(57)【要約】      （修正有）【課題】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、より最適なシステムおよび手法を提供する。【解決手段】エレベータロープ１７とエレベータかご１２との間に連結されているセミアクティブダンパアクチュエータ１３０を用いて、エレベータロープ１６，１７に減衰力をかけロープの横揺れを低減させる。エレベータシステムの動作中に求められる、エレベータロープ１６，１７の揺れの振幅及びエレベータロープ１６，１７の揺れの速度を受信し、揺れの振幅及び速度の関数に従って、エレベータロープ１６，１７に連結されているセミアクティブダンパアクチュエータ１３０の減衰係数を変更する。【選択図】図１Ａ
2015020910.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方法であって、
前記エレベータシステムの前記動作中に求められる、エレベータロープの揺れの振幅と前記エレベータロープの前記揺れの速度とを受信するステップと、
前記受信するステップに応答して、前記揺れの前記振幅及び前記速度の関数に従って、前記エレベータロープに連結されているセミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数を変更するステップと、
を含み、該方法の２つの前記ステップは、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方法。
【請求項２】
前記変更するステップは、前記関数の符号に従う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、該方法は、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ステップを更に含み、該制御則は、前記減衰係数の値が制御リアプノフ関数の導関数の負定値性を確実にするように、前記関数に基づいて前記減衰係数の前記値を決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記制御則は、前記セミアクティブダンパアクチュエータの前記減衰係数の前記値が前記エレベータロープの前記揺れの前記振幅に比例するように決定される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記制御則は、前記関数の符号に基づいて前記減衰係数の前記値の切替条件を決定する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記制御則は、前記エレベータロープの前記揺れの前記振幅と前記エレベータロープの前記揺れの前記速度との積の符号に基づいて、前記セミアクティブダンパアクチュエータの前記減衰係数の前記値を代入する、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
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前記制御則を決定するステップと、
擾乱除去構成要素を用いて前記制御則を変更するステップであって、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ステップと、
を更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記制御則Ｕ（ｘ）は、
【数１】
2015020910.tif 000043
を含み、
式中、ｕ＿ｍｉｎは、前記セミアクティブダンパアクチュエータの最小減衰係数を表す正の定数であり、ｕ＿ｍａｘは、前記セミアクティブダンパアクチュエータの最大減衰係数を表す正の定数であり、
【数２】
2015020910.tif 000044
であり、
【数３】
2015020910.tif 000045
は、想定されたモードと該想定されたモードの時間導関数とを表すラグランジュ変数であり、
【数４】
2015020910.tif 000046
は、前記エレベータシステムのモデルの係数である、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記制御則Ｕ（ｘ）は、
【数５】
2015020910.tif 000047
を含み、
式中、
【数６】
2015020910.tif 000048
であり、
【数７】
2015020910.tif 000049
は、想定されたモードと該想定されたモードの時間導関数とを表すラグランジュ変数であり、ｋは、ｕ＿ｍａｘよりも小さい正のフィードバック利得であり、ｕ＿ｍｉｎは、前記セミアクティブダンパアクチュエータの最小減衰係数を表す正の定数であり、ｕ＿ｍａｘは、前記セミアクティブダンパアクチュエータの最大減衰係数を表す正の定数であり、
【数８】
2015020910.tif 000050
は、前記エレベータシステムのモデルの係数である、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記制御則Ｕ（ｘ）は、
【数９】
2015020910.tif 000051
を含み、
式中、
【数１０】
2015020910.tif 000052
であり、
式中、
【数１１】
2015020910.tif 000053
であり、
【数１２】
2015020910.tif 000054
は、想定されたモードと該想定されたモードの時間導関数とを表すラグランジュ変数であり、
【数１３】
2015020910.tif 000055
は、正の利得であり、
【数１４】
2015020910.tif 000056
は、前記エレベータシステムのモデルから得た係数であり、Ｆ＿｛ｍａｘ｝は、擾乱Ｆ（ｔ）、
【数１５】
