(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレベータシステムに配置された一組のセミアクティブアクチュエータを、前記エレベータシステムの動作中に一組の擾乱によって引き起こされるエレベータかごの振動を補償するように制御する方法であって、
前記エレベータシステムのモデルに基づいて、前記一組のセミアクティブアクチュエータを制御する制御ポリシーを求めることであって、該制御ポリシーは、前記エレベータシステムの動作を表す状態関数と、前記一組のセミアクティブアクチュエータの動作を表す変位の関数とを含むことと、
前記エレベータシステムの前記モデルを用いて、前記状態関数を、前記振動を表すパラメーターの第１の関数として近似することと、
前記エレベータシステムの前記モデルを用いて、前記変位の関数を、前記パラメーターの第２の関数として近似することと、
前記パラメーターの測定された信号に基づいて前記制御ポリシーに従って前記一組のセミアクティブアクチュエータを制御することと、
を含み、
前記エレベータシステムの前記モデルを用いて、前記変位の関数を、前記パラメーターの第２の関数として近似することは、
前記エレベータシステムの前記モデルを、仮想擾乱を補償するように構成された単一の仮想セミアクティブアクチュエータを有する仮想システムのモデルとして表すことであって、前記仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、前記一組のセミアクティブアクチュエータの補償力を表し、前記仮想擾乱は、前記一組の擾乱の組み合わせを表すことと、
前記仮想システムの前記モデルに基づいて前記状態関数及び前記変位の関数を近似することと、
前記仮想システムの前記モデルに基づいて前記変位の関数の被擾乱力学を表すことであって、該被擾乱力学は、測定された信号に対応する既知の変数と、未知の変数とを含むことと、
前記仮想システムの前記モデルを用いて、前記被擾乱力学を、前記未知の変数から独立した決定論的力学に変換することと、
を含み、
前記被擾乱力学は、
【数１】
0005837256.tif 000119
であり、前記決定論的力学は、
【数２】
0005837256.tif 000120
であり、式中、Ｆは、関数であり、χは、前記変位の関数を表し、
【数３】
0005837256.tif 000121
は、前記変位の関数の時間導関数であり、ξは、前記測定された信号に基づいて推定された信号を表し、ｙは、前記測定された信号を表し、ｕは、前記仮想セミアクティブアクチュエータを制御する制御入力を表し、εは、前記被擾乱力学の未知の変数を表し、ξ、ｙ、及びｕは、前記既知の変数であり、
該方法のステップは、プロセッサによって実行される、エレベータシステムに配置された一組のセミアクティブアクチュエータを、前記エレベータシステムの動作中に一組の擾乱によって引き起こされるエレベータかごの振動を補償するように制御する方法。
【請求項２】
前記制御ポリシーは、前記仮想セミアクティブアクチュエータの近似された制御ポリシーとして近似され、前記制御することは、
前記仮想セミアクティブアクチュエータの前記近似された制御ポリシーに従って、前記一組のセミアクティブアクチュエータの各アクチュエータを一様に制御すること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変換することは、対称性の仮定に基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記変換することは、前記被擾乱力学の構成要素に従った前記被擾乱力学の単純化に基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記パラメーターは、エレベータフレームの加速度である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
エレベータシステムであって、
該エレベータシステムの動作中にエレベータシャフトに沿って移動する、該エレベータシステムに配置されたエレベータかごと、
前記動作中に前記エレベータかごの振動を表すパラメーターを測定するためのセンサーであって、該センサーは、測定された信号を生成する、センサーと、
前記エレベータかごの前記振動を補償するための一組のセミアクティブアクチュエータと、
前記測定された信号及び仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに基づいて求められた制御信号に従って前記一組のセミアクティブアクチュエータを一様に制御するコントローラーであって、前記仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、前記一組のセミアクティブアクチュエータの補償力を表す、コントローラーと、
を備え、前記パラメーターは、エレベータフレームの加速度であり、
前記コントローラーは、
前記エレベータシステムのモデルを用いて、前記エレベータフレームの前記加速度に基づいて前記エレベータかごの加速度を求めるための加速度フィルターと、
前記エレベータフレームの前記加速度、前記エレベータかごの前記加速度、及び前記エレベータシステムの前記モデルに基づいて前記仮想セミアクティブアクチュエータの変位の関数を求めるための変位フィルターと、
を更に備え、
前記加速度フィルターは、以下のような伝達関数を含み、
【数４】
0005837256.tif 000122
式中、ｓは複素周波数であり、ｍｃは、前記エレベータかごの質量であり、
【数５】
0005837256.tif 000123
は、かご保持ダンパーの重み付き剛性であり、
【数６】
0005837256.tif 000124
は、かご保持ダンパーの重み付き減衰である
エレベータシステム。
【請求項７】
前記制御ポリシーは、前記パラメーターの関数として近似された、前記仮想セミアクティブアクチュエータの端部間の変位の関数を含む、請求項６に記載のエレベータシステム。
【請求項８】
前記変位フィルターは、
【数７】
0005837256.tif 000125
であり、式中、
【数８】
0005837256.tif 000126
は、ピボットに対する回転アームの慣性であり、Ｌは、前記ピボットとアクチュエータの力点との間の長さであり、ｕｙは、前記仮想セミアクティブアクチュエータの粘性減衰係数であり、ｈ１は、前記ピボットとローラーばねとの間の高さであり、ｂ１は、前記ローラーばねの減衰係数であり、ｋ１は、前記ローラーばねの剛性であり、
【数９】
0005837256.tif 000127
は、前記ピボットの回りのトルクを表す、請求項６に記載のエレベータシステム。
【請求項９】
システムに配置された一組のセミアクティブアクチュエータを、一組の擾乱を擾乱の方向に沿って補償するように制御する方法であって、
前記システムを、前記擾乱の方向に沿って仮想擾乱を補償するように構成された単一の仮想セミアクティブアクチュエータを有する仮想システムのモデルとして表すことであって、前記仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、前記一組のセミアクティブアクチュエータの補償力を表し、前記仮想擾乱は、前記一組の擾乱を組み合わせたものを表すことと、
前記システムの動作を表す状態関数と、前記一組のセミアクティブアクチュエータの動作を表す変位の関数とを含む、前記一組のセミアクティブアクチュエータを制御する制御ポリシーを求めることと、
前記仮想システムの前記モデルを用いて、前記状態関数を、前記システムの振動を表すパラメーターの第１の関数として近似し、前記変位の関数を、前記パラメーターの第２の関数として近似することであって、前記仮想セミアクティブアクチュエータの前記制御ポリシーを作成することと、
独立変数として扱われる前記第１の関数の被擾乱力学を求めることと、
前記第１の関数の被擾乱力学及び前記仮想システムの前記モデルに基づいて、前記第１の関数の決定論的力学を求めることと、
独立変数として扱われる前記第２の関数の被擾乱力学を求めることと、
前記第２の関数の被擾乱力学及び前記仮想システムの前記モデルに基づいて、前記第２の関数の決定論的力学を求めることと、
未知の変数を前記パラメーターの関数として近似する第１のフィルターを、前記第１の関数の前記決定論的力学に基づいて設計することと、
前記第１のフィルターの出力及び前記パラメーターに基づいて前記変位の関数を近似する第２のフィルターを、前記第２の関数の前記決定論的力学に基づいて設計することと、
前記第２の関数を、前記第１のフィルターの出力及び前記第２のフィルターの出力を組み合わせたものとして求めることと、
前記システムの動作中に測定された前記パラメーターの値を含む測定された信号に基づいて、前記仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに従って、前記一組のセミアクティブアクチュエータの各アクチュエータを制御することと、
を含み、
該方法のステップは、プロセッサによって実行される、システムに配置された一組のセミアクティブアクチュエータを、一組の擾乱を擾乱の方向に沿って補償するように制御する方法。
【請求項１０】
前記変位の関数の結果は、前記仮想セミアクティブアクチュエータの第１の端部と第２の端部との間の仮想速度又は仮想変位を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記パラメーターは、前記システムの質量体の加速度である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記システムの質量体の速度の関数、前記パラメーター、及び未知の変数の線形結合として前記第１の関数を表すことと、
前記パラメーターの関数として前記未知の変数を近似する第１のフィルターを、前記モデルに基づいて設計することと、
前記第１のフィルターの出力及び前記パラメーターに基づいて前記速度の関数を近似する第３のフィルターを、前記モデルに基づいて設計することと、
前記第１のフィルターの出力及び前記第３のフィルターの出力を組み合わせたものに基づいて前記第１の関数を求めることと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
システムに配置された一組のセミアクティブアクチュエータを、一組の擾乱を擾乱の方向に沿って補償するように制御する方法であって、
前記システムを、前記擾乱の方向に沿って仮想擾乱を補償するように構成された単一の仮想セミアクティブアクチュエータを有する仮想システムのモデルとして表すことであって、前記仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、前記一組のセミアクティブアクチュエータの補償力を表し、前記仮想擾乱は、前記一組の擾乱を組み合わせたものを表すことと、
前記システムの動作を表す状態関数と、前記一組のセミアクティブアクチュエータの動作を表す変位の関数とを含む、前記一組のセミアクティブアクチュエータを制御する制御ポリシーを求めることと、
前記仮想システムの前記モデルを用いて、前記状態関数を、前記システムの振動を表すパラメーターの第１の関数として近似し、前記変位の関数を、前記パラメーターの第２の関数として近似することであって、前記仮想セミアクティブアクチュエータの前記制御ポリシーを作成することと、
前記システムの質量体の速度の関数、前記パラメーター、及び未知の変数の線形結合として前記第１の関数を表すことと、
前記パラメーターの関数として前記未知の変数を近似する第１のフィルターを、前記モデルに基づいて設計することと、
前記第１のフィルターの出力及び前記パラメーターに基づいて前記速度の関数を近似する第３のフィルターを、前記モデルに基づいて設計することと、
