(57)【要約】  本発明は、持ち上げ荷重に接続されるモータを制御するように設計された速度バリエータの速度調整ループを設定する方法に関する。本方法は、荷重の公称線速度、モータの公称回転周波数、モータ極の対の数、及び、荷重の全質量に応じて、速度調整ループの比例ゲイン（Ｋｐ）及び積分ゲイン（ＫＩ）を計算するステップを含む。
2011526233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
持ち上げ荷重に接続されるモータ（Ｍ）を制御するように設計された可変速ドライブの速度調整ループを設定する設定方法であって、
荷重の公称線速度（Ｖｎｏｍ）、モータの回転の公称周波数（Ｆｎｏｍ）、モータの極の対の数（ＰＮ）、及び、センサによって測定されない所定のパラメータである荷重の全重量（Ｍｔｏｔ）に応じて、速度調整ループの比例ゲイン（Ｋｐ）及び積分ゲイン（ＫＩ）を計算するステップを含むことを特徴とする設定方法。
【請求項２】
荷重がエレベータかごを含み、荷重の全重量（Ｍｔｏｔ）がエレベータかごの公称容量に比例することを特徴とする請求項１記載の設定方法。
【請求項３】
荷重がエレベータかごを含み、荷重の全重量（Ｍｔｏｔ）がエレベータかごの重量に比例することを特徴とする請求項１記載の設定方法。
【請求項４】
荷重がエレベータかごを含み、荷重の全重量（Ｍｔｏｔ）がエレベータかごの釣り合いおもりの重量に比例することを特徴とする請求項１記載の設定方法。
【請求項５】
モータの公称トルク（ＴＮ）及びモータの極の対の数（ＰＮ）に応じてモータの慣性（Ｊｍｏｔ）を計算して、速度調整ループの比例ゲイン（Ｋｐ）及び積分ゲイン（ＫＩ）の計算を精緻化するステップも含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の設定方法。
【請求項６】
モータの公称トルク（ＴＮ）及びモータ速度を測定するためのエンコーダの分解能（ＮＳ）に応じて速度調整ループの帯域幅の係数を計算して、速度調整ループの比例ゲイン（Ｋｐ）及び積分ゲイン（ＫＩ）の計算を精緻化するステップも含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の設定方法。
【請求項７】
速度調整ループを形成する制御システムを備え、持ち上げ荷重に接続されるモータを制御するように設計された可変速ドライブであって、
前記可変速ドライブの制御システムは、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の速度調整ループを設定するための方法を使用する計算ブロック（１０、２０、３０、４０、５０）を備えることを特徴とする可変速ドライブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吊り上げ荷重、特にエレベータかごを駆動させるように設計された同期又は非同期の電気モータを制御する可変速ドライブの速度調整ループを設定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータを制御するため、可変速ドライブは、通常、モータ速度を調整するための調整ループとモータの様々な相へ送られる電流を調整するための調整ループとを有する制御システムを備える。持ち上げ用途において、特にエレベータにおいては、かごを持ち上げるためのモータを制御する可変速ドライブの電流調整ループ及び速度調整ループのパラメータを適切に設定することが特に重要である。具体的には、これらの調整ループの正しい設定は、一方では、エレベータの全体の性能に直接に影響を及ぼし、他方では、エレベータのユーザによって感じとられる快適性及び安全性の感覚に直接に影響を及ぼす。しかしながら、この設定は、時として、可変速ドライブが作動されるときに適用するのに時間がかかり及び／又は複雑である。
【０００３】