2015020910.tif 000057
の上限を表し、Ｕ＿｛ｎｏｍ｝は、擾乱を用いない制御則を表し、符号関数は、
【数１６】
2015020910.tif 000058
である、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記セミアクティブダンパアクチュエータは、エレベータかごの頂部と主索との間、又は、つり合おもりの頂部と前記主索との間に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記セミアクティブダンパアクチュエータは、エレベータかごの底部とつり合ロープとの間、又は、つり合おもりの低部と前記つり合ロープとの間に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
エレベータシステムであって、
エレベータかご及び該エレベータかごのつり合おもりと、
前記エレベータかご又は前記つり合おもりに連結されるエレベータロープと、
前記エレベータロープに連結されるセミアクティブダンパアクチュエータと、
前記エレベータロープの揺れの振幅及び前記エレベータロープの前記揺れの速度を求める揺れユニットと、
前記エレベータロープの前記揺れの前記振幅及び前記速度の関数に従って、前記セミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数を決定する制御ユニットと、
を備える、エレベータシステム。
【請求項１４】
前記制御ユニットは、前記関数の符号に従って前記減衰係数を決定する、請求項１３に記載のエレベータシステム。
【請求項１５】
前記制御ユニットは、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減衰係数を決定し、前記制御則は、前記減衰係数の値が制御リアプノフ関数の導関数の負定値性を確実にするように、前記関数に基づいて前記減衰係数の前記値を決定する、請求項１３に記載のエレベータシステム。
【請求項１６】
前記制御則は、前記セミアクティブダンパアクチュエータの前記減衰係数の前記値が前記エレベータロープの前記揺れの前記振幅に比例するように決定される、請求項１５に記載のエレベータシステム。
【請求項１７】
前記制御則は、前記関数の符号に基づいて前記減衰係数の前記値の切替条件を決定する、請求項１５に記載のエレベータシステム。
【請求項１８】
前記制御則は、前記エレベータロープの前記揺れの前記振幅と前記エレベータロープの前記揺れの前記速度との積の符号に基づいて、前記セミアクティブダンパアクチュエータの前記減衰係数の前記値を代入する、請求項１５に記載のエレベータシステム。
【請求項１９】
前記制御則は、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擾乱除去構成要素を有する、請求項１５に記載のエレベータシステム。
【請求項２０】
エレベータシステムのエレベータロープに連結されているセミアクティブダンパアクチュエータの動作を制御する制御ユニットであって、前記エレベータロープの揺れの振幅及び前記エレベータロープの前記揺れの速度の関数に従って、前記セミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数を決定するプロセッサを含む、制御ユニット。
【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、地下又は地上の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よって、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】
種々の従来の方法が、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、これらの方法は、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及び特許文献２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３において記載されている別の方法は、つり合ローブ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ブの固有周波数をシフトさせるサーボアクチュエータを用いる。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４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。ダンパはかご及びロープに連結される。ダンパの距離及び減衰係数値を予め決定するとともに用いて、ロープ揺れを低減する。しかしながら、ダンパは受動的であり、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】
他の方法は、例えば、特許文献５及び特許文献６を参照すると、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２０１２／０１２５７２０号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／０２２９９２２号
【特許文献４】米国特許第７，７９３，７６３号
【特許文献５】米国特許第４，４６０，０６５号
【特許文献６】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、より最適な手法が必要とされている。
【００１０】
