.tif 000064
である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記揺れ振幅ｘの前記制御則ｕ（ｘ）は、
【数１６】
2014094833.tif 000065
を含み、
【数１７】
2014094833.tif 000066
は、想定されたモード及び前記想定されたモードの時間導関数を表すラグランジュ変数であり、
【数１８】
2014094833.tif 000067
は、２つの正の利得であり、
【数１９】
2014094833.tif 000068
であり、φ１’（ξ）は長さｌを有する前記エレベータロープの形状関数φ１（ξ）の一次導関数であり、Ｆ＿｛ｍａｘ｝は擾乱Ｆ（ｔ）の上限を表し、Ｕ＿｛ｎｏｍ｝は前記擾乱を用いない制御則を表し、ｓａｔ関数は、
【数２０】
2014094833.tif 000069
である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
エレベータロープによって支持されるエレベータかごを含むエレベータシステムの動作を制御するためのシステムであって、
前記エレベータロープの張力を制御するアクチュエータと、
前記エレベータロープの揺れ振幅及び揺れ速度を求める揺れユニットと、
前記揺れ振幅と前記揺れ速度との積の符号を求め、前記エレベータシステムの状態を安定させる制御則に従って前記アクチュエータを制御する制御ユニットであって、前記制御ユニットは、前記積の前記符号によって示される前記エレベータロープの前記揺れ振幅の増加に応答してのみ、前記張力をかけるコマンドを生成するようになっている、制御ユニットと、
を備える、システム。
【請求項１２】
前記張力の大きさは、一定である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記張力の大きさは、
【数２１】
2014094833.tif 000070
に従って求められる前記振幅の関数であり、
【数２２】
2014094833.tif 000071
は、それぞれ想定されたモード及び前記想定されたモードの時間導関数を表すラグランジュ変数であり、ｕ＿ｍａｘは最大張力を表す正の定数であり、ｋは正のフィードバック利得である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御則によって制御される前記エレベータシステムの動態に従ったリアプノフ関数の導関数が負定値であるような前記制御則を決定するプロセッサと、
前記制御則を記憶するメモリであって、前記制御ユニットは、前記制御則に基づいて前記エレベータロープの前記張力の大きさを決定する、メモリと、
を更に備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記プロセッサは、外乱のない前記エレベータシステムのための前記制御則を決定し、擾乱除去構成要素を用いて前記制御則を変更して、前記外乱がある場合に前記リアプノフ関数の前記導関数が負定値であるのを確実にする、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記プロセッサは、前記外乱の境界に基づいて前記擾乱除去構成要素を決定する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記擾乱除去構成要素は、前記外乱の測定値に基づく、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサは、不等式
【数２３】
2014094833.tif 000072
を満たす前記擾乱除去構成要素ｖを決定し、Ｆｍａｘは前記擾乱Ｆ（ｔ）の上限を表し、
【数２４】
2014094833.tif 000073
は、想定されたモード及び前記想定されたモードの時間導関数を表すラグランジュ変数であり、
【数２５】
2014094833.tif 000074
であり、φ１’（ξ）は長さｌを有する前記エレベータロープの形状関数φ１（ξ）の一次導関数である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
エレベータロープに連結されるエレベータかごを含むエレベータシステムの動作を制御するためのシステムであって、
前記エレベータロープの揺れ振幅の増加に応答してのみ、前記エレベータロープに張力をかけるコマンドを生成するためのプロセッサを備える、システム。
【請求項２０】
前記プロセッサは、前記エレベータロープの張力を用いて前記エレベータシステムの状態を安定させる制御則に従って前記コマンドを生成し、前記制御則によって制御される前記エレベータシステムの動態に従ったリアプノフ関数の導関数が負定値であるようにする、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的にはエレベータシステムに関し、より詳細には、エレベータシステム内のエレベータロープの揺れを低減することに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のエレベータシステムは、かごと、垂直エレベータ昇降路内のガイドレールに沿って移動するつり合おもりとを含む。かご及びつり合おもりは、巻上ロープによって互いに連結される。巻上ロープは、エレベータ昇降路の上部又は底部にある機械室内に位置する綱車に巻き付けられる。綱車を電気モータによって動かすことができるか、又はつり合おもりをリニアモータによって駆動することができる。
【０００３】
ロープ揺れは、エレベータ昇降路内の巻上ロープ及び／又はつり合ロープの振動を指している。その振動は、ロープ式エレベータシステムにおいて深刻な問題となる可能性がある。その振動は、例えば、風によって誘発される建物のたわみに起因する振動、及び／又はエレベータシステムの動作中のロープの振動によって引き起こされる可能性がある。振動の周波数がロープの固有調波に近づくか又は入る場合には、振動が変位よりも大きくなる可能性がある。そのような状況では、ロープはエレベータ昇降路内の他の装置と絡まるか、又は綱車の溝から外れる可能性がある。エレベータシステムが複数のロープを使用し、それらのロープが互いに位相が一致することなく振動する場合には、ロープ同士が絡まる可能性があり、エレベータシステムが損傷を受けるおそれがある。
