(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、前記エレベーターかごに電気信号を搬送するために前記エレベーターかご及び前記エレベーター昇降路に接続される少なくとも１つのエレベーターケーブルとを含むエレベーターシステムの動作を制御するための方法であって、
前記エレベーターケーブルの公称形状を、前記エレベーターシステムへの擾乱によって引き起こされる前記エレベーターケーブルの現在の形状の逆の形状に変更するために必要とされる、前記エレベーターケーブルにかかる対抗力を求めることと、
前記エレベーターケーブルに前記対抗力を加えることと、
前記擾乱によって引き起こされる前記エレベーターケーブルの揺れの振幅及び速度を測定することと、
前記揺れの前記振幅及び前記速度の関数として制御則に従って前記対抗力を求めることであって、前記制御則は前記エレベーターケーブルの動態のエネルギー関数を安定させるように決定されるものと、
前記エレベーターかごの加速度の値を生成し、結果として前記エレベーターかごに前記対抗力を加える前記制御則を決定することと、
前記制御則によって生成された前記値を有する前記加速度で前記エレベーターかごを移動させることと、
を含み、
前記制御則は、
【数１】
0006641261.tif 000017
を含み、ただし、ｋｃは正の同調利得であり、θｃはかご側における角度揺れ振幅であり、θｗは壁側における角度揺れ振幅であり、
【数２】
0006641261.tif 000018
はかご側における揺れ角速度であり、
【数３】
0006641261.tif 000019
は壁側における揺れ角速度であり、
該方法の少なくとも幾つかのステップはプロセッサを用いて実行される、方法。
【請求項２】
前記エネルギー関数は、前記エレベーターケーブルの動態に沿ったリアプノフ関数であり、前記制御則は、前記リアプノフ関数の導関数が負定値になるように決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記制御則は、前記エレベーターケーブルの前記揺れの前記振幅及び前記速度の積の符号の変化に応答して前記加速度の振動する値を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記制御則は前記加速度の絶対値を制限する正の利得を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
エレベーターシステムであって、
綱車に巻き付けられたエレベーターロープによって支持されるエレベーターかごであって、前記綱車の回転が、前記綱車と前記エレベーターかごとの間の前記エレベーターロープの長さを変更し、それにより、該エレベーターシステムのエレベーター昇降路内の前記エレベーターかごの移動を制御する、エレベーターかごと、
前記エレベーターロープの前記長さを変更する前記綱車の回転を制御するモーターと、
前記エレベーターかご及び前記エレベーター昇降路に接続される少なくとも１つのエレベーターケーブルと、
前記エレベーターケーブルの揺れの振幅及び速度を求める揺れセンサーと、
前記エレベーターケーブルの公称形状を、前記エレベーターシステムへの擾乱によって引き起こされる前記エレベーターケーブルの現在の形状の逆である形状に変更するために必要とされる、前記エレベーターケーブルにかかる対抗力を求め、前記モーターに、前記綱車を回転させ、前記エレベーターケーブルに前記対抗力を加える加速度で前記エレベーターかごを移動させるプロセッサを含むコントローラーと、
を備え、
前記プロセッサは、前記揺れの前記振幅及び前記速度の関数として制御則に従って前記加速度を求め、前記制御則は、前記エレベーターケーブルの動態のエネルギー関数を安定させるように決定され、
前記制御則は、
【数４】
0006641261.tif 000020
を含み、ただし、ｋｃは正の同調利得であり、θｃはかご側における角度揺れ振幅であり、θｗは壁側における角度揺れ振幅であり、
【数５】
0006641261.tif 000021
はかご側における揺れ角速度であり、
【数６】
0006641261.tif 000022
は壁側における揺れ角速度である、エレベーターシステム。
【請求項６】
前記エネルギー関数は、前記エレベーターケーブルの動態に沿ったリアプノフ関数であり、前記制御則は、前記リアプノフ関数の導関数が負定値になるように決定される、請求項５に記載のエレベーターシステム。
【請求項７】
前記制御則は、前記エレベーターケーブルの前記揺れの前記振幅及び前記速度の積の符号の変化に応答して前記加速度の振動する値を生成する、請求項５に記載のエレベーターシステム。
【請求項８】
前記制御則は前記加速度の絶対値を制限する正の利得を含む、請求項７に記載のエレベーターシステム。
【請求項９】
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接続される少なくとも１つのエレベーターケーブルとを含むエレベーターシステムの動作を制御するためのコンピューター実施方法であって、該方法はメモリに記憶される１組の命令を実行するように構成されるプロセッサを用いて実施され、該方法は、
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振幅及び速度を求めることと、
前記揺れの前記振幅及び前記速度の関数として制御則に従って前記エレベーターかごの加速度を求めることと、
前記エレベーターケーブルの動態のエネルギー関数を安定させるために、前記エレベーターかごを前記加速度で移動させることと、
を含み、
前記制御則は、
【数７】
0006641261.tif 000023