本発明の幾つかの実施形態の目的は、ロープに減衰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システム及び方法を提供することである。例えば、本発明の１つの実施形態は、エレベータロープとエレベータかごとの間に連結されているセミアクティブダンパアクチュエータを用いて、エレベータロープに減衰力をかける。別の実施形態は、エレベータロープとエレベータつり合おもりとの間に連結されているセミアクティブダンパアクチュエータを用いて、エレベータロープに減衰力をかける。
【００１１】
最適に、例えば、必要な場合にのみ減衰力をかけ、それによって、エレベータシステムの構成要素の維持管理を減らすことができる方法を提供することが、実施形態の別の目的である。例えば、本発明の１つの実施形態は、揺れの振幅及び速度の関数に従ってセミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数を更新する。この実施形態は、エレベータロープに時間変化減衰力をかけることによって、ロープの横揺れを低減させる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態は、エレベータロープにかけられる減衰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いている。したがって、減衰力は、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解析することができる。安定性の様々なタイプが、実施形態によって、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の解に用いられる。
【００１３】
例えば、幾つかの実施形態は、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は、制御リアプノフ関数によって記述することができ、その場合、エレベータシステムを安定させるエレベータロープの減衰力は、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決定される。力学系の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、したがって、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】
１つの実施形態は、リアプノフ制御理論を用いて、エレベータロープの減衰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り、最適に、例えば減衰力が必要な場合にのみ、減衰力をかけることが可能になり、これにより、システムの維持管理コスト及びエネルギー消費全体が減る。
【００１５】
１つの実施形態は、外乱の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。この実施形態は、外乱が最小限であるか又は速やかに散逸する場合に有利である。別の実施形態は、擾乱除去構成要素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する。この実施形態は、定常的擾乱があるシステムに有利である。この実施形態の１つの変形例では、外乱は、エレベータシステムの動作中に測定される。別の変形例では、擾乱除去構成要素は、外乱の境界に基づいて決定される。この実施形態により、擾乱を測定することなく擾乱を補償することが可能になる。これは、一般的に、擾乱測定は容易に実行可能ではなく、例えば、外乱測定用のセンサは高価であることから、有利である。
【００１６】
また、１つの実施形態では、減衰力は、最大減衰値を有し、揺れ振幅の値及び揺れ速度の値に基づいて最適な時点において、最小値、例えばゼロに切り替わる。別の実施形態では、減衰の大きさは、揺れの振幅の関数であり、揺れ及び揺れ速度の減少に伴い減少する。幾つかの他の実施形態に比べ、この実施形態は、使用するエネルギーが少ない。
【００１７】
したがって、１つの実施形態は、エレベータシステムの動作を制御する方法を開示する。本方法は、エレベータシステムの動作中に求められる、エレベータロープの揺れの振幅及びエレベータロープの揺れの速度を受信する。本方法は、揺れの振幅及び速度の関数に従って、エレベータロープに連結されているセミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数を変更する。本方法のステップは、プロセッサによって実行することができる。
【００１８】
別の実施形態は、エレベータシステムのエレベータロープに連結されているセミアクティブダンパアクチュエータの動作を制御する制御ユニットを開示する。制御ユニットは、エレベータロープの揺れの振幅及びエレベータロープの揺れの速度の関数に従って、セミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数を決定するプロセッサを含む。
【００１９】
更に別の実施形態は、エレベータかご及びエレベータかごのつり合おもりと、エレベータかご又はつり合おもりに連結されるエレベータロープと、エレベータロープに連結されるセミアクティブダンパアクチュエータと、エレベータロープの揺れの振幅及びエレベータロープの揺れの速度を求める揺れユニットと、エレベータロープの揺れの振幅及び速度の関数に従って、セミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数を決定する制御ユニットとを備える、エレベータシステムを開示する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態を用いるエレベータシステムの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態を用いるエレベータシステムの概略図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態を用いるエレベータシステムの概略図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態を用いるエレベータシステムの概略図である。
