(57)【要約】【課題】  速度追従性能と振動抑制性能を両立させるとともに、安全性を確保できるエレベーターのドア制御装置ならびにそれを用いるエレベーターのドア駆動システムを提供する。【解決手段】  エレベーターのドア制御装置は、乗りかご１０３に設けられるドア機構を駆動するための制御指令を、ドア動作状態の目標指令に応じて出力するものであって、制御入力に応じて、制御指令を作成する制御部１０８と、ドア動作状態および制御入力を併せて評価する評価指標を有し、評価指標を最適化する制御入力を演算し、演算される制御入力を制御部へ出力する最適制御部１１３と、を備える。【選択図】図１
2019048697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗りかごに設けられるドア機構を駆動するための制御指令を、ドア動作状態の目標指令に応じて出力するエレベーターのドア制御装置において、
制御入力に応じて、前記制御指令を作成する制御部と、
前記ドア動作状態および前記制御入力を併せて評価する評価指標を有し、前記評価指標を最適化する前記制御入力を演算し、演算される前記制御入力を前記制御部へ出力する最適制御部と、
を備えることを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記最適制御部は、
前記ドア機構のモデルを有し、
前記モデルによって前記ドア動作状態を演算し、演算される前記ドア動作状態に基づいて、前記評価指標を最適化する前記制御入力を演算することを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記最適制御部は、
前記モデルによって現時刻から所定時間までの予測区間における前記ドア動作状態を演算し、演算される前記ドア動作状態に基づいて、前記予測区間における前記評価指標を最適化する前記制御入力を演算することを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記ドア機構の前記ドア動作状態を検出する検出部を備え、
前記最適制御部は、
前記検出部からの前記ドア動作状態の帰還値を初期値として、前記ドア動作状態を演算することを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記最適制御部は、
所定の制約条件のもとで前記制御入力を演算することを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記制約条件がドアの運動エネルギーであり、
前記評価指標は、前記ドア動作状態および前記制御入力とともに、前記運動エネルギーを評価することを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項７】
請求項３に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記評価指標は、前記ドア動作状態と前記目標指令との差分によって前記ドア動作状態を評価することを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記評価指標は、前記ドア動作状態および前記制御入力を変数として含む関数の積分であり、
前記最適制御部は、前記積分を最小にする前記制御入力を演算することを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項９】
請求項３に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記評価指標は、前記ドア動作状態および前記制御入力を変数として含む関数の積分であり、
前記最適制御部は、前記予測区間における前記積分を最小にする前記制御入力を演算することを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記関数は二次形式であることを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項１１】
請求項１または請求項３に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記ドア動作状態は、前記ドア機構におけるドアの加速度を含むことを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項１２】
