JP5194660B2 - Crane steady rest control apparatus and crane steady rest control method - Google Patents
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Description
本発明はクレーン振れ止め制御装置およびクレーンの振れ止め制御方法に関し、特に、トロリーを横行させて荷役作業を行う懸垂式クレーンの振れ止め制御方法に適用して好適なものである。 The present invention relates to a crane steady-state control device and a crane steady-state control method, and in particular, is suitable for application to a steady-state control method for a suspended crane in which a trolley is traversed to perform a cargo handling operation.
港湾、製鉄所、各種工場では、クレーンにて吊り荷を保持させながらトロリーを横行させることで荷役作業が行われている。このようなクレーンによる荷役作業では、短時間内に目標位置に到達させるとともに、目標位置に到達した時の吊り荷の振れ角をゼロにすることができれば、理想的なクレーンの運転となり、このような理想的なクレーンの運転を実現するために、これまで各種のクレーン振れ止め制御方式が開発されている。クレーン振れ止め制御方式は、機械的振れ止め制御方式と電気的振れ止め制御方式の2つに大別することができるが、保守性などの観点から近年では電気的振れ止め制御方式が主流となっている。
電気的振れ止め制御方式には、加減速終了時に振れをなくすことができる速度パターンを演算して振れ止め制御を行う方法(特許文献1)と、吊り荷の振れ角を検出し、その検出結果を駆動系にフィードバックする方法(特許文献2)とがある。
In harbors, steelworks, and various factories, cargo handling operations are performed by traversing trolleys while holding suspended loads with cranes. In such a crane handling operation, if the target position can be reached within a short time and the swing angle of the suspended load can be reduced to zero when the target position is reached, the crane can be operated ideally. In order to realize an ideal crane operation, various crane steady-state control systems have been developed so far. Crane steady rest control systems can be broadly divided into two types: mechanical steady rest control systems and electrical steady rest control systems. In recent years, electrical steady rest control systems have become mainstream from the viewpoint of maintainability. ing.
In the electric steadying control method, a method of performing steadying control by calculating a speed pattern that can eliminate shaking at the end of acceleration / deceleration (Patent Document 1), and detecting a swinging angle of a suspended load and the detection result Is fed back to the drive system (Patent Document 2).
図5は、従来のクレーン振れ止め制御装置の概略構成の一例を示すブロック図、図6は、図5のクレーン振れ止め制御装置による理想的な振れ角の応答を示す図である。
図5において、速度制御装置101には、修正速度所望値Vdと電動機101dの検出速度Vmとの偏差をとる差分回路、修正速度所望値Vdと電動機101dの回転速度Vmとの偏差がゼロに近づくように補償を行う補償器101b、補償器101bの出力を増幅する主増幅器101c、クレーン102を駆動する電動機101d、電動機101dの回転速度Vmを検出する速度検出器101eが設けられている。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a conventional crane steady-state control device, and FIG. 6 is a diagram illustrating an ideal swing angle response by the crane steady-state control device of FIG.