【図１Ｅ】本発明の１つの実施形態によるセミアクティブダンパアクチュエータの構成の概略図である。
【図２】本発明の一実施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３Ａ】本発明の幾つかの実施形態によるセミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数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方法のブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態によるエレベータシステムの動作を制御する方法のブロック図である。
【図４Ａ】本発明の一実施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方法のブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施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方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
機械的なシステムにおける振動低減は、システムの安全性及び効率を含む多数の理由から重要である。特に、エレベータシステム内のエレベータロープの横揺れ等の振動は、搭乗員の乗り心地及び安全性に直接関連しており、したがって、低減すべきである。
【００２２】
例えば、風又は地盤運動等の外乱によって誘発される振動は、種々のタイプのサスペンションシステムによって低減させることができる。一般的には、パッシブタイプ、セミアクティブタイプ及びアクティブタイプのサスペンションシステムがある。パッシブサスペンションシステムは乗り心地が望ましくない。アクティブサスペンションシステムは、乗り心地の快適性を高めるように独立した力をサスペンションシステムにかけることができるとともに、振動を低減させる望ましい性能を提供することができるアクチュエータを用いる。アクティブサスペンションシステムの欠点は、コスト、複雑性、質量及び維持管理がかさむことである。
【００２３】
セミアクティブサスペンションシステムは、システムコストとシステム性能との間のより良好なトレードオフをもたらす。例えば、セミアクティブダンパアクチュエータにより、粘性減衰係数又は剛性等のパラメータの調整が可能になり、セミアクティブダンパアクチュエータを用いて振動を低減させることができる。セミアクティブダンパアクチュエータは、エネルギーの散逸しか行わないため、信頼性がある。
【００２４】
本発明の幾つかの実施形態は、セミアクティブダンパアクチュエータ、すなわち、セミアクティブダンパを用いて、エレベータロープに減衰力をかけることによってエレベータロープの揺れを低減させることが有利であり得るという認識に基づいている。そのように減衰力をかけることにより、エレベータロープの減衰を変えるとともに揺れを低減させることができる。さらに、セミアクティブダンパの減衰係数の時間変化的な選択が、パッシブダンパのサイズに比べてセミアクティブダンパのサイズを低減させることに役立つことができる。その結果得られる性能は同じ又は同様である。
【００２５】
しかしながら、パッシブダンパを含むエレベータシステムは線形システムとしてモデル化することができるのに対し、セミアクティブダンパを有するエレベータシステムは、解析がより困難である、エレベータロープの状態に応じたセミアクティブダンパ係数の変更に起因して、非線形システムとしてしかモデル化することができない。したがって、セミアクティブダンパの制御がより困難であり、誤った制御がエレベータロープの揺れを増加させる可能性がある。
【００２６】
本発明の種々の実施形態は、エレベータロープにかけられる減衰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いている。さらに、エレベータシステムの安定は、制御リアプノフ関数によって記述することができ、そのため、エレベータシステムを安定させるエレベータロープの減衰力により、制御リアプノフ関数の導関数の負定値性が確実になる。リアプノフ理論とロープ減衰作用とを組み合わせることによって、幾つかの実施形態によれば、切替コントローラが、切替条件、例えば、実際の揺れの振幅及び速度に基づいて制御のオン及びオフの切替を最適化する。切替条件は、かけられる正の減衰の振幅と同様に、リアプノフ理論に基づいて得られる。
【００２７】
したがって、切替制御により、必要な場合にのみ、すなわち、切替条件が満たされた場合にのみ、ロープに減衰力をかけることが可能になる。そのため、不要な過大減衰力が、エレベータロープ及び綱車等のエレベータシステムの部品にかけられることがなく、これにより、維持管理のコスト及びシステムのエネルギー消費全体を減らすことができる。
【００２８】
図１Ａは、本発明の一実施形態によるエレベータシステムの概略図を示す。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
しかしながら、種々の実施形態において、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。
【００３３】