【０００４】
種々の方法が、ロープに張力をかけることによってエレベータロープの揺れを制御する。しかしながら、従来の方法は、一定の制御動作を用いて、ロープ揺れを低減する。例えば、特許文献１において記載されている方法は、ロープの振動が検出された後に、ロープに一定の張力をかけることによってエレベータつり合ロープの水平振動を最小限に抑える。しかしながら、一定の張力はロープに不要な応力を引き起こす可能性があるので、ロープに一定の張力をかけることは最適とは言えない。
【０００５】
特許文献２において記載されている別の方法は、つり合ロープと建物の固有周波数との共振を避けるために、綱車を動かしてつり合ロープの固有周波数をシフトさせるサーボアクチュエータに基づく。サーボアクチュエータは、ロープ端におけるロープ振動速度を使用するフィードバックによって制御される。しかしながら、その方法は、つり合ロープ振動による揺れ減衰の問題を解決するだけである。さらに、その方法は、ロープ端におけるロープ揺れ速度の測定を必要とするが、その測定は実際の応用形態においては難しい。
【０００６】
特許文献３において記載されている方法は、かごの上部に取り付けられるパッシブダンパーを用いてエレベータシステムの主索の振動を最小限に抑える。ダンパーは、かご及びロープに連結される。ダンパーの距離及び減衰係数値を用いて、ロープ揺れを低減する。しかしながら、その方法では、ダンパーの数が制御されるロープの数に比例する。さらに、各ダンパーは受動的であり、ロープに絶えず係合するので、ロープ上に不要な過大応力を誘発する可能性がある。
【０００７】
他の方法、例えば、特許文献４及び特許文献５は、ロープの横方向運動を物理的に制限することによって、純粋に機械的な解決策を用いて揺れ振幅を制限する。それらのタイプの解決策は、設置し、維持管理するのにコストがかかる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，８６１，０８４号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０２２９９２２号
【特許文献３】米国特許第７，７９３，７６３号
【特許文献４】米国特許第４，４６０，０６５号
【特許文献５】米国特許第５，５０９，５０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、エレベータロープの揺れを最適に低減することが必要とされている。
【００１０】
本発明の幾つかの実施の形態の目的は、ロープに張力をかけることによって、エレベータシステム内のエレベータかごに連結されるエレベータロープの揺れを低減するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１１】
実施の形態の別の目的は、エレベータシステムの構成要素の維持管理を軽減できるように、最適に、例えば、必要な場合にのみ張力をかける方法を提供することである。例えば、本発明の１つの実施の形態は、ロープに時間とともに変化する張力をかけることによって、エレベータロープのロープ横揺れを低減するための方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施の形態は、エレベータロープにかけられる張力を用いて、エレベータシステムを安定させることができるという認識に基づく。それゆえ、エレベータシステムのモデルを用いて、エレベータシステムの安定性に基づいて張力を解析することができる。エレベータシステムを表す力学系を記述する微分方程式を解くために、複数の実施の形態によって種々タイプの安定性が用いられる。
【００１３】
例えば、幾つかの実施の形態は、エレベータシステムがリアプノフ安定であることを表す力学系を必要とする。具体的には、エレベータシステムの安定性は、制御リアプノフ関数によって記述することができ、エレベータシステムを安定させるエレベータロープの張力は、制御則によって制御されるエレベータシステムの動態に従ったリアプノフ関数の導関数が負定値であるような、制御則によって求められる。それらの実施の形態のうちの幾つかはまた、力学系の想定されたモードのための別の認識に基づく。想定されたモード及びその時間導関数を表すラグランジュ変数は、揺れ及び揺れ速度に関連付けられる。制御リアプノフ関数は、ラグランジュ変数の関数であり、それゆえ、制御リアプノフ関数を用いて決定される制御則は、揺れ及び揺れ速度に関連付けることができる。
【００１４】
したがって、幾つかの実施の形態は、リアプノフ制御理論を用いて、エレベータロープの張力に基づいてエレベータシステムの状態を安定させる制御則を決定する。そのような手法によれば、最適に、例えば、必要な場合にのみ張力をかけることが可能になり、それにより維持管理のコストが削減される。例えば、幾つかの実施の形態は、ロープの揺れ振幅の増加に応答してのみ張力をかけ、定張力法よりも有利である。
【００１５】
１つの実施の形態は、外乱を用いないエレベータシステムのモデルに基づいて制御則を決定する。この実施の形態は、外乱が最小であるときに有利である。別の実施の形態は、擾乱除去構成要素を用いて制御則を変更し、リアプノフ関数の導関数を強制的に負定値になるようにする。この実施の形態は、擾乱を有するシステムの場合に有利である。この実施の形態の１つの変形形態では、外乱はエレベータシステムの動作中に測定される。別の変形形態では、外乱の境界に基づいて、擾乱除去構成要素が決定される。この実施の形態によれば、擾乱を測定することなく、擾乱をつり合できるようになる。一般的に、擾乱測定は容易に実行可能ではなく、例えば、外乱測定のためのセンサは高額であるので、これは有利である。
【００１６】
