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JP4883272B2 - Crane steady rest control method - Google Patents

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JP4883272B2
JP4883272B2 JP2005358413A JP2005358413A JP4883272B2 JP 4883272 B2 JP4883272 B2 JP 4883272B2 JP 2005358413 A JP2005358413 A JP 2005358413A JP 2005358413 A JP2005358413 A JP 2005358413A JP 4883272 B2 JP4883272 B2 JP 4883272B2
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  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Description

本発明は、横行・巻動作が可能なクレーンの振れ止め制御方法に関する。   The present invention relates to a steadying control method for a crane capable of traversing and winding.

天井クレーンやコンテナクレーン等のクレーンを用いた吊荷の運搬では、目的地まで最短時間で運搬しながらなおかつ振れ止めする制御技術が要求される。   In carrying a suspended load using a crane such as an overhead crane or a container crane, a control technology is required for carrying it to the destination in the shortest time and yet keeping it steady.

図5は、横行・巻動作が可能なクレーンの概略図を示している。クレーン24は、巻きロープ22を介して吊荷21を巻き動作可能であり、同時に走行体23の横行動作が可能である。吊荷21の搬送を行う際、走行体25の加速・減速によって、吊荷21が慣性の作用で振れてしまい、荷役作業に支障をきたすため、振れ角θがゼロになるように各種の振れ止め制御が提案されている。   FIG. 5 shows a schematic diagram of a crane capable of traversing and winding operations. The crane 24 can wind the suspended load 21 via the winding rope 22, and can simultaneously run the traveling body 23. When the suspended load 21 is transported, the suspended load 21 swings due to inertia due to acceleration / deceleration of the traveling body 25, which hinders the cargo handling operation. Therefore, various swings are made so that the swing angle θ becomes zero. Stop control has been proposed.

それらの振れ止め制御の1つとして、Input Shaping法と呼ばれるフィードフォワード制御設計法が知られている(例えば、非特許文献1)。
Input Shaping法は、図6に示すように、1つ目のインパルス31による振動35を、ΔT時間の経過後に発生させた2つ目のインパルス33による振動34によって残留振動を打ち消すものである。
As one of these steadying controls, a feedforward control design method called an input shaping method is known (for example, Non-Patent Document 1).
In the input shaping method, as shown in FIG. 6, the vibration 35 caused by the first impulse 31 is canceled by the vibration 34 caused by the second impulse 33 generated after the lapse of ΔT time.

また、Input Shaping法をクレーンの振れ止め制御に適用したものとして、二段階加速法が知られており、既に実用化されている(例えば、非特許文献2、3)。二段階加速法は、第一段目の加速(減速)で生じた吊荷21の振れを第二段目の加速(減速)で相殺するようにしたものである。   Further, a two-stage acceleration method is known as an application of the input shaping method to crane steady-state control, and has already been put into practical use (for example, Non-Patent Documents 2 and 3). In the two-stage acceleration method, the swing of the suspended load 21 caused by the first stage acceleration (deceleration) is canceled by the second stage acceleration (deceleration).

図7に示すように、二段階加速法では、停止状態41より一定加速度で加速42し、最高速度の半分の時に速度一定43とし、加速開始から経過時間が巻きロープ22の長さLに基づく振り子の半周期T1になるまで速度43を保った後、一定加速度で加速44して最高速度で定速横行動作45を行う。これにより、吊荷21は、走行体25に対して相対運動することなく一緒に等速度運動を行う。   As shown in FIG. 7, in the two-stage acceleration method, acceleration 42 is performed at a constant acceleration from the stop state 41, the speed is constant 43 when half the maximum speed, and the elapsed time from the start of acceleration is based on the length L of the winding rope 22 After maintaining the speed 43 until the pendulum half-cycle T1, acceleration 44 is performed at a constant acceleration, and a constant speed traversing operation 45 is performed at the maximum speed. As a result, the suspended load 21 moves at a constant speed together without moving relative to the traveling body 25.

最高速度からの減速時にも、同様に一定の減速度で減速46し、最高速度の半分の時に速度一定47とし、減速開始からの経過時間が巻きロープ22の長さLに基づく振り子の半周期T2になるまで一定速度47を保った後、一定減速度で減速48して停止(横行終了)49に至る。   Similarly, when decelerating from the maximum speed, the vehicle is decelerated 46 with a constant deceleration, and when the speed is half of the maximum speed, the speed is constant 47. The elapsed time from the start of deceleration is the half period of the pendulum based on the length L of the winding rope 22 After the constant speed 47 is maintained until T2 is reached, the vehicle is decelerated 48 at a constant deceleration to stop (traversal end) 49.

図8は、従来のクレーン24の自動運転時における上述した二段階加速法による振れ止め制御のフローチャートである。運転開始前に、最高速度、最高加速度、目的地、加速時の巻き長さ、減速時の巻き長さ等に基づいて、横行・巻きの速度パターン(横行・巻き速度の時系列)を作成後、その速度パターンに基づいて運転を行うものである。   FIG. 8 is a flowchart of steadying control by the above-described two-stage acceleration method when the conventional crane 24 is automatically operated. Before starting operation, create a traverse / winding speed pattern (transverse / winding speed time series) based on maximum speed, maximum acceleration, destination, winding length during acceleration, winding length during deceleration, etc. The operation is performed based on the speed pattern.