前記第１のフィルターの出力及び前記第３のフィルターの出力を組み合わせたものに基づいて前記第１の関数を求めることと、
前記システムの動作中に測定された前記パラメーターの値を含む測定された信号に基づいて、前記仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに従って、前記一組のセミアクティブアクチュエータの各アクチュエータを制御することと、
を含み、
該方法のステップは、プロセッサによって実行される、システムに配置された一組のセミアクティブアクチュエータを、一組の擾乱を擾乱の方向に沿って補償するように制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、一組のセミアクティブアクチュエータを制御することに関し、より詳細には、擾乱を受けるシステムにおいて振動を低減するように一組のセミアクティブアクチュエータを制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械システムにおける振動低減は、システムの安全性及びエネルギー効率性を含む複数の理由から重要である。特に、様々な輸送システムにおける振動は、搭乗者の乗り心地及び安全性に直接関係し、したがって、低減されるべきである。例えば、車両内の上下振動は、一般的にはサスペンションシステムと呼ばれるアクティブ振動低減システム又はパッシブ振動低減システムによって制御することができる。同様に、エレベータシステムの動作中に誘発される振動も低減することができる。
【０００３】
エレベータシステムは、通常、かご、フレーム、ローラーガイドアセンブリ、及びガイドレールを備える。ローラーガイドは、エレベータかごの振動を低減するサスペンションシステムとして働く。かご及びローラーガイドは、フレームに取り付けられている。かご及びフレームは、ガイドローラーによる制約を受けながら、ガイドレールに沿って移動する。エレベータが十分高速に移動するとき、ガイドレールのレベル変動又は屈曲は、フレーム及びかごに大きな横振動を誘発する可能性がある。
【０００４】
例えば、ガイドレールの変形によって誘発された振動は、様々なタイプのサスペンションシステムによって低減することができる。一般に、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、独立した力をサスペンションに作用させて搭乗を改善することができるとともに、振動を低減するための望ましい性能を提供することができる別々の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、コストが高く、複雑さ及び質量が追加され、メンテナンスの必要があることである。
【０００５】
セミアクティブサスペンションシステムは、システムのコストとその性能との間のより良好なトレードオフを提供する。セミアクティブアクチュエータは、粘性減衰係数又は剛性等のパラメーターの調整が可能であり、振動を低減するのに用いることができ、そのようなアクチュエータはエネルギーを放散させるだけなので、信頼性が高い。
【０００６】
例えば、特許文献１に記載された１つのシステムは、油圧アクチュエータ等のセミアクティブアクチュエータを用いてエレベータの横振動を低減する。そのシステムは、ソレノイド内の可動オリフィスレバーを制御することによってアクチュエータの減衰係数を調整する。しかしながら、制御メカニズムがないため、達成可能な性能は限られている場合がある。これについては、特許文献２も参照されたい。別の例では、振動ダンパーが、自動車ステアリングシステムの軸方向振動及び回転振動を低減するのに用いられる。これについては、特許文献３を参照されたい。この振動ダンパーは、ステアリングホイール振動センサーからの信号値を所定の閾値と比較することによって、コントローラーによってアクティブ化又は非アクティブ化することができる。可変の剛性を有するセミアクティブアクチュエータを用いることも、特許文献４及び５に記載されている。
【０００７】
特許文献６は、自動車負荷平準化サスペンションを制御するスカイフック減衰による振動低減方法、すなわち、セミアクティブのＯＮ及びＯＦＦの切り替えを開示している。この方法は、相対位置センサーを用いて相対速度を取得するが、これは、困難であり、不要なシステムコストをもたらす。
【０００８】
従来のセミアクティブ振動低減には、セミアクティブアクチュエータの端部間の相対速度の測定が必要とされる。この相対速度は、振動低減性能に直接関連した、セミアクティブアクチュエータをＯＮ及びＯＦＦに切り替える時点を求めるのに非常に重要である。
【０００９】
あいにく、相対速度の測定によって、システムのコストが増大し、システムの信頼性が低下する。また、相対速度の測定は、困難であり、時に不可能な場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，２８９，９０２号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０２９４２２２号
【特許文献３】米国特許第６，７５２，４２５号
【特許文献４】米国特許出願第１０／５７４６５３号
【特許文献５】米国特許第７，５４３，６８６号
【特許文献６】米国特許第５，７１２，７８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の幾つかの実施形態の目的は、システムに配置された一組のセミアクティブアクチュエータを、一組の擾乱を補償するように制御するシステム及び方法を提供することである。そのようなシステム及び方法は、様々な構造、及び自動車産業又はエレベータ産業等の様々な産業に適用することができる、少なくとも１つの外部擾乱を受ける広範囲のセミアクティブサスペンションシステムに好適である。
【００１２】
幾つかの実施形態の更なる目的は、セミアクティブアクチュエータの制御を最適化すると同時に、システムの動作のパラメーターを測定するためのセンサーの数を最小化するそのようなシステム及び方法を提供することである。本発明の様々な実施形態が、セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーを求める。幾つかの実施形態では、セミアクティブサスペンションシステムが、質量体ばね減衰モデルとして表される。測定されるパラメーターの数を最小化するために、幾つかの実施形態は、最適制御を近似し、例えば、システムの振動を表すパラメーターに基づいて幾つかのパラメーターを推定する。パラメーターの一例は、エレベータシステムにおけるエレベータフレーム又はエレベータかごの加速度等の質量体加速度である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
様々な実施形態が、システムのモデルに基づいて制御ポリシーを求める。例えば、制御ポリシーは、システムの動作を表す状態関数と、一組のセミアクティブアクチュエータの動作を表す変位の関数とを含むことができる。状態関数の例には、システムの様々な質量体に関する加速度、速度、及び位置が含まれる。変位の関数の例には、アクチュエータの端部間の相対位置又は相対速度が含まれる。
【００１４】
本発明の様々な実施形態は、一組のセミアクティブアクチュエータを制御する制御ポリシーをシステムのモデルに基づいて近似することができるという認識に基づいている。例えば、エレベータシステムのための１つの実施形態では、制御ポリシーの関数が、エレベータシステムのモデルに基づいて、エレベータシステムの振動を表すパラメーターの関数として近似される。この実施形態では、振動は、エレベータシステムの動作中に測定されたパラメーターの値を含む測定された信号に基づいて、制御ポリシーに従って制御することができる。
【００１５】
また、幾つかの実施形態は、一組のセミアクティブアクチュエータを一様に制御することができ、したがって、その一様性に基づいてシステムのモデルを単純化することができるという別の認識を利用する。したがって、幾つかの実施形態は、仮想擾乱を補償するように構成された単一の仮想セミアクティブアクチュエータを有する仮想システムのモデルとしてシステムを表す。この仮想セミアクティブアクチュエータは、一組のセミアクティブアクチュエータを表す。
【００１６】
例えば、仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、一組のセミアクティブアクチュエータの補償力を表す。同様に、仮想擾乱は、一組の擾乱を組み合わせたものを表す。そのような認識によって、仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーを定義し、この仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに従って一組のセミアクティブアクチュエータの各アクチュエータを一様に制御することが可能になる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、質量体加速度等の仮想システムの動作のパラメーターによって特徴付けられるコスト関数を最適化する制御ポリシーは、仮想システムモデルに基づいて近似される。最適制御ポリシーに従って、仮想セミアクティブアクチュエータがＯＮ及びＯＦＦに切り替えられ、セミアクティブアクチュエータが、それに応じて、すなわち従属してＯＮ及びＯＦＦに切り替えられる。
【００１８】
しかしながら、仮想セミアクティブアクチュエータの場合であっても、最適制御ポリシーの解析的表現を取得することが困難である可能性があるので、最適制御ポリシーを実施することが困難である可能性がある。したがって、幾つかの実施形態は、制御ポリシーを、その構造を維持しながら更に近似し、これによって、結果として得られた制御システムの高性能が確保される。
【００１９】
したがって、１つの実施形態は、エレベータシステムに配置された一組のセミアクティブアクチュエータを、前記エレベータシステムの動作中に一組の擾乱によって引き起こされるエレベータかごの振動を補償するように制御する方法に関する。本方法は、前記エレベータシステムのモデルに基づいて、前記一組のセミアクティブアクチュエータを制御する制御ポリシーを求めることを含む。該制御ポリシーは、前記エレベータシステムの動作を表す状態関数と、前記一組のセミアクティブアクチュエータの動作を表す変位の関数とを含む。本方法は、前記エレベータシステムの前記モデルを用いて、前記状態関数を、前記振動を表すパラメーターの第１の関数として近似することと、前記エレベータシステムの前記モデルを用いて、前記変位の関数を、前記パラメーターの第２の関数として近似することと、前記パラメーターの測定された信号に基づいて前記制御ポリシーに従って前記一組のセミアクティブアクチュエータを制御することとを含む。該方法のステップは、プロセッサによって実行される。
【００２０】
別の実施形態は、該エレベータシステムの動作中にエレベータシャフトに沿って移動する、該エレベータシステムに配置されたエレベータかごと、測定された信号を生成する、前記動作中に前記エレベータかごの振動を表すパラメーターを測定するためのセンサーと、前記エレベータかごの前記振動を補償するための一組のアクチュエータと、前記測定された信号及び仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに基づいて求められた制御信号に従って前記一組のセミアクティブアクチュエータを一様に制御するコントローラーを備えるエレベータシステムを開示する。前記仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、前記一組のセミアクティブアクチュエータの補償力を表す。