また、１つの実施の形態では、エレベータロープにかけられるときの張力は一定の値、例えば、最大張力を有し、揺れ振幅及び揺れ速度の値に基づいて、最適な瞬間に最小値、例えば、０に切り替わる。この実施の形態は、実施するのが比較的容易である。別の実施の形態では、張力の大きさは揺れ振幅の関数であり、揺れ振幅及び揺れ速度の減少とともに減少する。幾つかの他の実施の形態と比べて、この実施の形態は、使用する制御エネルギーが少ない。
【発明の効果】
【００１７】
これにより、エレベータロープの揺れを最適に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の実施の形態を利用する典型的なエレベータシステムの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態を利用する典型的なエレベータシステムの概略図である。
【図１Ｃ】本発明の実施の形態を利用する典型的なエレベータシステムの概略図である。
【図１Ｄ】本発明の実施の形態を利用する典型的なエレベータシステムの概略図である。
【図１Ｅ】本発明の実施の形態を利用する典型的なエレベータシステムの概略図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態によるエレベータシステムのモデルの概略図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態によるエレベータシステムの動作を制御するための方法のブロック図である。
【図４Ａ】本発明の種々の実施の形態によるリアプノフ理論に基づいて制御則を決定するための方法のブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の種々の実施の形態によるリアプノフ理論に基づいて制御則を決定するための方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の種々の実施の形態は、エレベータロープにかけられる張力を用いて、エレベータシステムを安定させることができるという認識に基づく。さらに、エレベータシステムの安定性は、エレベータシステムを安定させるエレベータロープの張力が制御リアプノフ関数の導関数の負定値を確実にするような、制御リアプノフ関数によって記述することができる。
【００２０】
幾つかの実施の形態は、エレベータロープの揺れを低減する制御則に基づいて、エレベータロープの張力を変更することによってエレベータシステムの動作を制御する。幾つかの実施の形態は、ロープの張力をリアプノフ理論とともに用いて、エレベータシステムを安定させ、ひいては、揺れを安定させることができるという認識に基づく。幾つかの実施の形態によれば、リアプノフ理論とロープ張力作動とを組み合わせることによって、切り替えコントローラが、切り替え条件、例えば、実際の揺れの振幅及び速度に基づいて、制御張力のオン及びオフの切り替えを最適化する。リアプノフ理論に基づいて、切り替え条件、及びかけられる正の張力の振幅が得られる。
【００２１】
したがって、切り替え制御によって、必要な場合にのみ、すなわち、切り替え条件が満たされたときにのみ、ロープに張力をかけることができるようになる。それゆえ、エレベータロープ及び綱車のようなエレベータシステムの部品に、不要な過大引張応力がかけられないので、維持管理のコストを削減することができる。
【００２２】
図１Ａは、本発明の１つの実施の形態によるエレベータシステム１００−Ａの概略図を示す。そのエレベータシステムは、少なくとも１つのエレベータロープによってエレベータシステムの種々の構成要素に動作可能に連結されるエレベータかご１２を含む。例えば、エレベータかご及びつり合おもり１４は、主索１６、１７及びつり合ロープ１８によって互いに連結される。エレベータかご１２は、上わく３０及び安全装置付き（ｓａｆｅｔｙ）下わく３３を含むことができる。エレベータ昇降路２２を通してエレベータかご１２及びつり合おもり１４を移動させるためのプーリ２０が、エレベータ昇降路２２の上部（又は底部）にある機械室（図示せず）内に位置することができる。エレベータシステムは、つり合プーリ２３も含むことができる。エレベータ昇降路２２は、前壁２９、後壁３１及び一対の側壁３２を含む。
【００２３】
エレベータかご及びつり合おもりは、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向のモーメントの総和が０である点において重心を有する。言い換えると、重心点を囲む全てのモーメントは相殺されるので、重心（ｘ，ｙ，ｚ）においてかご１２又はつり合おもり１４を理論的に支持し、釣り合わせることができる。主索１６、１７は通常、かごの重心の座標が射影される、エレベータかご１２の上わく３０に連結される。主索１６、１７は、つり合おもり１４の重心の座標が射影される、つり合おもり１４の上部に連結される。
【００２４】
エレベータシステムの動作中に、システムの種々の構成要素が内乱及び外乱、例えば、風に起因する揺れを受け、結果として構成要素の横方向運動が生じる。構成要素のそのような横方向運動の結果として、エレベータロープの揺れが生じる可能性があり、その揺れを測定する必要がある。したがって、１つ又は１組の揺れセンサ１２０をエレベータシステム内に配置して、エレベータロープの横揺れを特定することができる。
【００２５】
１組のセンサは、少なくとも１つの揺れセンサ１２０を含むことができる。例えば、揺れセンサ１２０は、揺れセンサの位置に関連付けられる揺れ箇所においてエレベータロープの横揺れを検知するように構成される。
【００２６】
しかしながら、種々の実施の形態において、揺れ箇所が適切に検知及び／又は測定されるように、センサを種々の位置に配置することができる。センサの実際の位置は、使用されるセンサのタイプによって決めることができる。例えば、揺れセンサは、任意のモーションセンサ、例えば、光ビームセンサとすることができる。
【００２７】