さらに、この制御方法では、初期振れ、横行中の巻き、動特性、速度誤差、等により、残留振れが大きい場合があり、これを解決するために特許文献1が提案されている。   Furthermore, in this control method, residual shake may be large due to initial shake, traverse winding, dynamic characteristics, speed error, etc., and Patent Document 1 has been proposed to solve this.

特許文献1は、既定の速度パターンでの運転と、既定速度パターンの減速部分のみを修正した速度パターンでの運転と、既定速度パターンの加速部分のみを修正した速度パターンでの運転とを行い、図9に示すように、既定速度パターンで運転したときの横行停止時の位相平面上での点をP1、既定速度パターンの減速部分のみを時間ΔTだけ増やしたときの位相平面上でのP1に対する変化ベクトルをVd、既定速度パターンの加速部分のみを時間ΔTだけ増やしたときの位相平面上でのP1に対する変化ベクトルをVaとすると、これらのベクトルVd、Vaを合成して図のV0を合成し、横行停止時間の位相平面上での位置を原点に持っていくことで振れを止めることができる。すなわち、V0=αVd+βVaで表せるならば、減速部分の時間をαΔT、加速部分の時間をβΔT増やすことで振れを止めることができる。
言い換えれば、特許文献1は、同じ場所に何度も運搬するクレーンの場合に、最初の数回を調整に用い、クレーンを動作させながらあらかじめ同定された運動方程式の積分を行い、振れ止めパラメータの調整を行い、振れ止めを行うものである。
Patent Document 1 performs operation with a predetermined speed pattern, operation with a speed pattern in which only the deceleration portion of the default speed pattern is corrected, and operation with a speed pattern in which only the acceleration portion of the default speed pattern is corrected, As shown in FIG. 9, the point on the phase plane at the time of traversing stop when driving with the predetermined speed pattern is P1, and only the deceleration portion of the predetermined speed pattern is increased by time ΔT with respect to P1 on the phase plane. Assuming that the change vector is Vd, and the change vector for P1 on the phase plane when only the acceleration portion of the predetermined speed pattern is increased by time ΔT is Va, these vectors Vd and Va are synthesized to synthesize V0 in the figure. The shake can be stopped by bringing the position of the traverse stop time on the phase plane to the origin. That is, if it can be expressed by V0 = αVd + βVa, the shake can be stopped by increasing the time of the deceleration portion by αΔT and the time of the acceleration portion by βΔT.
In other words, in the case of a crane that is transported to the same place many times, Patent Document 1 uses the first few times for adjustment, integrates the motion equation identified in advance while operating the crane, Adjustment is performed and steady rest is performed.

N. C. Singer and W. P. Seering ,“Preshaping Command Inputs to Reduce System Vibration”, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol.112,pp.76−82,1990N. C. Singer and W.W. P. Seeing, “Preshaping Command Inputs to Reduce System Vibration”, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol. 112, pp. 76-82, 1990 須藤 拓:“クレーン振れ止めの自動調整”、電気学会技術報告、第943号、p16−19(2003)Taku Sudo: “Automatic adjustment of crane steady rest”, IEEJ Technical Report, No. 943, p16-19 (2003) 鈴木 俊太郎、村山 茂樹、林 亨:“コンテナクレーンの振れ止め制御”、日本機械学会第5回交通・物流部門大会講演論文集、pp95−96、1996−12.17〜19.川崎Shuntaro Suzuki, Shigeki Murayama, Satoshi Hayashi: “Container Control of Container Crane”, Proc. Kawasaki

特開2003−341975号公報、「クレーンの振れ止め方法」JP 2003-341975 A, "Crane steadying method"

上述した従来の二段階加速法では、吊荷の重心位置の違いによる、初期巻きロープ長の誤差に起因して残留振れが残ることがある。すなわち、従来の方法では、吊荷の重心が常に一定位置にあることを仮定しており、重心位置に変動がある場合には、同定精度が落ちるため振れ止め後の振れが大きくなる。
また、特許文献1の方法は、最初の数回を調整に用いるため、毎回異なる場所へ運搬する場合には対応できない問題点があった。
In the conventional two-stage acceleration method described above, residual runout may remain due to an error in the initial winding rope length due to a difference in the center of gravity position of the suspended load. In other words, in the conventional method, it is assumed that the center of gravity of the suspended load is always at a fixed position. If the position of the center of gravity is fluctuated, the identification accuracy is lowered, so that the shake after steadying becomes large.
Moreover, since the method of patent document 1 uses the first several times for adjustment, there existed a problem which cannot respond when conveying to a different place each time.

そのため、運搬先が毎回異なり、或いは吊荷の重心位置が変動する従来の自動クレーンでは、振れ角センサを装備し、振れ角をフィードバックすることで二段階加速に付加して振れ止め精度の向上を図っているが、コスト増加、故障部分の増加を招いていた。   For this reason, conventional automatic cranes with different transport destinations each time or the position of the center of gravity of the suspended load are equipped with a deflection angle sensor and feedback of the deflection angle adds to the two-stage acceleration to improve the stabilization accuracy. As shown, the cost increased and the number of faults increased.