【００２１】
更に別の実施形態は、システムに配置された一組のセミアクティブアクチュエータを、一組の擾乱を擾乱の方向に沿って補償するように制御する方法を開示する。本方法は、前記システムを、前記擾乱の方向に沿って仮想擾乱を補償するように構成された単一の仮想セミアクティブアクチュエータを有する仮想システムのモデルとして表すことを含む。前記仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、前記一組のセミアクティブアクチュエータの補償力を表し、前記仮想擾乱は、前記一組の擾乱を組み合わせたものを表す。本方法は、前記仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに従って、前記一組のセミアクティブアクチュエータの各アクチュエータを制御することを含む。
【００２２】
例えば、実施形態の幾つかの変形形態は、エレベータシステムのフレーム又はかごの加速度を表すパラメーターの測定のみに基づいて一組の擾乱を補償するように一組のセミアクティブアクチュエータを制御する。幾つかの実施形態は、変位の関数を独立変数として扱うことによって近似を提供し、独立変数のモデルを、右辺が独立変数自体及び未知の変数の関数である状態方程式の形で導出することを可能にする。独立変数のモデルの未知の変数への依存は、複数の方法、例えば、対称性の仮定を輸送システムに課すこと、又は独立変数の決定論的モデルをもたらすモデル単純化技法によって除去することができる。１つの実施形態では、セミアクティブアクチュエータがダンパーであるとき、変位の関数は、セミアクティブアクチュエータの相対速度である。
【００２３】
幾つかの実施形態は、調整可能な減衰係数を有する複数のセミアクティブアクチュエータを用いて、擾乱を受けるエレベータシステムにおける横振動を低減する制御方法を提供する。この制御方法の様々な実施形態は、フレームの加速度の測定しか必要としない。特に、１つの実施形態は、６つの方向のフレームに沿った並進加速度及び角加速度の測定を必要とする。
【００２４】
別の実施形態は、前後方向及び左右方向の２つの並進加速度の測定しか必要としない。この実施形態は、結果として、中域の周波数にわたる振動低減性能を損なうことなく、低周波数におけるピーク共振を低減することができるセミアクティブエレベータサスペンションを与える。したがって、従来のパッシブアーキテクチャによって課される根本的な限界が克服され、搭乗の質が改善する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明の幾つかの実施形態による制御方法のブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による制御方法のブロック図である。
【図１Ｃ】本発明の幾つかの実施形態による制御方法のブロック図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態による仮想アクチュエータを備える仮想システムのモデルを求める概略図である。
【図３Ａ】本発明の幾つかの実施形態による仮想アクチュエータの近似制御を求める方法のブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による仮想アクチュエータの近似制御を求める方法のブロック図である。
【図４】本発明の幾つかの実施形態による制御ポリシーの近似のためのフィルターのシステムのブロック図である。
【図５】本発明の幾つかの実施形態によるフィルターのブロック図である。
【図６】本発明の幾つかの実施形態によるセミアクティブ振動低減システムの制御システムのブロック図である。
【図７】外部擾乱を受けるセミアクティブ振動低減システムの例示モデルを示す図である。
【図８】２つの外部擾乱を受けるセミアクティブ振動低減システムの例示モデルを示す図である。
【図９】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概略図である。
【図１０】本発明の幾つかの実施形態による中央ローラーに設置されたセミアクティブアクチュエータを有するローラーガイドアセンブリの概略図である。
【図１１】図９のエレベータシステムの擾乱の概略図である。
【図１２】図９のエレベータシステム用に構成された図６の推定器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の様々な実施形態は、セミアクティブアクチュエータを有するシステムを制御するのに好適なシステム及び方法を開示している。幾つかの実施形態は、擾乱の方向に少なくとも１つの外部擾乱を受けるサスペンションシステムを対象とし、少なくとも１つのセミアクティブアクチュエータが、対応する擾乱によって誘発された、質量体のうちの１つの振動を低減するように制御される。
【００２７】
明瞭にする目的で、この開示は、セミアクティブアクチュエータを用いて、外部擾乱の１つの方向における擾乱によって誘発された振動を低減するシステムの制御方法に焦点を当て、このシステムはその方向に外部擾乱を受ける。複数の方向における振動を低減する制御方法は、開示された制御方法を容易に一般化することによって導出することができる。
【００２８】
一組の擾乱及び一組のセミアクティブアクチュエータを所与として、本発明の幾つかの実施形態は、システムを、仮想擾乱を補償するように構成された単一の仮想セミアクティブアクチュエータを有する仮想システムのモデルとして表す。例えば、仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、一組のセミアクティブアクチュエータの補償力を表し、仮想擾乱は、一組の擾乱を組み合わせたものを表す。様々な実施形態では、そのような表現は、これらのセミアクティブアクチュエータが一様であるという仮定に基づいている。すなわち、全てのセミアクティブアクチュエータは、同様に動作し、同様に制御される。
【００２９】
本発明の様々な実施形態では、セミアクティブアクチュエータの制御は、最適制御理論に従って導出され、システムのモデルに基づいている。幾つかの実施形態では、このシステムのモデルは、仮想システムのモデルによって表される。例えば、１つの実施形態は、仮想セミアクティブアクチュエータの最適制御ポリシーに従って一組のセミアクティブアクチュエータの各アクチュエータを一様に制御する。具体的には、幾つかの実施形態は、システムの動作のパラメーターを最適化する最適制御ポリシーに従って一組のアクチュエータを制御することが有利であるという認識に基づいている。
【００３０】
しかしながら、システムのモデルに基づいてそのような制御ポリシーを求めることは、困難である可能性があり、幾つかの実施形態は、仮想システムのモデルを用い、制御ポリシーの構造を維持しながらシステムの動作を表すコスト関数を近似的に最小化する。制御ポリシーの構造は、制御信号に従ってＯＮ及びＯＦＦを切り替える形態とすることができ、結果として得られたセミアクティブ振動低減制御システムの高性能を確実にする。制御ポリシーの近似によって、動作のパラメーターを測定するコスト及び最適制御ポリシーの解析的数式を取得する際の困難さが低減される。
【００３１】
幾つかの実施形態では、システムの制御は、フィードバックメカニズムに基づいている。具体的には、１つの実施形態では、システムの動作中に、一組のセミアクティブアクチュエータが、制御ポリシーと、システムの動作中に測定されたパラメーターの値を含む測定された信号とに基づいて制御されるように、この制御は、仮想システムの動作のパラメーターを最適化する。
【００３２】
具体的には、セミアクティブアクチュエータの制御信号は、質量体の検出された振動に基づいて求めることができる。例えば、パラメーターの関数は、振動を低減しなければならないシステム内の質量体の加速度等の振動信号を表し、制御は、それらの質量体の加速度の測定値に基づいている。
【００３３】
例えば、車両の振動を低減する必要がある。同様に、エレベータかごの振動を低減する必要がある。自動車における車体又はエレベータにおけるエレベータかごを表す質量体の振動は、複数のメトリック、例えば、質量体加速度の実効値、質量体加速度の２ノルム（two norm）（二乗和平方根（square root of squares））、質量体加速度の無限ノルム、質量体加速度のピークツーピーク値等によって特徴付けることができる。一般性を失うことなく、幾つかの実施形態は、質量体加速度メトリックの２ノルムを用いる。
【００３４】
図１Ａは、一組のセミアクティブアクチュエータを制御するシステム及び方法の概略図を示している。この制御方法は、物理システム１０１のモデルを表すことから開始する。図１Ｂは、質量体１１３、ばね１１１、ダンパー１１５、及び一組のセミアクティブアクチュエータ１１２のうちの１つ又はそれらの組み合わせを備えるモデルの一例を示している。システムは、一組の擾乱１１４を受ける。１つの実施形態では、システム１０１は、関係のある全てのセミアクティブアクチュエータが一様に動作するという仮定に基づく仮想システム１０２のモデルとして表される。図１Ｃに示すように、この仮想システムは、質量体１１３、ばね１１１、及びダンパー１１５のうちの１つ又はそれらの組み合わせを備える。この仮想システムは、仮想セミアクティブアクチュエータ１２２も備え、仮想擾乱１２３を受ける。
【００３５】
擾乱は、１つの方向における質量体の運動に影響を与える。特定の方向における１つの仮想擾乱は、その方向における質量体の運動に対して関係のある全ての擾乱の影響を組み合わせたものを表す。同様に、特定の方向における仮想擾乱に対応する仮想アクチュエータは、その特定の方向における質量体に対する関係のある全てのセミアクティブアクチュエータの影響を考慮する。
【００３６】
センサー１０３は、システム１０１の動作ステータスを示す信号を測定する。仮想システムのモデル及び測定された信号を所与として、制御信号１０６が、仮想セミアクティブアクチュエータの最適制御ポリシーに従って求められる（１０４）。制御信号１０６は、電圧又は電流のいずれかを変化させることができる。この信号は、セミアクティブアクチュエータ１１２に直接出力することもできるし、増幅器を介して間接的に出力することもできる。
【００３７】
図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、物理システムと仮想システムとの間の相違は、仮想システムには仮想アクチュエータ及び仮想擾乱が存在するということである。１つの実施形態は、仮想システムを求めるために、仮想擾乱及び仮想セミアクティブアクチュエータを求める。特定の方向における１つの質量体の運動に対応する全てのセミアクティブアクチュエータが一様に動作するという仮定の下では、特定の方向における質量体の運動に影響を与える全ての擾乱は、仮想擾乱として組み合わせることができ、特定の方向における質量体に対する全ての対応するセミアクティブアクチュエータの影響は、質量体と仮想擾乱のソースとの間に取り付けられた仮想セミアクティブアクチュエータによって特徴付けることができる。
【００３８】
図２は、２０５、２０６、２０７、２０８によってそれぞれ示される垂直方向の４つの外部擾乱ｗ１、ｗ２、ｗ３、ｗ４によって擾乱される物理システムの一例を示している。一組のセミアクティブアクチュエータ２０１、２０２、２０３、２０４は、同じ質量体１１３に取り付けられて、一組の擾乱を補償する。特に、４つのセミアクティブアクチュエータの第１の端部、例えば、第１の端部２２１は、質量体１１３に取り付けられ、４つのセミアクティブアクチュエータの第２の端部、例えば、第２の端部２２２は、擾乱ｗ１、ｗ２、ｗ３、ｗ４の対応するソースにそれぞれ取り付けられている。
【００３９】