In Figure 5, the
そして、速度制御装置101の前段には、ロープ長l、移動量L、クレーンシステムの拘束条件である最高速度Vmax、最高加速度amaxなどの走行条件を入力する入力装置103、入力装置103に入力された走行条件から加速度切換え時刻を計算する加速度切換え時刻演算装置104、トロリーの速度パターンを発生する速度パターン発生装置105が設けられている。
また、クレーン102には、吊り荷102cを吊り下げながら車輪によりレール上を横行するトロリー102a、電動機101dの動力をトロリー102aに伝える歯車機構102bが設けられている。
In the preceding stage of the
Further, the
そして、速度パターン発生装置105は、図6に示すように、加速開始および終了時の境界条件および拘束条件から求めた条件を満たしながら、トロリー速度とロープ振れ角に関する運動方程式を解くことにより、定速区間が挿入された加速区間を有する速度パターンを指令パターンxrとして生成し、この速度パターンに基づいてトロリー102aを動作させることにより、吊り荷102cの振れを抑制することができる。
Then, as shown in FIG. 6, the
図7は、従来のクレーン振れ止め制御装置の概略構成のその他の例を示すブロック図、図8は、図7のクレーン振れ止め制御装置による理想的な振れ角の応答を示す図である。
図7において、クレーン振れ止め制御装置には、速度指令信号を生成する速度指令器121、速度指令器121にて生成された速度指令信号をランプ状の速度指令NRF0に変換する直線指令器122、1次遅れ要素を有するフィルタ126を通した信号NMFBを帰還して生成されたダンピング制御速度指令補正信号NRFDFを、直線指令器122から出力された速度指令NRF0に加算することで、補正速度指令信号NRF2を算出するダンピング制御器130、ダンピング制御器130から出力された補正速度指令信号NRF2と、フィルタ126を通した信号NMFBとの偏差から速度指令信号TRFを生成する速度制御器123、速度指令信号TRFからトルクTMを生成する電動機トルク制御器124、電動機の機械的時定数τMを示すブロック125、1次遅れ要素を有するフィルタ126、吊り荷の振れ角の運動モデルを示すブロック127、電動機の負荷トルクの負荷モデルを示すブロック128、吊り荷の振れ角θを検出する振れ角検出器129が設けられている。
FIG. 7 is a block diagram showing another example of a schematic configuration of a conventional crane steady-state control device, and FIG. 8 is a diagram showing an ideal swing angle response by the crane steady-state control device of FIG.
In FIG. 7, the crane steadying control device includes a
そして、振れ角検出器129にて検出された吊り荷の振れ角信号VLEをダンピング制御器130にフィードバックし、図8に示すように、この振れ角信号VLEが考慮されたダンピング制御速度指令補正信号NRFDFを、直線指令器122から出力された速度指令NRF0に加算することで、補正速度指令信号NRF2を指令パターンxrとして生成し、この指令パターンxrに基づいてトロリーを動作させることにより、ダンピング係数δに応じたダンピングを吊り荷の振れの振動にかけることができ、吊り荷の振れを抑制することができる。
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、フィードフォワード制御が行われ、速度パターンの条件は、ロープ長lなどで変化する固有振動数(振れ周期)に依存し、初期の振れ角はゼロと考えられる。このため、トロリー102aの横行時に、トロリー102aや吊り荷102cに加わる機械的外乱や固有振動数の変化、初期状態の振れなどの外乱がある場合には、制御性能が低下するという問題があった。
また、特許文献2に開示された方法では、振れ角や振れ角速度などの検出値を用いたフィードバック制御が行われるため、振れ角や振れ角速度などを検出するセンサに異常がある場合や、センサに外乱が加わる場合には、制御不能となったり、制御性能が低下したりするという問題があった。
However, in the method disclosed in
Further, in the method disclosed in
また、図5の構成と図7の構成とを組み合わせることで、フィードフォワード制御とフィードバック制御の双方が適用されるようにすると、図5の構成に比べて外乱の影響は減少するものの、図7の構成のフィードバック制御にて図5の構成の加速時の振れ角にもダンピングがかかる。このため、図9に示すように、加減速の終了と同時に振れ角がゼロに収束せず、外乱がない場合には図5の構成に比べて却って制御性能が低下するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、トロリーや吊り荷やセンサに外乱が加わった場合においても、目標位置に到達した時の吊り荷の振れを抑制しつつ、短時間内に目標位置に到達させることが可能なクレーン振れ止め制御装置およびクレーンの振れ止め制御方法を提供することである。
Further, when both the feedforward control and the feedback control are applied by combining the configuration of FIG. 5 and the configuration of FIG. 7, the influence of disturbance is reduced as compared to the configuration of FIG. 5, but FIG. Damping is also applied to the deflection angle during acceleration of the configuration of FIG. 5 by the feedback control of the configuration of FIG. For this reason, as shown in FIG. 9, when the acceleration / deceleration ends, the deflection angle does not converge to zero, and when there is no disturbance, there is a problem that the control performance is deteriorated as compared with the configuration of FIG.