を含み、ただし、ｋｃは正の同調利得であり、θｃはかご側における角度揺れ振幅であり、θｗは壁側における角度揺れ振幅であり、
【数８】
0006641261.tif 000024
はかご側における揺れ角速度であり、
【数９】
0006641261.tif 000025
は壁側における揺れ角速度である、コンピューター実施方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、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エレベーター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は、エレベーターケーブルがエレベーター昇降路に取り付けられるエレベーター昇降路の側において、パッシブ減衰機械システムがエレベーター昇降路に追加される。そのパッシブ機械システムは、ケーブル運動に、その運動を低減するブレーキをかけ、それにより、その振動を低減する。同様に、特許文献２では、その振動を減衰させるために、エレベーターケーブルシステムに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接続点に取り付けられ、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及びエレベーターかごの取付点においてエレベーターかごの下に取り付けられる。この機械システムは、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含む。そのような機械システムによれば、エレベーターケーブルの２つの端部が２つの垂直方向に移動できるようになり、ローラーにかけられるブレーキが、エレベーターケーブルの運動を減衰させて、その振動を低減する。
【０００６】
しかしながら、そのパッシブ減衰システムはあらかじめ構成され、それゆえ、エレベーターシステムの状態の変化に応答して制御を調整できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−３３０７８号公報
【特許文献２】特開平２−１０６５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の幾つかの実施の形態の目的は、エレベーターシステム内のエレベーターかごに接続されるように構成されるエレベーターケーブルの揺れを低減するためのシステム及び方法を提供することである。幾つかの実施の形態の別の目的は、エレベーターかごの振動運動を用いてケーブル振動を相殺することにより揺れを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の幾つかの実施の形態は、エレベーターかごの垂直運動が、建物への外乱に起因するケーブル揺れを相殺する、エレベーターケーブルにかかる余分な力を誘発できるという理解に基づく。例えば、幾つかの実施の形態では、エレベーターかごの運動は、エレベーターシステムの主綱車にエレベーターかごのエレベーターロープの長さを変更させることによって制御される。このようにして、アクチュエーターの数を最小限に抑えて、更にはアクチュエーターを全く使用することなく、エレベーターかごの揺れを低減することができる。
【００１０】
例えば、エレベーターかごの振動運動を使用することにより、ケーブル境界に境界力を自由に加えることができ、それはかごの加速を伴い、最終的には、エレベーターかごに取り付けられたケーブルの自由境界にかかる境界制御力を伴う。エレベーターかごの加速は、ケーブル形状への擾乱の影響を逆にし、元の静止した公称ケーブル形状を得るような方法において、ケーブル揺れ振幅及びケーブル揺れ速度の関数として求めることができる。
【００１１】
したがって、１つの実施の形態は、エレベーター昇降路内を移動するエレベーターかごと、エレベーターかごに電気信号を搬送するためにエレベーターかご及びエレベーター昇降路に接続される少なくとも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ための方法を開示する。その方法は、エレベーターケーブルの公称形状を、エレベーターシステムへの擾乱によって引き起こされるエレベーターケーブルの現在の形状の逆の形状に変更するために必要とされるエレベーターケーブルにかかる対抗力を求めることと、エレベーターケーブルに対抗力を加えることとを含む。その方法の少なくとも幾つかのステップは、プロセッサを用いて実行される。
【００１２】
別の実施の形態は、綱車に巻き付けられるエレベーターロープによって支持されるエレベーターかごであって、綱車の回転が綱車とエレベーターかごとの間のエレベーターロープの長さを変更し、それにより、エレベーターシステムのエレベーター昇降路内のエレベーターかごの移動を制御する、エレベーターかごと、エレベーターロープの長さを変更する綱車の回転を制御するモーターと、エレベーターかご及びエレベーター昇降路に接続される少なくとも１つのエレベーターケーブルと、エレベーターケーブルの揺れの振幅及び速度を求める揺れセンサーと、エレベーターケーブルの公称形状を、エレベーターシステムへの擾乱によって引き起こされるエレベーターケーブルの現在の形状の逆である形状に変更するために必要とされるエレベーターケーブルにかかる対抗力を求め、モーターに綱車を回転させ、エレベーターケーブルに対抗力を加える加速度でエレベーターかごを移動させるプロセッサを含むコントローラーとを備えるエレベーターシステムを開示する。
【００１３】