請求項１または請求項３に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記ドア動作状態が、前記ドア機構におけるドアの速度および加速度であり、
前記制御入力が電流指令であることを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項１３】
請求項１または請求項３に記載されるエレベーターのドア制御装置において、
前記ドア動作状態が、前記ドア機構におけるドアの位置および加速度であり、
前記制御入力が速度指令であることを特徴とするエレベーターのドア制御装置。
【請求項１４】
モータと、前記モータによって開閉駆動されるドアと、前記モータを駆動するインバータ装置とを備え、乗りかごに設けられるドア機構と、
前記ドア機構を駆動するために前記インバータ装置に与えられる制御指令を、ドア動作状態の目標指令に応じて出力するドア制御装置と、
を備えるエレベーターのドア駆動システムにおいて、
前記ドア制御装置は、
制御入力に応じて、前記制御指令を作成する制御部と、
前記ドア動作状態および前記制御入力を併せて評価する評価指標を有し、前記評価指標を最適化する前記制御入力を演算し、演算される前記制御入力を前記制御部へ出力する最適制御部と、
を備えることを特徴とするエレベーターのドア駆動システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載されるエレベーターのドア駆動システムにおいて、
前記最適制御部は、
前記ドア機構のモデルを有し、
前記モデルによって現時刻から所定時間までの予測区間における前記ドア動作状態を演算し、演算される前記ドア動作状態に基づいて、前記予測区間における前記評価指標を最適化する前記制御入力を演算することを特徴とするエレベーターのドア駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエレベーターのドア制御装置、ならびにそれを用いるエレベーターのドア駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エレベーターのドア制御装置は、かご側に取り付けられており、モータの動力によってドアパネルをスライドさせることにより、ドアの開閉動作を制御する。
【０００３】
ドアパネルは、プーリに巻き掛けられる無端状のベルト(Ｖベルト、歯付ベルトなど)または鋼線ロープに結合される。モータの動力によってベルトまたは鋼線ロープが駆動されると、ドアパネルがともに動いて左右にスライドする。
【０００４】
ドアパネルは、かご出入口の上部に設けられるドアレールに懸架される。また、ドアパネルの下部に設けられるドアシューが、かご床部における敷居（シル）の溝に、摺動可能に係合する。ドアパネルは、ドアレールおよび敷居の溝に案内されて、出入口からずれることなく一定方向にスライドする。
【０００５】
かごが着床している時、乗場側ドアとかご側ドアは、各ドアに設けられる係合子によって互いに係合される。これにより、かご側のドアが駆動されると乗場側ドアも駆動されるので、両ドアは同時に開閉する。
【０００６】
上述のような機構を備えるドアの開閉制御においては、速度追従性能と振動抑制性能の両立が要求される。速度追従性能が低いと、速度誤差に伴って位置誤差が生じるため、ドアが、速度指令に応じた所望の距離を正確に移動できなくなる。これにより、ドアの減速開始位置が所定位置からずれるため、ドアが開端部あるいは閉端部に衝突したり、ドアが開端部あるいは閉端部まで移動する時間が長くなったりする。また、振動抑制性能が低いと、ドアが振動して騒音が発生したり、低周波数で共振して機構部が破損したりする。
【０００７】
速度追従性能と振動抑制性能は、通常の比例積分制御（ＰＩ制御）ではトレードオフの関係にあるので、所望の性能を得るために、ドア機構やその動作状態に応じて制御ゲインや制御指令の調整が必要となる。
【０００８】
たとえば、ドアの重量やドア開閉時の制御データの履歴に基づいて、制御ゲインを変更したり（特許文献１および特許文献２参照）、速度指令のパターンを変更したりする（特許文献３参照）。
【０００９】
また、ドアの開閉制御においては、安全性も要求される。これに対し、ドアが閉じる時の運動エネルギーが基準値を満たすように速度指令値を設定することにより、乗客がドアに挟まれた場合の衝撃が緩和される（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平４−２４３７９１号公報