エレベータシステムの動作中に、揺れ箇所が特定され、揺れ測定及び推定ユニット１４０に送信される（１２２）。揺れユニット１４０は、例えば、揺れ測定値及びシステムの逆モデルを用いることによってエレベータロープの揺れを特定する。種々の実施の形態は、異なる逆モデル、例えば、ロープ、プーリ及びかごを含むエレベータシステムの逆モデルを使用し、種々の実施の形態は、測定値からロープ揺れを推定するための推定法も使用する。
【００２８】
１つの実施の形態では、第１の揺れセンサが、初期ロープ構成に対応するロープの中立位置、すなわち、ロープ揺れがないロープの中立位置に配置される。他の揺れセンサは、中立位置から離れるが、第１の揺れセンサと同じ高さに配置される。
【００２９】
システム１００−Ａにおいて、ロープ揺れは、つり合綱車２３に連結される力アクチュエータ１３０によって制御される。主綱車ブレーキ１６０が主綱車のいかなる回転も停止するように係合する。その後、アクチュエータ１３０を用いて、つり合綱車２３を引っ張り、ロープ内に外部張力を生成する。この張力は、ロープを硬直させて、ロープ揺れを低減する。アクチュエータ１３０は、ロープにかけられる過大張力の振幅を計算する制御ユニット１５０によって制御される。制御ユニットは、張力をオンにする時点及び張力をオフにする時点も決定する。切り替えのタイミングは、揺れユニット１４０から得られたロープ揺れ測定値に基づく。
【００３０】
図１Ｂは、本発明の別の実施の形態によるエレベータシステム１００−Ｂの概略図を示す。システム１００−Ｂにおいて、かご運動は、ブレーキ１７０を用いて制止され、主綱車１１２は回転し、主索にかかる外部張力を生成するように制御される。この張力は、ロープを硬直させて、ロープ揺れを低減する。主綱車１１２は、ロープにかけられる過大張力の振幅を決定する制御ユニット１５０によって制御される。また、制御ユニットは、張力をオンにする時点及び張力をオフにする時点も計算する。切り替えのタイミングは、揺れ測定／推定ユニット１４０から得られたロープ揺れ測定値に基づいて制御ユニット１５０によって計算される。
【００３１】
図１Ｃは、本発明の更に別の実施の形態によるエレベータシステム１００−Ｃの概略図を示す。システム１００−Ｃにおいて、つり合綱車は、ブレーキ１８０を用いて制止され、主綱車１１２は回転し、主索内に外部張力を生成するように制御され、この張力がロープを硬直させて、副次的結果としてロープ揺れを低減する。主綱車１１２は、ロープにかけられる過大張力の振幅を計算する制御ユニット１５０によって制御される。また、制御ユニットは、過大張力をオンに切り替えるべき時点及び過大張力をオフに切り替えるべき時点も計算する。切り替えのタイミングは、揺れユニット１４０から得られたロープ揺れ測定値に基づいて制御ユニット１５０によって計算される。
【００３２】
図１Ｄは、本発明の更に別の実施の形態によるエレベータシステム１００−Ｄの概略図を示す。システム１００−Ｄにおいて、主綱車は、ブレーキ１６０を用いて制止され、上側調速車１９０は、ブレーキ１９１を用いて制止される。調速車１９０は、調速車１９０を引っ張り／押し上げ、調速ロープ１９３内に外部張力を生成するようにアクチュエータ１９２によって制御される。この張力は、リンク１９４を通してエレベータかご１２にかかる力を意味し、その力は、更に主索にかかる張力を生成する。調速車１９０は、ロープにかけられる過大張力の振幅を計算する制御ユニット１５０によって制御される。また、制御ユニットは、過大張力をオンに切り替えるべき時点及びこの張力をオフに切り替えるべき時点も計算する。切り替えのタイミングは、揺れユニット１４０によって特定されたロープ揺れに基づいて制御ユニット１５０によって決定される。
【００３３】
図１Ｅは、本発明の別の実施の形態によるエレベータシステム１００−Ｅの概略図を示す。システム１００−Ｅにおいて、かご運動は、ブレーキ１７０を用いて制止され、主綱車１１２は、固定スタンド１９６上に取り付けられるアクチュエータ１９５を用いて制御される。ブレーキ１７０の動作は、主索にかかる外部張力を生成する。この張力は、ロープを硬直させて、ロープ揺れを低減する。アクチュエータ１９５は、ロープにかけられる過大張力の振幅を決定する制御ユニット１５０によって制御される。また、制御ユニットは、張力がオンになる時点及び張力がオフになる時点も計算する。切り替えのタイミングは、揺れユニット１４０によって特定されたロープ揺れに基づいて制御ユニット１５０によって決定される。
【００３４】
ロープの張力を制御するエレベータシステムの他の変更形態も可能であり、本発明の範囲内にある。
【００３５】
モデルに基づく制御設計
図２は、エレベータシステムのモデル２００の一例を示す。モデル２００は、エレベータシステム１００−Ａのパラメータに基づく。エレベータシステムのモデルに従って、種々の方法を用いてエレベータシステムの動作をシミュレートすることができ、例えば、エレベータシステムを動作させることによって引き起こされるエレベータロープ２６０の実際の揺れ２１２をシミュレートすることができる。他のエレベータシステムのモデルを同様に導出することができる。
【００３６】
種々の実施の形態がエレベータシステムの異なるモデルを用いて、制御則を設計することができる。例えば、１つの実施の形態は、ニュートンの第２法則に基づいてモデル化を実行する。例えば、エレベータロープは、ひもとしてモデル化され、エレベータかご及びつり合おもりは、それぞれ剛体２３０及び２５０としてモデル化される。
【００３７】
１つの実施の形態では、エレベータシステムのモデルは、以下の式に従って偏微分方程式によって決定される。
【００３８】
【数１】
2014094833.tif 000003
【００３９】
ただし、
【数２】
2014094833.tif 000004
は、その変数Ｖに対する関数ｓ（・）の次数ｉの導関数であり、ｔは時間であり、ｙは、例えば、慣性系における垂直座標であり、ｕはｘ軸に沿ったロープの横方向変位であり、ρは単位長あたりのロープの質量であり、Ｔはエレベータロープのタイプ、すなわち、主索、つり合ロープに応じて変化するエレベータロープ内の張力であり、ｃは単位長あたりのエレベータロープの減衰係数であり、ｖはエレベータ／ロープ速度であり、ａはエレベータ／ロープ加速度である。
