(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレベーター昇降路内を移動するエレベーターかごと、該エレベーターかご及び該エレベーター昇降路に連結される少なくとも１つのエレベーターケーブルとを備えるエレベーターシステムの動作を制御する方法であって、
前記エレベーターシステムの動作中に、前記エレベーターケーブルの揺れの速度を求めることと、
前記求めることに応答して、前記揺れの前記速度の関数に従って、前記エレベーターケーブルに連結されるセミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数を変更することと、
を含み、
前記エレベーターシステムの状態を安定させる制御則を決定することを更に含み、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し、
前記制御則は、前記セミアクティブダンパーアクチュエーターの前記減衰係数の前記値が前記揺れの揺れ角度の二乗に比例し、正の利得によって制限されるように決定され、
前記制御則は、外乱の存在時にリアプノフ関数の導関数を強制的に負定値にさせる外乱除去成分を含み、前記外乱除去成分は、前記外乱の最大加速度に比例する項を含む、
該方法のステップは少なくとも１つのプロセッサが実行する、方法。
【請求項２】
前記エレベーターシステムの前記動作中に前記揺れの振幅を決定することと、
前記揺れの前記振幅の数値微分に基づいて前記揺れの前記速度を決定することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エレベーターシステムのための前記制御則は、前記エレベーターシステム内の前記エレベーターケーブルのモデルに基づいて決定され、前記エレベーターケーブルは、コンプライアントばねを介して、第２の硬質セグメントに結合される第１の硬質セグメントとしてモデル化され、前記第１の硬質セグメントは前記エレベーターかごに取り付けられ、前記第２の硬質セグメントは前記エレベーター昇降路の壁に取り付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記セミアクティブダンパーアクチュエーターは前記エレベーターかごに連結され、前記制御則は、
【数１】
0006521887.tif 000028
であり、ただし、Ｕｃは前記減衰係数の値であり、
【数２】
0006521887.tif 000029
はかご側における角度変数の速度であり、ｌｄｐｃは前記エレベーターかごと前記セミアクティブダンパーアクチュエーターとの間の前記エレベーターケーブルに沿った距離であり、ｋｃは前記正の利得である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記セミアクティブダンパーアクチュエーターは前記エレベーター昇降路の壁に連結され、前記制御則は、
【数３】
0006521887.tif 000030
であり、ただし、Ｕｗは前記減衰係数の前記値であり、
【数４】
0006521887.tif 000031
は壁側における角度変数の速度であり、ｌｄｐｗは前記エレベーター昇降路の前記壁と前記セミアクティブダンパーアクチュエーターとの間の前記エレベーターケーブルに沿った距離であり、ｋｗは前記正の利得である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記セミアクティブダンパーアクチュエーターは前記エレベーターかごに連結され、前記制御則は、
【数５】
0006521887.tif 000032
であり、ただし、Ｕｃは前記減衰係数の値であり、
【数６】
0006521887.tif 000033
はかご側における角度変数の速度を含む速度であり、ｌｄｐｃは前記エレベーターかごと前記セミアクティブダンパーアクチュエーターとの間の前記エレベーターケーブルに沿った距離であり、ｋｃは前記正の利得であり、
【数７】
0006521887.tif 000034
は前記かご側における前記外乱の前記最大加速度である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記セミアクティブダンパーアクチュエーターは前記エレベーター昇降路の壁に連結され、前記制御則は、
【数８】
0006521887.tif 000035
であり、ただし、Ｕｗは前記減衰係数の値であり、
【数９】
0006521887.tif 000036
は壁側における角度変数の速度を含む速度であり、ｌｄｐｗは前記エレベーター昇降路の前記壁と前記セミアクティブダンパーアクチュエーターとの間の前記エレベーターケーブルに沿った距離であり、ｋｗは前記正の利得であり、
【数１０】
0006521887.tif 000037
は前記エレベーター昇降路の前記壁側における前記外乱の前記最大加速度である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記エレベーターケーブルは前記エレベーターかごに電力を供給する電気ケーブルである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記セミアクティブダンパーアクチュエーターは、前記エレベーターかごの底部と前記エレベーターケーブルとの間に、又は前記エレベーターケーブルと前記エレベーター昇降路の壁との間に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記エレベーターシステムは、前記エレベーターケーブルを前記エレベーターかごと連結し、前記エレベーターケーブルを前記エレベーター昇降路の前記壁と連結する２つのセミアクティブダンパーアクチュエーターを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
