CN101615039A - 减振定位控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种减振定位控制方法及装置，无需计测实际动作和参数调整而减少加/减速期间的振动次数，不产生比由加速度产生的静态振动大的振动而降低产生应力，不需要使加/减速时间与固有周期对应而能任意设定。是抑制加/减速时产生振动或弹性变形的移动体的振动并进行定位的减振定位控制方法及装置，用单自由度的弹簧－质点系统将移动体的振动模型化，求出模型固有周期，使加/减速时的加速度图形为包含加速度率恒定的增速及减速的梯形图形，使各加速度率恒定时间为固有周期的整数倍，设定加速度图形。用加速度图形控制移动体的移动并检测移动中的移动体的状态变量，根据加速度图形所产生的状态变量目标值和检测到的状态变量当前值的偏差反馈控制移动体。

Description

减振定位控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种减振定位控制方法及装置，用于抑制加速/减速时产生振动或弹性变形的移动体的振动从而正确地进行定位。

背景技术

起重机或机械臂等具有加速/减速时容易发生振动或弹性变形的结构的移动体，在移动中前后振动、或产生弹性变形，正确定位变得困难。因此，作为实时地计算测量这样的移动体、用闭环控制而抑制振动并进行定位的方案，提出了例如专利文献1、2。

专利文献1的目的在于在到达目标地点时实现悬吊件的止振和高精度的定位。

为此，如图1所示，该控制系统是起重机的止振控制系统，该起重机具备能够借助绳索51提升和下降地设置在横行用滑车50上的悬吊件52，进行在横行时定速地进行悬吊件52的提升或下降的倾斜搬运，该止振控制系统具备前馈部，该前馈部制定基于加速度图形的止振轨道计划，在该加速度图形中，使滑车50的横行速度从预先能够知道的起重机对载荷物的抓取位置和放开位置之间的搬运区间、时序地变化。

前馈部事先制定加速度图形，该加速度图形通过将搬运区间分割为基于最大加速度的加速区间、基于最大速度的定速区间、和基于最大减速度的减速区间，并且分别将加速区间及减速区间分割成多个区间使得在中途加入定速横行区间而形成，且事先决定倾斜搬运中的卷绕操作的开始及停止的时机，而且，从以倾斜搬运的最终地点为基准而该最终地点的预先能够知道的绳索长度，将其视为恒定而由该绳索长度下的振子的固有频率算出最终区间的时间，关于最终区间的前一个空间，从回溯最终区间的时间的时刻的、预先能够知道的绳索长度，将其视为恒定，由该绳索长度下的振子的固有频率算出最终区间的前一个区间的时间，下面，重复进行这一过程直到倾斜搬运的最初的区间而决定进行倾斜搬运的每个区间的时间。

专利文献2的目的在于，通过控制悬吊载荷的摆角，而能够进行稳定的悬吊载荷的搬运。

因此，如图2所示，该止振装置具备：速度图形产生装置60，产生速度指令；速度控制输出装置61，在起重机止振时，生成与由速度图形产生装置输出的速度指令对应的电动机驱动信号；目标位置设定装置62，设定起重机的目标位置；载重计63，检测悬吊载荷载重；吊绳长度检测装置，检测载荷悬吊吊绳长度；弦振动周期计算装置64，从载荷悬吊吊绳长度及载荷悬吊载重计算载荷悬吊用吊绳的弦振动周期；摆角检测装置65，检测载荷悬吊用吊绳的摆角；滤波器装置66，以载荷悬吊用吊绳的弦振动周期对摆角检测装置所检测到的摆角进行平均处理；理论摆角计算装置67，计算提供了由速度图形产生装置产生的速度指令时的理想的振子的摆角；角度反馈增益控制装置68，用于对速度指令反馈由理论摆角计算装置计算的理想的振子的摆角和平均处理后的摆角的角度偏差，该止振装置是进行摆角反馈控制的装置，该摆角反馈控制是对于从载荷悬吊用吊绳的摆角省略了其弦振动的、与实际的悬吊载荷的摆角接近的角度检测进行的。

专利文献1：日本专利第3104017号公报“起重机的止振控制系统”

专利文献2：日本专利第3990777号公报“起重机的止振装置”

图3是本发明作为对象的移动体的示意图。

该移动体是载荷物1经由弹性臂2固定在移动台车3上的单自由度的弹簧-质点系统模型。该模型能够应用于机械臂、起重机等中。

本发明的发明者们通过分析有以下新的发现：在具有能够用单自由度的弹簧-质点系统模型化的振动要素的控制对象中，在使加速度以恒定的斜率变化时的加速度变化时间与固有周期的整数倍一致时，其振动仅为由加速度产生的振动(静态挠曲)的特性。下面，将加速度的时间微分简称为“加速度率(jerk)”。

但是，在将该特性应用于实际装置时，由于模型和实际动作有偏离，因此需要调整参数，工程师需要计算测量实际动作，进行参数调整。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的。即，本发明的第1目的在于提供一种减振定位控制方法及装置，无需计算测量实际动作并进行参数调整，而减少加速期间或减速期间的振动次数，不产生比由加速度产生的静态振动大的振动，相应地能够降低起重机或机械臂的产生应力，不需要使加速时间或减速时间与固有周期对应而能够任意设定。