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、運搬先が毎回異なり、初期巻きロープ長の誤差やその変化がある場合でも、振れ角センサを用いることなく、振れ止め後の残留振れを十分小さくできるクレーンの振れ止め制御方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, the purpose of the present invention is to prevent the crane from swinging, which can sufficiently reduce the remaining runout after the steadying without using the runout angle sensor even when the transportation destination is different each time and there is an error or change in the initial winding rope length. It is to provide a control method.

本発明によれば、吊荷を巻きロープで吊り下げ、水平に横行し、かつ巻きロープの巻上げ及び巻下げを行なうクレーンの振れ止め制御方法であって、
Input Shaping法により運搬クレーンの走行計画を作成する走行計画作成ステップと、
前記走行計画に基づいてクレーンの運搬シミュレーションを行って残留振動幅を求める運搬シミュレーションステップと、
前記残留振動幅が所定の閾値以下の場合に、自動運転作業指令を出力し、前記走行計画に基づき、横行し、かつロープの巻上げおよび巻下げにより目標位置まで運搬する自動運転制御ステップと、を有し、
前記運搬シミュレーションステップにおいて、運搬する吊荷の重量を変化させて予めいくつかの重さで吊荷を実際のクレーンで運搬し、クレーンの速度指令に対する実際のクレーンの動作の伝達関数を計測しておき、
実際に運搬するために吊荷を持ち上げた瞬間にその重さを計測し、その重さに近い2つの伝達関数を補間して伝達関数を求める、ことを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法が提供される。
According to the present invention, a crane steadying control method for hanging a suspended load with a winding rope, traversing horizontally, and winding and lowering the winding rope,
A travel plan creation step for creating a travel plan for the transport crane by the input shaping method;
A transportation simulation step for obtaining a residual vibration width by performing a transportation simulation of the crane based on the travel plan,
An automatic operation control step of outputting an automatic operation work command when the residual vibration width is equal to or less than a predetermined threshold, traversing based on the travel plan, and transporting to a target position by hoisting and lowering the rope; Yes, and
In the transportation simulation step, the weight of the suspended load to be transported is changed, and the suspended load is transported with an actual crane at several weights in advance, and the transfer function of the actual crane operation with respect to the crane speed command is measured. Every
A crane steady-state control method characterized by measuring a weight at the moment of lifting a suspended load for actual transportation and obtaining a transfer function by interpolating two transfer functions close to the weight. Provided.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記走行計画作成ステップにおいて、移動距離、最高加速度、最高速度、巻きロープ長および巻きロープ長の変化から、クレーンの加速タイミング時間を求める。   According to a preferred embodiment of the present invention, in the travel plan creation step, the acceleration timing time of the crane is obtained from the movement distance, maximum acceleration, maximum speed, winding rope length and changes in winding rope length.

また、前記Input Shaping法は、Zero Vibration and Derivative(ZVD) shaperであり、
さらに、式(10)及び式(11)を満たすように、加速タイミング時間を求める、ことが好ましい。
Also, the input shaping method is Zero Vibration and Derivative (ZVD) shaper,
Furthermore, it is preferable to obtain the acceleration timing time so as to satisfy the expressions (10) and (11).

また、前記運搬シミュレーションステップにおいて、前記残留振動幅が所定の閾値を超える場合に、位相平面図上でのベクトル合成によって、残留振動幅が前記閾値以下になるまで加速タイミングを調整して走行計画を修正する。   Further, in the transport simulation step, when the residual vibration width exceeds a predetermined threshold, a travel plan is prepared by adjusting acceleration timing until the residual vibration width becomes equal to or less than the threshold by vector synthesis on a phase plan view. Correct it.

上述した本発明の方法によれば、Input Shaping法の一種であるZero Vibration and Derivative shaper(ZVDシェーパー)を更に修正した新規の振れ止め制御方法である修正ZVDシェーパーを用いる。
修正ZVDシェーパーにより、対象とするシステムに基づいたモデルを構築することで、複数のインパルスによる残留振動の重ね合わせを予測し、残留振動がなくなるように設定することができる。
また、ZVDシェーパーでは横行中の巻き長さの変化に対応していないが、本発明の修正ZVDシェーパーでは、式(10)及び式(11)を満たすように、加速タイミング時間を求めることにより加速減速途中に巻き長さの変化がある場合でも精度良く振れ止めができるようになる。
According to the above-described method of the present invention, the modified ZVD shaper, which is a new anti-swaying control method that further modifies Zero Vibration and Derivative shaper (ZVD shaper), which is a kind of input shaping method, is used.
By constructing a model based on the target system using the modified ZVD shaper, it is possible to predict the overlapping of residual vibrations by a plurality of impulses and to set the residual vibrations to be eliminated.
In addition, although the ZVD shaper does not support changes in the winding length during traversal, the modified ZVD shaper of the present invention accelerates by obtaining the acceleration timing time so as to satisfy the expressions (10) and (11). Even when there is a change in the winding length during deceleration, the steady rest can be performed with high accuracy.