【００４０】
以下の２つの境界条件が成り立つ。
【００４１】
【数３】
2014094833.tif 000005
【００４２】
ｆ１（ｔ）は外乱、例えば、風条件に起因する上部建物揺れを表す第１の境界条件であり、ｆ２（ｔ）は外乱、例えば、風条件に起因するかご揺れを表す第２の境界条件であり、ｌ（ｔ）２３５は主綱車１１２とエレベータかご１２との間のエレベータロープ１７の長さである。
【００４３】
例えば、エレベータロープの張力は、以下の式に従って求めることができる。
【００４４】
【数４】
2014094833.tif 000006
【００４５】
ただし、ｍｅ、ｍｃｓはそれぞれエレベータかご及びプーリ２４０の質量であり、ｇは重力加速度、すなわち、ｇ＝９．８ｍ／ｓ２であり、Ｕはアクチュエータ１３０によって供給される過大張力である。
【００４６】
１つの実施の形態では、偏微分方程式（１）は、以下の式に従って、常微分方程式（ＯＤＥ）に基づくモデルを得るために離散化される。
【００４７】
【数５】
2014094833.tif 000007
【００４８】
ただし、ｑ＝［ｑ１，．．．，ｑＮ］はラグランジュ座標ベクトルであり、
【数６】
2014094833.tif 000008
は、時間に関するラグランジュ座標ベクトルの一次導関数及び二次導関数である。Ｎは振動モードの数である。ラグランジュ変数ベクトルｑは、以下の式によって横方向変位ｕ（ｙ，ｔ）を定義する。
【００４９】
【数７】
2014094833.tif 000009
【００５０】
ただし、φｊ（ξ）は、無次元変数ξ＝ｙ／ｌのｊ次形状関数である。
【００５１】
式（２）において、Ｍは慣性行列であり、（Ｃ＋Ｇ）は遠心行列とコリオリ行列とを組み合わせることによって構成され、
【数８】
2014094833.tif 000010
は、剛性行列であり、Ｆ（ｔ）は外力のベクトルである。これらの行列及びベクトルの要素は、以下の式によって与えられる。
【００５２】
【数９】
2014094833.tif 000011
【００５３】
ただし、
【数１０】
2014094833.tif 000012
は、その変数に関する関数ｓの一次導関数であり、表記ｓ（２）（・）はその変数に関する関数ｓの二次導関数であり、
【数１１】
2014094833.tif 000013
は、区間［ｖ０，ｖｆ］にわたるその変数ｖに関する関数ｓの積分である。クロネッカーのデルタは、２つの変数からなる関数であり、その関数は、変数が等しい場合には、１であり、そうでない場合には、０である。
【００５４】
式（１）及び式（２）によって与えられるシステムモデルは、システムモデルの２つの例である。異なる理論、例えば、ひも理論の代わりに、はり理論に基づく他のモデルを本発明の実施の形態によって使用することができる。
【００５５】
制御則
幾つかの実施の形態は、アクチュエータ１３０を制御する制御則を決定する。アクチュエータ１３０は、制御則に基づいて、エレベータロープの張力を変更する。１つの実施の形態は、後に説明されるように、１つの想定されたモード、すなわち、Ｎ＝１を有する式（２）の場合の制御則を決定する。しかしながら、他の実施の形態も任意の数のモードの場合の制御則を同様に決定する。種々の実施の形態において、想定されたモードは、モード周波数及びモード形状によって特徴付けられるエレベータロープの振動モードであり、エレベータロープの振動における半波長の数に従って番号を付される。
【００５６】
図３は、エレベータシステムの動作を制御するための方法のブロック図を示す。その方法は、プロセッサ３０１によって実施することができる。その方法は、エレベータシステム内のエレベータかごを支持するエレベータロープの張力３３５を用いて、エレベータシステムの状態を安定させる制御則３２６を決定する（３１０）。その制御則は、エレベータロープの揺れ振幅３２２及びエレベータロープの揺れ速度３２４の関数であり、制御則によって制御されるエレベータシステムの動態に従ったリアプノフ関数３１４の導関数が負定値であるように決定される。制御則は、メモリ３０２に記憶することができる。メモリ３０２は、任意のタイプのものであることができ、プロセッサ３０１に動作可能に連結することができる。
【００５７】
そのような要件は、エレベータシステムの安定化及び揺れの低減を確実にする。また、リアプノフ理論に基づいて制御を決定することによって、最適に、すなわち、揺れを低減する必要がある場合にのみ張力をかけることが可能になり、それゆえ、エレベータシステムの維持管理コストを削減することが可能になる。例えば、１つの実施の形態では、制御則は、エレベータロープの張力がエレベータロープの揺れ振幅に比例するように決定される。
【００５８】
幾つかの実施の形態では、制御則は、ロープの揺れ振幅の増加に応答してのみ、張力がかけられるように決定される。したがって、揺れが存在するが、エレベータシステムの他の動作要因によって減少しつつあるとき、張力はかけられない。例えば、ロープの揺れ振幅とロープの揺れ速度との積の符号に基づいて、張力をかけることができる。
【００５９】
１つの実施の形態は、擾乱のない（３１６）エレベータシステムのモデル３１２に基づいて制御則３２６を決定する。擾乱は、風の力又は地盤運動（ｅａｒｔｈ  ｍｏｖｅｍｅｎｔ）等の外乱を含むことができる。この実施の形態は、外乱が最小であるときに有利である。しかしながら、そのような実施の形態は、エレベータシステムが実際に擾乱を受けるときには、最適とは言えない可能性がある。
【００６０】
別の実施の形態は、擾乱除去構成要素３１８を用いて制御則を変更して、リアプノフ関数の導関数を強制的に負定値になるようにする。この実施の形態は、擾乱によって影響を及ぼされるシステムの場合に有利である。この実施の形態の１つの変形形態では、外乱はエレベータシステムの動作中に測定される。別の変形形態では、擾乱除去構成要素は、外乱のない境界に基づいて決定される。この実施の形態によれば、擾乱を測定することなく、擾乱をつり合できるようになる。