１つの実施形態では、第１の揺れセンサは、初期のロープ構成、すなわちロープ揺れのない構成に対応する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、第１の揺れセンサと同じ高さに配置される。
【００３４】
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、エレベータロープの揺れの状態、例えば、揺れの振幅及び速度を特定する。揺れユニットは、揺れの測定値にのみ基づいて揺れの状態を特定することができる。代替的な実施形態では、揺れユニットは、揺れの測定値及びエレベータシステムのモデルを用いて揺れの状態を特定する。種々の実施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、種々の実施形態は測定値からロープ揺れを推定する異なる推定法も使用する。
【００３５】
図１Ａのシステムにおいて、ロープ揺れは、エレベータかご１２の上部に取り付けられているとともにエレベータロープに動作可能に連結されているセミアクティブダンパアクチュエータ１３０によって制御され、そのため、セミアクティブダンパはエレベータロープに減衰力をかけることができる。アクチュエータ１３０は、制御ユニット１５０によって制御され、この制御ユニット１５０は、セミアクティブダンパの減衰係数の振幅を計算して、エレベータロープにかけられる減衰力を変更する。制御ユニットは、減衰力をオンにする時点及びオフにする時点も特定する。切替のタイミングは、揺れユニット１４０から得たロープ揺れ測定値に基づく。
【００３６】
図１Ａの実施形態では、セミアクティブダンパは、エレベータ主索に減衰力をかける。しかしながら、種々の実施形態では、セミアクティブダンパの構成は様々であり、減衰力は種々のエレベータロープにかけられる。さらに、幾つかの実施形態では、複数のセミアクティブダンパを用いて同じ又は異なるエレベータロープに減衰力をかける。
【００３７】
例えば、図１Ｂは、別の実施形態によるエレベータシステムの概略図を示す。この実施形態では、ロープ揺れは、エレベータかご１２の底部に取り付けられているセミアクティブダンパアクチュエータ１３１によって制御される。
【００３８】
図１Ｃは、別の実施形態によるエレベータシステムの概略図を示す。この実施形態では、ロープ揺れは、エレベータのつり合おもり１４の頂部に取り付けられているセミアクティブダンパアクチュエータ１３２によって制御される。
【００３９】
図１Ｄは、別の実施形態によるエレベータシステムの概略図を示す。この実施形態では、ロープ揺れは、エレベータのつり合おもり１４の底部に取り付けられているセミアクティブダンパアクチュエータ１３３によって制御される。
【００４０】
図１Ｅは、セミアクティブダンパアクチュエータ１３４の配置の概略図を示す。セミアクティブダンパ１３４は、エレベータかご１２の屋根と、エレベータかごから或る距離１６０においてエレベータロープ１７とに連結される。セミアクティブダンパは、エレベータロープに移動可能に固定又は取着することができる。エレベータロープが振動すると、セミアクティブダンパは、エレベータロープの動きの方向とは反対の方向に減衰力をかけ、エレベータロープの振動を減衰させる。
【００４１】
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、図１に示すエレベータシステムのパラメータに基づく。他のエレベータシステムのパラメータ及びモデルを同様に導出することができる。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、揺れセンサ２２０により検知された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の実際の揺れ２１２をシミュレートすることができる。
【００４２】
種々の実施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、一実施形態は、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。
【００４３】
一実施形態では、セミアクティブダンパアクチュエータにより制御されるエレベータシステムのモデルは、以下の式に従って、常微分方程式（ＯＤＥ）によって求められる。
【００４４】
【数１】
2015020910.tif 000003
【００４５】
式中、ｑ＝［ｑ１，．．．，ｑＮ］はラグランジュ座標ベクトルであり、
【数２】
2015020910.tif 000004
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り、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ロープの横方向変位、すなわち揺れｕ（ｙ，ｔ）２１２を定義する。
【００４６】
【数３】
2015020910.tif 000005
【００４７】
式中、φｊ（ξ）は無次元変数ξ＝ｙ／ｌのｊ次形状関数である。
【００４８】
式（１）において、Ｍは慣性行列であり、
【数４】
2015020910.tif 000006
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、（Ｋ＋Ｈ）は剛性行列であり、
【数５】
2015020910.tif 000007
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。
【００４９】
【数６】
2015020910.tif 000008
【００５０】
式中、
【数７】
2015020910.tif 000009
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８】
2015020910.tif 000010