エレベーター昇降路内を移動するエレベーターかごと、
前記エレベーターかご及び前記エレベーター昇降路に連結され、前記エレベーターかごに電力を供給するためのエレベーターケーブルと、
前記エレベーターケーブルに連結され、かつ、前記エレベーターかご又は前記エレベーター昇降路に連結される、セミアクティブダンパーアクチュエーターと、
前記エレベーターケーブルの揺れの速度を求めるための揺れユニットと、
前記エレベーターケーブルの前記揺れの前記速度の関数に従って、前記セミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数を制御するためのプロセッサを備える制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、
前記エレベーターシステムの状態を安定させる制御則を決定し、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し、
前記制御則は、前記セミアクティブダンパーアクチュエーターの前記減衰係数の前記値が前記揺れの揺れ角度の二乗に比例し、正の利得によって制限されるように決定され、
前記制御則は、外乱の存在時にリアプノフ関数の導関数を強制的に負定値にさせる外乱除去成分を含み、前記外乱除去成分は、前記外乱の最大加速度に比例する項を含む、
エレベーターシステム。
【請求項１２】
前記揺れユニットは、前記エレベーターシステムの動作中に前記揺れの振幅の１組の値を求め、前記揺れの前記振幅の前記１組の値の数値微分に基づいて前記揺れの前記速度を求める、請求項１１に記載のエレベーターシステム。
【請求項１３】
前記制御ユニットは、前記エレベーター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制御し、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値を決定する、請求項１１に記載のエレベーターシステム。
【請求項１４】
命令を記憶している非一時的コンピューター可読媒体であって、プロセッサによって実行されるときに、前記命令は、
エレベーターシステムの動作中にエレベーターケーブルの揺れの振幅を求めることと、
前記揺れの前記振幅の数値微分に基づいて前記揺れの速度を求めることと、
前記揺れの前記速度の関数に従ってセミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数を決定することと、
前記減衰係数に従って前記セミアクティブダンパーアクチュエーターを制御するコマンドを生成することと、
を含むステップを実行し、
前記ステップは、
前記エレベーターシステムの状態を安定させる制御則を決定することを更に含み、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し、
前記制御則は、前記セミアクティブダンパーアクチュエーターの前記減衰係数の前記値が前記揺れの揺れ角度の二乗に比例し、正の利得によって制限されるように決定され、
前記制御則は、外乱の存在時にリアプノフ関数の導関数を強制的に負定値にさせる外乱除去成分を含み、前記外乱除去成分は、前記外乱の最大加速度に比例する項を含む、
非一時的コンピューター可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、エレベーターシステムに関し、より詳細には、エレベーターシステムにおける電気ケーブルの揺れを低減することに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のエレベーターシステムは、例えば、建物の異なる階の間で乗客を移動させるためのエレベーターかごと、地上又は地下の垂直なエレベーター昇降路内を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ケーブルによって互いに連結される。巻上ケーブルは、エレベーター昇降路の上部又は底部にある機械室内に位置する溝付きの綱車に巻き付けられる。綱車を電気モーター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ーによって駆動することができる。さらに、かごは、１組の電気ケーブルを通して制御信号及び電力信号を受信し、１組の電気ケーブルは、一端がエレベーターかごの底部に取り付けられ、他端が、一般にかごの上部と底部との間の中間距離において、エレベーター昇降路に取り付けられている。
【０００３】
ケーブルの揺れ（sway）は、エレベーター昇降路内のエレベーターケーブル、例えば、電気ケーブルの振動を指している。その振動はエレベーター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／又はエレベーターシステムの動作中のケーブルの振動によって引き起こされる可能性がある。振動の周波数がケーブル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、ケーブルは、エレベーター昇降路内の他の機器と絡まるか、又は時間の経過とともに構造的に弱くなる可能性があり、エレベーター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エレベーターケーブルの揺れを制御する。例えば、特許文献１に記述されている方法では、パッシブ減衰機械システムがエレベーターケーブルをエレベーター昇降路と連結する。そのパッシブ機械システムは、ケーブルの運動及び振動を低減する。同様に、特許文献２では、エレベーターケーブルの振動を防振するために、エレベーターケーブルに２つのパッシブ機械システムが追加される。１つのローラー型機械システムが、エレベーターケーブルとエレベーター昇降路との間の連結点に取り付けられ、複数のローラーがエレベーター昇降路壁に沿って、すなわち、エレベーターケーブルの振動に対して垂直に運動する。