さらに、特許文献1では、クレーンの運転を行いながら運動モデルの数値積分を行うことで、立案された速度計画通りに実際のクレーンが動かないことに対処していたが、本発明では、運搬する吊荷の重量を変化させて予めいくつかの重さで吊荷を運搬し、クレーンの速度指令に対する実際のクレーンの動作の伝達関数を計測しておき、実際に運搬するために吊荷を持ち上げた瞬間にその重さを計測し、その重さに近い2つの伝達関数を適当な補間方法で補間することにより、実際のクレーンの運動を行わずに、クレーンの動特性を正確に表現し、これに基づいて振れ止め計画を立案することができる。   Furthermore, in Patent Document 1, it was dealt with that the actual crane does not move according to the planned speed plan by performing numerical integration of the motion model while operating the crane. The weight of the suspended load is changed and the suspended load is transported in several weights in advance, and the transfer function of the actual crane motion with respect to the crane speed command is measured, and the suspended load is lifted for actual transportation. By measuring the weight at the moment and interpolating two transfer functions close to the weight with an appropriate interpolation method, the crane's dynamic characteristics can be accurately expressed without actually moving the crane. Based on this, a steady-state plan can be made.

従って、特許文献1では振れ止めを行うために最低3回の運搬が必要であった制限をなくし、毎回違う場所に運ぶことを可能にしている。
更に、毎回実際の吊荷の運搬を行う毎に、伝達関数の同定も毎回行うことで、モータの能力低下や駆動系の摩擦の増加などに伴う動特性の変化にも対応が可能となる。
Therefore, Patent Document 1 eliminates the restriction that required at least three times of transportation to perform steadying, and enables transportation to a different place every time.
Further, each time an actual suspended load is transported, the transfer function is identified each time, so that it is possible to cope with a change in dynamic characteristics caused by a decrease in motor capacity or an increase in friction of the drive system.

以下本発明の好ましい実施例について、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

1.天井クレーンやコンテナクレーン等の運搬では、目的地まで最短時間で運搬しながらなおかつ振れ止めする制御技術が要求されている。
しかし、運搬先の高さが異なると巻きロープ長が変わり振れ周期が変化するため、解析的に速度計画を行うことは難しい。
そこで、本発明ではフィードフォワード制御設計法である Input Shaping法[非特許文献1]に着目し、さらに実用中のケーブルクレーン振れ止め自動調整技術[非特許文献2]も活用する。それにより、巻きロープ長の変化を考慮したクレーンの振れ止め制御に関する方法を提案する。
さらに実際に使用されているコンテナクレーンの条件[非特許文献3]を参考にして、クレーンの運搬シミュレーションを設定した。その結果、巻きロープ長に誤差が含まれていても振れ止め効果が得られること以下で示す。
1. In the transportation of overhead cranes, container cranes, etc., there is a demand for a control technology that prevents the swinging while transporting to the destination in the shortest time.
However, if the height of the transport destination is different, the winding rope length changes and the swing cycle changes, so it is difficult to analytically plan the speed.
Therefore, the present invention pays attention to the input shaping method [Non-Patent Document 1], which is a feedforward control design method, and also utilizes a cable crane steady-state automatic adjustment technology [Non-Patent Document 2] that is in practical use. Therefore, we propose a method related to the steadying control of a crane in consideration of the change of the winding rope length.
Furthermore, a crane transportation simulation was set with reference to the conditions of the container crane actually used [Non-Patent Document 3]. As a result, it will be shown below that the anti-sway effect can be obtained even if the winding rope length includes an error.

2.クレーンによる振れのモデリング
図1にクレーンの運動モデルを示す。この図において、1は吊荷、2は吊荷を吊り下げる巻きロープ、3はトロリ台車、4は制御装置である。クレーン5は、吊荷1、巻きロープ2、トロリ台車3及び制御装置4で構成される。制御装置4は、トロリ台車3に搭載しても、図示しない制御ラインを介して外部に設置してもよい。
トロリ台車3は、吊荷1を巻きロープ2で吊り下げ、水平に横行し、かつ巻きロープ2の巻上げ及び巻下げを行なう機能を有する。制御装置4は、トロリ台車3及び巻きロープ2の巻上げ・巻下げを制御する。
図1において、座標系はトロリ台車1の進行方向をxとして地面に固定し、振れ角θは図で右向きを正としてトロリ台車3に固定する。
2. Fig. 1 shows a crane motion model. In this figure, 1 is a suspended load, 2 is a winding rope for suspending the suspended load, 3 is a trolley truck, and 4 is a control device. The crane 5 includes a suspended load 1, a winding rope 2, a trolley cart 3, and a control device 4. The control device 4 may be mounted on the trolley carriage 3 or installed outside via a control line (not shown).
The trolley 3 has a function of hanging a suspended load 1 with a winding rope 2, traversing horizontally, and winding and lowering the winding rope 2. The control device 4 controls the hoisting and lowering of the trolley carriage 3 and the winding rope 2.
In FIG. 1, the coordinate system is fixed to the ground with the traveling direction of the trolley carriage 1 as x, and the deflection angle θ is fixed to the trolley 3 with the rightward direction being positive in the figure.

この時、トロリ台車3によって生じる振れの運動方程式は式(1)、固有周期Tは式(2)のようになる。
本発明の方法では、トロリ台車3から吊荷1を吊り下げている巻きロープ長L(t)と、トロリ台車3の加速度dθ/dt(・・付きθ)によりクレーンの振れ止めを行う。
At this time, the equation of motion of the shake generated by the trolley carriage 3 is as shown in Equation (1), and the natural period T is as shown in Equation (2).
According to the method of the present invention, the crane is prevented from swinging by the winding rope length L (t) that suspends the suspended load 1 from the trolley carriage 3 and the acceleration d 2 θ / dt 2 (·· with θ) of the trolley carriage 3. Do.

