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KR0186121B1 - 엘리베이터의 진동보상을 위한 속도 제어장치 - Google Patents

엘리베이터의 진동보상을 위한 속도 제어장치 Download PDF

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KR0186121B1
KR0186121B1 KR1019950043157A KR19950043157A KR0186121B1 KR 0186121 B1 KR0186121 B1 KR 0186121B1 KR 1019950043157 A KR1019950043157 A KR 1019950043157A KR 19950043157 A KR19950043157 A KR 19950043157A KR 0186121 B1 KR0186121 B1 KR 0186121B1
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홍찬욱
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엘지산전 주식회사
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Abstract

본 발명은 엘리베이터의 케이지를 요구되는 운행조건에 알맞은 속도로 운전하도록 제어신호를 생성하는 속도제어장치에 있어서 기계적인 진동을 저감하는 기술에 관한 것으로, 진동보상부(319)에서는 펄스증폭기(309)에서 출력되는 시브속도(Wsheave)와 상기 권상기(307)의 출력토크(Te)를 입력으로 하여 케이지(312)의 가속도(aACR)를 연산한 후 여기에 보상이득(Kc)을 곱하여 진동보상이득치를 출력하고, 가산기(320)에서는 주속도 제어부(318)에서 출력되는 전류지령치에서 상기 진동보상부(319)에서 출력되는 진동보상분을 감산하여 보상된 전류지령치(i*)를 출력함으로써 고속으로 주행하는 엘리베이터에서도 진동에 의해 케이지의 승차감이 나빠지는 것을 방지할 수 있다.

Description

엘리베이터의 진동보상을 위한 속도 제어장치
제1도는 일반적인 속도제어장치를 포함한 엘리베이터의 전체 블록도.
제2도는 일반적인 속도제어장치에 의한 주파수 응답특성 그래프.
제3도는 본 발명에 의한 엘리베이터의 진동보상을 위한 속도 제어장치의 일실시예시 블록도.
제4도는 제3도의 상태추정부에 의한 가속도 추정과정 설명도.
제5도는 본 발명에 의한 주파수 응답특성 그래프.
제6도는 본 발명에 의한 속도제어장치의 속도처리 신호 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
301 : 속도지령패턴 302 : 가산기
303 : 인버터 제어부 304 : 속도제어부
305 : 전류제어 306 : 인버터
307 : 권상기 308 : 펄스발생기
309 : 펄스증폭기 310,311 : 로프
312 : 케이지 313 : 평형추
314,316 : 스프링상수 315,317 : 감쇠계수
318 : 주속도 제어부 319 : 진동보상부
320 : 가산기 321 : 출력토크 계산기
322 : 상태추정부 323 : 진동보상이득 곱셈기
본 발명은 엘리베이터의 케이지(cage)를 요구되는 운행조건에 알맞은 속도로 운전하도록 제어신호를 생성하는 속도제어장치에 있어서 기계적인 진동을 저감하는 기술에 관한 것으로, 특히 낮은 기계적 공진 주파수특성을 갖는 고속 엘리베이터에서 운행시 낮은 주파수의 기계적 진동이 발생되는 것을 방지하는데 적당하도록한 엘리베이터의 진동보상을 위한 속도 제어장치에 관한 것이다.
제1도는 일반적인 속도제어장치를 포함한 엘리베이터의 전체 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 운전관리장치로 부터 주기적으로 입력되는 엘리베이터의 속도지령패턴(101)에서 펄스증폭기(109)의 출력신호 성분을 감산하여 속도오차신호를 얻는 가산기(102)와, 상기 가산기(102)의 출력 속도오차신호를 근거로 하여 엘리베이터의 케이지(113)가 입력된 속도지령으로 운전되도록하는 전류지령치(i*)를 생성하는 속도 제어부(104)와, 상기 전류지령치(i*)를 근거로 하여 권상기(107)에 해당 전류가 흐르도록하는 전압치령치(V*)를 생성하는 전류제어부(105)와, 상기 전압치령치(V*)에 상응되게 상전압을 생성하여 이를 권상기(107)측으로 출력하는 인버터(106)와, 전동기 및 시브(sheave)로 이루어진 권상기(107)와, 상기 권상기(107)의 축에 취부되어 그 권상기(107)의 회전수에 상응되는 펄스를 생성하는 펄스발생기(108)와, 상기 펄스발생기(108)의 출력펄스를 권상기(107)의 회전수에 상응하는 신호로 변환하여 상기 속도제어부(104)측으로 귀환(feed back)시키는 펄스증폭기(109)로 구성되었으며, 여기서, 미설명부호 111은 상기 권상기(107)의 시브와 케이지(113)를 연결해주는 로프이고, 112는 권상기(107)의 시브와 평형추(114)를 연결해주는 로프이며, 115 및 116은 상기 권상기(107)의 시브와 엘리베이터의 케이지(113)측 로프(111)의 스프링 상수 및 감쇠계수이고, 117 및 118은 상기 시브와 평형추(114)측 로프(112)의 스프링상수 및 감쇠계수로서 이와 같이 구성된 종래 속도제어장치의 작용을 제1도 및 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
엘리베이터의 운전지령이 하달되어 외부의 운전관리장치로 부터 공급되는 속도지령패턴(101)이 인버터 제어부(103)에 전달되어 권상기(107)의 유도전동기가 기동되면, 펄스발생기(108)는 그 유도전동기의 현재 회전속도에 상응되는 주파수의 펄스신호를 출력하게 되고, 이는 펄스증폭기(109)를 통해 유도전동기의 회전수에 상응하는 신호로 변환된 후 상기 가산기(102)에 공급되어 속도오차신호가 생성된다.