【特許文献２】特開２０００−１５９４６１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５２９７３号公報
【特許文献４】特開２００９−１５５０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、制御ゲインを変更すると、速度追従性は向上するものの、制御器の応答周波数が変化するため、ドア機構の共振周波数と制御器の応答帯域が重なると、振動や騒音が発生する。従って、振動抑制性能を満足できるとは限らない。
【００１２】
また、速度指令のパターンを変更すると、ドアの運動エネルギーが変わるため、変更後のパターンによっては、ドアの運動エネルギーが大きくなる。従って、十分な安全性を確保することが難しくなる。
【００１３】
また、運動エネルギーが基準値を満たすように速度指令値を設定するだけでは、十分な安全性を確保できても、速度追従性能および振動抑制性能の両立は難しい。
【００１４】
そこで、本発明は、複数の性能を両立させることができるエレベーターのドア制御装置ならびにそれを用いるエレベーターのドア駆動システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明によるエレベーターのドア制御装置は、乗りかごに設けられるドア機構を駆動するための制御指令を、ドア動作状態の目標指令に応じて出力するものであって、制御入力に応じて、制御指令を作成する制御部と、ドア動作状態および制御入力を併せて評価する評価指標を有し、評価指標を最適化する制御入力を演算し、演算される制御入力を制御部へ出力する最適制御部と、を備える。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明によるエレベーターのドア駆動システムは、モータと、モータによって開閉駆動されるドアと、モータを駆動するインバータ装置とを備え、乗りかごに設けられるドア機構と、ドア機構を駆動するためにインバータ装置に与えられる制御指令を、ドア動作状態の目標指令に応じて出力するドア制御装置と、を備えるものであって、ドア制御装置は、制御入力に応じて、制御指令を作成する制御部と、ドア動作状態および制御入力を併せて評価する評価指標を有し、評価指標を最適化する制御入力を演算し、演算される制御入力を制御部へ出力する最適制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ドア動作状態に関する複数の性能を両立させることができる。
【００１８】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１であるエレベーターのドア制御装置を示す全体構成図である。
【図２】速度パターンの一例を示す。
【図３】実施例１におけるモデル予測制御によるドアの速度波形の一例を示す。
【図４】通常の比例積分制御による速度波形例を示す。
【図５】実施例１におけるモデル予測制御と比例積分制御とによる加速度波形例を示す。
【図６】実施例２であるエレベーターのドア制御装置を示す全体構成図である。
【図７】実施例２におけるモデル予測制御によるドアの速度指令および速度波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、下記の実施例１〜２により、図面を用いながら説明する。なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１である、ドア制御装置（ドア制御コントローラ）を含む、エレベーターのドア駆動システムを示す全体構成図である。
【００２２】
図１中、１０３は階床間を昇降するエレベーターの乗りかごであり、構成要素１０１，１０２，１０４〜１０７によって乗りかご１０３のドア機構が構成される。１０１は直流電源、１０２は直流電源１０１によって充電される直流コンデンサ、１０４は乗りかご１０３のドアを開閉するドアモータ、１０５はドアモータ１０４を駆動するインバータ装置、１０６はドアモータ１０４に流れる電流を検出するモータ電流検出器、１０７はドアモータ１０４の回転数や回転子位置を検出するロータリーエンコーダを示す。本実施例１においては、ドアモータ１０４として、永久磁石同期モータが適用される。
【００２３】