例えば、或る実施形態では、各セミアクティブアクチュエータは、被制御減衰係数ｕｉ，１≦ｉ≦４を有するセミアクティブダンパーである。全てのセミアクティブアクチュエータが一様に制御される、すなわち、同時にＯＮ又はＯＦＦに切り替えられると仮定すると、この物理システムは、仮想擾乱２１２及び仮想セミアクティブアクチュエータ２１１を有する仮想システムに変形される。特に、仮想擾乱は、４つの擾乱の総和であり、
【数１】
0005837256.tif 000002
として示される。仮想セミアクティブアクチュエータは、
【数２】
0005837256.tif 000003
の被制御減衰係数を有する。全てのセミアクティブアクチュエータが同じ被制御減衰係数を有する実施形態の場合、仮想セミアクティブアクチュエータは、被制御減衰
【数３】
0005837256.tif 000004
を有し、仮想擾乱は、
【数４】
0005837256.tif 000005
である。
【００４０】
一般性を失うことなく、減衰装置の一種であるｋ個の全てのセミアクティブアクチュエータは、変位ｘを有する同じ質量体ｍに対して適用される。したがって、ｉ番目のセミアクティブアクチュエータは、
【数５】
0005837256.tif 000006
の補償力を生成する。式中、ｕｉは、ｉ番目のセミアクティブアクチュエータの被制御減衰係数である。一組のセミアクティブアクチュエータの補償力は、
【数６】
0005837256.tif 000007
である。式中、変数の上にあるドットは導関数を示す。
【００４１】
１つの実施形態では、セミアクティブアクチュエータは一様に動作し、セミアクティブアクチュエータは、同じ被制御減衰係数を有し、全てのセミアクティブアクチュエータの補償力は、
【数７】
0005837256.tif 000008
であり、この式に基づいて、仮想セミアクティブアクチュエータは、ｋ個の全てのセミアクティブアクチュエータを求めることができるように同じ補償力を生成する。例えば、仮想セミアクティブアクチュエータの被制御減衰係数はｋｕであり、仮想セミアクティブアクチュエータの仮想相対速度は、
【数８】
0005837256.tif 000009
であり、仮想擾乱は、
【数９】
0005837256.tif 000010
である。
【００４２】
別の実施形態は、物理システムを表すモデルの変換に基づいて仮想セミアクティブアクチュエータを求める。物理システムのモデル及び関係のある全てのセミアクティブアクチュエータが一様に動作するという前提と組み合わせることによって、仮想システムのモデルを導出することができ、したがって、一組の仮想セミアクティブアクチュエータ及び一組の仮想擾乱が求められる。これらの詳細は、以下で説明される。
【００４３】
図３Ａは、本発明の１つの実施形態による一組のセミアクティブアクチュエータを制御する方法３００のブロック図を示している。この方法は、例えば、メモリ及び／又は入力／出力インターフェースに接続されたプロセッサ３９９を用いて実施することができる。仮想システム１０２のモデルに基づくと、仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーが、最適制御理論３４０の原理に基づいて定義される（３０２）。例えば、制御ポリシー３０２は、動作のパラメーター３３０の関数、例えば、質量体加速度の２ノルムが最適化される、例えば最小化されるように、仮想システムの動作を表すコスト関数３２０を最適化する。このコスト関数は、セミアクティブアクチュエータに対する制約、例えば最大減衰係数及び最小減衰係数等の様々な制約３２５を受ける。
【００４４】
仮想システムにおける仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシー３０２の構造３０４は、例えば、最適制御理論の最小原理を適用することによって求めることができる。例えば、仮想セミアクティブアクチュエータが、調整可能な粘性減衰係数を有するダンパーであるとき、アクチュエータを制御する制御信号
【数１０】
0005837256.tif 000011
を求めるための最適制御ポリシーは、以下の構造を有する。
【００４５】
【数１１】
0005837256.tif 000012
【００４６】
式中、φ（ｘ，ｙ，ｔ）は、状態関数３０３であり、νは、仮想セミアクティブアクチュエータの仮想相対速度又は変位の関数３０５であり、ｂｍａｘは、仮想セミアクティブアクチュエータの最大減衰係数であり、ｂｍｉｎは、仮想セミアクティブアクチュエータの最小減衰係数である。
【００４７】
セミアクティブアクチュエータが減衰力を直接生成するダンパーである別の実施形態では、最適制御ポリシーは、以下の構造を有する。
【００４８】
【数１２】
0005837256.tif 000013
【００４９】
式中、ｆｍａｘは、仮想セミアクティブアクチュエータの最大減衰力であり、ｆｍｉｎは、仮想セミアクティブアクチュエータの最小減衰力である。
【００５０】
仮想セミアクティブアクチュエータがばねである別の実施形態では、最適制御ポリシーは、以下の構造を有する。
【００５１】
【数１３】
0005837256.tif 000014
【００５２】
式中、χは、仮想セミアクティブばねの仮想相対位置であり、Ｋｍａｘは、仮想セミアクティブばねの最大剛性であり、Ｋｍｉｎは、仮想セミアクティブばねの最小剛性である。
【００５３】
上記例から見て取ることができるように、セミアクティブアクチュエータをＯＮ又はＯＦＦに切り替えることによってコスト関数を最小化する最適制御ポリシー３０２の構造３０４は、システムの状態関数３０３とアクチュエータの変位の関数３０５との積の正負符号に基づいている。幾つかの実施形態では、状態関数は、システムの動作を表し、変位の関数は、一組のセミアクティブアクチュエータの動作を表す。
【００５４】
例えば、１つの実施形態では、状態関数は、システムの状態、共状態、及び仮想擾乱の関数である。最適制御ポリシーにおける状態関数の数式は、取得するのが困難であり、したがって、幾つかの実施形態は、状態関数を近似する（３０６）。１つの実施形態では、この状態関数の近似である第１の関数は、測定された信号と、これらの測定された信号をフィルタリングすることによって取得される推定された信号との線形結合である。
【００５５】
同様に、変位の関数は、仮想擾乱によって引き起こされる仮想セミアクティブアクチュエータの第１の端部と第２の端部との間の変位を含むことができる。代替的に、変位の関数は、仮想セミアクティブアクチュエータの第１の端部と第２の端部との間の仮想相対速度を含むことができる。変位の関数３０５も、測定するのが困難であるか又は測定に多くのコストを要し、幾つかの実施形態は、変位の関数である第２の関数３０７を近似する。１つの実施形態では、第２の関数は、測定されたパラメーターと、測定された信号をフィルタリングすることによって取得される推定されたパラメーターとの線形結合として近似される。したがって、様々な実施形態では、最適制御３０２は、最適制御ポリシー３０４、第１の関数３０６、及び第２の関数３０７の構造を組み合わせることによって近似される（３０８）。
【００５６】
この実施形態は、システムの状態に従った最適制御理論に基づくセミアクティブアクチュエータの制御が有利であるという認識に基づいている。幾つかの実施形態の場合、制御は、仮想セミアクティブアクチュエータの端部間の変位に依拠し、変位の関数の値の知識は、セミアクティブアクチュエータによって生成される力の方向を意味し、したがって、セミアクティブアクチュエータを最適に制御するのに必要とされる。例えば、変位の関数の結果は、仮想セミアクティブアクチュエータの第１の端部と第２の端部との間の仮想相対速度を含むことができる。
【００５７】
さらに、幾つかの実施形態は、加速度等のシステムの振動を表す単一のパラメーターに関して状態関数及び変位の関数を近似するのに、システムのモデル又は仮想システムのモデルを用いることができるという認識に基づいている。したがって、動作中にシステムの様々なパラメーターを測定するためのセンサーの数を、例えば、加速度計等の１つのセンサーに削減することができる。
【００５８】
図３Ｂは、方法３００によって用いられる幾つかの実現形態を概略的に示している。システム１０１の動作は、初期最適制御ポリシー３５０によって表すことができる。初期最適制御ポリシー３５０の構造３０４は、最適制御理論に基づいて求めることができる。初期最適制御ポリシー３５０は、システムの質量体の加速度及び速度、アクチュエータの端部間の相対速度、システムの状態、共状態及びシステムの擾乱等の、システムの動作の一組のパラメーター３５１の関数を含む。そのようなコスト関数３２０が、制約３２５を条件として最適化される場合、一組のセミアクティブアクチュエータの初期最適制御ポリシーを求めることができる。しかしながら、そのようなコスト関数を最適化する初期最適制御ポリシーの解析的数式を解くことは困難であり、解析解の実施には、複数の測定が必要とされ、これによって、制御システムのコストが増大する。
【００５９】
したがって、幾つかの実施形態は、仮想システム１０２のモデルに基づいて、仮想システム１０２の最適な動作を表す（３５５）最適制御ポリシー３６０を求める。最適制御ポリシー３６０は、初期最適制御ポリシーと同じ構造３０４を有し、仮想システムの動作の一組のパラメーターの関数を含む。仮想システムの導入によって、初期最適制御ポリシーの構造の維持に起因して性能を維持しながら、最適制御ポリシー３６０の導出及び数式が単純化される。しかしながら、仮想システムに基づく単純化の後であっても、仮想擾乱によって引き起こされる仮想セミアクティブアクチュエータの端部間の変位、仮想セミアクティブアクチュエータの端部間の相対速度及び加速度、仮想システム及び仮想擾乱の状態、共状態等の、仮想システムの擾乱及び一組のパラメーター３５２を測定する際の困難さに起因して、コスト関数を最適化する最適制御ポリシー３６０を明示的に導出することは困難である。
【００６０】
幾つかの実施形態は、最適制御ポリシー３６０を近似して（３６５）、同じ構造３０４を有するがシステムの動作のパラメーター３３０の関数を含む近似最適（制御）ポリシー３７０を作成する。通常、パラメーター３３０、例えば、エレベータかご又は自動車の加速度は、システムの動作中に測定することができる。近似３６５は、通例、仮想システムのモデルと、最適化されるコスト関数の式とに基づいており、システムのタイプに応じて変化する。近似の例がこの開示に提供されている。
【００６１】
次に、システムの動作中にパラメーターを測定したことに応答して、コスト関数が、仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシー３８０を実施することによる制約を条件として最適化される（３７５）。例えば、制御ポリシーは、仮想セミアクティブアクチュエータ用の切り替え時間３８５を提供する。システムの一組のセミアクティブアクチュエータは、仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに基づいて一様に制御される（３９０）。
【００６２】
変位の関数又は状態関数の結果を直接測定することが常に妥当又は可能であるとは限らない。幾つかの実施形態では、変位の関数及び状態関数は、一組のフィルターを用いて取得される、測定された信号及び推定された信号の組み合わせとして近似される。
【００６３】
図４は、第１のフィルター４０１、第２のフィルター４０２、及び第３のフィルター４０３を用いて状態関数及び変位の関数を近似するシステム及び方法の概略図を示している。例えば、センサー１０３は、動作のパラメーターを測定し、測定された信号４０６を第１のフィルター、第２のフィルター、及び第３のフィルターに出力する。測定される信号の例は、エレベータかご又はエレベータフレームの加速度とすることができる。