特許文献１には、持ち上げ用途における可変速ドライブの自動的な作動を可能にする方法について既に記載されている。しかしながら、この方法は始動前に事前較正段階を含んでおり、その間、明らかに、ロータを固定状態に維持しつつモータに電流を注入する必要がある。
【０００４】
特許文献２には、エレベータの速度調整ループを調整できるようにする装置が開示されている。それにもかかわらず、この装置は、速度調整ループの比例ゲインを自動的に調整するために、エレベータかごの実際の重量を決定できるようにする荷重センサの使用を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５９２９４００号明細書
【特許文献２】特開平０８−０１２２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、速度調整ループの比例ゲイン及び積分ゲインの推定を提案することにより、持ち上げモータを制御する可変速ドライブをより容易に且つより簡単に作動させることである。これらのゲインは、電流注入ステップを必要とすることなく、入力されるべき数少ないユーザパラメータのみに基づいて計算され、それにより、速度調整ループの事前設定を簡単に行なうことができる。この設定は、オフラインで行なわれ、すなわち、入力されたパラメータに基づいてゲインが１回だけ計算され、また、エレベータの動作中に荷重の実際の重量に応じたゲインの更なる調整が不要であり、有益である。したがって、この方法は、荷重センサを必要としないため、簡単で且つ経済的である。
【０００７】
また、入力されるべき前記パラメータは、用途の既知の物理的大きさに対応し、有益である。それらのパラメータは識別が容易であるため、したがって、これらの物理的大きさをユーザにより非常に簡単に入力できる。そのため、本発明によれば、例えばエレベータタイプの持ち上げ用途で可変速ドライブを使用する時間及びコストを減らすことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本発明は、持ち上げ荷重に接続されるモータを制御するように設計された可変速ドライブの速度調整ループを設定する方法について記載する。本方法は、かごの公称線速度、モータの回転の公称周波数、モータの極の対の数、及び、荷重の全重量に応じて、速度調整ループの比例ゲイン及び積分ゲインを計算するステップを含む。全重量は、センサによって測定されない所定のパラメータである。
【０００９】
１つの特徴によれば、荷重がエレベータかごを含み、荷重の全重量は、エレベータかごの公称容量、エレベータかごの重量、又は、エレベータかごの釣り合いおもりの重量に比例する。したがって、本方法は、エレベータかごの重量だけでなく、システム全体の全重量も考慮に入れ、有益である。
【００１０】
他の特徴によれば、本方法は、モータの公称トルク及びモータの極の対の数に応じてモータの慣性を計算して、速度調整ループの比例ゲイン及び積分ゲインの計算を精緻化するステップも含む。
【００１１】
他の特徴によれば、本方法は、モータの公称トルク及びモータ速度を測定するためのエンコーダの分解能を表わす情報項目に応じて速度測定値をフィルタリングする時定数を計算して、速度調整ループの比例ゲイン及び積分ゲインの計算を精緻化するステップも含む。
【００１２】
また、本発明は、速度調整ループを形成する制御システムを備え、持ち上げ荷重に接続されるモータを制御するように設計された可変速ドライブであって、可変速ドライブの制御システムがそのような設定方法を使用する計算ブロックを備える可変速ドライブに関する。
【００１３】
他の特徴及び利点は、一例として与えられて添付図面によって表わされる実施形態に関連する以下の詳細な説明において明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】モータを制御する可変速ドライブを制御するためのシステムの部分図を表わしている。