なお、ドア機構の構成要素としては、他に、ドアパネルが結合されて、ドアモータ１０４によって駆動される無端状のベルトなどがあるが、ドア機構自体は、公知の技術によるものであり、詳細な説明は省略する。
【００２４】
図１中、１０８〜１１７はインバータ装置１０５を制御するドア制御コントローラの構成要素を示す。なお、各構成要素については後述する。
【００２５】
直流電源１０１の直流電力を直流コンデンサ１０２に充電することで、インバータ装置１０５への電圧一定の直流入力電力を得る。この直流入力電力は、ドア制御コントローラが出力する制御指令に応じてインバータ装置１０５を制御することで、交流電力に変換される。インバータ装置１０５から出力されるこの交流電力によってドアモータ１０４が回転されて、ドアの開閉が制御される。なお、本実施例１において、ドア制御コントローラが出力する制御指令は、インバータ装置１０５の主回路を構成する電力変換用半導体スイッチング素子のオン・オフを制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）指令である。電力変換用半導体スイッチング素子としては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や接合形バイポーラトランジスタなどが適用できる。
【００２６】
次に、ドア制御コントローラについて説明する。
【００２７】
以下に詳述するように、本実施例１におけるドア制御コントローラは、ドア動作状態の目標指令である速度指令および加速度指令に応じて、ドア機構を駆動するための制御指令、すなわち前述のＰＷＭ指令を出力する。ここで、ＰＷＭ指令は電流制御部１０８から出力されるが、この時、電流制御部１０８への制御入力である電流指令（モータ電流の指令値）は、いわゆる最適制御を適用して作成される。
【００２８】
モータ電流検出器１０６で検出されるモータ電流の値がドア制御コントローラに取り込まれ、電流制御部１０８に入力される。電流制御部１０８は、永久磁石同期モータを制御するためのベクトル制御により、検出されるモータ電流が電流指令によって与えられる所望の電流値となるようにｄｑ軸電圧指令を作成する。さらに、電流制御部１０８は、ｄｑ軸電圧指令を２相３相座標変換により三相電圧指令に変換し、この三相電圧指令に基づいて作成するＰＷＭ指令をインバータ装置１０５における電力変換用半導体スイッチング素子へ出力する。
【００２９】
また、ロータリーエンコーダ１０７は、ドアモータ１０４の回転に同期してパルス信号を出力する。このパルス信号は、速度検出部１０９に入力される。速度検出部１０９は、入力されるパルス信号の間隔や単位時間あたりのパルス数などから、ドアモータ１０４の速度を検出し、その速度情報を速度帰還値として、最適制御部１１３へ出力する。
【００３０】
加速度センサ１１６は、ドアの振動状態を示すドアの加速度を検出する。検出された加速度は加速度検出部１１７に入力される。加速度検出部１１７は、入力される加速度のアナログ信号をＤ／Ａ変換することで加速度情報とし、その加速度情報を加速度帰還値として、最適制御部１１３へ出力する。加速度センサ１１６としては、たとえば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）が利用される３軸加速度センサなどが適用される。
【００３１】
なお、本実施例１では、速度および加速度がそれぞれセンシングされるが、これに限らず、速度情報を微分して加速度情報を算出したり、速度および加速度をオブザーバやカルマンフィルタなどを用いて推定したりしてもよい。
【００３２】
加速度指令生成部１１０は、ドアの振動加速度に対する指令値を生成して、最適制御部１１３へ出力する。なお、通常、ドアの振動を抑えるため、指令値は零である。
【００３３】
速度指令生成部１１１は、速度指令すなわちドアの速度パターンを生成して、最適制御部１１３へ出力する。速度パターンの一例を図２に示す。なお、図２には、対応する加速度パターン、すなわちドア走行方向の加速度を併記する。
【００３４】
図２に示すように、ドアを開閉させるときの速度パターンは、ドア走行開始時およびドア停止時、すなわち戸の開閉端部では低速であり、間口すなわちドア走行範囲の中央付近で最大速度となる。本速度パターンは、図２に示すように、いわば帽子（ハット）型の速度パターンである。
【００３５】