更に別の実施の形態は、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接続される少なくとも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ためのコンピューター実施方法を開示し、その方法は、メモリに記憶される１組の命令を実行するように構成されるプロセッサを用いて実施される。その方法は、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振幅及び速度を求めることと、揺れの振幅及び速度の関数として制御則に従ってエレベーターかごの加速度を求めることと、エレベーターケーブルの動態のエネルギー関数を安定させるために、エレベーターかごに、その加速度で移動させることとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】この発明の１つの実施の形態による、エレベーターシステムの概略図である。
【図１Ｂ】この発明の幾つかの実施の形態による、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に異なる力が加わることを示す概略図である。
【図２】この発明の１つの実施の形態による、エレベーターケーブルに加えられる対抗力を求めるための方法のブロック図である。
【図３】エレベーター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を含むエレベーターシステムの部分のモデルの一例を示す図である。
【図４Ａ】この発明の幾つかの実施の形態による、エレベーターケーブルシステムの動作を制御するための方法のブロック図である。
【図４Ｂ】この発明の幾つかの実施の形態による、エレベーターケーブルシステムの動作を制御するための方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１Ａは、この発明の１つの実施の形態による、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つのエレベーターロープによってエレベーターシステムの異なる構成要素に接続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が、メインロープ１６、１７及びつり合ロープ１８によって互いに接続される。エレベーターかご１２は、上わく(crosshead)３０及び安全装置付き下わく(safety plank)３３を含むことができる。取付点１９０においてかご１２及びエレベーター昇降路に接続される少なくとも１つのエレベーターケーブル１７５によって、エレベーターかごに電気信号及び／又はコマンドが搬送される。
【００１７】
エレベーターかご１２は、綱車１１２に巻き付けられたエレベーターロープ１６によって支持される。綱車１１２が回転することにより、綱車とエレベーターかごとの間のエレベーターロープの長さが変更され、エレベーターシステムのエレベーター昇降路内のエレベーターかごの移動が制御される。エレベーターロープの長さを変更する綱車の回転は、綱車に、及び／又はプーリー２０に接続されるモーターによって制御することができる。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。
【００１８】
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)においてエレベーターかご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。エレベーターロープ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。エレベーターロープ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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。しかしながら、種々の実施の形態において、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、１つの実施の形態では、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。
【００２１】
種々の実施の形態において、揺れセンサー１２０は、エレベーターケーブル１７５の揺れの振幅及び／又は速度を求めるように構成される。例えば、揺れセンサーは、エレベーターケーブル１７５の変位を測定し、揺れの振幅を求めるように構成される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)とすることができる。揺れセンサーの連続測定が揺れの速度を生成することができる。揺れセンサーの測定値が求められ、コントローラー１５０に送信される(１２２)。そのようにして、エレベーターケーブルの揺れの振幅及び速度は、揺れセンサー１２０からコントローラーによって受信されるか、又は測定値１２２からコントローラーのプロセッサによって求められる。
【００２２】
図１Ｂは、この発明の幾つかの実施の形態による、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１７５に異なる力が加わる概略図を示す。エレベーターシステムを備える建物への外乱が、エレベーターケーブル１７５に擾乱力１７０を及ぼす。擾乱力１７０は、エレベーターケーブル１７５の公称形状を現在の形状１７６に変更する。
【００２３】
この発明の幾つかの実施の形態は、エレベーターケーブルの形状に及ぼす擾乱力の影響を相殺するために、ケーブルに別の力を加えることができるという認識に基づく。さらに、この発明の種々の実施の形態は、エレベーターかごの上下の振動運動を用いて、そのような対抗力を加え、エレベーターシステム内のエレベーターケーブルの揺れを低減することができるという理解に基づく。