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、この関数は、変数が等しい場合は１であり、そうでない場合は０であり、ρは、単位長さあたりのロープの質量であり、ｃは、単位長さあたりのエレベータロープの減衰係数であり、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）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２６０の長さであり、ｍｅ、ｍｃｓはそれぞれ、エレベータかご及びプーリ２４０質量であり、ｇは、重力加速度、すなわち、ｇ＝９．８ｍ／ｓ２であり、ｌｄｐは、エレベータかごの上部と、セミアクティブダンパアクチュエータとロープとの接触点との間の距離１６０であり、ｋｄｐは、セミアクティブダンパ減衰係数の時間変化値である。
【００５１】
式（１）によって得られるシステムモデルは、システムモデルの一例である。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形態によって使用することができる。
【００５２】
セミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数の更新
セミアクティブダンパアクチュエータが生成する減衰力Ｆは、以下の式によって、エレベータロープの揺れの速度ｖに関連付けられる。
Ｆ＝−ｃｖ
ただし、ｃは、例えば、１メートルあたりニュートン秒の単位で示される、セミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数である。
【００５３】
パッシブダンパとは対照的に、アクチュエータの動作中にセミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数を変更することが可能である。種々の実施形態は、種々のタイプのセミアクティブダンパアクチュエータを用い、減衰係数を変更する機構は、種々のセミアクティブダンパアクチュエータに合わせて異なる。
【００５４】
図３Ａは、本発明の幾つかの実施形態によるエレベータシステムの動作を制御する方法のブロック図を示す。本発明の種々の実施形態は、エレベータシステムの動作中に特定されるエレベータロープの揺れの振幅及び速度を受信する（３４０）ことに応答して、エレベータロープに連結されているセミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数を変更する（３５０）。本方法のステップは、プロセッサ３０１によって行うことができる。
【００５５】
幾つかの実施形態は、揺れの振幅及び速度の関数３６０に従って減衰係数を変更する。幾つかの実施形態では、その関数は、減衰係数の値を変更し、切替条件３６５を定義する切替関数である。例えば、１つの実施形態は、その関数の符号に従って減衰係数を更新する。種々の実施形態では、関数３６０は、セミアクティブダンパアクチュエータを制御する制御則によって用いられる。
【００５６】
制御則
幾つかの実施形態は、セミアクティブダンパ１３０を制御する制御則を決定する。セミアクティブダンパは、制御則に基づいてエレベータロープの減衰を変更する。１つの実施形態は、以下で記載するように、１つの想定されたモード、すなわち、Ｎ＝１を有する方程式（１）の場合の制御則を決定する。しかしながら、他の実施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。種々の実施形態では、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。
【００５７】
図３Ｂは、エレベータシステムの動作を制御する方法のブロック図を示す。本方法は、プロセッサ３０１を用いて実行することができる。本方法は、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減衰力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）。制御則は、エレベータロープの揺れの振幅３２２及びエレベータロープの揺れの速度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、任意のタイプとすることができ、プロセッサ３０１に作動的に接続することができる。
【００５８】
リアプノフ関数の負定値性要件により、エレベータシステムの安定と揺れの低減とが確保される。また、リアプノフ理論に基づいて制御則を決定することにより、最適に、すなわち、揺れを低減させる必要がある場合にのみ、減衰力をかけることが可能になり、したがって、エレベータシステムの維持管理コスト及びエネルギー消費全体が減る。例えば、ロープの揺れの振幅とロープの揺れの速度との積の符号に基づいて減衰力をかけることができる。
【００５９】
１つの実施形態は、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の力等の外乱を含む。この実施形態は、外乱が小さいか又は速やかに散逸する場合に有利である。しかしながら、そのような実施形態は、外乱が大きく定常的である場合は最適とは言えない可能性がある。
【００６０】
別の実施形態は、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する。この実施形態は、長期の擾乱を受けるエレベータシステムに有利である。この実施形態の１つの変形例では、外乱は、エレベータシステムの動作中に測定される。別の実施形態では、擾乱除去構成要素は、外乱の境界に基づいて決定される。この実施形態により、擾乱を測定せずに擾乱を補償することが可能になる。
【００６１】