Therefore, the object of the present invention is to achieve the target position within a short time while suppressing the swing of the suspended load when the target position is reached even when a disturbance is applied to the trolley, the suspended load or the sensor. The present invention is to provide a crane steady rest control device and a crane steady rest control method.
上述した課題を解決するために、請求項1記載のクレーン振れ止め制御装置によれば、ロープで懸垂された吊り荷を持つトロリーの加減速がゼロである時の吊り荷の振れがゼロとなるような速度パターンを指令とし、前記トロリーの現在位置をフィードバックして前記速度パターンに追従させつつ前記トロリーを所定の距離に移動させる速度指令値を生成する位置制御手段と、前記速度パターンと前記吊り荷の数学モデルに基づいて前記吊り荷の動作指令を求める吊り荷運動モデルと、前記吊り荷の振れ角から前記吊り荷の動作量を推定する吊り荷動作推定手段と、前記吊り荷動作推定手段にて推定された動作量を前記動作指令に追従させる補償量を算出することで、前記速度指令値を補償するトロリー動作補償手段とを備え、前記トロリー動作補償手段は、前記吊り荷の加速度が前記動作指令に追従するように補償量を設定する加速度補償器と、前記トロリーの速度から前記吊り荷の加速度までの伝達特性に対してダンピングがかかるように補償量を設定するダンピング補償器と、前記トロリーの加減速時には、前記加速度補償器にて設定された補償量を選択し、前記トロリーの加減速の終了後には、前記ダンピング補償器にて設定された補償量を選択する補償切換え器とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, according to the crane steady-state control apparatus according to
また、請求項2記載のクレーンの振れ止め制御方法によれば、ロープで懸垂された吊り荷を持つトロリーおよび前記トロリーを駆動するトロリー駆動装置が設けられたクレーンの振れ止め制御方法において、前記トロリーが所定の距離を移動する際に、加減速により生じる前記ロープの振れに関して前記トロリーの加減速がゼロである時の吊り荷の振れがゼロとなるような速度パターンを指令とし、前記トロリーの現在位置をフィードバックして前記速度パターンに追従させつつ前記トロリーを所定の距離に移動させる速度指令値を生成するステップと、前記速度パターンと前記吊り荷の数学モデルに基づいて前記吊り荷の動作指令を求め、前記吊り荷の振れ角から前記吊り荷の動作量を推定することで前記吊り荷を前記動作指令に追従させる補償量を算出し、前記補償量にて前記速度指令値を補償するステップとを備え、前記吊り荷の動作指令および動作量はそれぞれ加速度と速度であり、前記補償量は、前記トロリーの加減速時には前記吊り荷の加速度が動作指令に追従するように設定され、前記トロリーの加減速の終了後には前記トロリーの速度から前記吊り荷の加速度までの伝達特性に対してダンピングがかかるように設定されることを特徴とする。
Further, according to the crane steady-state control method according to
以上説明したように、本発明によれば、トロリーの加減速動作時には、理想的な振れ角に実際の振れ角が追従するようにトロリーを動作させることが可能となるとともに、トロリーの加減速の終了後には、仮想的にダンピングを高めることによって外乱によるロープの振れをゼロに収束させつつ、トロリーを所望の距離に移動させることが可能となり、短時間内に目標位置に到達させるとともに、目標位置に到達した時の吊り荷の振れを抑制することができる。 As described above, according to the present invention, during the trolley acceleration / deceleration operation, the trolley can be operated so that the actual deflection angle follows the ideal deflection angle, and the trolley acceleration / deceleration can be performed. After completion, it is possible to move the trolley to the desired distance while converging the rope swing due to disturbance to zero by virtually increasing the damping, reaching the target position within a short time, and The swing of the suspended load when it reaches can be suppressed.