3.Input Shaping法
(1)Zero Vibration (ZV) shaper
Input Shapingは、フィードフォワード制御設計法であり[非特許文献1]、モデルに基づいて加速度計画を作成する。
ZV Shaperとは、二次系システムに対し複数のインパルスによる残留振動を重ね合わせることで振れ止めを行う制御方法である。
式(2a)で示す伝達関数のシステムに対して、積分値がAのインパルスn個を受けた直後の残留振動幅V(ω,ζ)は式(3)(4)(5)で表せる。
3. Input Shaping Method (1) Zero Vibration (ZV) shaper
Input Shaping is a feedforward control design method [Non-Patent Document 1] and creates an acceleration plan based on a model.
ZV Shaper is a control method in which steadying is performed by superimposing residual vibration due to a plurality of impulses on a secondary system.
For the transfer function system shown in equation (2a), the residual vibration width V (ω, ζ) immediately after receiving n impulses having an integrated value A i can be expressed by equations (3), (4), and (5). .

なお、iは入力インパルスの順番数、Aはインパルス、tは加速タイミング時間、ωは対象物の固有角周波数、ζは減衰係数である。 Here, i is the order number of the input impulses, A i is the impulse, t i is the acceleration timing time, ω is the natural angular frequency of the object, and ζ is the attenuation coefficient.

(2)Zero Vibration and Derivative(ZVD) shaper
ZVD shaperでは、固有角周波数ωに対する残留振動幅V(ω,ζ)の感度を鈍らせるために、ZV shaperに以下の拘束式(6)を加える。その結果式(7),式(8)を得る。
(2) Zero Vibration and Derivative (ZVD) shaper
In the ZVD shaper, the following constraint equation (6) is added to the ZV shaper in order to reduce the sensitivity of the residual vibration width V (ω, ζ) with respect to the natural angular frequency ω. As a result, equations (7) and (8) are obtained.

しかし、ZVD shaperだけでは巻きロープ長が大きく変化する巻き動作がある場合、実用的に十分な振れ止め精度を得ることは難しい。   However, if there is a winding operation in which the winding rope length greatly changes with ZVD shaper alone, it is difficult to obtain practically sufficient steady rest accuracy.

(3)ZVD shaperの修正
そこで、本発明では、クレーンの角周波数ωを式(9)で定義する時変数ω(t)とする。
(3) Correction of ZVD shaper Therefore, in the present invention, the angular frequency ω of the crane is set as a time variable ω (t) defined by equation (9).

さらに本発明では、クレーンの初期巻きロープ長Lの吊荷の重心位置の誤差について対応可能とするため、L(t)を式(10)のように置く。ΔL(t)はLからの変化量であり巻き長さを変えることにより変化する量である。 Further, in the present invention, in order to enable the corresponding Error of the center of gravity of the suspended load of the initial winding rope length L 0 of the crane, put L (t), as in Equation (10). ΔL (t) is a change amount from L 0 and is an amount that changes when the winding length is changed.

また本発明では、残留振動幅V(ω,ζ)をV(L,ζ)と置き換えて、初期巻きロープ長Lに対する残留振動幅Vの感度を鈍らせるために、式(6)を式(11)のようにする。 In the present invention, the residual vibration width V (ω, ζ) is replaced with V (L 0 , ζ) to reduce the sensitivity of the residual vibration width V with respect to the initial winding rope length L 0 . Equation (11) is used.

式(11)の成立条件は式(12),式(13)となる。
The conditions for establishing Expression (11) are Expression (12) and Expression (13).

式(10)のように、巻きロープ長L(t)をLとΔL(t)に分けたため、巻きロープ長が変わることで変化する角周波数ωが式中に残り、ωの変化を考慮した振れ止め条件となっている。 As in equation (10), the winding for the rope length L (t) is divided into L 0 and [Delta] L (t), the angular frequency ω which varies by winding the rope length changes remains in the formula, taking into account the change in ω The steady rest condition is met.

クレーンでは重量が重く、ほとんど減衰しないため減衰係数ζ=0として式(12),式(13)を解いた場合、n=3で以下の結果となる。 Since the crane is heavy and hardly attenuates, when the equations (12) and (13) are solved with the attenuation coefficient ζ = 0, the following results are obtained when n = 3.

角周波数ωが一定の場合には、インパルスはA1:A2:A3=1:2:1、加速タイミング時間は t=π/ω、t=2π/ωとなり、式(7),式(8)から求められる条件と同じになり、式(7),式(8)の場合を含む一般的な式と考えられる。 When the angular frequency ω is constant, the impulse is A1: A2: A3 = 1: 2: 1, the acceleration timing time is t 2 = π / ω, t 3 = 2π / ω, and the equations (7), ( The conditions are the same as those obtained from 8), and are considered to be general expressions including the cases of Expressions (7) and (8).

4.振れ止めの自動調整
実際は式(1)のようにシステムは非線形であること、入力はインパルスではなく、入力を与えている間に角周波数ωが変化すること、モデル化誤差があることなどにより、式(12),式(13)を満足するだけで十分に振れ止めを行うことは難しい。
4). Automatic adjustment of steady rest Actually, the system is nonlinear as shown in Equation (1), the input is not an impulse, the angular frequency ω changes while giving the input, there is a modeling error, etc. It is difficult to perform sufficient steadying only by satisfying the expressions (12) and (13).