【図２】速度調整ループの比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫＩの計算の本発明に係る簡略ブロック図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１を参照すると可変速ドライブは、電気モータＭを制御するための制御システムを備える。モータＭは、持ち上げタイプの荷重、例えばエレベータタイプの用途を駆動させるように設計された同期モータ又は非同期モータである。このタイプの用途では、荷重（図示せず）は、主に、エレベータかご、その釣り合いおもり、及び、関連するケーブルを備える。
【００１６】
可変速ドライブを制御するためのシステムは、速度調整ループを形成する速度調整器５を備える。既知の態様で、速度調整器５は、モータＭの回転のための速度基準ＶｒｅｆとモータＭの回転に関する速度測定値Ｖｍｅｓとの間の差から生じる設定点を入力として受ける。速度調整器５は、比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫＩを使用して速度調整ループを形成する。速度調整器５の出力はモータトルク電流の基準Ｉｑｒｅｆを与える。速度測定値Ｖｍｅｓは例えば測定モジュール９によって供給される。
【００１７】
可変速ドライブの制御システムは電流調整ループも形成する。このため、制御システムは、トルクＩｑの電流を調整するための調整器６と、磁束Ｉｄの電流調整器７とを備える。トルク電流調整器６は、トルク電流の基準Ｉｑｒｅｆとトルク電流の測定値Ｉｑｍｅｓとの間の差から生じる設定点を入力として受ける。その後、電流調整器６、７からの出力は、変換モジュール８によって、モータＭの各相へ送られる可変電流へと変換される。
【００１８】
図２は、本発明にしたがって速度調整ループの比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫＩを推定できるようにする、可変速ドライブを制御するためのシステムの様々な計算ブロックを示すブロック図を示している。これらのゲインＫｐ、ＫＩは、速度調整ループを形成するために速度調整器５によって使用される。
【００１９】
第１の計算ブロック１０の機能は、移動される荷重の全重量Ｍｔｏｔを決定することである。第２の計算ブロック２０の機能は、第１のブロック１０で計算される全重量Ｍｔｏｔを使用することにより荷重の慣性Ｊｌｏａｄを決定することである。第３の計算ブロック３０の機能は、第２のブロック２０で計算される荷重の慣性Ｊｌｏａｄを使用することによりＫｐ、ＫＩを決定することである。
【００２０】
随意的に、第３の計算ブロック３０は、第４の計算ブロック４０で計算されるモータ慣性Ｊｍｏｔの値を使用してもよい。同様に、第３の計算ブロック３０は、第５の計算ブロック５０で計算される帯域幅係数値を使用してもよい（以下の詳細な説明を参照）。
【００２１】
エレベータの場合、荷重の慣性Ｊｌｏａｄは、モータの慣性を除いて、エレベータの公称容量がエレベータかごに負荷されるときのエレベータかごの慣性と、かごの釣り合いおもりの慣性とを考慮に入れる。エレベータケーブルの慣性は無視してよいと考えられる。荷重の慣性Ｊｌｏａｄは、以下のパラメータ、すなわち、Ｍｔｏｔ＝移動される荷重の全重量、Ｆｎｏｍ＝モータの回転の公称周波数、ＰＮ＝モータの極の対の数、Ｖｎｏｍ＝かごの公称線速度に基づいて、以下の式により計算される。  
Ｊｌｏａｄ＝Ｍｔｏｔ×（Ｖｎｏｍ×ＰＮ／（２π×Ｆｎｏｍ））２
【００２２】
モータの回転の公称周波数Ｆｎｏｍは、モータのロータの回転の公称周波数を表わす。同期モータの場合には、モータの回転の公称周波数Ｆｎｏｍがステータの電源の周波数に対応する。非同期モータの場合には、モータの回転の公称周波数Ｆｎｏｍは、ステータの電源の周波数と１よりも小さい滑り係数との積に対応する。この滑り係数は、動作の公称点において固定されると見なされ得る。