【００２４】
例えば、エレベーターかごの振動運動を使用することにより、かご境界に境界力を自由に加えることができ、それはかごの加速を伴い、最終的には、エレベーターかごに取り付けられたケーブルの自由境界にかかる境界制御力を伴う。エレベーターかごの加速は、形状への擾乱の影響を逆にし、元の静止した公称ケーブル形状を得るような方法において、ケーブル揺れ振幅及びケーブル揺れ速度の関数として求めることができる。
【００２５】
そのために、コントローラー１５０は、エレベーターケーブルの公称形状をエレベーターシステムへの擾乱によって引き起こされるエレベーターケーブルの現在の形状１７６の逆である形状１７４に変更するために必要とされるエレベーターケーブルにかかる対抗力を求め、モーター１４０に綱車１１２を回転させ、エレベーターケーブルに対抗力を加える加速度でエレベーターかご１２を移動させる(１６０)ように構成されるプロセッサ１５５を含む。例えば、種々の実施の形態は、エレベーターケーブルにかかる十分な力を誘発し、それにより、ケーブル揺れを低減するような方法において、指定された最大かご垂直運動振幅、例えば、＋３ｍ〜−３ｍ内で、エレベーターかごを、初期静止位置を中心に上下に移動させるように主綱車を制御する。
【００２６】
この発明の幾つかの実施の形態は、現在の形状１７６及び現在の形状の逆１７４がエレベーターケーブルの揺れの状態に依存し、それゆえ、その状態から間接的に求めることができるという理解に基づく。具体的には、幾つかの実施の形態は、エレベーターケーブルの揺れの振幅及び速度に基づいて、逆形状、及び／又はエレベーターケーブルの公称形状をエレベーターケーブルの現在の形状１７６の逆である形状１７４に変更するために必要とされる対抗力を求める。
【００２７】
図２は、この発明の１つの実施の形態による、エレベーターケーブルに加えられる対抗力を求めるための方法のブロック図を示す。その方法のステップは、例えば、コントローラー１５０のプロセッサ１５５によって実施することができる。
【００２８】
その方法は、擾乱によって引き起こされるエレベーターケーブルの揺れの振幅及び速度２１５を求め(２１０)、制御則２３０に従って、揺れの振幅及び速度の関数として対抗力２２５を求める(２２０)。その方法によって、エレベーターかごは、求められた対抗力をエレベーターケーブルに加えるように移動する。幾つかの実施の形態では、制御則は、対抗力を生成するために必要とされるエレベーターかごの加速度を直接生成する(２２５)。そのようにして、エレベーターかごの移動は、電気ケーブル内に余分な力を誘発し、エレベーターケーブルの揺れを制御する。その制御は、例えば、揺れの最大振幅がしきい値未満になるまでの定期的なフィードバック制御とすることができる。
【００２９】
幾つかの実施の形態では、制御則は、エレベーターケーブルの動態のエネルギー関数を安定させるように決定される。例えば、エネルギー関数はエレベーターケーブルの動態に沿ったリアプノフ関数であり、制御則は、リアプノフ関数の導関数が負定値になるように決定される。
【００３０】
例えば、この発明の幾つかの実施の形態は、かご運動が、エレベーターケーブルに加えられるときに、エレベーターシステム内のケーブルを安定させるために使用することができる力を生成できるという理解に基づく。さらに、エレベーターケーブルシステムの安定化は、エレベーターケーブルシステムを安定させるかご運動によって誘発される力が制御リアプノフ関数の導関数を負定値するのを確実にするような、制御リアプノフ関数によって記述することができる。リアプノフ理論と、かご運動によるケーブル減衰作動とを組み合わせることによって、幾つかの実施の形態によれば、非線形コントローラーがケーブル揺れ振幅を低減する。加えられることになるかご運動の振幅及び方向は、リアプノフ理論に基づいて得られる。
【００３１】
それらの実施の形態は、例えば、リアプノフ制御理論を用いて、エレベーターケーブルの逆の形状をエレベーターかごに取り付けられるエレベーターケーブルのモデルから間接的に導出できるという理解に基づく。
【００３２】
図３は、エレベーター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を含むエレベーターシステムの部分のモデル３００の一例を示す。他のエレベーター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。種々の方法を用いて、エレベーターシステムのモデルに従ってエレベーターシステムの動作をシミュレートすることができ、例えば、揺れセンサー３５５によって検知される、エレベーター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ーケーブルの実際の揺れ３７０、３８０をシミュレートすることができる。
【００３３】
種々の実施の形態が、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つの実施の形態は、ニュートンの法則に基づいてモデル化を実行する。例えば、１つの実施の形態では、エレベーターケーブルは、コンプライアントばね３６０と結合される２つの硬質セグメント３３０、３４０としてモデル化される。ケーブルの一方がかご３１５に取り付けられ、他方がエレベーター昇降路３３５に取り付けられる。システムへの外乱、例えば、風による外乱が、壁側におけるｗ(ｔ)３０５及びかご側におけるｃ(ｔ)３１０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３５０、及び壁側における角度変数３２０に正比例する。
【００３４】