以下、本発明の実施形態に係るクレーン振れ止め制御装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るクレーン振れ止め制御装置の概略構成を示すブロック図、図2は、本発明の一実施形態に係るクレーンの運動モデルを示す図である。
図1および図2において、クレーン機械系8は図2のクレーン21を構成し、クレーン21には、ロープ22で懸垂された吊り荷23を持つトロリー24が設けられている。そして、クレーン機械系8には、トロリー24を駆動するトロリー駆動装置7が接続されるとともに、吊り荷23の振れ角θを検出する振れ角検出器9が接続され、トロリー駆動装置7には、目標位置に到達した時の吊り荷23の振れを抑制しながらトロリー24の駆動制御を行うクレーン振れ止め制御装置16が接続されている。
Hereinafter, a crane steadying control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a crane steadying control apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a crane motion model according to an embodiment of the present invention.
1 and 2, the crane mechanical system 8 constitutes the
このクレーン振れ止め制御装置16には、角周波数設定器1、加速条件算出器2、パターン発生器3、減算器4、位置制御器5、加算器6、吊り荷運動モデル10、速度推定器11、加速度推定器12、加速度補償器13、ダンピング補償器14、補償切換え器15が設けられている。
ここで、角周波数設定器1は、ロープ22のロープ長lを入力とし、ロープ22のロープ長lによって変化する吊り荷23のノミナル固有各周波数ωnを設定することができる。
This crane steady
Here, the
加速条件算出器2は、ノミナル固有各周波数ωn、トロリー24の移動量L、トロリー24の最高速度Vmax、トロリー24の最高加速度amaxなどの動作条件を入力し、加速の切換え時刻を定義する最小加速時間taccを出力することができる。
パターン発生器3は、加速条件算出器2に入力された動作条件からトロリー24の動作パターンを発生させ、トロリー24の位置指令xMrを出力することができる。
減算器4は、パターン発生器3より出力された位置指令xMrから、位置検出器よりフィードバックされたトロリー24の現在位置xMaを減算することで、位置偏差xeを出力することができる。
The
The
The subtractor 4 can output the position deviation x e by subtracting the current position x Ma of the
位置制御器5は、位置偏差xeが減少するように比例制御を行うことで、トロリー24の現在位置xMaを位置指令xMrに追従させる速度指令値nMrを生成することができる。
加算器6は、補償切換え器15にて選択されたトロリー速度補償量ncomaまたはトロリー速度補償量ncomdを速度指令値nMrに加算することで、速度指令値nMrが補償された速度指令値n´Mrを生成することができる。
吊り荷運動モデル10は、パターン発生器3にて発生された速度パターンと角周波数設定器1にて設定されたノミナル固有各周波数ωnから、吊り荷23の数学モデルに基づいて吊り荷23の吊り荷速度指令nLrおよび吊り荷加速度指令aLrを求めることができる。
The
The adder 6 adds the trolley speed compensation amount n coma or the trolley speed compensation amount n comd selected by the
The suspended
速度推定器11は、トロリー速度nMaおよび吊り荷23の振れ角θに基づいて、吊り荷23の推定速度n* Laを算出することができる。
加速度推定器12は、吊り荷23の振れ角θに基づいて、吊り荷23の推定加速度a* Laを算出することができる。
加速度補償器13は、加速度推定器12にて算出された吊り荷23の推定加速度a* Laが、吊り荷運動モデル10にて算出された吊り荷加速度指令aLrに追従するようにトロリー速度補償量ncomaを設定することができる。
The speed estimator 11 can calculate the estimated speed n * La of the suspended
The
The
ダンピング補償器14は、トロリー速度nMaから吊り荷23の推定加速度a* Laまでの伝達特性に対してダンピングがかかるようにトロリー速度補償量ncomdを設定することができる。
補償切換え器15は、加速度補償器13から出力されたトロリー速度補償量ncomaまたはダンピング補償器14から出力されたトロリー速度補償量ncomdのいずれか一方を選択して加算器6に出力することができる。
そして、角周波数設定器1は、ロープ22のロープ長lに基づいて吊り荷23のノミナル固有各周波数ωnを設定し、加速条件算出器2、吊り荷運動モデル10およびダンピング補償器14に出力する。
The damping compensator 14 can set the trolley speed compensation amount n comd so that damping is applied to the transfer characteristic from the trolley speed n Ma to the estimated acceleration a * La of the suspended
The
Then, the angular