【００２３】
第１の簡単な実施形態によれば、リフトモータの慣性Ｊｍｏｔは、ユーザの介入を伴うことなく可変速ドライブにおいて予め決定される固定値となるように選択される。その場合、用途の全慣性Ｊｔｏｔは以下のようにして決定される。  
Ｊｔｏｔ＝Ｊｍｏｔ＋Ｊｌｏａｄ＝Ｊｍｏｔ＋Ｍｔｏｔ×（Ｖｎｏｍ×ＰＮ／（２π×Ｆｎｏｍ））２
【００２４】
その後、第３のブロック３０は、速度調整ループの比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫＩを計算する。このため、第３のブロック３０は以下の式を用いる。  
Ｋｐ＝α×ξ×Ｊｔｏｔ／ＰＮ
ＫＩ＝α２×Ｊｔｏｔ／ＰＮ
【００２５】
この場合、αは速度調整ループの帯域幅係数（時として、ωＢＰと呼ばれる）に対応し、ξは速度調整ループの減衰の係数（安定性の係数とも呼ばれる）に対応する。第１の実施形態において、これらの係数α及びξの値は、可変速ドライブにおいて、α０及びξ０のそれぞれの値に固定されて予め決定される。
【００２６】
したがって、速度調整ループを設定するための方法は、ゲインＫｐ、ＫＩを計算するステップを含む。Ｋｐ、ＫＩは、以下のユーザパラメータ、すなわち、荷重の公称線速度Ｖｎｏｍ、モータの回転の公称周波数Ｆｎｏｍ、モータの極の対の数ＰＮ、及び、移動される荷重の全重量Ｍｔｏｔのみに応じて計算されるのが有益である。パラメータＦｎｏｍ、ＰＮ、及び、Ｖｎｏｍは、所定の用途においてユーザにより容易に確かめられる物理的大きさに対応し、一方、全重量Ｍｔｏｔは、確かめるのがユーザにとってより困難な場合がある。したがって、本発明は、全重量Ｍｔｏｔの簡単な推定も提案する。
【００２７】
移動される荷重の全重量Ｍｔｏｔは、ケーブルの重量を無視して、空のカーの重量Ｍｃａｂと、かごの釣り合いおもりの重量Ｍｃｔｐと、エレベータかごの公称機内容量に対応する重量Ｍｌｏａｄとの総和に等しい。  
Ｍｔｏｔ＝Ｍｃａｂ＋Ｍｃｔｐ＋Ｍｌｏａｄ
【００２８】
全重量Ｍｔｏｔは、所定のエレベータに関してユーザにより容易に確かめられる物理的大きさに対応するエレベータかごの公称容量Ｍｌｏａｄに比例するのが好ましい。したがって、カーのこの公称容量のみを入力することにより、第１のブロック１０は荷重の全重量Ｍｔｏｔを推定することができる。差別なく、かごのこの公称容量Ｍｌｏａｄは、最大人数（例えば８人）に基づいて、あるいは、等価重量（例えば、一人当たり７５ｋｇの平均をとって、６００ｋｇ）に直接に基づいて、ユーザにより入力され得る。
【００２９】
同様に、全重量Ｍｔｏｔは、空のエレベータかごの重量Ｍｃａｂ、又は、エレベータかごの釣り合いおもりの重量Ｍｃｔｐに比例する。これらの２つのパラメータも、所定の用途においてユーザにより容易に確かめられる物理的大きさに対応する。使用される計算規則は以下のとおりである。  
−エレベータが釣り合わされていると見なされ、したがって、釣り合いおもりの重量Ｍｃｔｐは、空のかごの重量Ｍｃａｂとかごの公称容量Ｍｌｏａｄの１／２との和にほぼ等しい。  
−空のかごの重量Ｍｃａｂはかごの公称容量Ｍｌｏａｄにほぼ等しい。  
−エレベータのケーブルの重量は無視してよい。
【００３０】
これにより、以下が与えられる。
Ｍｔｏｔ≒３．５×Ｍｌｏａｄ、又は、Ｍｔｏｔ≒３．５×Ｍｃａｂ、又は、Ｍｔｏｔ≒２．３３×Ｍｃｔｐ
【００３１】
したがって、全重量Ｍｔｏｔは３つの物理的大きさのそれぞれに比例し、そのため、その推定を素早く行なうことができる。ユーザは、第１の計算ブロック１０においてこれらの物理的大きさのうちの１つだけを入力して、移動される荷重の全重量Ｍｔｏｔの推定値を計算するという選択肢を有する。
【００３２】