エレベータシステムの動作中、本方法は、エレベータロープの揺れの振幅３２２及び速度３２４を求める（３２０）。例えば、振幅及び速度を、エレベータシステムの状態の様々なサンプルを用いて直接測定することができる。付加的又は代替的には、揺れの振幅及び速度を、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、アクチュエータ１３０〜１３４のようなセミアクティブダンパアクチュエータによってエレベータロープにかけられる減衰力３３５が、制御則３２６と、エレベータロープの揺れの振幅３２２及び速度３２４とに基づいて決定される。
【００６２】
リアプノフ制御
幾つかの実施形態は、セミダンパアクチュエータによってロープにかけられる減衰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。幾つかの実施形態によれば、リアプノフ理論及びロープ減衰力作動を組み合わせることによって、コントローラユニット１５０が、切替条件、例えば、実際の揺れ振幅及び揺れ速度に基づいて、制御のオン及びオフの切替を最適化する。リアプノフ理論に基づいて、切替条件、及びかけられる正の減衰係数、すなわち減衰力の振幅が得られる。
【００６３】
一実施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９】
2015020910.tif 000011
【００６５】
式中、
【数１０】
2015020910.tif 000012
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、質量行列及び剛性行列であり、
【数１１】
2015020910.tif 000013
であり、Ｔは転置演算子である。
【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１２】
2015020910.tif 000014
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１３】
2015020910.tif 000015
【００６８】
図４Ａはリアプノフ理論に基づいて制御則を決定する方法のブロック図である。ラグランジュ変数
【数１４】
2015020910.tif 000016
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、一実施形態は、以下の式に従ってラグランジュ変数を求める。
【００６９】
【数１５】
2015020910.tif 000017
【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、一実施形態は、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１６】
2015020910.tif 000018
【００７２】
式中、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。一実施形態は、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、
【数１７】
2015020910.tif 000019
のエレベータシステムの、例えば、式（１）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１８】
2015020910.tif 000020
【００７５】
式中、係数Ｃ、
【数１９】
2015020910.tif 000021
Ｋ及びβは式（１）に従って求められる。
【００７６】
導関数
【数２０】
2015020910.tif 000022
の負定値性を確実にするために、１つの実施形態による制御則が、以下の式に従って、セミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数を変更する。
【００７７】
【数２１】
2015020910.tif 000023
【００７８】
幾つかの実施形態では、ｕ＿ｍｉｎはゼロに等しい。
【００７９】
この制御則は２つの定数、例えば、セミアクティブダンパアクチュエータの最小減衰係数を表す正の定数であるｕ＿ｍｉｎと、セミアクティブダンパアクチュエータの最大減衰係数を表す正の定数であるｕ＿ｍａｘとの間で切り替わる。制御則（３）に従ったコントローラは、セミアクティブダンパアクチュエータ１３０の最大減衰係数と最小減衰係数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、幾つかの実施形態では、減衰係数値は、ロープの揺れ振幅とロープの揺れ速度に基づく関数の符号に基づいてかけられる。その関数が求められ（４４０）、符号が調べられる（４５０）。符号が正である場合には、最大減衰係数値がかけられる（４５５）。符号が負である場合には、最小減衰係数値がかけられ（４６０）、例えば、最小減衰係数はかけられず、すなわち、Ｕ＝０である。
【００８１】
図４Ｂは、導関数
【数２２】
2015020910.tif 000024
の負定値性を確実にする代替的な一実施形態のブロック図を示す。この場合、揺れの振幅及び速度の変化関数４６５に従って、エレベータロープにかけられる減衰力を発生させるセミアクティブダンパアクチュエータ１３０の減衰係数が決定される。前の実施形態と比較すると、この実施形態は、揺れを制御するのに用いるエネルギーが少ないので有利である可能性がある。
【００８２】
この実施形態によれば、減衰係数の制御則Ｕ（ｘ）は以下の通りである。
【００８３】
【数２３】
2015020910.tif 000025
【００８４】
式中、ｋは、ｕ＿ｍａｘよりも小さい正のフィードバック利得である。
【００８５】