【０００５】
別の類似のパッシブ機械システムは、エレベーターケーブルの振動軸においてケーブルを強制的に移動させるローラー型デバイスを使用する。しかしながら、それらのパッシブ減衰システムはあらかじめ構成されているので、エレベーターシステムの状態に何らかの変化があっても、減衰システムを調整することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２０３３０７８号公報
【特許文献２】特許第２１０６５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、エレベーターケーブルの揺れを低減する別の方法が必要とされている。
【０００８】
本発明の幾つかの実施形態の目的は、ケーブルに減衰力をかけることによって、エレベーターシステム内のエレベーターかごに連結されるエレベーターケーブル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、エレベーターケーブルとエレベーターかごとの間に連結されているセミアクティブダンパーアクチュエーターを用いて、エレベーターケーブルに減衰力をかける。別の実施形態は、エレベーターケーブルとエレベーター昇降路との間に連結されているセミアクティブダンパーアクチュエーターを用いて、エレベーターケーブルに減衰力をかける。
【０００９】
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、エレベーター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、揺れの速度の関数に従ってセミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数を更新する。この実施形態は、エレベーターケーブルに時間変化減衰力をかけることによって、エレベーターケーブルの横揺れを低減させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態は、エレベーターケーブルにかけられる減衰力を用いてエレベーター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、エレベーターケーブルのモデルを用いて、エレベーターケーブル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、エレベーターケーブルの運動を表す力学系を記述する微分方程式の解に用いられる。
【００１１】
例えば、幾つかの実施形態は、エレベーターケーブルがリアプノフ安定（Lyapunov stable）であることを表す力学系を必要とする。具体的には、エレベーターケーブルの安定は、制御リアプノフ関数（control Lyapunov function）によって記述することができ、その場合、エレベーターケーブルを安定させるエレベーターケーブルの減衰力は、制御則によって制御されるエレベーターケーブル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。
【００１２】
したがって、一実施形態は、エレベーター昇降路内で移動するエレベーターかごと、エレベーターかご及びエレベーター昇降路に連結される少なくとも１つのエレベーターケーブルとを備えるエレベーターシステムの動作を制御する方法を開示する。本方法は、エレベーターシステムの動作中に、エレベーターケーブルの揺れの速度を求めることと、求めることに応答して、揺れの速度の関数に従って、エレベーターケーブルに連結されるセミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数を変更することとを含む。本方法のステップは少なくとも１つのプロセッサによって実行される。
【００１３】
別の実施形態は、エレベーターシステムを開示し、そのエレベーターシステムは、エレベーター昇降路内を移動するエレベーターかごと、エレベーターかご及びエレベーター昇降路に結合され、エレベーターかごに電力を供給するためのエレベーターケーブルと、エレベーターケーブルに連結され、かつエレベーターかごに、又はエレベーター昇降路に連結されるセミアクティブダンパーアクチュエーターと、エレベーターケーブルの揺れの速度を求めるための揺れユニットと、エレベーターケーブルの揺れの速度の関数に従って、セミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数を制御するためのプロセッサを含む制御ユニットとを備える。
【００１４】
更に別の実施形態は、命令を記憶している非一時的コンピューター可読媒体を開示し、プロセッサによって実行されるときに、それらの命令は、エレベーターシステムの動作中にエレベーターケーブルの揺れの振幅を求めることと、揺れの振幅の数値微分に基づいて揺れの速度を求めることと、揺れの速度の関数に従ってセミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数を決定することと、減衰係数に従ってセミアクティブダンパーアクチュエーターを制御するコマンドを生成することとを含むステップを実行する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の様々な実施形態のうちの１つを用いるエレベーターシステムの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の様々な実施形態のうちの１つを用いるエレベーターシステムの概略図である。