無論、他の同様の規則を使用して、全重量Ｍｔｏｔを推定することができる。また、ユーザが３つの物理的大きさ、すなわち、空のかごの重量Ｍｃａｂ、釣り合いおもりの重量Ｍｃｔｐ、及び、かごの公称容量Ｍｌｏａｄのそれぞれを確かめることができる場合には、勿論、これらの３つの大きさを個別に入力して、第１のブロック１０において全重量Ｍｔｏｔをより正確に計算することができる。いずれにしても、全重量Ｍｔｏｔは、例えばかご内の人数を考慮に入れるためにエレベータの動作中にカーの実際の重量を与えるセンサによりリアルタイムで測定される必要がない固定の予め決定されるパラメータであることが分かる。
【００３３】
第２の実施形態によれば、リフトモータの慣性Ｊｍｏｔは、固定されて予め決定されることなく、モータの極の対の数ＰＮ及びモータの公称トルクＴＮの関数となるように第４の計算ブロック４０において計算することができる。したがって、リフトモータの慣性Ｊｍｏｔを計算するために、ユーザは、更なるパラメータ、すなわち、それがモータの既知の物理的大きさにも対応することから入力するのが容易なパラメータであるモータの公称トルクＴＮを入力しなければならない。この第２の実施形態により、用途の全慣性Ｊｔｏｔの値を改善し、したがって、ゲインＫｐ、ＫＩの計算を精緻化できる。第４のブロック４０では、モータの慣性Ｊｍｏｔが、
Ｊｍｏｔ＝Ｊ０×（ＴＮ／Ｔ０）１．５×ＰＮ／２
に等しくなるように計算される。  
この場合、Ｔ０は、１Ｎ・ｍに等しい一定の基本トルクを表わしており、また、Ｊ０は、１０−５ｋｇ・ｍ２にほぼ等しくなるように選択される慣性の固定の係数を表わしている。
【００３４】
第３の実施形態は、ゲインＫｐ、ＫＩの計算を更に精緻化することを可能にする。このため、設定方法は、所定の固定値α０をとる代わりに、帯域幅の係数αの値αｃａｌを計算する。このため、第５の計算ブロック５０は、測定モジュール９によって行なわれる速度測定のフィルタリングのための時定数Ｔｆｉｌｔを計算する。この時定数Ｔｆｉｌｔは、最小値Ｔｆｉｌｔｍｉｎと最大値Ｔｆｉｌｔｍａｘとの間にある。
【００３５】
最小値Ｔｆｉｌｔｍｉｎは、モータの回転速度が測定される場合には、モータの公称トルクＴＮと、モータの回転速度Ｖｍｅｓを測定するために使用されるエンコーダの分解能ＮＳとに基づいて決定される。この値Ｔｆｉｌｔｍｉｎは、例えば、２％の最大ノイズが公称トルクＴＮに付加されるように選択される。また、最大値Ｔｆｉｌｔｍａｘは、可変速ドライブを制御するためのシステムの安定性の限界によって与えられる。
【００３６】
最適な設定を行なうためには、ＴｆｉｌｔがＴｆｉｌｔｍｉｎに等しく、ＴｆｉｌｔｍａｘがＴｆｉｌｔｍｉｎ以上のままとなるようにすることが必要である。これらの条件により、帯域幅の係数αの計算値αｃａｌが
αｃａｌ＝（（ＮＳ×ＴＮ）／（１０００×π×Ｊｔｏｔ））１／２
に等しくなる。
【００３７】
また、２つの所定の最小極値と最大極値との間で値αｃａｌをひとくくりにすることができる。
【００３８】
したがって、帯域幅の係数αの値αｃａｌを計算するために、ユーザは、更なるパラメータ、すなわち、それが用途の既知の物理的大きさにも対応することから入力するのが容易なパラメータであるエンコーダ分解能ＮＳを入力しなければならない。
【００３９】
このように、本発明は、測定センサを必要とすることなく所定の既知の機能パラメータを使用することにより、速度調整ループの比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫＩを決定する。したがって、本方法は、オフラインで、すなわち、エレベータの実際の動作の前に、ゲインＫｐ、ＫＩを１回だけ計算できれば済み、ゲインをリアルタイムで再計算又は再調整する必要がないため、非常に簡単である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2011526233.tif 000008
2011526233.tif 000009
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