この実施の形態は、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、実施の形態が集中型モデルを使用し、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。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別の方法は、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使用することである。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る。
【００３５】
１つの実施の形態では、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。
【００３６】
【数１】
0006641261.tif 000002
【００３７】
式(１)のパラメーターは以下のものを含む。
ｍｃ(ｋｇ)はケーブルのかご側セグメントの質量であり、
ｌｃ、ｌｗ(ｍ)はそれぞれ、ケーブルのかご側セグメント及び壁側セグメントの長さであり、
θｃ、θｗ(ｒａｄ)はそれぞれ、ケーブルのかご側セグメント及び壁側セグメントの角度であり、
【００３８】
【数２】
0006641261.tif 000003
【００３９】
はそれぞれ、ケーブルのかご側セグメント及び壁側セグメントの角速度であり、
【００４０】
【数３】
0006641261.tif 000004
【００４１】
はそれぞれ、ケーブルのかご側セグメント及び壁側セグメントの角加速度であり、
ｃｃ、ｃｗ(Ｎ．ｓｅｃ／ｍ)はそれぞれ、ケーブルのかご側セグメント及び壁側セグメントの減衰係数、例えば、層流(空気減衰係数)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り、
Ｕｃ(Ｎ)は制御作用であり、
ｗ(ｔ)(ｍ)は壁境界点における水平変位擾乱である。
【００４２】
絶対ケーブル揺れは
【００４３】
【数４】
0006641261.tif 000005
【００４４】
によって与えられる。ただし、ｕｗ(ｙ，ｔ)は垂直位置ｙにおけるエレベーター昇降路側のケーブル揺れであり、ｕｃ(ｙ，ｔ)は垂直位置ｙにおけるエレベーターかご側のケーブル揺れである。
【００４５】
小角近似の場合、以前のモデルは以下のように再編成することができる。
【００４６】
【数５】
0006641261.tif 000006
【００４７】
幾つかの実施の形態は行列を定義する。
【００４８】
【数６】
0006641261.tif 000007
【００４９】
幾つかの実施の形態はリアプノフ関数を定義する。
【００５０】
【数７】
0006641261.tif 000008
【００５１】
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この発明の実施の形態によって使用することができる。
【００５２】
ケーブル揺れを安定させるためにエレベーターかごの移動を更新する
図４Ａは、この発明の幾つかの実施の形態による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。この発明の種々の実施の形態は、ケーブルの揺れの振幅の測定値４６５からエレベーターケーブルシステムの動作中に求められた(４７０)エレベーターケーブルの揺れの速度及び振幅を受信する(４４０)のに応答して、エレベーターかごに関する振動運動を求め(４５０)、その振動運動を用いてエレベーターケーブルに接続されるエレベーターかごを移動させる(４６０)。
【００５３】
幾つかの実施の形態は、ケーブル揺れを安定させるためにエレベーターかご運動を制御する制御則を決定する。１つの実施の形態は、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、他の実施の形態は、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。
【００５４】
図４Ｂ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。その方法は、エレベーターシステム内のエレベーターかごの振動運動４３５を用いてエレベーターケーブルの揺れを安定させる制御則４２６を決定する(４１０)。制御則は、エレベーターケーブルの揺れの速度及び振幅４２４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沿ったリアプノフ関数４１４の導関数が負定値になるように決定される。制御則はメモリ４０２に記憶することができる。メモリ４０２は、プロセッサ３０１及び／又はプロセッサ１５５に動作可能に接続することができる任意のタイプからなることができる。
【００５５】
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、かご運動を加え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。
【００５６】
１つの実施の形態は、擾乱のない(４１６)エレベーターシステムのモデル４１２に基づいて制御則４２６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。この実施の形態は、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、そのような実施の形態は、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。
【００５７】