【００６４】
例えば、エレベータフレームの測定された加速度に基づいて、第１のフィルターは、例えば、エレベータかごの加速度を表す推定された信号４０８を生成し、第３のフィルターは、例えば、エレベータフレームの速度を表す推定された信号４０５を生成する。第２のフィルター４０２は、測定された信号４０６及び推定された信号４０８に基づいて変位の関数の値を近似した信号４０７を生成する。第１の関数４０４は、測定された信号４０６並びに推定された信号４０５及び４０８に基づいて状態関数の近似値４０９を出力する。近似された制御ポリシーは、推定された信号の関数として仮想相対速度を含む変位の関数を近似し、測定された信号及び推定された信号の関数としてシステム状態、共状態、及び擾乱の状態関数を近似する。
【００６５】
１つの実施形態では、第１のフィルター、第２のフィルター、及び第３のフィルターは、仮想システムのモデルに基づいている。例えば、センサー１０３が、質量体の加速度信号を出力する場合、第３のフィルターは、質量体の速度信号を推定する。第３のフィルターは、速度と加速度との間の関係に基づく積分器として働く。例えば、第３のフィルターは、測定された加速度信号のオフセット及び雑音を回避する帯域通過フィルターを含むことができる。
【００６６】
図５は、本発明の実施形態による第２のフィルターを設計する方法のブロック図であり、ここでは、変位の関数は、仮想セミアクティブアクチュエータの仮想相対位置又は仮想相対速度である。ブロック５０１は、独立変数として、変位の関数、例えば仮想相対位置又は仮想相対速度を取り、入力として、測定された信号を取る。仮想システムのモデル、及びシステムの振動を表す測定された信号５１１を用いると、仮想相対位置又は仮想相対速度等の相対変位の被擾乱力学（disturbed dynamics）として定義された形態で、仮想アクチュエータの仮想相対位置／速度の力学を記述することができる。したがって、１つの実施形態は、仮想システムのモデルに基づく変位の関数の被擾乱力学を表し、この被擾乱力学は、測定された信号に対応する既知の変数と、未知の変数とを含む。
【００６７】
１つの実施形態では、相対変位の被擾乱力学は、以下の式となる。
【００６８】
【数１４】
0005837256.tif 000015
【００６９】
式中、χは、その成分が、仮想相対位置、仮想相対速度、仮想相対加速度のうちの１つ又はそれらの組み合わせ等の、仮想セミアクティブアクチュエータの端部の変位の関数を含む列ベクトルを表し、ξは、エレベータかごの加速度等の、第１のフィルターからの推定された信号４０４を表し、ｙは、エレベータフレームの加速度等の測定された信号であり、ｕは、仮想セミアクティブアクチュエータを制御する制御入力であり、εは、エレベータフレーム及びエレベータかごの角速度及び位置、又はエレベータシステムにおけるローラーガイドの回転アームの角加速度等の被擾乱力学の未知の変数である。
【００７０】
幾つかの実施形態は、仮想システムのモデルを用いて、被擾乱力学を、未知の変数から独立した決定論的力学に変換する。幾つかの実施形態では、仮想相対速度の決定論的力学５０４は、以下の式となる。
【００７１】
【数１５】
0005837256.tif 000016
【００７２】
力学（１）を所与として、モデルベースの設計をブロック５０５において行って、第２のフィルター５０６を設計することができる。
【００７３】
例えば、１つの実施形態は、対称性の仮定に基づいて変換を実行する。仮想相対位置の被擾乱力学は、式（１）の形になることが保証されず、したがって、第２のフィルターは、変位の関数の値の収束近似を得ない場合がある。これを回避するため、仮想システム又は物理システムが対称性の仮定５０２を満たすことを必要とすることができる。異なるシステムの場合、この対称性の条件は、以下の例示的な実施形態で説明するように異なる形を取ることができる。
【００７４】
別の実施形態は、被擾乱力学の構成要素のうちの相対的に支配的なものに従った被擾乱力学の単純化に基づいて変換を実行する。例えば、幾つかの実施形態は、システムの対称性の仮定５０２を用いて、仮想相対速度の被擾乱力学５０１を仮想相対速度の決定論的力学（１）に変換する。物理システムが対称性の仮定を満たさない場合、１つの実施形態では、仮想相対位置／速度の被擾乱力学は、仮想相対位置／速度の結果として得られた力学が式（１）の形になることを確保するように単純化される（５０３）。例えば、１つの実施形態は、他の項に対して比較的小さな値を有する、被擾乱力学の未知の変数ε、例えば仮想相対位置を無視する。
【００７５】
第２のフィルター５０６は、決定論的力学５０４によるシステムのモデルに基づいて求めることができる（５０５）。第２のフィルターの１つの実施形態は、以下の式となる。
【００７６】
【数１６】
0005837256.tif 000017
【００７７】
式中、
【数１７】
0005837256.tif 000018
は、χを近似したものである。仮想相対速度又は変位の関数の値は、
【数１８】
0005837256.tif 000019
の値及びその力学から近似することができる。
【００７８】
セミアクティブサスペンションシステムは、本質的にパッシブであるので、システム全体は、時間が無限に経過し擾乱がゼロになるにつれて静止する。したがって、仮想相対位置の安定した力学は、ｙ＝ξ＝０と仮定して、時間が無限に経過するにつれて、仮想相対位置が０になることを意味する。これによって、時間が無限に経過するにつれて、第２のフィルターの出力
【数１９】
0005837256.tif 000020
がχの真の値に収束することが確保される。
【００７９】
幾つかの実施形態は、第２のフィルターの究極の目的が、変位の関数の値の近似精度ではなく、変位の関数の正負符号の正確な推定を提供することであるという別の認識に基づいている。したがって、大規模クラスのシステムの場合、第２のフィルターが、対称性の条件を欠いていることから、変位の関数の値の不正確な推定を提供しても、第２のフィルターは、変位の関数の値の正負符号の良好な推定を提供することができる。
【００８０】
幾つかの実施形態は、図５とともに説明したものと同じ原理に従うことによって第１のフィルターを設計する。例えば、１つの実施形態は、推定される関数を独立変数として定義し、システムのモデルに基づいてその関数の被擾乱力学を導出する。次に、実施形態は、例えば、対称性の仮定又は単純化に基づいて決定論的力学を導出し、この決定論的力学に基づいてフィルターを設計する。
【００８１】
図６は、１つの実施形態による一組の擾乱を補償するように構成された一組のセミアクティブアクチュエータを有するシステムの動作を制御する制御システムのブロック図を示している。この制御システムは、システムの動作のパラメーターを測定するとともに測定信号を生成するためのセンサー１０３と、測定された信号及び仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーに基づいて求められた制御信号６０４に従って一組のセミアクティブアクチュエータを例えば一様に制御するコントローラー６１０とを備え、仮想セミアクティブアクチュエータの補償力は、一組のセミアクティブアクチュエータの補償力を表す。
【００８２】
１つの実施形態では、コントローラーは、最適制御ポリシーの第１の関数及び第２の関数を近似する推定された信号を提供する、第１のフィルター、第２のフィルター、及び第３のフィルターを含む推定器６０１を備える。制御モジュール６０２は、センサー１０３及び推定器６０１の出力からＯＮ／ＯＦＦ制御信号６０４を決定する。増幅器６０３は、関係のある全てのセミアクティブアクチュエータに電流信号又は電圧信号のいずれかを出力する（６０５）ことによってセミアクティブアクチュエータ１１２を一様に駆動する。
【００８３】
例示的な実施形態Ｉ
図７は、質量体の中心に対して印加される擾乱を受ける質量体ばね減衰システム７００として表されたシステムの概略図を示している。一般性を失うことなく、質量体の並進運動は水平である。開示された方法は、垂直運動、例えば自動車のサスペンションにも適用可能である。
【００８４】
システム７００において、ｗは、振動ソース又は外部擾乱７１０であり、ｍ１及びｍ２は、それぞれエレベータかご７３０の質量及びエレベータフレーム７２０の質量を表し、ｋ１７２５及びｂ１７３５は、かごとフレームとの間の支持ラバーの集中剛性及び集中減衰であり、ｋ２７４５及びｂ２７５５は、フレームとガイドレールとの間のばねの剛性及び減衰であり、ｘ１及びｘ３は、それぞれかご及びフレームの水平変位７４０及び７５０であり、
【数２０】
0005837256.tif 000021
及び
【数２１】
0005837256.tif 000022
は、それぞれかご及びフレームの水平速度である。
【００８５】
被擾乱質量体ばね減衰システムの式（１）に表されるようなモデルは、以下のように記述することができる。
【００８６】
【数２２】
0005837256.tif 000023
【００８７】
式中、ｕは、セミアクティブアクチュエータの被制御減衰係数であり、ｙは、動作の測定されたパラメーター、すなわち、フレームの加速度を表す。制御信号ｕは、かご加速度
【数２３】
0005837256.tif 000024
を低減するように設計される。１つの擾乱しか存在しないので、物理セミアクティブアクチュエータは仮想セミアクティブアクチュエータであり、仮想擾乱は物理擾乱である。したがって、式（１）に基づくシステムモデルは、仮想システムモデルも表す。自動車のサスペンションの場合、カーサスペンションが同様にモデル化されるが、質量体の運動は垂直方向であり、ガイドレールは道路に置き換えられる。
【００８８】
仮想システムモデル、セミアクティブアクチュエータの減衰係数に対する制御制約、及び最適制御理論、例えば最小原理を適用することを所与として、かごの加速度を最小化する最適制御ポリシーは、以下の構造を有する。
【００８９】
【数２４】
0005837256.tif 000025
【００９０】
式中、ｘ＝（ｘ１，．．．，ｘ４）Ｔは、被擾乱質量体ばね減衰システムの状態であり、ｂｍａｘは、セミアクティブアクチュエータの最大減衰係数であり、ｂｍｉｎは、セミアクティブアクチュエータの最小減衰係数であり、φは、状態、共状態λ、及び擾乱ｗの関数であり、Ｔは、転置演算子である。変位の関数は、
【数２５】
0005837256.tif 000026
によって定義される。この例示的な実施形態では、変位の関数は、仮想セミアクティブアクチュエータの仮想相対速度である。最適制御ポリシーは、かごの加速度の最小化を確実にするのに最適な時点でセミアクティブアクチュエータをＯＮ又はＯＦＦに切り替える。
【００９１】
この実施形態は、センサー１０３を用いて、フレームの加速度のみを測定する。すなわち、動作のパラメーターは、フレームの加速度、すなわち
【数２６】
0005837256.tif 000027
であり、したがって、状態ｘ及び相対速度
【数２７】
0005837256.tif 000028
の真の値は測定されない。加速度測定に関する本来的な可観測性問題に起因して、この実施形態は、状態関数及び変位の関数を近似して、近似最適制御を提供する。
【００９２】
１つの実施形態では、この近似最適制御は、以下の構造を有する。
【００９３】
【数２８】
0005837256.tif 000029
【００９４】
式中、
【数２９】
0005837256.tif 000030
は、変位の関数
【数３０】
0005837256.tif 000031
を近似したものであり、
【数３１】
0005837256.tif 000032
は、測定値ｙに基づいてφを近似したものである。この実施形態の１つの変形形態は、以下の近似最適制御を用いる。
【００９５】