【図１Ｃ】本発明の様々な実施形態のうちの１つを用いるエレベーターシステムの概略図である。
【図１Ｄ】本発明の幾つかの実施形態のうちの１つによるセミアクティブダンパーアクチュエーターの構成の概略図である。
【図１Ｅ】本発明の幾つかの実施形態のうちの１つによるセミアクティブダンパーアクチュエーター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ー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ーアクチュエーターの減衰係数を変更することによってエレベーター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】本発明の別の実施形態によるエレベーターシステムの動作を制御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】
【００１６】
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効率を含む、複数の理由のために重要である。特に、エレベーターシステム内のエレベーターかごに電力を供給する電気ケーブル等のエレベーターケーブルの横方向への揺れのような振動は、エレベーターシステム保全及び乗客安全性に直接関連し、それゆえ、低減されるべきである。
【００１７】
例えば、風又は地震活動のような外乱によって引き起こされる振動は、種々のタイプの制御システムによって低減することができる。一般的に、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制御システムが存在する。パッシブ制御システムは、減衰係数の選択された値が最終的であり、実際の外乱のあらゆる場合において伝達されることになる場合であっても、設置後に変更できないという意味において、望ましくない非適応的な品質を有する。アクティブ制御システムは、振動しているシステムに独立した力を加えることができるアクチュエーターを使用し、振動を低減するための所望の性能を提供することができる。アクティブ制御システムの欠点は、コストが上がること、複雑になること、質量が増すこと、及び維持管理が増大することである。
【００１８】
セミアクティブ制御システムは、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ーアクチュエーターにより、粘性減衰係数等のパラメーターの調整が可能になり、セミアクティブダンパーアクチュエーター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ーアクチュエーターは、エネルギーの散逸しか行わないため、信頼性がある。
【００１９】
本発明の幾つかの実施形態は、セミアクティブダンパーアクチュエーター、すなわち、セミアクティブダンパーを用いて、エレベーターケーブルに減衰力をかけることによってエレベーターケーブル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、エレベーターケーブル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ーの減衰係数の時間変化的な選択が、パッシブダンパーのサイズに比べてセミアクティブダンパー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。
【００２０】
しかしながら、パッシブダンパーを用いて制御されるエレベーター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ーを有するエレベーターシステムは、エレベーターケーブルの状態の関数としてのセミアクティブダンパー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ため、解析がより困難である。したがって、セミアクティブダンパーの制御がより困難であり、誤った制御がエレベーターケーブルの揺れを増加させる可能性がある。
【００２１】
本発明の種々の実施形態は、エレベーターケーブルにかけられる減衰力を用いてエレベーター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、エレベーターシステムの安定は、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、エレベーターケーブルシステムを安定させるエレベーターケーブルの減衰力により、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、幾つかの実施形態による、ケーブル減衰作動、非線形コントローラーとを組み合わせることによって、ケーブル揺れ振幅を低減する。リアプノフ理論に基づいて、加えられることになる正の減衰の振幅が得られる。
【００２２】
したがって、減衰係数振幅は、ケーブル揺れ振幅の関数として減少する。そのため、幾つかの実施形態では、エレベーターケーブル等のエレベーターシステムの部品に不要な過大減衰が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。
【００２３】