そして、加速条件算出器2は、ノミナル固有各周波数ωn、トロリー24の移動量L、トロリー24の最高速度Vmax、トロリー24の最高加速度amaxなどの動作条件に基づいて加速の切換え時刻を定義する最小加速時間taccを算出し、パターン発生器3に出力する。そして、パターン発生器3は、加速条件算出器2から出力された最小加速時間taccに基づいてトロリー24の動作パターンを発生させ、トロリー24の位置指令xMrを減算器4および吊り荷運動モデル10に出力する。なお、トロリー24の動作パターンとしては、例えば、2段加速による速度パターンを用いることができる。
The
図3は、本発明の一実施形態に係る2段加速による速度パターンを示す図である。
図3において、2段加速による速度パターンは、加速の切換え時刻t1、t2、t3、t4・・・にて表現することができ、以下の式に示すように、それぞれの加速の切換え時刻t1、t2、t3、t4・・・は最小加速時間taccにて定義することができる。
2(n−1)<ωntacc<2nπ
t1=(n−1)π/ωn+tacc/2
t2=(n−1)π/ωn
t3=nπ/ωn+tacc/2
ただし、n=1,2,3・・・、πは円周率である。
あるいは、トロリー24の動作パターンとして、図4に示すように、1段加速による速度パターンを用いるようにしてもよい。この場合、加速終了までの時間taは以下の式で表すことができる。
ta=ωn/2π
FIG. 3 is a diagram showing a speed pattern by two-stage acceleration according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 3, the speed pattern by the two-stage acceleration can be expressed by acceleration switching times t 1 , t 2 , t 3 , t 4 ... The switching times t 1 , t 2 , t 3 , t 4 ... Can be defined by the minimum acceleration time t acc .
2 (n−1) <ω n t acc <2nπ
t 1 = (n−1) π / ω n + t acc / 2
t 2 = (n−1) π / ω n
t 3 = nπ / ω n + t acc / 2
Here, n = 1, 2, 3,..., .Pi.
Alternatively, as an operation pattern of the
t a = ω n / 2π
そして、トロリー24の位置指令xMrが減算器4に入力されると、減算器4は、位置検出器からフィードバックされたトロリー24の現在位置xMaを位置指令xMrから減算することで位置偏差xeを算出し、位置制御器5に出力する。そして、位置制御器5は、位置偏差xeが減少するように比例制御を行うことで、トロリー24の現在位置xMaを位置指令xMrに追従させる速度指令値nMrを生成し、加算器6に出力する。なお、位置制御器5は、位置偏差xeが減少するように比例積分制御などの他の制御を行うことで速度指令値nMrを生成するようにしてもよい。
When the position command x Mr
一方、パターン発生器3にて発生されたトロリー24の位置指令xMrが吊り荷運動モデル10に入力されると、吊り荷運動モデル10は、位置指令xMrおよびノミナル固有各周波数ωnから吊り荷23の数学モデルに基づいて吊り荷23の吊り荷速度指令nLrおよび吊り荷加速度指令aLrを求め、吊り荷加速度指令aLrを加速度補償器13に出力するとともに、吊り荷速度指令nLrをダンピング補償器14に出力する。
On the other hand, when the position command x Mr of the
ここで、吊り荷23の数学モデルは、ロープ22と吊り荷23の振れ角θに関する運動を単振り子とし、トロリー24の位置制御系の応答を1次遅れで近似するものとすると、吊り荷23の吊り荷速度指令nLrおよび吊り荷加速度指令aLrは以下の式で求めることができる。
nLr(s)=ωn 2/(s2+ωn 2)・1/(Tps+1)・x´Mr(s)
aLr(s)=sωn 2/(s2+ωn 2)・1/(Tps+1)・x´Mr(s)
ただし、sはラプラス演算子、Tpはトロリー24の位置制御系を1次遅れ系で近似した時の時定数。x´MrはxMrの微分である。
Here, the mathematical model of the suspended
n Lr (s) = ω n 2 / (s 2 + ω n 2 ) · 1 / (T p s + 1) · x ′ Mr (s)
a Lr (s) = sω n 2 / (s 2 + ω n 2 ) · 1 / (T p s + 1) · x ′ Mr (s)
Here, s is a Laplace operator, and T p is a time constant when the position control system of the
また、トロリー駆動装置7から出力されるトロリー速度nMaはクレーン機械系8に入力されるとともに、速度推定器11にも入力される。また、振れ角検出器9にて検出された吊り荷23の振れ角θは、速度推定器11および加速度推定器12に入力される。
そして、トロリー速度nMaおよび吊り荷23の振れ角θが速度推定器11に入力されると、速度推定器11は、ロープ22のロープ長l、トロリー速度nMaおよび吊り荷23の振れ角θに基づいて吊り荷23の推定速度n* Laを算出し、ダンピング補償器14に出力する。
The trolley speed n Ma output from the
When the trolley speed n Ma and the swing angle θ of the suspended