이때, 상기 속도제어부(104)는 상기 가산기(102)의 출력신호를 근거로 하여 권상기(107)의 유도전동기가 케이지(113)를 입력된 속도지령으로 운전되도록 하는 전류지령치(i*)를 계산하게 되는데, 여기서, kp_s는 비례상수, ki_s는 적분상수, s는 라플라스(Laplace) 연산자이다.
또한, 전류제어부(105)는 상기 전류지령치(i*)를 공급받아 권상기(107)의 유동전동기에서 그 전류지령치(i*)만큼의 전류가 흐르도록하는 전압치령치(V*)를 생성하고, 인버터(106)는 상기 전압치령치(V*)에 상응하는 상전압을 생성하여 이를 상기 유동전동기에 공급하게 되므로 이에 의해 권상기(107)가 속도패턴(101)에 맞추어 운전되어진다.
그런데, 통상적으로 엘리베이터의 시스템은 권상기(107)의 시브, 케이지(113) 및 균형추(114)로 이루어진 질량계와, 스프링상수(115),(117)와, 감쇠계수(116),(118)로 된 기계계로서 고유한 공진주파수를 갖으므로 제2도와 같은 주파수 응답특성이 나타난다.
즉, 제2도는 외부의 운전관리장치로 부터 발생된 속도지령(101)을 입력으로 하고, 엘리베이터 케이지(113)의 속도를 출력으로 하였을 경우 입력주파수의 변동에 대한 출력의 크기를 도시한 주파수응답특성도로서, 여기서, 주파수 Wscl은 속도제어부(104)의 차단주파수로서 엘리베이터의 속도지령패턴(101)에 대한 시스템의 응답특성을 결정해주는 것이며, 주파수가 높을수록 응답성을 좋아지게 된다.
또한, 주파수 W1,W2는 엘리베이터 시스템의 기계적 공진주파수이며, 주파수응답(201)과 같이 공진주파수에서의 응답이 0dB를 넘게 된다면 공진주파수 성분의 응답이 크게 나타나게 되어 엘리베이터의 운전시 권상기(107) 출력토크의 리플(ripple)등에 기인한 가진(加振) 주파수 W1,W2에 근접하게 되면 공진주파수성분의 진동이 크게 나타나게 되어 승차감을 나쁘게 하는 원인이 된다.
결국, 속도제어부(104)의 비례이득과 적분이득을 조정하여 제2도의 주파수응답(202)과 같이 그 속도제어부(104)의 차단주파수를 낮추게 되고, 이로 인하여 전체 시스템의 응답성이 떨어져 공진주파수 W1,W2에서의 응답성이 0dB 이하로 낮추어지고, 이에 의해 진동이 억제되도록 하였다.
그러나, 이와 같은 종래 엘리베이터의 속도 제어장치에 있어서는 엘리베이터 시스템의 기계적 공진주파수의 크기가 비교적 작고 속도제어기의 차단주파수와 상호 인접해 있는 경우에는 시스템의 속도지령에 대한 응답특성을 나쁘게 할 수 있기 때문에 차단주파수를 낮추어 진동을 억제하는데 한계가 있는 결함이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 엘리베이터의 속도 추정 특성을 그대로 유지하면서 진동을 보상하기 위하여 제어대상인 엘리베이터 케이지의 진동(가속도)을 검출하고 이를 근거로 진동을 보상하는 엘리베이터의 진동보상을 위한 속도 제어장치를 제공함에 있다.