図１Ａは、本発明の一実施形態によるエレベーターシステムの概略図を示す。そのエレベーターシステムは、少なくとも１つのエレベーターケーブルによってエレベーターシステムの種々の構成要素に連結されるエレベーターかご１２を含む。例えば、エレベーターかご及びつり合おもり１４は、主索１６、１７及びつり合ケーブル１８によって互いに連結される。エレベーターかご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。エレベーター昇降路２２を通してエレベーターかご１２及びつり合おもり１４を移動させるためのプーリー２０が、エレベーター昇降路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。エレベーターシステムはつり合プーリー２３も含むことができる。エレベーター昇降路２２は、前壁２９、後壁３１及び一対の側壁３２を含む。さらに、電気信号及びコマンドは、かご１２と、エレベーター昇降路上の取付点１９０との間に取り付けられる電気ケーブル１７５によって、エレベーターかごに搬送される。
【００２４】
エレベーター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、エレベーターかご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。
【００２５】
エレベーター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、エレベーター電気ケーブル１７５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組の揺れセンサー１２０をエレベーターシステム内に配置して、エレベーターケーブルの横揺れを特定することができる。
【００２６】
１組のセンサーは少なくとも１つの揺れセンサー１２０を含むことができる。例えば、揺れセンサー１２０は、揺れセンサーの位置に関連付けられる揺れ箇所においてエレベーターケーブルの横揺れを検知するように構成される。
【００２７】
しかしながら、種々の実施形態において、揺れ箇所が検知及び／又は測定されるように、センサーを種々の位置に配置することができる。センサーの実際の位置は、使用されるセンサーのタイプによって決めることができる。例えば、揺れセンサーは任意のモーションセンサー、例えば、光ビームセンサー、又は連続レーザーセンサー（continuous laser sensor）等とすることができる。
【００２８】
１つの実施形態では、第１の揺れセンサーは、初期のケーブル構成、すなわちケーブル揺れのない構成に対応するケーブルの中立位置に配置される。他の揺れセンサーは、中立位置から離れ、第１の揺れセンサーと同じ高さに配置される。
【００２９】
エレベーターシステムの動作中に、揺れ箇所が決定され、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、エレベーターケーブルの揺れの状態、例えば、揺れの振幅及び速度を決定する。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求めることができる。
【００３０】
図１Ａのシステムにおいて、ケーブル揺れは、エレベーターかご１２の底部に取り付けられているとともにエレベーターケーブルに動作可能に連結されているセミアクティブダンパーアクチュエーター１６０によって制御され、そのため、セミアクティブダンパーはエレベーターケーブルに減衰力をかけることができる。アクチュエーター１６０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ーの減衰係数の振幅を計算して、エレベーターケーブルにかけられる減衰力を変更する。
【００３１】
図１Ａの実施形態では、セミアクティブダンパーは、かごに直接連結されるケーブル側からエレベーターケーブルに減衰力を加える。しかしながら、異なる実施形態では、図１Ｂに示されるように、セミアクティブダンパーの構成は異なり、エレベーターケーブルの異なる部分に減衰力が加えられる。さらに、幾つかの実施形態では、図１Ｃに示されるように、複数のセミアクティブダンパーを用いて、エレベーターケーブルに減衰力を加える。
【００３２】
例えば、図１Ｂは、別の実施形態による、エレベーターシステムの概略図を示す。この実施形態では、ケーブル揺れは、エレベーターケーブル１７５と、エレベーターケーブル及びエレベーター昇降路の取付点１９０との間に取り付けられるセミアクティブダンパーアクチュエーター１７０によって制御される。
【００３３】
図１Ｃは別の実施形態によるエレベーターシステムの概略図を示す。この実施形態では、ケーブル揺れは、エレベーターケーブルの両側に取り付けられる２つのセミアクティブダンパーアクチュエーター１６０、１７０によって制御される。
【００３４】
図１Ｄは、一実施形態による、セミアクティブダンパーアクチュエーター１６０の構成の概略図を示す。セミアクティブダンパー１６０は、エレベーターかご１２の底部に連結され、かつエレベーターかごから距離１６１においてエレベーターケーブル１７５に連結される。セミアクティブダンパーは、エレベーターケーブルに固定することができるか、又は移動可能に取り付けることができる。エレベーターケーブルが振動するとき、セミアクティブダンパーは、エレベーターケーブルの運動方向の反対方向に減衰力を加え、エレベーターケーブルの振動を減衰させる。
【００３５】