そこで、式(12),式(13)の解を初期状態として、位相平面上のベクトル合成により振れ止めの自動調整[非特許文献2]を行う。これにより、式(11)によりLに誤差があっても残留振動への影響は小さいため、運ぶ吊荷の重心のばらつきを許容できることになる。 Therefore, with the solutions of Equation (12) and Equation (13) as the initial state, automatic adjustment of the steady rest is performed by vector synthesis on the phase plane [Non-Patent Document 2]. As a result, even if there is an error in L 0 according to the equation (11), the influence on the residual vibration is small, so that the variation in the center of gravity of the suspended load to be carried can be allowed.

5.シミュレーション
(1)クレーンの運搬シミュレーション設定
[非特許文献3]を参考に、巻きロープの巻き動作を含めたクレーンの運搬シミュレーションを行った。
巻きロープ長は、30[m]から10[m]に巻き上げた後、30[m]に巻き下げる。巻きは、クレーンの加速中に行う。横行については最大加速度0.5[m/]、最大速度3[m/s]、移動距離45[m]とした。
5. Simulation (1) A crane transportation simulation including the winding operation of the winding rope was performed with reference to the crane transportation simulation setting [Non-Patent Document 3].
The length of the winding rope is wound from 30 [m] to 10 [m] and then lowered to 30 [m]. Winding is performed while the crane is accelerating. For traversal, the maximum acceleration was 0.5 [m /], the maximum speed was 3 [m / s], and the moving distance was 45 [m].

図2は、本発明によるクレーンの振れ止め制御方法のフローチャートである。
本発明のクレーンの振れ止め制御方法は、図1に示した吊荷1を巻きロープ2で吊り下げ、水平に横行し、かつ巻きロープの巻上げ及び巻下げを行なうクレーンの振れ止め制御方法である。
本発明のクレーンの振れ止め制御方法は、走行計画作成ステップS1、運搬シミュレーションステップS2、残留振動判別ステップS3、加速タイミング調整ステップS4、及び自動運転制御ステップS5〜S6からなる。これらの各ステップは、上述した制御装置4によりトロリ台車3および巻ロープ2の長さを制御して実施される。
FIG. 2 is a flowchart of a crane steadying control method according to the present invention.
The crane steady-state control method of the present invention is a crane steady-state control method in which the suspended load 1 shown in FIG. 1 is suspended by a winding rope 2, traversed horizontally, and the winding rope is wound and unwound. .
The crane steady-state control method of the present invention includes a travel plan creation step S1, a transport simulation step S2, a residual vibration determination step S3, an acceleration timing adjustment step S4, and automatic operation control steps S5 to S6. Each of these steps is performed by controlling the lengths of the trolley carriage 3 and the winding rope 2 by the control device 4 described above.

走行計画作成ステップS1では、Input Shaping法により運搬クレーンの走行計画を作成する。この走行計画作成ステップにおいて、移動距離、最高加速度、最高速度、巻きロープ長および巻きロープ長の変化から、クレーンの加速タイミング時間を求める。
またこのInput Shaping法は、Zero Vibration and Derivative(ZVD) shaperであり、さらに、上述した式(10)及び式(11)を満たすように、加速タイミング時間を求める。
In the travel plan creation step S1, a travel plan for the transport crane is created by the Input Shaping method. In this travel plan creation step, the acceleration timing time of the crane is determined from the movement distance, maximum acceleration, maximum speed, winding rope length and changes in winding rope length.
Moreover, this Input Shaping method is Zero Vibration and Derivative (ZVD) shaper, and the acceleration timing time is obtained so as to satisfy the above-described equations (10) and (11).

運搬シミュレーションステップS2では、 前記走行計画に基づいてクレーン5の運搬シミュレーションを行って残留振動幅を求める。
残留振動判別ステップS3では、残留振動幅を所定の閾値と比較する。
残留振動幅が所定の閾値を超える場合には、加速タイミング調整ステップS4において、位相平面図上でのベクトル合成によって、残留振動幅が前記閾値以下になるまで加速タイミングを調整して走行計画を修正する。
In the transportation simulation step S2, a transportation simulation of the crane 5 is performed based on the travel plan to obtain a residual vibration width.
In the residual vibration determination step S3, the residual vibration width is compared with a predetermined threshold value.
When the residual vibration width exceeds a predetermined threshold value, in the acceleration timing adjustment step S4, the travel plan is corrected by adjusting the acceleration timing until the residual vibration width becomes equal to or less than the threshold value by vector synthesis on the phase plan view. To do.

前記残留振動幅が所定の閾値以下の場合に、自動運転制御ステップS5〜S6において、自動運転作業指令を出力し、前記走行計画に基づき、吊荷を巻上げ、水平に横行し、吊荷を巻下げて目標位置まで運搬する。
また運搬シミュレーションステップS2は実際に運搬するために吊荷を持ち上げその重さを計測した後に実施される。そのためここで、運搬する吊荷の重量を変化させて予めいくつかの重さで吊荷を運搬し、クレーンの速度指令に対する実際のクレーンの動作の伝達関数を計測しておいたデータから、実際に計測した重さに近い2つの伝達関数を補間してS2の運搬シミュレーションを実施することができる。
When the residual vibration width is equal to or less than a predetermined threshold, in automatic operation control steps S5 to S6, an automatic operation work command is output, and the suspended load is hoisted and traversed horizontally based on the travel plan. Lower and transport to the target position.
Further, the transportation simulation step S2 is performed after lifting the suspended load and actually measuring its weight for transportation. For this reason, the weight of the suspended load to be transported is changed, the suspended load is transported at several weights in advance, and the actual transfer function of the crane operation with respect to the crane speed command is measured. The transfer simulation of S2 can be performed by interpolating two transfer functions close to the measured weight.