【数３２】
0005837256.tif 000033
【００９６】
式中、ｃ１及びｃ２は定数である。この実施形態の近似最適制御は、エレベータかごの加速度及び仮想アクチュエータの端部間の仮想相対速度を近似する。
【００９７】
図４に対応させると、かごの加速度を近似したものは、第１のフィルター４０１の出力であり、仮想相対速度を近似したものは、第２のフィルター４０２の出力であり、フレームの速度を近似したものは、第３のフィルター４０３の出力である。近似制御ポリシーは、ブロック４０４において評価される。
【００９８】
式（１）において表された仮想システムモデルを所与とし、測定された信号ｙを既知の変数として扱い、仮想相対位置をηで示すと、仮想相対位置の力学は、以下のように導出することができる。
【００９９】
【数３３】
0005837256.tif 000034
【０１００】
式中、かごの加速度
【数３４】
0005837256.tif 000035
は、第１のフィルターが推定することができる。
【０１０１】
【数３５】
0005837256.tif 000036
【０１０２】
第１のフィルター（３）は、その入力としてのフレームの加速度を処理し、かごの加速度の推定値を出力する。
【数３６】
0005837256.tif 000037
によって示される第１のフィルター（３）の出力は、かごの加速度
【数３７】
0005837256.tif 000038
の真の値に収束する。推定されたかごの加速度を用いると、仮想相対位置の力学（２）は、右辺が、仮想相対位置と、測定された信号及び推定されたかごの加速度を含む既知の変数との関数である線形時変１次微分方程式によって記述される。
【０１０３】
第２のフィルターは、以下の式に従って仮想アクチュエータの仮想相対速度を推定する。
【０１０４】
【数３８】
0005837256.tif 000039
【０１０５】
式中、
【数３９】
0005837256.tif 000040
は、仮想相対位置の推定値であり、ｚは、仮想相対速度の推定値又は変位の関数の値を近似したものを示す。第２のフィルターは、変位の関数の漸近近似を提供する。すなわち、第２のフィルターの出力は、時間が無限に経過するにつれて、変位の関数の真の値に収束し、収束速度は指数関数的である。
【０１０６】
本明細書に開示したフィルターは、相対速度及びかごの加速度の大域的に指数関数的に収束する推定値を提供する。この手法は、かごとフレームとの間の相対速度を推定するのに容易に用いることができ、したがって、セミアクティブアクチュエータがかごとフレームとの間に配置されているとき、開示した制御方法も適用可能である。
【０１０７】
例示的な実施形態ＩＩ
図８は、同じ方向に２つの外部擾乱ｗ１、ｗ２を受けるエレベータシステムの部分の概略図を示している。システムは、それぞれｕ１、ｕ２の被制御減衰係数を有する２つのセミアクティブアクチュエータを備え、ｋ２１、ｋ２２、ｂ２１、ｂ２２は、フレームとガイドレールとの間の支持部の剛性及び減衰である。上記擾乱はフレームの質量ｍ２の中心に作用し、したがって、外部擾乱によるフレームの回転は招かれない。被擾乱質量体ばね減衰システムのモデルは、以下の式となる。
【０１０８】
【数４０】
0005837256.tif 000041
【０１０９】
式中、ｙは、センサー１０３によって測定されたフレームの加速度である。
【０１１０】
次に、この実施形態は、仮想擾乱及び仮想セミアクティブアクチュエータの減衰係数を求め、仮想システムのモデルを用いてシステムを表す。２つのセミアクティブアクチュエータによって生成される力は、以下の式となる。
【０１１１】
【数４１】
0005837256.tif 000042
【０１１２】
２つのセミアクティブアクチュエータが一様に動作し、２つのセミアクティブアクチュエータが同じ被制御減衰係数を有するという仮定を用いると、２つのセミアクティブアクチュエータから結果として得られる組み合わされた補償力は、以下の式となる。
【０１１３】
【数４２】
0005837256.tif 000043
【０１１４】
したがって、仮想システムは、仮想擾乱が
【数４３】
0005837256.tif 000044
であり、仮想セミアクティブアクチュエータがフレーム質量体と仮想擾乱のソースとの間に取り付けられ、仮想セミアクティブアクチュエータの制御減衰係数がｕ＝２ｕ１であるモデルを有する。
【０１１５】
仮想システムモデル、仮想セミアクティブアクチュエータに対する制約、及び最適制御理論を適用することを所与として、この実施形態は、以下の構造を有する仮想セミアクティブアクチュエータの制御ポリシーを用いる。
【０１１６】
【数４４】
0005837256.tif 000045
【０１１７】
ここで、変位の関数は、以下の仮想相対速度である。
【０１１８】
【数４５】
0005837256.tif 000046
【０１１９】
前の実施形態と同様に、この実施形態は、以下の式に従って最適制御を近似する。
【０１２０】
【数４６】
0005837256.tif 000047
【０１２１】
式中、
【数４７】
0005837256.tif 000048
は、状態関数φを、測定された信号の関数として近似したものであり、ｚは、第２の関数を近似している。例えば、この実施形態の１つの変形形態では、
【数４８】
0005837256.tif 000049
は、
【数４９】
0005837256.tif 000050
であり、式中、
【数５０】
0005837256.tif 000051
は、ｘ４の推定値である。
【０１２２】
第１のフィルターは、上記で説明したようにかごの加速度の近似値を生成する。したがって、かごの加速度は、既知の変数として扱うことができる。仮想システムのモデルに基づくとともに、フレーム及びかごの加速度を既知の変数として扱い、仮想相対位置
【数５１】
0005837256.tif 000052
を独立変数として扱うと、仮想相対速度の力学は、仮想相対位置及び既知の変数の一組の状態関数として記述することができない。したがって、この実施形態は、以下の式に従ってシステムに対称性の条件を課す。
【０１２３】
【数５２】
0005837256.tif 000053
【０１２４】
したがって、仮想システムモデルは、以下のように書き直される。
【０１２５】
【数５３】
0005837256.tif 000054
【０１２６】
対称性の条件は、幾つかのシステムによって満たすことができる。例えば、エレベータの場合、対称性の条件ｋ２１＝ｋ２２、ｂ２１＝ｂ２２が満たされる。
【０１２７】
式（５）によって表される仮想システムモデルに基づくとともに、フレーム及びかごの加速度を既知の変数として扱うと、仮想相対位置ηの力学は、以下のように導出することができる。
【０１２８】
【数５４】
0005837256.tif 000055
【０１２９】
式中、かごの加速度、すなわち、２次導関数
【数５５】
0005837256.tif 000056
は、実施形態Ｉと同様に再構築することができ、したがって、既知の変数として扱うことができる。
【０１３０】
したがって、仮想相対位置の力学は、右辺が、仮想相対位置と、フレーム及びかごの加速度を含む既知の変数と、設計された仮想制御信号との関数である線形時変状態方程式として記述される。フレームの加速度は測定され、かごの加速度は推定することができ、設計された仮想制御信号は既知であるので、仮想相対位置の力学は、既知の関数であり、したがって、第２のフィルターは、仮想相対速度の近似値を提供するように設計することができる。
【０１３１】
仮想相対位置の力学（６）によれば、仮想相対速度
【数５６】
0005837256.tif 000057
は、以下の第２のフィルターによって再構築することができる。
【０１３２】
【数５７】
0005837256.tif 000058
【０１３３】
式中、
【数５８】
0005837256.tif 000059
及び
【数５９】
0005837256.tif 000060
は、それぞれη及びその時間導関数の推定値であり、
【数６０】
0005837256.tif 000061
は、かごの加速度の推定値であり、ｚは、仮想相対速度の推定値であり、
【数６１】
0005837256.tif 000062
は、重み付き擾乱、以下のような重み付き剛性、及び重み付き減衰である。
【０１３４】
【数６２】
0005837256.tif 000063
【０１３５】
式（４）と同様の物理システムのモデルを所与として、最適制御理論を適用することによって、以下の式に従って複数の擾乱を低減するセミアクティブサスペンションの最適制御ポリシーの構造が与えられる。
【０１３６】
【数６３】
0005837256.tif 000064
【０１３７】
そのような最適制御ポリシーは、
【数６４】
0005837256.tif 000065
及び
【数６５】
0005837256.tif 000066
の知識を必要とする。値ｘ３−ｗ１及びｘ３−ｗ２は、１つの方向における複数の擾乱の存在に起因したフレームの加速度
【数６６】
0005837256.tif 000067
から推定することができない。すなわち、式（７）は、ｘ３−ｗ１及びｘ３−ｗ２が直接測定された場合にのみ実現可能でない。
【０１３８】
上記解析は、物理システムの対称性を利用することによって、ローラーの左側及び右側を通じて供給される擾乱を１つの重み付き擾乱に融合することができ、複数のセミアクティブアクチュエータの効果を仮想セミアクティブアクチュエータによってシミュレートすることができることを明らかにしている。
【０１３９】
エレベータのための制御方法
図９は、２つのガイドレール９０２、フレーム９０３、かご９０４、４つのかご支持ラバー９０５、及び４つのローラーガイド９０６を備えるエレベータシステムの一部分の一例を示している。この非限定的な例では、各ローラーガイドは、３つのローラー（中央ローラー、フロントローラー、及びバックローラー）と、３つのローラーに対応する３つの回転アームとを備え、エレベータシステムは、それぞれ４つの中央ローラー、フロントローラー、及びバックローラーを備える。ガイドレール９０２は、エレベータ昇降路９０１内に垂直（ｚ軸）に設置されている。フレーム９０３は、振動絶縁ラバー９０５を介してかご９０４を支持する。フレームは、エレベータシャフトの昇降路内を垂直に移動することができる。ローラーガイド９０６は、ガイドレール９０２に沿ってフレーム９０３の運動をガイドし、３つのローラー１００１を備える。
【０１４０】
図１０は、中央ローラーを有するローラーガイドアセンブリ９０６の一部を示している。この中央ローラーは、左右方向のエレベータかごの振動を低減するためのものである。図１０に示すように、中央ローラー１００１は、ローラーゴム１００２を通じてガイドレール９０２との接触を維持する。このローラーは、フレームの基部１００３に取り付けられ、ピボット１００４の回りを回転することができる。このピボットの軸は、左右方向又は前後方向のいずれかにある。回転アーム１００５は、ピボット１００４の回りをローラーと同じ速度で回転する。１つの実施形態では、セミアクティブアクチュエータ１００６が、フレーム基部１００３と回転アーム１００５との間に設置されている。ローラーばね１００７が、回転アーム１００５とフレーム基部１００３との間に設置されている。
【０１４１】
図９に示すように、ガイドレールのレベル変動が、ピボットの回りのローラーの回転を引き起こす。ローラーの回転は、フレームの側方運動を誘発する。すなわち、ガイドレールのレベル変動は、擾乱のソースである。エレベータかごは、前後（ｙ軸）方向及び／又は左右（ｘ軸）方向のいずれかに移動する。ローラーとフレームとの間又はフレームとかごとの間の減衰は、かごの横振動の制御を達成することができる。
【０１４２】