図１Ｅは、一実施形態による、セミアクティブダンパーアクチュエーター１７０の構成の概略図を示す。セミアクティブダンパー１７０は、エレベーター昇降路の底部に連結され、エレベーターケーブル及びエレベーター昇降路の取付点１９０から距離１７１においてエレベーターケーブル１７５に連結される。セミアクティブダンパーは、エレベーターケーブルに固定することができるか、又は移動可能に取り付けることができる。エレベーターケーブルが振動するとき、セミアクティブダンパーは、エレベーターケーブルの運動方向の反対方向に減衰力を加え、エレベーターケーブルの振動を減衰させる。
【００３６】
制御設計
図２は、エレベーターケーブルシステムのパラメーターに基づいて設計されたエレベーターケーブルシステムのモデル２００の一例を示す。他のエレベーターケーブルシステムのパラメーター及びモデルも同様に導出することができる。例えば、揺れセンサー２５５によって検知される、エレベーターシステムを運用することによって引き起こされるエレベーターケーブルの実際の揺れ２７０、２８０をシミュレートするために、エレベーターケーブル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ーケーブルシステムの動作をシミュレートすることができる。
【００３７】
種々の実施形態は、エレベーターケーブル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つの実施形態は、ニュートンの法則に基づいてモデル化を実行することができる。例えば、１つの実施形態では、エレベーターケーブルは、コンプライアントばね２６０と結合される２つの硬質セグメント２３０、２４０としてモデル化される。ケーブルの一端がかご２１５に取り付けられ、他端がエレベーター昇降路２３５に取り付けられる。例えば、風からの、システムへの外乱が、壁側におけるｗ（ｔ）２０５及びかご側におけるｃ（ｔ）２１０でモデル化され、ケーブル揺れはかご側における角度変数２５０、及び壁側における角度変数２２０に正比例する。
【００３８】
この実施形態は、簡単であること、及び計算要件が低いことに起因して有利である。実際には、このシステムの場合に、他の更に複雑なモデルを開発することができる。例えば、集中モデルを開発することができ、そのモデルは、ケーブルを、ケーブルを形成するために互いに連結される幾つかの小さなばね−ダンパー要素に離散化し、その後、要素ごとの動的モデルを表す。しかしながら、この手法は、結果としてモデルを複雑にし、多数の変数を伴うので、リアルタイムシミュレーション及び制御に適していない。例えば、一実施形態は、偏微分方程式（ＰＤＥ）の形で数学的に提示される、ケーブルごとの無限次元モデルを用いることによって、エレベーターケーブルシステムのためのモデルを設計する。しかしながら、ＰＤＥをオンラインで解くには多大な計算費用がかかり、それゆえ、リアルタイムシミュレーション及び制御の適用例に必ずしも適しているとは限らない。
【００３９】
一実施形態では、セミアクティブダンパーアクチュエーターにより制御されるエレベーターケーブル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。
【数１】
0006521887.tif 000002
【００４０】
上記の式において、ｍｃ（ｋｇ）はケーブルのかご側セグメントの質量であり、ｌｃ（ｍ）はケーブルのかご側セグメントの長さであり、θｃ（ｒａｄ）はケーブルのかご側セグメントの角度であり、
【数２】
0006521887.tif 000003
はケーブルのかご側セグメントの角速度であり、
【数３】
0006521887.tif 000004
はケーブルのかご側セグメントの角加速度であり、ｃｃｊ（Ｎ．ｓｅｃ／ｍ）はケーブルのかご側セグメントの接合レベルにおける線形減衰係数であり、ｃｃ（Ｎ．ｓｅｃ／ｍ）は層流のための減衰係数（空気減衰係数）であり、ｃ（ｔ）（ｍ）は、かご境界におけるケーブルの変位であり、
【数４】
0006521887.tif 000005
はかご境界におけるケーブルの加速度であり、Ｕｃ（Ｎ．ｓｅｃ／ｍ）はかご側における減衰アクチュエーターの線形減衰係数であり、ｌｄｐｃ（ｍ）は、ケーブルのかご境界と、かご側における減衰アクチュエーターとの接点との間の距離であり、ｋｓ（Ｎ／ｍ）はケーブルのかご側セグメントと、ケーブルの壁側セグメントとの間の結合ばねのばね剛性係数である。
【００４１】
また、ｍｗ（ｋｇ）はケーブルのエレベーター昇降路側セグメントの質量であり、ｌｗ（ｍ）はケーブルのエレベーター昇降路側セグメントの長さであり、θｗ（ｒａｄ）はケーブルのエレベーター昇降路側セグメントの角度であり、
【数５】
0006521887.tif 000006
はケーブルのエレベーター昇降路側セグメントの角速度であり、
【数６】
0006521887.tif 000007
はケーブルのエレベーター昇降路側セグメントの角加速度であり、ｃｗｊ（Ｎ．ｓｅｃ／ｍ）はケーブルのエレベーター昇降路側セグメントの接合レベルにおける線形減衰係数であり、ｃｗ（Ｎ．ｓｅｃ／ｍ）は層流のための減衰係数（空気減衰係数）であり、ｗ（ｔ）（ｍ）は、エレベーター昇降路境界におけるケーブルの変位であり、
【数７】
0006521887.tif 000008
はエレベーター昇降路境界におけるケーブルの加速度であり、Ｕｗ（Ｎ．ｓｅｃ／ｍ）はエレベーター昇降路側における減衰アクチュエーターの線形減衰係数であり、ｌｄｐｗ（ｍ）は、ケーブルのエレベーター昇降路境界と、エレベーター昇降路側における減衰アクチュエーターとの接点との間の距離である。
【００４２】
エレベーターケーブルの絶対揺れは
【数８】
0006521887.tif 000009
である。ただし、ｕｗ（ｘ，ｔ）はエレベーター昇降路側におけるケーブル揺れであり、ｕｃ（ｘ，ｔ）はエレベーターかご側におけるケーブル揺れである。
【００４３】
小角近似の場合、上記のモデルは以下のように再編成することができる。