(2)クレーンの運搬シミュレーション実施手順
上述したように、走行計画作成ステップS1において、移動距離、最高加速度、最高速度、巻きロープ長と巻きロープ長の変化といった条件から、修正ZVDによるクレーンの加速タイミング時間を求めた。
また、残留振動幅が所定の閾値を超える場合には、加速タイミング調整ステップS4において、[非特許文献2]に示すθとdθ/dt/ωの位相平面図上でのベクトル合成によって、加速タイミング時間を調整し、クレーン加速終了時、減速終了時に振れ幅が0、又は所定の閾値以下になるようにした。
(2) Crane transport simulation execution procedure As described above, in the travel plan creation step S1, the crane acceleration timing by the modified ZVD is determined from the conditions such as the movement distance, the maximum acceleration, the maximum speed, and the change in the winding rope length and the winding rope length. Seeking time.
If the residual vibration width exceeds a predetermined threshold, acceleration timing is adjusted by vector synthesis on the phase plan view of θ and dθ / dt / ω shown in [Non-Patent Document 2] in the acceleration timing adjustment step S4. The time was adjusted so that at the end of crane acceleration and at the end of deceleration, the runout was 0 or below a predetermined threshold.

(3)シミュレーション結果
図3に初期巻きロープ長Lの誤差がない時のシミュレーション結果を示す。この図において、横軸は時間、縦軸は(A)は走行計画作成ステップS1で得られた走行計画におけるトロリ台車3の走行速度、および巻き長さの変化速度、(B)は運搬シミュレーションステップS2で得られた走行位置、および巻き長さ、(C)は運搬シミュレーションステップS2で得られた残留振動幅である。また図中のt,t,tは加速タイミング、t’,t’,t’は減速タイミングである。
この図から、吊荷を巻上げ、水平に横行し、吊荷を巻下げて目標位置まで運搬した際の残留振動幅は0.6[mm]となり、初期巻きロープ長に誤差がない場合には残留振動はほとんどないことがわかる。また、運搬時間は26.33[sec]となった。
(3) to the simulation results Figure 3 shows the simulation results when there is no error in the initial winding rope length L 0. In this figure, the horizontal axis is time, the vertical axis is (A) is the traveling speed of the trolley truck 3 and the change speed of the winding length in the traveling plan obtained in the traveling plan creating step S1, and (B) is the transport simulation step. The travel position and winding length obtained in S2, (C) is the residual vibration width obtained in the transport simulation step S2. In the figure, t 1 , t 2 , t 3 are acceleration timings, and t 1 ′, t 2 ′, t 3 ′ are deceleration timings.
From this figure, when the suspended load is lifted, traversed horizontally, the suspended load is lowered and transported to the target position, the residual vibration width is 0.6 [mm], and there is no error in the initial winding rope length. It can be seen that there is almost no residual vibration. In addition, the transportation time was 26.33 [sec].

図4に初期巻きロープ長の誤差が2.5%の時のシミュレーション結果を示す。この図において、横軸は時間、縦軸は(A)は走行計画作成ステップS1で得られた走行計画におけるトロリ台車3の走行速度、および巻き長さの変化速度、(B)は運搬シミュレーションステップS2で得られた走行位置、および巻き長さ、(C)は運搬シミュレーションステップS2で得られた残留振動幅である。また図中のt,t,tは加速タイミング、t’,t’,t’は減速タイミングである。
この例では、式(1)を数値積分する事で振れシミュレーションを行うが、L=1.025La(Laは真の巻きロープ長)として、横行・巻きの速度パターンを図3と同じように与えて、数値積分を行っている。この結果、この図では残留振動幅4.7[cm]となり、実用上十分小さい値となっている。
FIG. 4 shows a simulation result when the error of the initial winding rope length is 2.5%. In this figure, the horizontal axis is time, the vertical axis is (A) is the traveling speed of the trolley truck 3 and the change speed of the winding length in the traveling plan obtained in the traveling plan creating step S1, and (B) is the transport simulation step. The travel position and winding length obtained in S2, (C) is the residual vibration width obtained in the transport simulation step S2. In the figure, t 1 , t 2 , and t 3 are acceleration timings, and t 1 ′, t 2 ′, and t 3 ′ are deceleration timings.
In this example, the run-out simulation is performed by numerically integrating equation (1), and the traverse / winding speed pattern is given in the same manner as in FIG. 3, assuming that L = 1.025La (La is the true winding rope length). Numerical integration. As a result, in this figure, the residual vibration width is 4.7 [cm], which is a sufficiently small value for practical use.