別の実施の形態は、擾乱除去構成要素４１８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。この実施の形態は、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。この実施の形態の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。別の実施の形態では、擾乱除去構成要素は、外乱の境界に基づいて決定される。この実施の形態により、擾乱を測定せずに擾乱を補償することが可能になる。
【００５８】
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振幅及び速度４２４を求める(４２０)。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。
【００５９】
次に、制御則４２６と、エレベーターケーブルの揺れの速度及び振幅４２４とに基づいて、エレベーターケーブルに加えられるかご運動４３５が決定される４３０。
【００６０】
幾つかの実施の形態では、制御則は、エレベーターケーブルの揺れの振幅及び速度の積の符号の変化に応答して加速度の振動する値を生成する。そのようにして、エレベーターかごの振動運動が確実にされる。また、１つの実施の形態では、制御則は、加速度の絶対値を制限する正の利得を含む。この実施の形態は、エレベーターかごの振動運動の実現可能性を確実にする。
【００６１】
リアプノフ理論及びかご運動を組み合わせることによって、コントローラ１５０は、幾つかの実施の形態によれば、ケーブル揺れ速度及び振幅の関数として減少する揺れ依存性非線形制御振幅を使用することによって、ケーブル揺れの振幅を低減する。加えられることになるかご運動の振幅及び方向は、リアプノフ理論に基づいて得られる。
【００６２】
１つの実施の形態は、制御リアプノフ関数Ｖ(Ｘ)を
【００６３】
【数８】
0006641261.tif 000009
【００６４】
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り、ここで、Ｘ＝［θｗθｃ］Ｔである。
【００６５】
幾つかの実施の形態は、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。１つの実施の形態は、
【００６６】
【数９】
0006641261.tif 000010
【００６７】
に従って、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。
【００６８】
導関数
【００６９】
【数１０】
0006641261.tif 000011
【００７０】
の負定値を確実にするために、１つの実施の形態による制御則４２６は、
【００７１】
【数１１】
0006641261.tif 000012
【００７２】
に従ってエレベーターかごの加速度を求める(４３０)。ただし、ｋｃは正の同調利得であり、θｃはかご側における角度揺れ振幅(angular sway amplitude)であり、θｗは壁側における角度揺れ振幅であり、
【００７３】
【数１２】
0006641261.tif 000013
【００７４】
はかご側における揺れ角速度(angular sway velocity)であり、
【００７５】
【数１３】
0006641261.tif 000014
【００７６】
は壁側における揺れ角速度である。
【００７７】
制御則はケーブル角速度及び振幅の非線形関数であり、それは、その振幅がケーブル揺れ速度及び振幅の関数として減少することを意味する。さらに、制御則の最大値は、かご加速度の最大値を意味し、正の定数ｋｃによって固定される。以前の制御則によるコントローラーは、ケーブル角速度及び振幅の非線形関数としてかご運動１６０を変更することによって、擾乱がない場合に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、擾乱が未知であるか、又は最小であるときに有利である。
【００７８】
付加的又は代替的には、擾乱が０でない状況の場合、１つの実施の形態は、
【００７９】
【数１４】
0006641261.tif 000015
【００８０】
に従って制御則４２６を使用する。
【００８１】
状態ベクトルＸの不変集合
【００８２】
【数１５】
0006641261.tif 000016
【００８３】
への収束、ただし、Ｕｃは、角度θｃが小さいときにトルクＵｃの影響を制限するｓｉｎ(θｃ)で乗算される。
【００８４】
上記で説明した実施の形態は、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、実施の形態は、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。
【００８５】
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、種々の実施の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。
【００８６】
また、この発明の実施の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、例示的な実施の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の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】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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