【数９】
0006521887.tif 000010
ただし、Ｍは慣性行列であり、（Ｃ＋）は、自然減衰行列
【数１０】
0006521887.tif 000011
とセミアクティブ制御減衰行列とを組み合わせることによって構成され、Ｋは剛性行列であり、Ｆ（ｔ）は外力のベクトルである。
【００４４】
これらの行列が以下に与えられる。
【数１１】
0006521887.tif 000012
【００４５】
上記で与えられるシステムモデルは、エレベーターケーブルシステムの一例である。異なる理論、例えば、ひも理論又は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。
【００４６】
セミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数の更新
セミアクティブダンパーアクチュエーターが生成する減衰力Ｆは、以下の式によって、エレベーターケーブルの揺れの速度ｖに関連付けられる。
【数１２】
0006521887.tif 000013
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与えられる、セミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数である。
【００４７】
パッシブダンパーとは対照的に、幾つかの実施形態は、アクチュエーターの動作中にセミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数を変更する。種々の実施形態は、様々なタイプのセミアクティブダンパーアクチュエーターを用い、減衰係数を変更する機構は、様々なセミアクティブダンパーアクチュエーターに合わせて異なる。
【００４８】
図３Ａは、本発明の幾つかの実施形態によるエレベーター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、エレベーターケーブルシステムの動作中に、ケーブルの揺れの振幅の測定値３６５から求められる（３７０）エレベーターケーブルの揺れの速度を受信する（３４０）ことに応答して、エレベーターケーブルに連結されているセミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数を変更し（３５０）、適用する（３６０）。例えば、一実施形態は、揺れ振幅の１組の値を特定し、揺れ振幅の１組の値の数値微分に基づいて揺れの速度を決定する。その方法のステップは少なくとも１つのプロセッサ３０１によって実行することができる。
【００４９】
制御則
幾つかの実施形態は、１つ又は複数のセミアクティブダンパーの１つ又は複数の減衰係数を制御する制御則を決定する。セミアクティブダンパーは、制御則に基づいて、エレベーターケーブルの減衰を変更する。一実施形態は、上記のケーブルモデルの場合の制御則を決定する。しかしながら、他の実施形態は、エレベーターケーブルの任意の他のモデルの場合の制御則を同様に決定する。
【００５０】
図３Ｂは、エレベーターケーブル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、エレベーターシステム内のエレベーターケーブルに対する減衰力３３５を用いてエレベーターシステムの揺れを安定させる制御則３２６を決定する（３１０）。制御則は、エレベーターケーブルの揺れの速度３２４の関数であり、制御則によって制御されるエレベーターケーブル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に動作可能に接続することができる。
【００５１】
リアプノフ関数の負定値性要件により、エレベーターケーブルシステムの安定とケーブル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、エレベーター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。
【００５２】
１つの実施形態は、擾乱のない（３１６）エレベーターシステムのモデル３１２に基づいて制御則３２６を決定する。擾乱は、風の力又は地震活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。
【００５３】
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ー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、エレベーター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。
【００５４】
エレベーターシステムの動作中、本方法は、エレベーターケーブルの揺れの速度３２４を求める（３２０）。例えば、振幅及び速度を、エレベーター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、エレベーターケーブル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、アクチュエーター１６０及び１７０のようなセミアクティブダンパーアクチュエーターによってエレベーターケーブルにかけられる減衰力３３５が、制御則３２６と、エレベーターケーブルの揺れの速度３２４とに基づいて決定される。
【００５５】
リアプノフ理論に基づく制御