【００６１】
エレベータシステムの動作中に、その方法は、エレベータロープの揺れ振幅３２２及びエレベータロープの揺れ速度３２４を求める（３２０）。例えば、振幅及び速度は、エレベータシステムの状態の種々のサンプルを用いて直接測定することができる。それに加えて、又は代替的に、揺れ振幅及び揺れ速度は、例えば、エレベータシステムのモデルを用いて推定し、サンプルの数を減らすことができるか、又は種々の補間技法を用いて推定することができる。次に、エレベータロープの張力３３５が、制御則３２６、並びにエレベータロープの揺れ振幅３２２及び揺れ速度３２４に基づいて決定される（３３０）。幾つかの実施の形態では、張力は正の値を有し、張力３３５は張力の大きさのみを含む。代替の実施の形態では、張力３３５は負とすることもでき、張力３３５はベクトルであり、張力の大きさ及び方向を含む。
【００６２】
リアプノフ制御
幾つかの実施の形態は、ロープの張力及びリアプノフ理論を用いて、エレベータシステムを安定させ、ひいては、揺れを安定させる。幾つかの実施の形態によれば、リアプノフ理論及びロープ張力作動を組み合わせることによって、切り替えコントローラが、切り替え条件、例えば、実際の揺れ振幅及び揺れ速度に基づいて、制御張力のオン及びオフの切り替えを最適化する。リアプノフ理論に基づいて、切り替え条件、及びかけられる正の張力の振幅が得られる。
【００６３】
１つの実施の形態は、制御リアプノフ関数Ｖ（ｘ）を以下のように定義する。
【００６４】
【数１２】
2014094833.tif 000014
【００６５】
ただし、
【数１３】
2014094833.tif 000015
は、想定されたモード及びその時間導関数を表すラグランジュ変数であり、Ｍ、Ｋはそれぞれ、式（２）のモデルにおいて定義される質量行列及び剛性行列であり、
【数１４】
2014094833.tif 000016
である。
【００６６】
想定されたモードが１に等しい場合には、ラグランジュ変数
【数１５】
2014094833.tif 000017
は、以下の式によって揺れｕ（ｙ，ｔ）及び揺れ速度ｄｕ（ｙ，ｔ）／ｄｔに関連付けられる。
【００６７】
【数１６】
2014094833.tif 000018
【００６８】
図４Ａは、リアプノフ理論に基づいて制御則を決定するための方法のブロック図を示す。ラグランジュ変数
【数１７】
2014094833.tif 000019
４３０及び４３５は、揺れ振幅ｕ（ｙ，ｔ）３２２及び揺れ速度ｄｕ（ｙ，ｔ）／ｄｔ３２４に基づいて決定される（４１０）。例えば、１つの実施の形態は、以下の式に従ってラグランジュ変数を求める。
【００６９】
【数１８】
2014094833.tif 000020
【００７０】
揺れ振幅ｕ（ｙ，ｔ）及び揺れ速度ｄｕ（ｙ，ｔ）／ｄｔは、種々の方法を用いて直接測定又は推定することができる。例えば、１つの実施の形態は、揺れ箇所においてエレベータロープの揺れを検知する揺れセンサを用いて揺れを特定する。別の実施の形態は、揺れのサンプル及びシステムのモデルを用いて、揺れの振幅を求める。揺れ振幅が求められた後に、幾つかの実施の形態は、例えば、以下の一次導関数を用いて、揺れ速度を求める。
【００７１】
【数１９】
2014094833.tif 000021
【００７２】
ただし、δｔは２つの揺れ振幅測定又は推定間の時間である。
【００７３】
幾つかの実施の形態は、制御則Ｕによって制御されるエレベータシステムの動態に従ったリアプノフ関数の導関数が負定値であるような制御則を決定する。１つの実施の形態は、以下の式に従って、擾乱のない、すなわち、全てのｔの場合にＦ（ｔ）＝０のエレベータシステムの、例えば、式（２）によって表される動態に従ったリアプノフ関数の導関数を求める。
【００７４】
【数２０】
2014094833.tif 000022
【００７５】
ただし、係数ｃ、ｋ及びβは、式（２）に従って求められる。
【００７６】
導関数
【数２１】
2014094833.tif 000023
の負定値性を確実にするために、１つの実施の形態による制御則は、以下の式を含む。
【００７７】
【数２２】
2014094833.tif 000024
【００７８】
幾つかの実施の形態において、ｕ＊は０以下、かつ−ｕ＿ｍａｘ以上である。
【００７９】
この制御則は、２つの定数、例えば、ｕ＊と、最大張力制御を表す正の定数であるｕ＿ｍａｘとの間で切り替わる。この制御則に従ってエレベータロープにかけられる張力は、一定の値、例えば、最大張力を有する。制御則（３）に従ったコントローラは、最大制御と最小制御との間で切り替わることによって、擾乱のないエレベータシステムを安定させる。このコントローラは、実装するのが容易であり、擾乱が未知であるか、又は最小であるときに有利である。
【００８０】
例えば、幾つかの実施の形態では、張力は、ロープの揺れ振幅とロープの揺れ速度との積の符号に基づいてかけられる。その積が求められ（４４０）、符号が調べられる（４５０）。符号が正である場合には、最大張力４５５がかけられる。符号が負である場合には、最小張力４６０がかけられ、例えば、張力はかけられず、すなわち、Ｕ＝０である。
【００８１】
図４Ｂは、導関数
【数２３】
2014094833.tif 000025
の負定値を確実にする代替の実施の形態のブロック図を示す。この場合、本実施の形態の制御則に従ってエレベータロープにかけられる張力は、揺れ振幅及び揺れ速度に関する変動する関数４６５に従う。前述の実施の形態と比べて、この実施の形態は、揺れを制御するために使用するエネルギーが少ないので有利でとすることができる。
【００８２】
この実施の形態によれば、制御則Ｕ（ｘ）は、以下の通りである。
【００８３】
【数２４】
2014094833.tif 000026
【００８４】
ただし、ｋは正のフィードバック利得である。
【００８５】
このようにコントローラを選択する結果として、
【数２５】
2014094833.tif 000027