最適制御部１１３（図１）は、ドアの機構部分に関する運動方程式で表現されるドアモデル１１４と、最適制御問題を解くためのソルバである最適化器１１５を備える。最適制御部１１３は、加速度指令生成部１１０から入力する加速度指令と、速度指令生成部１１１から入力する速度パターン（速度指令）とに基づいて、速度検出部１０９で検出される速度帰還値が速度指令に追従するように、かつ加速度検出部１１７で検出される加速度帰還値が加速度指令に追従してドアの振動が抑えられるように、電流指令を、最適制御問題を解くことにより作成して、電流制御部１０８へ出力する。
【００３６】
本実施例１において、ドアモデル１１４における運動方程式は、状態量として速度および加速度を含むいわゆる状態方程式によって表わされる。さらに、運動方程式はドア駆動力を含む。駆動力は、ドアモータ１０４のトルクによって与えられるので、ドアモータ１０４に流れるモータ電流に依存する。そこで、本実施例１において、ドア駆動力は、最適制御部１１３から電流制御部１０８へ出力される電流指令で表され、運動方程式は電流指令を含む。
【００３７】
ここで、最適制御部１１３においては、ドア動作状態である速度および加速度、ならびにドア駆動力を与える電流指令が、後述するように所定の評価指標により、併せて総合的に評価される。最適制御部１１３は、評価指標を最適化する電流指令を演算し、演算した電流指令を、制御入力として電流制御部に与える。なお、本実施例１においては、評価指標が所定の関数（評価関数）によって表わされる。
【００３８】
ここで、評価する速度および加速度は、それぞれ、ドアモデル１１４によって演算される、ドア機構の速度応答および加速度応答である。なお、追従性を評価するために、評価指標においては、速度指令と速度応答との差分、並びに加速度指令と加速度応答との差分を評価値とする。また、本実施例１においては、安全性を確保するため、速度応答および加速度応答に応じたドアの運動エネルギーを評価する。従って、ドアの運動エネルギーも、評価指標における評価値とする。
【００３９】
なお、本実施例１において、最適制御における評価指標は、上記の各評価値を変数とする所定の関数（評価関数）によって表わされる。
【００４０】
さらに、本実施例１において、最適制御部１１３は、現時点において加速度検出部１１７および速度検出部１０９がそれぞれ出力する加速度帰還値および速度帰還値を初期値として、ドアモデル１１４を用いて、現時点から所定時間分の将来（以下、「予測期間」と記す）の速度応答および加速度応答を演算する。最適制御部１１３は、演算された各応答について評価値を演算し、最適化器１１５を用いて、電流指令を含めて各評価値を含む評価関数について、予測期間における所定時間分の積分値が最適（例えば、最小もしくは最大）になる場合の電流指令を演算する。なお、具体的な演算手段については後述する。
【００４１】
制約条件記憶部１１２は、最適制御部１１３が最適制御問題を解くための制約条件を記憶する。従って、最適制御部１１３は、制約条件記憶部１１２から制約条件を読み出し、読み出した制約条件のもとで最適制御を実行する。制約条件は、たとえば、「速度検出値の最大値および最小値」、「電流指令の最大値および最小値」、「電流指令の傾きの最大値および最小値」、「ドアの運動エネルギーの最大値および最小値」である。これらは、いわば、最適制御部１１３の入出力の最大・最小値や入出力の傾きの最大・最小値である。
【００４２】
なお、最適制御問題において、ドアモデル１１４における状態量（状態方程式）を制約条件とすることもできる。たとえば、ドア機構部の運動方程式の出力部（出力方程式）にドア端の速度が含まれる場合、ドア端の速度に関する状態量を制約条件にすることができる。この場合、ドア端の速度とドアの運動エネルギーとは対応するので、運動エネルギーを運動方程式の出力部に追加して、ドアモデル１１４に運動エネルギーを新たな状態量として追加することにより、制約条件を変形して用いても良い。
【００４３】
以下、最適制御部１１３における演算手段について説明する。なお、まず、最適制御問題の一般論に沿って説明し、次に、本実施例１に適用される演算手段について説明する。
【００４４】
最適制御部１１３は、有限時間の範囲内（予測期間）で、状態フィードバック制御則を求めることが問題として設定される最適制御問題を解くことにより出力（電流指令）を決定する。このような制御は、一般的には、「モデル予測制御（Model Predictive Control：ＭＰＣと略記される）」、または「receding horizon 制御（ＲＨ制御と略記される）と呼ばれる。ここで、ドアの状態方程式を時不変として式（１）で定義する。