제3도는 상기의 목적을 달성하기 위한 엘리베이터의 진동보상을 위한 속도 제어 장치의 일실시예시 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 운전관리장치로 부터 주기적으로 입력되는 엘리베이터의 속도지령패턴(301)에서 펄스증폭기(309)의 출력신호 성분을 감산하여 그 속도오차신호를 출력하는 가산기(302)와, 전류지령치(i*)를 근거로 하여 권상기(307)의 유도전동기에 해당 전류가 흐르도록하는 전압치령치(V*)를 생성하는 전류제어부(305)와, 상기 전압치령치(V*)에 상응되게 출력전압을 생성하여 이를 권상기(307)의 유도전동기측으로 출력하는 인버터(306)와, 상기 권상기(307)의 축에 취부되어 그 권상기(307)의 회전수에 상응되는 펄스를 생성하는 펄스발생기(308)와, 상기 펄스발생기(308)의 출력펄스를 권상기(307)의 회전수에 상응하는 신호로 변환하여 상기 가산기(302)측으로 귀환시키는 펄스증폭기(309)로 구성된 엘리베이터의 속도 제어장치에 있어서, 상기 가산기(302)의 출력신호를 근거로 하여 권상기(307)의 유도전동기가 케이지(312)를 입력된 속도지령으로 운전되도록 하는 전류지령치를 생성하는 주속도 제어부(318)와, 상기 펄스증폭기(309)에서 출력되는 시브속도(Wsheave)와 권상기(307)의 출력토크(Te)를 입력으로 하여 케이지(312)의 가속도(aACR)를 연산하고, 여기에 보상이득(Kc)을 곱하여 진동보상이득치를 출력하는 진동보상부(319)와, 상기 주속도 제어부(318)에서 출력되는 전류지령치에서 상기 진동 보상부(319)에서 출력되는 진동보상분을 감산하여 보상된 전류지령치(i*)를 출력하는 전류지령치계산용 가산기(320)를 포함하여 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 제4도 및 제5도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
엘리베이터의 운전지령이 하달되면 펄스발생기(308)는 그 권상기(307)의 현재 회전속도에 상응되는 주파수의 펄스신호를 출력하게 되고, 이는 펄스증폭기(309)를 통해 권상기(307)의 회전수에 상응하는 신호로 변환된 후 가산기(302)에 공급되어 속도오차신호가 생성된다.
속도제어부(304)는 주속도제어부(318)와 진동보상부(319)로 구성되어 상기 가산기(302)의 출력신호를 근거로 하여 권상기(307)가 케이지(312)를 입력된 속도지령으로 운전되면서 진동발생이 억제되도록 하는 전류지령치(i*)를 생성하게 된다.
이를 위해 주속도 제어부(318)는 상기 가산기(302)의 출력신호를 근거로 하여 권상기(307)의 유도전동기가 케이지(312)를 입력된 속도지령으로 운전되도록 하는 전류지령치를 생성하게 되고, 진동보상부(319)의 상태추정부(322)는 상기 펄스증폭기(309)에서 출력되는 시브속도(Wsheave)와 출력토크 계산기(321)에서 출력되는 권상기(307)의 유도전동기의 출력토크(Te)를 입력으로 하여 케이지(312)의 가속도(aACR)를 연산하고, 진동보상이득 곱셈기(323)는 그 가속도(aACR)에 보상이득(Kc)을 곱하여 출력하게 되고, 이는 가산기(320)에서 상기 주속도 제어부(318)의 출력지령과 가감되어 이로부터 보상된 전류지령치(i*)가 출력된다.
즉, 상기 속도제어부(304)는 주속도 제어부(318)의 제어 출력신호에서 진동보상부(319)에 의해 제어 대상의 진동을 고려한 보상신호를 감산함으로써 현재 엘리베이터케이지(312)가 함유한 진동분을 상쇄시킬 수 있는 전류지령치(i*)을 얻을 수 있게 되고, 이에 의해 엘리베이터 케이지(312)의 진동을 억제하는 것이 가능하다.
제4도는 상기 제3도의 상태추정부(322)에서 케이지(312)의 속도(Wcar) 및 스프링의 변형치(Xspring)를 추정하고, 이 값으로 부터 가속도(aACR)를 추정하는 연산과정을 보인 설명도로서 여기서, s는 라플라스 연산자이고, 각각의 상수 a12, a21, a22, b11, b12, b21, b22, c1, c2, d1, 은 하기의 (식1)-(식6)으로 주어진다.
상기 (식1)-(식6)에서 인용된 부호,
m : 권상기(307)의 중량
j : 권상기(307)의 관성질량
r : 권상기(307)의 반지름
k : 권상기(307)와 케이지(312)를 연결하는 로프(310)의 스프링 상수(314)
L1, L2: 상태 추정부(322)의 이득
또한, 전류제어부(305)는 상기 전류지령치(i*)를 공급받아 권상기(307)의 유도전동기에서 그 전류지령치(i*)만큼의 전류가 흐르도록하는 전압치령치(V*)를 생성하고, 인버터(306)는 상기 전압치령치(V*)에 상응하는 출력전압을 생성하여 이를 상기 권상기(307)에 공급하게 되므로 이에 의해 그 권상기(307)가 구동되어 케이지(312)가 원하는 위치로 이동된다.