が成り立ち、その式は、切り替えシステムのための一般化されたラサールの定理、及び式（３）又は（４）に従った制御則を用いる動態（２）の構造によって、擾乱Ｆ（ｔ）＝０であるときに、
【数２６】
2014094833.tif 000028
が大域的指数安定であることを意味する。正の変動する張力制御４６５は、積
【数２７】
2014094833.tif 000029
の振幅の減少とともに減少し、それは、揺れ振幅が小さくなるときに、制御するためにかけられる張力も小さくなることを意味する。したがって、この変動制御則は、使用する制御エネルギーが小さい。
【００８６】
式（４）の制御則による制御下で、制御の振幅は、
【数２８】
2014094833.tif 000030
の減少する振幅及び｜Ｕ｜≦ｕｍａｘとともに減少する。このようにして、積
【数２９】
2014094833.tif 000031
が減少するときに制御張力も減少するので、エレベータロープの張力がエレベータロープの揺れ振幅に比例し、揺れ又はその速度が大きいときに高い制御張力を使用するような制御則が決定される。
【００８７】
擾乱下の制御
コントローラ（３）、（４）は、擾乱Ｆ（ｔ）＝０であるときにエレベータシステムを安定させるが、擾乱Ｆ（ｔ）が０でないとき、そのリアプノフ関数の導関数
【数３０】
2014094833.tif 000032
は、以下のようになるので、その導関数は、もはやいつでも強制的に０になるとは限らない。
【００８８】
【数３１】
2014094833.tif 000033
【００８９】
ただし、係数ｃ、βは、式（２）の場合に定義される。
【００９０】
擾乱に起因して、エレベータシステムの閉ループ動態の大域的指数安定性は、失われる可能性がある。しかしながら、幾つかの実施の形態は、有界擾乱Ｆ（ｔ）の場合に状態ベクトルが制限されるという認識に基づいており、それゆえ、外乱３１６のないエレベータシステムの場合の制御則を、擾乱除去構成要素３１８を用いて変更して、リアプノフ関数の導関数が負定値であることを確実にすることができる。さらに、擾乱除去構成要素は、外乱の境界に基づいて決定することができる。この実施の形態は、擾乱を直接測定することが望ましくないときに有利である。
【００９１】
幾つかの実施の形態は、リアプノフ再構成技法を用いて擾乱除去構成要素ｖ（ｘ）を決定する。以下の式に従って、擾乱除去構成要素を用いて、外乱を用いない制御則Ｕｎｏｍが変更される。
【００９２】
【数３２】
2014094833.tif 000034
【００９３】
この場合、リアプノフ導関数は、以下の通りである。
【００９４】
【数３３】
2014094833.tif 000035
【００９５】
幾つかの実施の形態は、
【数３４】
2014094833.tif 000036
が負定値であるようにｖを選択する。例えば、１つの実施の形態は、以下の不等式を満たすｖを選択する。
【００９６】
【数３５】
2014094833.tif 000037
【００９７】
ただし、Ｆ＿ｍａｘは擾乱の上限を表しており、βは式（２）の場合に定義される。
【００９８】
１つの実施の形態は、以下のようにｖ（ｘ）を選択する。
【００９９】
【数３６】
2014094833.tif 000038
【０１００】
ただし、
【数３７】
2014094833.tif 000039
、εは２つの正の利得であり、Ｆ＿ｍａｘは擾乱力Ｆ（ｔ）の上限を表しており、符号関数は、以下の通りである。
【０１０１】
【数３８】
2014094833.tif 000040
【０１０２】
したがって、リアプノフ関数の導関数は、
【数３９】
2014094833.tif 000041
であり、それは、状態ベクトルが不変集合
【数４０】
2014094833.tif 000042
に収束するのを確実にする。
【０１０３】
この場合、状態ベクトルのノルムは、
【数４１】
2014094833.tif 000043
を調整することによって任意に小さくすることができる。β＜１であるので、状態ベクトルを小さな値に収束させるために、大きな利得
【数４２】
2014094833.tif 000044
が必要とされる。
【０１０４】
しかしながら、綱車回転を介しての作動を用いるとき、負の張力は、実現不可能であるので、コントローラ
【数４３】
2014094833.tif 000045
は、全ての応用形態の場合に実用的であるとは限らない。その際、制御則は、以下のように変更される。
【０１０５】
【数４４】
2014094833.tif 000046
【０１０６】
関数ｍａｘは、以下の通りである。
【０１０７】
【数４５】
2014094833.tif 000047
【０１０８】
式（５）の制御則では、符号関数は不連続であり、結果としてコントローラが迅速に切り替わり、いわゆる、チャタリング効果が生じる可能性がある。幾つかの実施の形態は、以下のように、関数ｍａｘを連続近似「ｓａｔ」関数に置き換えることによって、制御信号のチャタリングを回避することが有利である。
【０１０９】
【数４６】
2014094833.tif 000048
【０１１０】
ｓａｔ関数は、以下の通りである。
【０１１１】
【数４７】
2014094833.tif 000049
【０１１２】
上記の実施の形態は、数多くの方法のいずれかにおいて実現することができる。例えば、それらの実施の形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせを用いて実現することができる。ソフトウェアにおいて実現されるとき、そのソフトウェアコードは、単一のコンピュータ内に設けられるにしても、複数のコンピュータ間に分散されるにしても、任意の適切なプロセッサ、又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは、集積回路として実現することができ、集積回路構成要素内に１つ又は複数のプロセッサが含まれる。しかしながら、プロセッサは、任意の適切な構成の回路を用いて実現することができる。
【０１１３】