【００４５】
【数１】
2019048697.tif 000003
【００４６】
ｘ（ｔ）は状態ベクトルであり、ドアの速度、加速度、運動エネルギーなどを状態量とする。またｕ（ｔ）は制御入力ベクトルであり、電流指令やトルク指令に対応する。
【００４７】
式（１）によって表わされるドアモデルとしては、たとえば、モータからドアパネルまで含めて一つの慣性とするモデルや、モータと接続されているベルトをばね・ダンパとするモデルなどがある。適用するモデルは、要求される制御性能（制振性能や追従性能など）に応じて、適宜選択される。一般的には、より高次化したモデルが、制御性能が高いが、計算コストが高くなるので、計算コストも考慮してモデルを選択することが好ましい。
【００４８】
本実施例１においては、適用されるモデルに関わらず、ドアの運動エネルギーを制約条件とする。これにより、運動エネルギーが過大あるいは過小になることなく、ドアを開閉することが可能となる。さらに、制約条件の範囲内で評価値（ドア速度およびドア加速度については、これらと指令値との差分）の時間積分、あるいはこれら評価値を含む評価関数の時間積分が最も小さくなるようにｕ（ｔ）を設定することにより、制約条件を満足しつつ、速度追従性と振動抑制性能を共に向上することができる。
【００４９】
モデル予測制御における最適制御問題では、システムの応答を最適化するために、式（２）のような評価関数Ｊが最小化されることが知られている。式（２）において、右辺第一項および積分されるＬは、スカラー値関数である。
【００５０】
【数２】
2019048697.tif 000004
【００５１】
ここで、ｔは制御する現在時刻、Ｔは評価をする将来の時間である評価区間長さを示しており、この区間内で、Ｊを最小にする制御入力ベクトルｕ（ｔ）を演算する。これにより、有限な将来時間までの最適な制御入力を求めることができる。
【００５２】
制御入力ベクトルｕ（ｔ）を求めるために、式（３）のようなハミルトニアンＨが導入される。
【００５３】
【数３】
2019048697.tif 000005
【００５４】
式（３）のハミルトニアンＨを導入すると、評価関数Ｊの第一変分の停留条件から導かれる式（５）〜（７）ならびに状態方程式（式（４））から、ｕ（ｔ）を求めることができことが知られている。
【００５５】
【数４】
2019048697.tif 000006
【００５６】
【数５】
2019048697.tif 000007
【００５７】
【数６】
2019048697.tif 000008
【００５８】
【数７】
2019048697.tif 000009
【００５９】
ここで、λは随伴変数ベクトル、μは終端状態量固定条件に対するラグランジュ乗数ベクトルである。モデル予測制御（ＭＰＣ）においては、各時刻において、状態量ｘ０を初期値として、上記の式を数値解析的に解くことで、評価関数Jを最小にする最適な制御入力ｕｏｐｔを求めることができる。なお、数値解析的に解く方法としては、間接法として、勾配法であるニュートン法や最急降下法などが知られている。また、直接法として、非線形計画問題に変換し、有効制約法や内点法を用いる解法が知られている。
【００６０】
本実施例１においては、速度追従性能と振動抑制性能を両立させ、同時に制約条件（運動エネルギー）を満足するために、式（８）のように複数の評価値を含む二次形式の評価関数Ｊが設定される。また、式（９）および式（１０）は制約条件を示す。
【００６１】
【数８】
2019048697.tif 000010
【００６２】
【数９】
2019048697.tif 000011
【００６３】
【数１０】
2019048697.tif 000012
【００６４】
式（８）において、ｖｄは速度応答、ｖｒｅｆは速度指令値、ａｄは加速度応答、ａｒｅｆは加速度指令値、ｕは電流指令の大きさ、Ｖは運動エネルギーを示す。また、ｗ１〜ｗ４は重み係数であり、各重みのバランスは、解析や試験によって調整される。
【００６５】
式（９）は電流指令の最大値・最小値を示している。式（９）の制約条件により、出力の急激な変化が抑制される。式（１０）は、運動エネルギーの最大値・最小値を示している。式（１０）の制約条件により、ドアの移動時の運動エネルギーが、過大もしくは過小にならないように制御される。
【００６６】
式（８）において、第一項は速度の追従誤差を示し、第二項は加速度の追従誤差を示す。このように、これらの項が評価関数に含まれることにより、速度追従性能と振動抑制性能が両立する。