ここで、トロリー速度nMaと吊り荷23の位置xLaとの関係は、吊り荷23の振れ角θおよびロープ22のロープ長lを用いて、以下の式で表すことができる。
lsinθ=nMa/s−xLa
よって、吊り荷23の振れ角θの変化は小さいとしてsinθ=θとおくと、吊り荷23の推定速度n* Laは、以下の式で表すことができる。
n* La=nMa−ldθ/dt
Here, the relationship between the trolley speed n Ma and the position x La of the suspended
lsin θ = n Ma / s−x La
Therefore, assuming that sin θ = θ, assuming that the change in the swing angle θ of the suspended
n * La = n Ma -ldθ / dt
また、吊り荷23の振れ角θが加速度推定器12に入力されると、加速度推定器12は、吊り荷23の振れ角θに基づいて吊り荷23の推定加速度a* Laを算出し、加速度補償器13およびダンピング補償器14に出力する。
そして、吊り荷加速度指令aLrおよび吊り荷23の推定加速度a* Laが加速度補償器13に入力されると、加速度補償器13は、吊り荷23の推定加速度a* Laが吊り荷加速度指令aLrに追従するようにトロリー速度補償量ncomaを設定し、補償切換え器15に出力する。
When the swing angle θ of the suspended
When the suspended load acceleration command a Lr and the estimated acceleration a * La of the suspended
ここで、吊り荷運動モデル10における吊り荷23の数学モデルとクレーン機械系8の特性がほぼ一致する場合、トロリー24の加減速動作時においても、吊り荷23の推定加速度a* Laは吊り荷加速度指令aLrにほぼ一致する。そして、トロリー24に外乱が加わる場合や、ノミナル固有各周波数ωnがクレーン機械系8の実際の固有各周波数ωpと異なる場合において、吊り荷23の推定加速度a* Laが吊り荷加速度指令aLrから乖離すると、加速度補償器13は、吊り荷23の推定加速度a* Laが吊り荷加速度指令aLrに追従するようにトロリー速度補償量ncomaにて速度指令値nMrを補償することで、トロリー24の動作時の想定外の振れを抑制することができる。
Here, when the mathematical model of the suspended
また、吊り荷速度指令nLr、吊り荷23の推定速度n* Laおよび吊り荷23の推定加速度a* Laがダンピング補償器14に入力されると、ダンピング補償器14は、トロリー速度nMaから吊り荷23の推定加速度a* Laまでの伝達特性に対してダンピングがかかるようにトロリー速度補償量ncomdを設定し、補償切換え器15に出力する。
ここで、ロープ22と吊り荷23の振れ角θに関する運動を単振り子とし、ダンピング定数σLを導入して仮にダンピング要素を追加すると、トロリー速度nMaと吊り荷23の速度nLaとの関係は以下の式で求めることができる。
nLa(s)=ωp 2/(s2+2σLωps+ωp 2)・nMa(s)
Further, when the suspended load speed command n Lr , the estimated speed n * La of the suspended
Here, if the motion related to the swing angle θ of the
n La (s) = ω p 2 / (s 2 + 2σ L ω p s + ω p 2 ) · n Ma (s)
そして、上式を変形すれば、トロリー速度nMaと吊り荷23の速度nLaとの関係は以下の式のようになり、snLaを吊り荷23の加速度aLaとしてフィードバックすればよい。
nLa(s)=(nMa(s)−snLa(s)2σL/ωp)ωp 2/(s2+ωp 2)
よって、ダンピング補償器14は、上記のように伝達特性にダンピング要素を追加するため、吊り荷23の推定速度n* Laおよび吊り荷23の推定加速度a* Laを用いることで、以下の式に示すように、ダンピング要素が追加された場合の理想的な負荷速度nLiを算出する。
nLi=n* La−2σL/ωp・a* La
Then, when deforming the above equation, the relationship between the speed n La of the
n La (s) = (n Ma (s) −sn La (s) 2σ L / ω p ) ω p 2 / (s 2 + ω p 2 )
Therefore, the damping compensator 14 uses the estimated speed n * La of the suspended
n Li = n * La -2σ L / ω p · a * La
そして、理想的な負荷速度nLiに追従するようにトロリー速度nMaを制御すれば、吊り荷23の振れ角θはゼロに収束するため、ダンピング補償ゲインKcdを用いることで、以下の式に示すように、吊り荷速度指令nLrからトロリー速度補償量ncomdを算出する。
ncomd=Kcd(nLi−nLr)
そして、ダンピング補償器14は、ダンピング要素が追加された伝達特性による吊り荷23の速度nLaにトロリー速度nMaが追従するようにトロリー速度補償量ncomdにて速度指令値nMrを補償することで、外乱によるロープ22の振れをゼロに収束させつつ、トロリー24を所望の距離に移動させることが可能となる。
If the trolley speed n Ma is controlled so as to follow the ideal load speed n Li , the swing angle θ of the suspended