セミアクティブアクチュエータが、回転アームの一方の端部と基部との間に設置されている。セミアクティブアクチュエータは、回転アームとフレームとの間の相対側方運動に基づいて力を生成する。この力は、フレームに伝達されるエネルギーを低減することができ、したがって、フレームの振動を減衰する。その結果、エレベータかごの振動は低減される。
【０１４３】
本発明の様々な実施形態によれば、エレベータシステムは、当該エレベータシステムの動作中にエレベータかごの振動レベルを表すパラメーターを測定するためのセンサー９１０も備える。例えば、エレベータかごの加速度は、搭乗者が感じる乗り心地を反映し、したがって、センサー９１０は、エレベータフレーム９０３の加速度を測定するための加速度計又はエレベータかご９０４の加速度を直接測定するための加速度計とすることができる。幾つかの実施形態では、セミアクティブアクチュエータ１００６は、例えば、エレベータシステムの動作中に測定されたパラメーターの値、例えば、エレベータかごの加速度の値を含む測定された信号に基づいて、制御ポリシーに従って、コントローラー１０１０によって制御される。１つの実施形態では、この測定された信号は、上記で論述した仮想システムを用いた制御ポリシーの近似によってアクチュエータを制御するために測定される唯一の信号である。したがって、この実施形態では、そのような制御に必要とされるセンサーの数は削減される。
【０１４４】
また、幾つかの実施形態では、セミアクティブアクチュエータの端部間の変位は、測定されたパラメーターの関数として近似される。したがって、センサーの数を最小化することに加えて、幾つかの実施形態は、そのような変位に基づく制御ポリシーは有利であるので、制御されるセミアクティブサスペンションシステムの性能を改善する。例えば、１つの実施形態では、制御ポリシーは、仮想セミアクティブアクチュエータの端部間の変位又は相対速度を表す変位の関数を含む。この変位の関数は、パラメーターの第２の関数として近似される。
【０１４５】
１つの実施形態では、ローラーガイドアセンブリは、図１０に示すように、基部と回転アームとの間に配置された直線式／回転式レオロジーアクチュエータを備える。このレオロジーアクチュエータは、磁気粘性（ＭＲ）流体又は電気粘性（ＥＲ）流体を含むことができる。一般に、粘性流体の流動性は、磁気信号又は電気信号のいずれかによって作動させることができる。フレームと回転アームの端点との間の直線相対速度に起因して、フレーム振動は、フィードバック信号に従って直線式ＭＲアクチュエータの減衰係数を選択的に調整することによって低減される。別の実施形態では、摩擦アクチュエータをローラーガイドアセンブリに取り付けることができる。
【０１４６】
ＭＲアクチュエータの場合、コントローラーは、振動に応答してＭＲアクチュエータを選択的にＯＮ又はＯＦＦにして、対応する信号を増幅器に出力することができる。ＭＲアクチュエータをＯＮにするには、増幅器は、電流をＭＲアクチュエータのコイルに出力する。このコイルの電流は、必要とされる磁場を確立して、ＭＲアクチュエータのハウジング内部のＭＲ流体の粘性を増大させ、したがって、ＭＲアクチュエータの減衰係数を変化させる。ＭＲアクチュエータをＯＦＦにするには、増幅器によって電流を出力せず、したがって、ＭＲアクチュエータの減衰係数は最小となる。
【０１４７】
エレベータシステムのセミアクティブサスペンションの設計及び構造には、多数の変形形態がある。１つの実施形態では、ローラーごとに１つのセミアクティブアクチュエータが設置される。１２個のローラーがあるので、この実施形態は、１２個のセミアクティブアクチュエータを必要とする。床加速度を低減するセミアクティブサスペンションの目的を考えると、下側ローラーガイドアセンブリに設置されたセミアクティブアクチュエータが、達成可能な振動低減性能に対して重大な影響を果たす。したがって、別の実施形態は、２つの下側ローラーガイドにわたって６つのセミアクティブアクチュエータを用いる。セミアクティブアクチュエータの数の更なる削減が可能である。例えば、１つの実施形態は、下側中央ローラーにわたって左右方向に２つと、下側左フロントローラーにわたって１つと、下側右フロントローラーにわたって１つとの４つのセミアクティブアクチュエータのみを設置する。
【０１４８】
前述の対称性の条件を満たす１つの実施形態では、エレベータサスペンションは、８つのセミアクティブアクチュエータを備える。すなわち、各ガイドの中央ローラーに１つのセミアクティブアクチュエータが設置され、各ガイドのフロントローラーに１つのセミアクティブアクチュエータが設置される。
【０１４９】
例えば、１つの実施形態は、６つのセミアクティブアクチュエータが２つの下側ローラーガイドに設置されている、すなわち、下側ローラーごとに１つのセミアクティブアクチュエータが設置されている、エレベータシステム全体のためのセミアクティブ方式の制御方法を対象とする。エレベータのローラー上のセミアクティブアクチュエータの構成の一例は、図１０に示されている。このエレベータシステムのモデルによれば、かご及びフレームの双方が、６つの自由度、すなわち、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿った並進運動及び回転運動を有する。この開示に用いられる幾つかの表記を表１に与える。
【０１５０】
【表１】
0005837256.tif 000068
【０１５１】
左右方向、すなわちｘ軸におけるかご及びフレームの運動と、前後方向、すなわちｙ軸におけるかご及びフレームの運動とは分離される。
【０１５２】
１つの実施形態は、セミアクティブアクチュエータが左右方向のエレベータの振動を低減する制御方法を検討する。
【０１５３】
図１１は、エレベータシステムの例示的な擾乱の概略図を示している。この例では、エレベータシステムは、左右方向の４つの擾乱１１１１、１１１２、１１１３、及び１１１４を受ける。これらの４つの擾乱は、４つの中央ローラーアセンブリ９０６を通じてエレベータシステムに印加され、左右方向のフレーム９０３の並進運動及びｙ軸の回りのフレームの回転を励起する。これらのフレームの並進及び回転は、それぞれかご９０４の左右方向の並進及びｙ軸の回りの回転を更に励起する。かご及びフレームの左右運動は、ｙ軸の回りのかご及びフレームの回転と結合される。この実施形態は、ｘ軸におけるかご及びフレームの運動と、ｙ軸の回りのかご及びフレームの回転と、４つの中央ローラーの回転との力学を与える。力学の残りの部分は、同様に導出することができるが、左右方向の振動を低減することには関係しない。
【０１５４】
制御方法は、コントローラー１０１０が、センサー９１０によって測定されたエレベータかごの加速度を表すパラメーターに基づいて実施することができる。このコントローラーは、上記で論述したように、一組のアクチュエータを表す仮想セミアクティブアクチュエータの最適制御ポリシーに従って一組のセミアクティブアクチュエータを制御する。
【０１５５】
エレベータかごは、フレームとの相互作用からもたらされる様々な力を受ける可能性がある。これらの力は、かごとフレームとの間の支持ラバーからもたらされるばね力及び減衰力を含むことができる。これらのばね力及び減衰力は、集中力
【数６７】
0005837256.tif 000069
によって示され、以下のように記述される。
【０１５６】
【数６８】
0005837256.tif 000070
【０１５７】
同様に、ｙ軸の回りのかごの回転は、
【数６９】
0005837256.tif 000071
によって示される、上記集中力
【数７０】
0005837256.tif 000072
に対応する集中トルクによって誘発される。
【０１５８】
フレーム及び全てのローラーガイドを含むフレームの、ｘ軸における並進運動は、当該フレームとかご及びガイドレールとの相互作用からの力を受け、これらの力の全ては、ばね力及び減衰力のタイプである。４つの中央ローラーのローラーゴムからもたらされる集中したばね力及び補償力は、
【数７１】
0005837256.tif 000073
によって示され、以下のように記述される。
【０１５９】
【数７２】
0005837256.tif 000074
【０１６０】
式中、
【数７３】
0005837256.tif 000075
は、ｉ番目の中央ローラーのローラーゴムからもたらされるばね力及び減衰力を表す。したがって、左右方向のフレームの並進の力学は、以下の式となる。
【０１６１】
【数７４】
0005837256.tif 000076
【０１６２】
式中、
【数７５】
0005837256.tif 000077
は定数である。
【０１６３】
ローラーは、以下の式によって示されるローラーゴム及びガイドレールの相互作用からもたらされる力に対応するトルクを受ける。
【０１６４】
【数７６】
0005837256.tif 000078
【０１６５】
ローラーばねのばね力及び減衰力に対応するピボットアームの回りのトルクは、以下の式によって示される。
【０１６６】
【数７７】
0005837256.tif 000079
【０１６７】
セミアクティブアクチュエータの補償力に対応するトルクは、以下の式となる。
【０１６８】
【数７８】
0005837256.tif 000080
【０１６９】
かご及びフレームの左右方向の並進及び回転、並びに中央ローラーのそれらのピボットの回りの回転を含むエレベータの力学は、以下の式となる。
【０１７０】
【数７９】
0005837256.tif 000081
【０１７１】
式中、
【数８０】
0005837256.tif 000082
は、定数であり、
【数８１】
0005837256.tif 000083
は、ピボットに対する回転アーム及び中央ローラーの慣性である。
【０１７２】
１つの実施形態では、結合項
【数８２】
0005837256.tif 000084
及び
【数８３】
0005837256.tif 000085
は無視される。なぜならば、力学における項の残りのものが支配的であるからである。したがって、式（８）〜式（１０）によって表される物理システムモデルは、
【数８４】
0005837256.tif 000086
を考慮することによって単純化することができる。
【０１７３】
仮想システムは、物理システムの力学を操作することによって求められる。全てのセミアクティブアクチュエータが一様に動作するという仮定を用いると、１≦ｉ≦４についての式（１１）の総和は、以下の式となる。
【０１７４】
【数８５】
0005837256.tif 000087
【０１７５】
これによって、減衰係数
【数８６】
0005837256.tif 000088
及び対応する仮想相対速度
【数８７】
0005837256.tif 000089
を用いた仮想セミアクティブアクチュエータの定義が可能になる。したがって、仮想システムが導出される。
【０１７６】
仮想システムモデル、仮想セミアクティブアクチュエータに対する制約、及び最適制御理論に基づいて、実施形態は、以下のように、左右方向におけるエレベータのかごの振動を低減するための最適制御ポリシーを求める。
【０１７７】
【数８８】
0005837256.tif 000090
【０１７８】
エレベータの開示したセミアクティブサスペンションの制御方法は、システムの状態及び共状態の状態関数φ（ｘ，ｙ，ｔ）と、変位
【数８９】
0005837256.tif 000091
、すなわち仮想相対速度の関数との近似を用いる。
【０１７９】
幾つかの実施形態は、最適制御ポリシーにおける状態関数及び変位の関数の値を近似する。これらの関数の近似は、測定方式に依存する。特に、変位の関数の近似は、セミアクティブアクチュエータの構成にも関係している。
【０１８０】