【００６７】
上述のように、式（３）〜（７）を用いて、式（８）の評価関数Ｊを最小にする最適な制御入力ｕｏｐｔ（電流指令）を、数値解析的に求めることができる。このとき、所定の時間間隔で、上述の予測期間についての演算を繰り返し、各時点における演算によって、逐次、ｕｏｐｔが設定される。
【００６８】
図３は、本実施例１におけるモデル予測制御によるドアの速度波形の一例を示す。なお、図３中には、速度指令（速度パターン）を併記する。
【００６９】
図３に示すように、速度波形の形状は速度パターンに実質的に一致している。このように、本実施例１は良好な速度追従性能を示す。
【００７０】
図４は、比較例として、通常の比例積分制御による速度波形例を示す。図４の波形例においては、本実施例１（図３）とは異なり、速度のピーク付近などにおいて、速度パターンからのずれがある。
【００７１】
図５は、本実施例１におけるモデル予測制御（ＭＰＣ）と、比例積分制御（ＰＩ制御）とによる、ドアの加速度波形例を示す。
【００７２】
図５に示すように、本実施例１におけるモデル予測制御（ＭＰＣ）によれば、良好な速度追従性を確保しながら（図３）、ドアの振動を抑えることができる。
【００７３】
上述のように、本実施例１によれば、ドアの速度および加速度を併せて評価する最適制御により、電流指令が設定されるので、速度追従性と振動抑制性能を両立させることが可能となる。また、ドアの運動エネルギーを制約条件のもとで評価するので、乗客がドアに接触した場合にも安全性が確保されるとともに、省エネルギー性が向上する。
【００７４】
また、本実施例１においては、複数の制御性能（速度追従性、振動抑制）およびドアの運動エネルギーを、一つの評価関数によって、一括して評価するため、複数の制御性能および運動エネルギーのバランスをとるために、制御ゲインを複雑に調整したり、制御系を再設計したりすることを不要にできる。
【００７５】
なお、本実施例１のように、逐次演算することなく、図２のような所定の速度パターンに対し、最適制御問題を解くことにより、予め電流指令パターンを求め、求められた電流指令パターンに従ってインバータ装置１０５を制御することも可能である。
【実施例２】
【００７６】
図６は、本発明の実施例２である、ドア制御装置（ドア制御コントローラ）を含む、エレベーターのドア駆動システムを示す全体構成図である。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。
【００７７】
本実施例２においては、位置指令生成部２０１により生成される位置パターン（位置指令）が、最適制御部１１３に入力される。また、位置検出部２０３は、速度検出部１０９から出力される速度情報を積分して、ドア（またはモータ）の位置（移動距離）を演算する。演算される位置情報は、位置帰還値として最適制御部１１３へ入力される。
【００７８】
最適制御部１１３は、位置指令と、加速度指令生成部１１０により生成される加速度指令とに基づいて、位置帰還値が位置指令に追従するように、かつドアモデル１１４における状態量である加速度が加速度指令に追従してドアの振動が抑えられるように、速度指令を、最適制御問題を解くことにより作成して、速度制御部２０２へ出力する。
【００７９】
本実施例２において、ＰＷＭ指令を作成する制御部は、電流制御部１０８と速度制御部２０２によって構成される。速度制御部２０２は、最適制御部１１３から入力する速度指令と、速度検出部１０９よりフィードバックされる速度情報帰還値とに基づいて、速度情報帰還値が速度指令に追従するように、比例積分制御などにより電流指令を作成して、電流制御部１０８へ出力する。電流制御部１０８は、実施例１と同様に、検出されるモータ電流が電流指令によって与えられる所望の電流値となるようにＰＷＭ指令を作成する。
【００８０】
本実施例２においては、最適制御部１１３は、評価指標により、位置、加速度、速度指令、ドアの運動エネルギーを評価する。ここで、評価される位置および加速度は、それぞれ、ドアモデル１１４によって演算される、ドア機構の位置応答、および状態量である加速度である。
【００８１】
本実施例２においては、最適制御部１１３が、評価指標として式（１１）のような評価関数Ｊを最小とする速度指令を演算する。これにより、ドアの振動を抑えつつ、制約条件の範囲で最速で開閉されるような速度パターンが得られる。
【００８２】
【数１１】