さらに、コンピュータは、ラック取付けコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ミニコンピュータ又はタブレットコンピュータ等の幾つかの形態のうちのいずれかにおいて具現できることは理解されたい。また、コンピュータは、１つ又は複数の入力及び出力デバイスを有することができる。これらのデバイスは、とりわけ、ユーザーインターフェースを提供するために用いることができる。ユーザーインターフェースを提供するために用いることができる出力デバイスの例は、出力を視覚的に提示するためのプリンタ又はディスプレイ画面、及び出力を聴覚的に提示するためのスピーカー又は他の音生成デバイスを含む。ユーザーインターフェースのために用いることができる入力デバイスの例は、キーボード、並びにマウス、タッチパッド及びデジタイジングタブレット等のポインティングデバイスを含む。別の例として、コンピュータは、音声認識を通して、又は他の可聴形式において入力情報を受信することができる。
【０１１４】
そのようなコンピュータは、企業ネットワーク又はインターネット等の、ローカルエリアネットワーク又はワイドエリアネットワークを含む、任意の適切な形態の１つ又は複数のネットワークによって相互連結することができる。そのようなネットワークは、任意の適切な技術に基づくことができ、任意の適切なプロトコルに従って動作することができ、無線ネットワーク、有線ネットワーク又は光ファイバネットワークを含むことができる。
【０１１５】
また、本明細書において概説される種々の方法又はプロセスは、種々のオペレーティングシステム又はプラットフォームのいずれか１つを利用する１つ又は複数のプロセッサ上で実行可能であるソフトウェアとしてコード化することができる。さらに、そのようなソフトウェアは、幾つかの適切なプログラミング言語及び／又はプログラミングツール若しくはスクリプト記述ツールのいずれかを用いて書くことができ、フレームワーク又は仮想機械上で実行される実行可能機械語コード又は中間コードとしてコンパイルすることもできる。例えば、本発明の幾つかの実施の形態は、ＭＡＴＬＡＢ−ＳＩＭＵＬＩＭＫを使用する。
【０１１６】
この点において、本発明は、コンピュータ可読記憶媒体又は複数のコンピュータ可読媒体、例えば、コンピュータメモリ、コンパクトディスク（ＣＤ）、光ディスク、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、磁気テープ及びフラッシュメモリとして具現することができる。代替的に、又はそれに加えて、本発明は、伝搬する信号等の、コンピュータ可読記憶媒体以外のコンピュータ可読媒体として具現することができる。
【０１１７】
用語「プログラム」又は「ソフトウェア」は、本明細書において、コンピュータ又は他のプロセッサをプログラミングし、上記で論じられたような本発明の種々の態様を実施するために用いることができる任意のタイプのコンピュータコード又は１組のコンピュータ実行可能命令を指すために、一般的な意味において用いられる。
【０１１８】
コンピュータ実行可能命令は、１つ又は複数のコンピュータ又は他のデバイスによって実行されるプログラムモジュールのような、数多くの形をとることができる。一般的に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか、又は特定の抽象データ型を実現するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント及びデータ構造を含む。通常、プログラムモジュールの機能は、種々の実施の形態において望ましいように、組み合わせることができるか、又は分散させることができる。
【０１１９】
また、本発明の実施の形態は、方法として具現することができ、その一例が提供されてきた。その方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法において順序化することができる。したがって、例示的な実施の形態において順次の動作として示される場合であっても、例示されるのとは異なる順序において動作が実行される実施の形態を構成することもでき、異なる順序は、幾つかの動作を同時に実行することを含む場合もある。
【０１２０】
請求項要素を変更するために特許請求の範囲において「第１の」、「第２の」のような序数の用語を使用することは、それだけで、或る請求項要素が別の請求項要素よりも優先度が高いこと、優位であること、若しくは上位にあることを、又は方法の動作が実行される時間的な順序を暗示するのではなく、請求項要素を区別するために、或る特定の名称を有する１つの請求項要素を（序数用語を使用することは別にして）同じ名称を有する別の要素から区別するラベルとして単に使用される。
【図１Ａ】
2014094833.tif 000075
【図１Ｂ】
2014094833.tif 000076
【図１Ｃ】
2014094833.tif 000077
【図１Ｄ】
2014094833.tif 000078
【図１Ｅ】
2014094833.tif 000079
【図２】
2014094833.tif 000080
【図３】
2014094833.tif 000081
【図４Ａ】
2014094833.tif 000082
【図４Ｂ】
2014094833.tif 000083
【外国語明細書】
2014094833.tif 000084
2014094833.tif 000085
2014094833.tif 000086
2014094833.tif 000087
2014094833.tif 000088
2014094833.tif 000089
2014094833.tif 000090
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2014094833.tif 000092
2014094833.tif 000093
2014094833.tif 000094
2014094833.tif 000095
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