n comd = K cd (n Li −n Lr )
The damping compensator 14 compensates the speed command value n Mr with the trolley speed compensation amount n comd so that the trolley speed n Ma follows the speed n La of the suspended
そして、補償切換え器15は、トロリー24の加減速動作時には、加速度補償器13から出力されたトロリー速度補償量ncomaを選択して加算器6に出力し、トロリー24の加減速の終了後には、ダンピング補償器14から出力されたトロリー速度補償量ncomdを選択して加算器6に出力する。
これにより、トロリー24の加減速動作時における理想的な振れ角に実際の振れ角が追従するようにトロリー24を動作させることが可能となるとともに、トロリー24の加減速の終了後には、仮想的にダンピングを高めることによって外乱によるロープ22の振れをゼロに収束させつつ、トロリー24を所望の距離に移動させることが可能となり、短時間内に目標位置に到達させるとともに、目標位置に到達した時の吊り荷23の振れを抑制することができる。
The
As a result, the
なお、トロリー速度nMaはトロリー24を駆動する電動機の回転速度とほぼ比例関係にあるため、トロリー速度nMaの代わりに電動機の回転速度を用いるようにしてもよい。また、トロリー24の動作パターンにおいて加速の切換えによりトロリー24の加速度に急激な変化がある場合、フィルタなどを挿入することでトロリー24の動作パターンを連続的に変化させるようにしてもよい。
Since the trolley speed nMa is substantially proportional to the rotation speed of the electric motor that drives the
1 角周波数設定器
2 加速条件算出器
3 パターン発生器
4 減算器
5 位置制御器
6 加算器
7 トロリー駆動装置
8 クレーン機械系
9 振れ角検出器
10 吊り荷運動モデル
11 速度推定器
12 加速度推定器
13 加速度補償器
14 ダンピング補償器
15 補償切換え器
16 クレーン振れ止め制御装置
21 クレーン
22 ロープ
23 吊り荷
24 トロリー
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記速度パターンと前記吊り荷の数学モデルに基づいて前記吊り荷の動作指令を求める吊り荷運動モデルと、
前記吊り荷の振れ角から前記吊り荷の動作量を推定する吊り荷動作推定手段と、
前記吊り荷動作推定手段にて推定された動作量を前記動作指令に追従させる補償量を算出することで、前記速度指令値を補償するトロリー動作補償手段とを備え、
前記トロリー動作補償手段は、
前記吊り荷の加速度が前記動作指令に追従するように補償量を設定する加速度補償器と、
前記トロリーの速度から前記吊り荷の加速度までの伝達特性に対してダンピングがかかるように補償量を設定するダンピング補償器と、
前記トロリーの加減速時には、前記加速度補償器にて設定された補償量を選択し、前記トロリーの加減速の終了後には、前記ダンピング補償器にて設定された補償量を選択する補償切換え器とを備えることを特徴とするクレーン振れ止め制御装置。 When the speed pattern is such that the swing of the suspended load is zero when the acceleration / deceleration of the trolley with the suspended load suspended by the rope is zero, the current position of the trolley is fed back to follow the speed pattern. Position control means for generating a speed command value for moving the trolley to a predetermined distance,
A suspended load motion model for obtaining an operation command of the suspended load based on the speed pattern and a mathematical model of the suspended load;
Suspended load motion estimation means for estimating the amount of motion of the suspended load from the swing angle of the suspended load;
Trolley motion compensation means for compensating the speed command value by calculating a compensation amount for causing the motion amount estimated by the suspended load motion estimation means to follow the motion command ;
The trolley operation compensation means is
An acceleration compensator that sets a compensation amount so that the acceleration of the suspended load follows the operation command;