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【００８３】
式（１１）において、ｐｄは位置応答、ｐｒｅｆは位置指令値、ａｄは状態量である加速度の値、ａｒｅｆは加速度指令値、ｕは最適制御部１１３から速度制御部２０２への制御入力（速度指令）の大きさ、Ｖはドアの運動エネルギーである。ｗ１〜ｗ４は重み係数であり、各重みのバランスは、解析や試験によって調整される。
【００８４】
本実施例２においても、制約条件は、式（９）および式（１０）で示される。ただし、式（９）は、速度指令の最大値・最小値を示す。
【００８５】
式（１１）において、第一項は位置の追従誤差を示し、第二項は加速度の追従誤差を示す。このように、これらの項が評価関数に含まれることにより、位置追従性能と振動抑制性能が両立するとともに、位置の追従誤差を最小とすることで、制約条件のもとで、最短時間でドアが開閉する速度パターンが作成される。
【００８６】
図７は、本実施例２におけるモデル予測制御によるドアの速度指令（速度パターン）および速度波形を示す。図７中に、位置指令生成部２０１によって生成される位置パターン（位置指令）を併記する。
【００８７】
図７は、ドア開時における速度パターンおよび速度波形を示す。ドア始動時はドアの係合部の騒音を低減するために、かご側および乗場側ドアの係合子同士が接触する位置Ａを位置指令とし、その後ドアの開端位置Ｂを位置指令とする。
【００８８】
図７に示すように、本実施例２において生成される速度パターンは、ドアの開閉時間を最短にするために、図２に示す速度パターンとは形状が異なる。
【００８９】
通常、ドアの開閉は、速度制御系で制御されることが多く、図２に示すような速度パターンが適用される。図２の速度パターンは、開端および閉端付近における低速域と、両端間の中央部における高速域を有している。低速域は、開閉開始時における騒音低減や、ドアが受ける衝撃力低減を考慮して設けられる。図２のような速度パターンの形状は、経験的に取得されたものである。しかし、図２のような速度パターンでは、開閉時間が最短とは限らない。これに対し、本実施例２では、最適制御問題を解くことによって、開閉速度が最短となる速度パターンの形状が得られる。
【００９０】
上述のように、本実施例２によれば、ドアの位置および加速度を併せて評価する最適制御により、速度指令が設定されるので、位置追従性と振動抑制性能を両立させながら、最速でドアを開閉することができる。また、ドアの運動エネルギーを制約条件のもとで評価するので、乗客がドアに接触した場合にも安全性が確保されるとともに、省エネルギー性が向上する。
【００９１】
また、本実施例２においては、複数の制御性能（位置追従性、振動抑制）およびドアの運動エネルギーを、一つの評価関数によって、一括して評価するため、複数の制御性能および運動エネルギーのバランスをとるために、制御ゲインを複雑に調整したり、制御系を再設計したりすることを不要にできる。
【００９２】
なお、本実施例２のように、逐次演算することなく、図７のような位置パターンに対し、最適制御問題を解くことにより、予め速度指令パターンを求め、求められた速度指令パターンに従ってインバータ装置１０５を制御することも可能である。
【００９３】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【００９４】
例えば、ドアは、片開き形および両開き形のいずれでも良い。また、開閉するドアパネルの枚数は任意で良い。また、ドアモータの駆動力がリンク機構を介してドアに伝えられても良い。また、ドア機構のモデルは、状態方程式に限らず、微分方程式などによって表わされても良い。
【符号の説明】
【００９５】
１０１  直流電源
１０２  直流コンデンサ
１０３  乗りかご
１０４  ドアモータ
１０５  インバータ装置
１０６  モータ電流検出器
１０７  ロータリーエンコーダ
１０８  電流制御部
１０９  速度検出部
１１０  加速度指令生成部
１１１  速度指令生成部
１１２  制約条件記憶部
１１３  最適制御部
１１４  ドアモデル
１１５  最適化器
１１６  加速度センサ
１１７  加速度検出部
２０１  位置指令生成部
２０２  速度制御部
２０３  位置検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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