図１２は、加速度計１２０１によって測定されたエレベータフレームの加速度を表す測定された信号１２１１のみに基づいて、最適制御ポリシーにおける状態関数及び変位の関数を近似したものを出力する推定器６０１のブロック図を示している。図４において説明した推定器と同様に、このエレベータシステムの推定器は、加速度フィルター１２０２、仮想相対速度フィルター１２０３、及び速度フィルター１２０４を備える。
【０１８１】
加速度フィルターは、加速度計１２０１によって測定されたフレームの加速度１２１１に基づいてエレベータかごの並進加速度を推定し、仮想相対速度フィルターは、エレベータかごの推定された加速度、例えば並進加速度と、エレベータフレームの測定された加速度、例えば並進加速度とに基づいて仮想相対速度を推定し、速度フィルターは、これらの加速度に基づいてエレベータフレームの並進速度の推定値を出力する。
【０１８２】
１つの実施形態では、４つのセミアクティブアクチュエータが、ｘ軸における振動を低減するように４つの全ての中央ローラーに設置されている。この実施形態は、仮想システムに基づいて第２のフィルターを設計する。上記セミアクティブアクチュエータが同じ動作を実行すると仮定すると、
【数９０】
0005837256.tif 000092
によって示される仮想相対位置のモデルは、以下の式によって与えられる。
【０１８３】
【数９１】
0005837256.tif 000093
【０１８４】
式中、１≦ｉ≦４についての
【数９２】
0005837256.tif 000094
は制御である。仮想相対位置の力学は、右辺が、仮想相対位置、仮想相対速度、仮想制御、及びローラーゴムからのトルク
【数９３】
0005837256.tif 000095
の関数である線形時変微分方程式によって表される。既知の変数を所与として、変位フィルターは以下の式となる。
【０１８５】
【数９４】
0005837256.tif 000096
【０１８６】
式中、
【数９５】
0005837256.tif 000097
は、ピボットに対する回転アームの慣性である。Ｌは、ピボットとアクチュエータの力点との間の長さであり、ｕｙは、仮想セミアクティブアクチュエータの粘性減衰係数であり、ｈ１は、ピボットとローラーばねとの間の高さであり、ｂ１は、ローラーばねの減衰係数であり、ｋ１は、ローラーばねの剛性であり、
【数９６】
0005837256.tif 000098
は、ピボットの回りのトルクを表す。第２のフィルターの出力ｚは、仮想相対速度
【数９７】
0005837256.tif 000099
を近似したものである。仮想相対速度の近似値ｚは、仮想相対速度
【数９８】
0005837256.tif 000100
の真の値に指数関数的に収束する。
【０１８７】
別の実施形態では、２つのセミアクティブアクチュエータのみが、ｘ軸における振動を低減するように４つの中央ローラーのうちの２つに設置される。この実施形態は、仮想システムに基づいて第２のフィルターを設計し、この第２のフィルターは、前の実施形態のフィルターと同様である。
【０１８８】
【数９９】
0005837256.tif 000101
の値は、第１のフィルターの出力を用いることによって取得することができる。例えば、１つの実施形態は、フレームの並進加速度及び角加速度が測定されると仮定する。式（８）及び式（９）におけるかごの力学は、測定されたフレームの加速度からかごの加速度を推定するように再構成される。
【０１８９】
【数１００】
0005837256.tif 000102
【０１９０】
式（１４）をラプラス変換したものは、以下の式となる。
【０１９１】
【数１０１】
0005837256.tif 000103
【０１９２】
式中、
【数１０２】
0005837256.tif 000104
は、
【数１０３】
0005837256.tif 000105
をラプラス変換したものであり、
【数１０４】
0005837256.tif 000106
は、
【数１０５】
0005837256.tif 000107
をラプラス変換したものであり、Ｍｃ、Ｂｃ、Ｋｃは、適切な行列である。かごの加速度は、伝達関数が以下の式によって与えられる次の第１のフィルターを通じてフレームの加速度をフィルタリングすることによって推定することができる。
【０１９３】
【数１０６】
0005837256.tif 000108
【０１９４】
かごの加速度の推定によれば、集中力
【数１０７】
0005837256.tif 000109
の値は既知である。したがって、
ローラーゴムからの集中力
【数１０８】
0005837256.tif 000110
の値は、（１０）に従って計算することができ、この値は、トルク
【数１０９】
0005837256.tif 000111
の値を暗に意味する。したがって、仮想相対位置の力学を記述した微分方程式（１３）の右辺は、仮想相対位置、仮想相対速度、及び既知の変数の関数である。したがって、仮想相対位置の力学は、（１）のような決定論的形式である。
【０１９５】
１つの実施形態は、トルク
【数１１０】
0005837256.tif 000112
の値の推定を更に単純化する。この実施形態は、例えば左右方向のフレームの並進加速度のみを測定する。上記で開示したように、ｘ軸におけるエレベータかごの加速度の推定は、ｘ軸におけるフレームの並進加速度及びｙ軸の回りの回転加速度の知識を必要とする。かご及びフレームの回転力学は、並進力学から分離することができ、式（１４）は、以下のように単純化される。
【０１９６】
【数１１１】
0005837256.tif 000113
【０１９７】
式（１５）の力学から、ｘ軸におけるかごの加速度は、入力がｘ軸におけるフレームの加速度である以下の第１のフィルターの出力として推定することができる。
【０１９８】
【数１１２】
0005837256.tif 000114
【０１９９】
Ｇ（ｓ）は、入力が、例えば左右方向のエレベータフレームの並進加速度であり、出力が、例えば左右方向のエレベータかごの並進加速度である、第１のフィルターの伝達関数である。また、ｓは複素周波数であり、ｍｃは、エレベータかごの質量であり、
【数１１３】
0005837256.tif 000115
は、かご保持ダンパーの重み付き剛性であり、
【数１１４】
0005837256.tif 000116
は、かご保持ダンパーの重み付き減衰である。推定されたかごの加速度を所与として、ローラーゴムからの集中力
【数１１５】
0005837256.tif 000117
の値を、式（１０）に従って計算することができ、これは、トルク
【数１１６】
0005837256.tif 000118
の値を暗に意味する。仮想相対速度は、同じ第２のフィルターによって近似することができる。したがって、エレベータかごの振動は、加速度の測定のみに基づいて低減される。
【０２００】
本発明の上記で説明した実施形態は、多数の方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組合せを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピューターに設けられるのか又は複数のコンピューター間に分散されるのかにかかわらず、任意の適した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、１つ又は複数のプロセッサを集積回路部品に有する集積回路として実装することができる。ただし、プロセッサは、任意の適したフォーマットの回路類を用いて実装することができる。
【０２０１】
さらに、コンピューターは、ラックマウント型コンピューター、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、ミニコンピューター又はタブレットコンピューター等の複数の形態のいずれにおいても実現できることが理解されるべきである。そのようなコンピューターは、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としてエンタープライズネットワーク若しくはインターネット等を含む１つ又は複数のネットワークの任意の適した形態によって相互接続することができる。そのようなネットワークは、任意の適した技術に基づくことができ、任意の適した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ーネットワークを含むことができる。
【０２０２】
また、本明細書において概説される様々な方法又はプロセスは、様々なオペレーティングシステム又はプラットフォームのうちの任意のものを用いる１つ又は複数のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとして符号化することができる。加えて、そのようなソフトウェアは、複数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ティングツールのうちの任意のものを用いて書くことができ、フレームワーク又は仮想マシン上で実行される実行可能な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。
【０２０３】
これに関して、本発明は、単数又は複数の非一時的なコンピューター可読媒体、例えば、コンピューターメモリ、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実現することができる。「プログラム」又は「ソフトウェア」という用語は、本明細書において、一般的な意味で、上記で論考したような本発明の様々な態様を実施するようにコンピューター又は他のプロセッサをプログラムするのに用いることができる任意のタイプのコンピューターコード又はコンピューター実行可能命令のセットを指すように用いられる。
【０２０４】
コンピューター実行可能命令は、１つ若しくは複数のコンピューター又は他のデバイスによって実行された、プログラムモジュール等の多くの形式をとることができる。一般に、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タイプを実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造を含む。通常、プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態において所望に応じて組み合わせることも分散させることもできる。
【０２０５】
また、本発明の実施形態は、例が提供された方法として実施することができる。この方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法で順序付けすることができる。したがって、動作が示したものと異なる順序で実行される実施形態を構築することができ、これには、例示の実施形態では一連の動作として示されたにもかかわらず、幾つかの動作を同時に実行することを含めることもできる。
【図１Ａ】
0005837256.tif 000128
【図１Ｂ】
0005837256.tif 000129
【図１Ｃ】
0005837256.tif 000130
【図２】
0005837256.tif 000131
【図３Ａ】
0005837256.tif 000132
【図３Ｂ】
0005837256.tif 000133
【図４】
0005837256.tif 000134
【図５】
0005837256.tif 000135
【図６】
0005837256.tif 000136
【図７】
0005837256.tif 000137
【図８】
0005837256.tif 000138
【図９】
0005837256.tif 000139
【図１０】
0005837256.tif 000140
【図１１】
0005837256.tif 000141
【図１２】
0005837256.tif 000142