コントローラのこの選択によって、
【数２４】
2015020910.tif 000026
が成り立ち、この式は、切替系の一般化されたクラソフスキー−ラサールの定理、及び式（３）又は式（４）に従った制御則を用いる動態（１）の構造によって、擾乱Ｆ（ｔ）＝０である場合に、
【数２５】
2015020910.tif 000027
が大域的指数安定であることを示唆する。正の変化関数４６５は、積
【数２６】
2015020910.tif 000028
の振幅の減少とともに減少し、これは、揺れ振幅が減少する場合に、制御するためにかけられる力も減少することを意味する。したがって、この変動制御則は、用いるエネルギーが少なくなる。
【００８６】
式（４）の制御則による制御下で、制御の振幅は
【数２７】
2015020910.tif 000029
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２８】
2015020910.tif 000030
が減少するときに制御減衰も減少するので、セミアクティブダンパアクチュエータの減衰係数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
式（３）、（４）は、擾乱Ｆ（ｔ）＝０、
【数２９】
2015020910.tif 000031
である場合、エレベータシステムを安定させるが、擾乱Ｆ（ｔ）、
【数３０】
2015020910.tif 000032
がゼロではない場合、リアプノフ関数の導関数
【数３１】
2015020910.tif 000033
は、以下の式のようになることから、もはやいつでも強制的にゼロになるとは限らない。
【００８８】
【数３２】
2015020910.tif 000034
【００８９】
ただし、係数Ｃ、Ｋ及びβは、式（１）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、幾つかの実施形態は、有界擾乱Ｆ（ｔ）、
【数３３】
2015020910.tif 000035
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いる。したがって、外乱のない（３１６）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Ｆ（ｔ）の境界に基づいて決定することができる。この実施形態は、擾乱を直接測定することが望ましくない場合に有利である。
【００９１】
幾つかの実施形態は、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３１８を用いて、外乱を用いない制御則Ｕｎｏｍが変更される。
【００９２】
【数３４】
2015020910.tif 000036
【００９３】
この場合、リアプノフ導関数は以下の通りである。
【００９４】
【数３５】
2015020910.tif 000037
【００９５】
幾つかの実施形態は、
【数３６】
2015020910.tif 000038
が負定値であるようにｖを選択する。例えば、１つの実施形態は、以下の式を満たすｖを選択する。
【００９６】
【数３７】
2015020910.tif 000039
【００９７】
ただし、Ｆ＿ｍａｘは、擾乱Ｆ（ｔ）、
【数３８】
2015020910.tif 000040
の上限を表し、
【数３９】
2015020910.tif 000041
は、方程式（１）から定義され、符号関数は、以下の通りである。
【００９８】
【数４０】
2015020910.tif 000042
【００９９】
上記の実施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。
【０１００】
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、ユーザーインタフェースを提供するために用いることができる。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。
【０１０１】
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形態は、ＭＡＴＬＡＢ−ＳＩＭＵＬＩＭＫを使用する。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
また、本発明の実施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。
【図１Ａ】
2015020910.tif 000059
【図１Ｂ】
2015020910.tif 000060
【図１Ｃ】
2015020910.tif 000061
【図１Ｄ】
2015020910.tif 000062
【図１Ｅ】
2015020910.tif 000063
【図２】
2015020910.tif 000064
【図３Ａ】
2015020910.tif 000065
【図３Ｂ】
2015020910.tif 000066
【図４Ａ】
2015020910.tif 000067
【図４Ｂ】
2015020910.tif 000068
【外国語明細書】
2015020910.tif 000069
2015020910.tif 000070
2015020910.tif 000071
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2015020910.tif 000079
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2015020910.tif 000101
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