결국, 제5도에 나타낸 출력패턴(501)과 같이 외부의 운전관리장치로 부터 출력되는 속도지령패턴(301)을 입력하여 그에 따른 전류지령치를 발생함에 있어서, 진동보상부(319)를 이용하여 시스템이 가진 진동성분을 상쇄시킴으로써 인버터 제어부(303)의 차단주파수(Wsc1)에 변화를 주지 않고 속도 제어계의 응답성은 그대로 유지하면서 공진주파수 w1, w2에서의 응답이 모드 0dB이하로 저감시킬 수 있게 되고, 이로 인하여 케이지(312)의 가속도를 진동이 없어진 형태로 제어할 수 있게 된다.
제6도는 상기 속도제어기(304)의 전류지령치 생성에 대한 신호 흐름을 보인 것으로 이에 도시한 바와 같이, 스텝(S601)에서 지령속도 패턴(301)과 펄스증폭기(309)의 출력을 감산하여 속도오차신호를 얻고 스텝(S602)에서 주속도 제어장치(318)에 의해 속도오차신호에 근거한 전류지령신호를 생성하며, 스텝(S603)에서 출력토크 계산기(321)에 현재 전류값을 입력시켜 현재 전동기의 출력토크를 추정한다. 이후, 스텝(S604)에서 상태추정부(322)에 펄스증폭기(309)의 출력인 현재 전동기 속도와 상기 출력토크 계산기(321)의 출력인 전동기 토크를 입력시킨 후 제4도에 표시된 연산을 수행하여 케이지(312)의 가속도를 추정한다.
이후, 스텝(S605)에서 상기 상태추정부(322)의 출력인 케이지(312)에 보상이득 Kc를 곱해 진동보상신호를 얻는다. 스텝(S606)에서 이 진동보상신호를 상기 주속도 제어기(318)의 전류지령치와 감산하여 케이지(312)를 속도지령패턴(301)대로 운전시키면서 진동을 저감시킬 수 있는 전류지령치를 얻고 스텝(S607)에서 이 전류지령치를 전류제어부(305)에 전달하여 인버터(306)를 운전시킨다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 진동보상부를 이용하여 케이지 진동성분 보상이득을 구하고, 원래의 전류지령치에서 그 보상이득을 감산함으로써 제어계의 응답성은 그대로 유지하면서 공진주파수에서의 응답을 모두 0dB이하로 저감시킬 수 있게 되어 엘리베이터 케이지의 가속도를 진동이 없어진 형태로 제어할 수 있게 되고, 이로 인하여 고속으로 주행하는 엘리베이터에서도 케이지의 승차감을 향상시킬수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 속도지령패턴(301)에 따라 전류지령치를 생성하여 엘리베이터의 케이지(312) 구동용 권상기(307)를 구동시키는 엘리베이터의 속도 제어장치에 있어서, 가산기(302)의 출력신호를 근거로 하여 상기 권상기(307)가 상기 케이지(312)를 입력된 속도지령패턴(301)으로 운전되도록 하는 전류지령치를 생성하는 주속도제어부(318)와, 펄스증폭기(309)에서 출력되는 시브속도(Wsheave)와 상기 권상기(307)의 출력토크(Te)를 입력으로 하여 케이지(312)의 가속도(aACR)를 연산하고, 여기에 보상이득(Kc)을 곱하여 진동보상이득치를 출력하는 진동보상부(319)와, 상기 주속도 제어부(318)에서 출력되는 전류지령치에서 상기 진동보상부(319)에서 출력되는 진동보상분을 감산하여 보상된 전류지령치(i*)를 출력하는 가산기(320)를 포함시켜 구성한 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 진동보상을 위한 속도 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 진동보상부(319)는 상기 전류지령치(i*)에 토크상수(Kt)를 곱하여 현재 권상기(307)의 출력토크(Te)를 생성하는 출력토크 계산기(321)와, 펄스증폭기(309)에서 출력되는 시브속도(Wsheave)와 출력토크 계산기(321)의 출력토크(Te)를 입력으로 하여 케이지(312)의 가속도(aACR)를 연산하는 상태추정부(322)와, 상기 상태추정부(322)에서 출력되는 가속도(aACR)에 진동보상이득(Kc)을 곱하여 진동보상이득치를 구하는 진동보상이득 곱셈기(323)로 구성한 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 진동보상을 위한 속도 제어장치.
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