6.上述したように本発明では、ZVD shaperの修正と振れ止めの自動調整の利用による振れ止め制御方法を提案した。またクレーンの運搬シミュレーションにより、各巻きロープ長の計測値に誤差が+2.5%ある場合にも実用上十分な振れ止め効果が得られることを示した。 6). As described above, the present invention has proposed an anti-sway control method using ZVD shaper correction and automatic anti-sway adjustment. Moreover, it was shown by the simulation of crane transportation that a practically sufficient steadying effect can be obtained even when the measured value of each winding rope length is + 2.5%.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

クレーンの運動モデル図である。It is a movement model figure of a crane. 本発明によるクレーンの振れ止め制御方法のフローチャートである。It is a flowchart of the steadying control method of the crane by this invention. 初期巻きロープ長の誤差がない時のシミュレーション結果である。It is a simulation result when there is no error in the initial winding rope length. 初期巻きロープ長の誤差が2.5%の時のシミュレーション結果である。This is a simulation result when the error of the initial winding rope length is 2.5%. 横行・巻動作が可能なクレーンの概略図である。It is the schematic of the crane in which a traversing and winding operation | movement is possible. Input Shaping法の説明図である。It is explanatory drawing of the Input Shaping method. 二段階加速法の説明図である。It is explanatory drawing of a two-stage acceleration method. 従来のクレーンの自動運転時における振れ止め制御のフローチャートである。It is a flowchart of steadying control at the time of the automatic operation of the conventional crane. 特許文献1の振れ止め制御の説明図である。It is explanatory drawing of steadying control of patent document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 吊荷、2 巻きロープ、3 トロリ台車、4 制御装置、5 クレーン
1 Suspended load, 2 winding rope, 3 trolley truck, 4 control device, 5 crane

Claims (4)

吊荷を巻きロープで吊り下げ、水平に横行し、かつ巻きロープの巻上げ及び巻下げを行なうクレーンの振れ止め制御方法であって、
Input Shaping法により運搬クレーンの走行計画を作成する走行計画作成ステップと、
前記走行計画に基づいてクレーンの運搬シミュレーションを行って残留振動幅を求める運搬シミュレーションステップと、
前記残留振動幅が所定の閾値以下の場合に、自動運転作業指令を出力し、前記走行計画に基づき、横行し、かつロープの巻上げおよび巻下げにより目標位置まで運搬する自動運転制御ステップと、を有し、
前記運搬シミュレーションステップにおいて、運搬する吊荷の重量を変化させて予めいくつかの重さで吊荷を実際のクレーンで運搬し、クレーンの速度指令に対する実際のクレーンの動作の伝達関数を計測しておき、
実際に運搬するために吊荷を持ち上げた瞬間にその重さを計測し、その重さに近い2つの伝達関数を補間して伝達関数を求める、ことを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
A crane steadying control method for hanging a suspended load with a winding rope, traversing horizontally, and winding and lowering the winding rope,
A travel plan creation step for creating a travel plan for the transport crane by the input shaping method;
A transportation simulation step for obtaining a residual vibration width by performing a transportation simulation of the crane based on the travel plan,
An automatic operation control step of outputting an automatic operation work command when the residual vibration width is equal to or less than a predetermined threshold, traversing based on the travel plan, and transporting to a target position by hoisting and lowering the rope; Yes, and
In the transportation simulation step, the weight of the suspended load to be transported is changed, and the suspended load is transported with an actual crane at several weights in advance, and the transfer function of the actual crane operation with respect to the crane speed command is measured. Every
A crane steady-state control method characterized by measuring the weight at the moment of lifting a suspended load for actual transportation and interpolating two transfer functions close to the weight to obtain the transfer function .
前記走行計画作成ステップにおいて、移動距離、最高加速度、最高速度、巻きロープ長および巻きロープ長の変化から、クレーンの加速タイミング時間を求める、ことを特徴とする請求項1のクレーンの振れ止め制御方法。   2. The crane steady-state control method according to claim 1, wherein, in the travel plan creation step, an acceleration timing time of the crane is obtained from changes in travel distance, maximum acceleration, maximum speed, winding rope length and winding rope length. . 前記Input Shaping法は、Zero Vibration and Derivative(ZVD) shaperであり、
さらに、数6の式(12)及び式(13)を満たすように、加速タイミング時間を求める、
ここでiは入力インパルスの順番数、Aはインパルス、tは加速タイミング時間、ωは対象物の固有角周波数、ζは減衰係数である、
ことを特徴とする請求項2のクレーンの振れ止め制御方法。
The input shaping method is Zero Vibration and Derivative (ZVD) shaper,
Furthermore, the acceleration timing time is calculated so as to satisfy the expressions (12) and (13) of Equation 6.
Where i is the order number of the input impulses, A i is the impulse, t i is the acceleration timing time, ω is the natural angular frequency of the object, and ζ is the attenuation coefficient,
The crane steady-state control method according to claim 2, wherein:
前記運搬シミュレーションステップにおいて、前記残留振動幅が所定の閾値を超える場合に、位相平面図上でのベクトル合成によって、残留振動幅が前記閾値以下になるまで加速タイミングを調整して走行計画を修正する、ことを特徴とする請求項1のクレーンの振れ止め制御方法。   In the transport simulation step, when the residual vibration width exceeds a predetermined threshold value, the travel plan is corrected by adjusting the acceleration timing until the residual vibration width becomes the threshold value or less by vector synthesis on a phase plan view. The crane steady-state control method according to claim 1.
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