幾つかの実施形態は、セミアクティブアクチュエーターによってケーブルに加えられる減衰力と、リアプノフ理論とを用いて、エレベーターケーブルシステムを安定させ、それゆえ、ケーブル揺れを安定させる。リアプノフ理論と、ケーブル減衰作動とを組み合わせることによって、制御ユニット１５０は、幾つかの実施形態に従って、ケーブル揺れ速度の関数として減少する揺れ依存非線形制御振幅を用いることによって、ケーブル揺れの振幅を小さくする。リアプノフ理論に基づいて、加えられることになる正の減衰係数の振幅、すなわち、減衰力が得られる。
【００５６】
一実施形態は、制御リアプノフ関数Ｖ（ｘ）を
【数１３】
0006521887.tif 000014
と定義する。ただし、Ｍ、Ｋ及びＸは、上記で定義されたように、ケーブルシステムの質量、剛性行列及び角度変位ベクトルである。
【００５７】
幾つかの実施形態は、制御則によって制御されるエレベーターケーブルシステムの動態に沿ったリアプノフ関数の導関数が負定値であるように、制御則を決定する。一実施形態は、
【数１４】
0006521887.tif 000015
に従って、外乱を用いることなく、すなわち、全てのｔに対して、Ｆ（ｔ）＝０として、エレベーターケーブルシステムの動態に沿ったリアプノフ関数の導関数を求める。ただし、係数θｃ、θｗ、Ｕｃ、Ｕｗ、ｌｄｐｃ、ｌｄｐｗは、上記で提示されたエレベーターケーブルシステムにおいて定義された通りである。
【００５８】
導関数
【数１５】
0006521887.tif 000016
が負定値であることを確実にするために、一実施形態による制御則は、
【数１６】
0006521887.tif 000017
に従ってセミアクティブダンパーアクチュエーターの減衰係数を変更する。ただし、ｋｃ、ｋｗは正の同調利得である。
【００５９】
制御則はケーブル角速度の非線形関数であり、それは、ケーブルの振幅がケーブル揺れ速度の関数として減少することを意味する。さらに、セミアクティブ減衰係数の最大値を意味する、制御則の最大値は、正の定数ｋｃ、ｋｗによって定められる。上記の制御則によるコントローラーは、セミアクティブダンパー１６０、１７０の減衰係数をケーブル角速度の非線形関数として変更することによって、外乱がない場合のエレベーターケーブルシステムを安定させる。このコントローラーは実施するのが容易であり、外乱が未知であるか、又は最小であるときに有利である。
【００６０】
擾乱下の制御
上記のコントローラーは、擾乱Ｆ（ｔ）＝０である場合、エレベーターケーブルシステムを安定させるが、擾乱Ｆ（ｔ）がゼロではない場合、リアプノフ関数の導関数
【数１７】
0006521887.tif 000018
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。
【数１８】
0006521887.tif 000019
ただし、係数Ｃ、
【数１９】
0006521887.tif 000020
及びＦは、エレベーターケーブルシステムのモデルにおいて定義されたとおりである。
【００６１】
擾乱に起因して、エレベーター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）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）エレベーターケーブル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。
【００６２】
幾つかの実施形態は、リアプノフ技法を用いて、外乱除去制御を決定する。この場合、リアプノフ導関数は
【数２０】
0006521887.tif 000021
である。
【００６３】
幾つかの実施形態は、
【数２１】
0006521887.tif 000022
が負定値であるように、Ｕｃ、Ｕｗを選択する。例えば、一実施形態は、
【数２２】
0006521887.tif 000023
を満たすＵｃ、Ｕｗを選択する。ただし、項Ｔ１、Ｔ２は、
【数２３】
0006521887.tif 000024
の式において外乱項
【数２４】
0006521887.tif 000025
を考慮に入れるために元の制御則に追加された。
【００６４】
この場合、減衰係数の式は、上記の場合（外乱がない場合）と同様に、揺れ角度の二乗に比例し、さらに、この場合、制御則は各式において追加の項Ｔ１、Ｔ２を含む。これらの項では、外乱による加速度
【数２５】
0006521887.tif 000026
の影響は、外乱の最大加速度
【数２６】
0006521887.tif 000027
に比例する項Ｔ１、Ｔ２を表すことによって考慮に入れられると考えられる。
【００６５】
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み合わ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非一時的コンピューター可読メモリ上に記憶され、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。
【００６６】
コンピューター実行可能命令は、１つ又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。
【００６７】
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】
0006521887.tif 000038
【図１Ｂ】
0006521887.tif 000039
【図１Ｃ】
0006521887.tif 000040
【図１Ｄ】
0006521887.tif 000041
【図１Ｅ】
0006521887.tif 000042
【図２】
0006521887.tif 000043
【図３Ａ】
0006521887.tif 000044
【図３Ｂ】
0006521887.tif 000045