A damping compensator for setting a compensation amount so that damping is applied to a transmission characteristic from the speed of the trolley to the acceleration of the suspended load;
A compensation switching unit for selecting a compensation amount set by the acceleration compensator at the time of acceleration / deceleration of the trolley, and a compensation amount set by the damping compensator after completion of the acceleration / deceleration of the trolley; A crane steady rest control device comprising:
前記トロリーが所定の距離を移動する際に、加減速により生じる前記ロープの振れに関して前記トロリーの加減速がゼロである時の吊り荷の振れがゼロとなるような速度パターンを指令とし、前記トロリーの現在位置をフィードバックして前記速度パターンに追従させつつ前記トロリーを所定の距離に移動させる速度指令値を生成するステップと、
前記速度パターンと前記吊り荷の数学モデルに基づいて前記吊り荷の動作指令を求め、前記吊り荷の振れ角から前記吊り荷の動作量を推定することで前記吊り荷を前記動作指令に追従させる補償量を算出し、前記補償量にて前記速度指令値を補償するステップとを備え、
前記吊り荷の動作指令および動作量はそれぞれ加速度と速度であり、
前記補償量は、前記トロリーの加減速時には前記吊り荷の加速度が動作指令に追従するように設定され、前記トロリーの加減速の終了後には前記トロリーの速度から前記吊り荷の加速度までの伝達特性に対してダンピングがかかるように設定されることを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。 In a steadying control method of a crane provided with a trolley having a suspended load suspended by a rope and a trolley driving device for driving the trolley,
When the trolley moves a predetermined distance, a speed pattern is set such that the swing of the suspended load is zero when the acceleration / deceleration of the trolley is zero with respect to the rope swing caused by acceleration / deceleration, and the trolley Generating a speed command value for moving the trolley to a predetermined distance while feeding back the current position and following the speed pattern;
Based on the speed pattern and a mathematical model of the suspended load, an operation command for the suspended load is obtained, and the suspended load is caused to follow the operation command by estimating an operation amount of the suspended load from a swing angle of the suspended load. Calculating a compensation amount, and compensating the speed command value with the compensation amount ,
The operation command and operation amount of the suspended load are acceleration and speed, respectively.
The compensation amount is set so that the acceleration of the suspended load follows an operation command during acceleration / deceleration of the trolley, and a transfer characteristic from the speed of the trolley to the acceleration of the suspended load after the acceleration / deceleration of the trolley is completed. A crane steady-state control method, wherein the crane is set so as to be damped.
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