并且，本发明的第2目的在于提供一种减振定位控制方法及装置，即使在基于起重机的悬吊长度或机械臂的长度等变化的固有周期因质点位置变化而变化时，也不用计算测量实际的动作并进行参数调整，而使加速度率恒定时间和固有周期(的整数倍)充分地一致，从而能够实现第1目的。

并且，本发明的第3目的在于提供一种减振定位控制方法及装置，即使在不能事先正确地求出固有周期、或因经年变化等在同一位置固有周期也变化时，也不用计算测量实际的动作并进行参数调整，而能够实现第1目的。

根据本发明，提供一种减振定位控制方法，是抑制加速/减速时产生振动或弹性变形的移动体的振动、并进行定位的减振定位控制方法，其特征在于，

用单自由度的弹簧-质点系统将上述移动体的振动模型化，求出上述模型的固有周期，使加速/减速时的加速度图形成为包含加速度率恒定的增速及减速的梯形图形，使各加速度率恒定时间为固有周期的整数倍，从而设定加速度图形，

用上述加速度图形控制移动体的移动，

检测上述移动中的移动体的状态变量，根据基于上述加速度图形的状态变量的目标值、和检测到的状态变量的当前值的偏差，反馈控制移动体。

根据本发明优选的实施方式，上述加速度图形具有：增速图形，使加速度以恒定的加速度率增加，接着将加速度保持恒定，接着使加速度以恒定的加速度率减少至0；

减速图形，使加速度以恒定的加速度率减少，接着将加速度保持恒定，接着使加速度以恒定的加速度率增加至0；

等速图形，位于上述增速图形和减速图形之间，将加速度保持为0。

并且，在固有周期因质点的位置变化而变化时，

分别根据质点的位置导出加速开始时、加速结束时、减速开始时、及减速结束时的固有周期，

使加速开始时、加速结束时、减速开始时、及减速结束时的各加速度率恒定时间成为上述导出的各固有周期的整数倍。

并且，在同一条件下，计算测量多个加速结束时及减速结束时的残留振动，

算出上述多个残留振动的平均值，

当上述残留振动的平均值为既定的阈值以上时，增减固有周期的修正值使得残留振动变小。

并且，根据本发明，提供一种减振定位控制装置，是抑制加速/减速时产生振动或弹性变形的移动体的振动、并进行定位的减振定位控制装置，其特征在于，具备：

加速度图形设定装置，用单自由度的弹簧-质点系统将上述移动体的振动模型化，求出上述模型的固有周期，使加速/减速时的加速度图形成为包含加速度率恒定的增速及减速的梯形图形，使各加速度率恒定时间为固有周期的整数倍，设定加速度图形，

移动控制装置，用上述加速度图形控制移动体的移动；

状态变量检测装置，检测上述移动中的移动体的状态变量；

反馈控制装置，根据基于上述加速度图形的状态变量的目标值、和检测到的状态变量的当前值的偏差，反馈控制移动体。

根据本发明的优选实施方式，上述状态变量检测装置为了检测移动台车的位置和速度、弹性臂的摆角和摆角速度，而具有应变计、加速度计、激光距离计中的至少一个。

并且，上述状态变量检测装置具有观察器(状态观测器)，该观察器从弹性臂的顶端位置、顶端加速度或挠曲、及/或移动台车的马达驱动转矩或马达电流，检测移动台车的位置和速度、弹性臂的摆角和摆角速度中的至少一个。

在上述的本发明的方法及装置中，利用加速度率恒定控制的特性，使加速/减速时的加速度图形成为加速度率恒定的梯形图形，使各加速度率恒定时间成为固有周期的整数倍，因此，如后所述，能够在理论上将等加速度时、等速度时及停止时的残留振动降低至0。

并且，由于基于本发明的方法及装置的动作而产生的挠曲(振幅)的大小能够在由加速度产生的静态挠曲以下，因此能够使设备上的应力最小。

并且，能够容易地设定加速度图形，在强度设计上不再需要设计多余的裕度。

并且，即使等加速度的时间为任意，止振效果也没有不同，因此最大速度可变时的速度图形的设定变得容易。

并且，在本发明的方法及装置中，具备：状态变量检测装置，检测移动中的移动体的状态变量；以及反馈控制装置，根据基于上述加速度图形的状态变量的目标值、和检测到的状态变量的当前值的偏差，反馈控制移动体，因此，与作为开环控制的加速度率恒定控制相比，能够能动地减轻马达驱动系统的响应特性、行进轨道歪斜等外部干扰、及设计时的模型化误差等的影响。

并且，即使在固有周期因质点的位置变化而变化时，根据质点的位置分别导出加速开始时、加速结束时、减速开始时、及减速结束时的固有周期，将加速开始时、加速结束时、减速开始时、及减速结束时的各加速度率恒定时间分别定义为例如T1、T2、T3、T4，按照上述固有周期，分别设定为上述导出的各个固有周期的整数倍，由此，加速度率恒定时间和固有周期(的整数倍)的偏离变小，能够使止振精度提高。

并且，在同一条件下，计算测量多个加速结束时(＝等速运转时)及减速结束时(＝停止时)的残留振动，算出上述多个残留振动的平均值，当上述残留振动的平均值大于等于既定阈值时，增减固有周期的修正值，使得残留振动变小，由此，能够减轻设备导入时的调整操作量，并且使对于经年变化的再调整实现自动化。

附图说明

图1是专利文献1的控制系统的示意图。

图2是专利文献2的止振装置的示意图。

图3是本发明作为对象的移动体的示意图。

图4是图3所示的移动体的模型图。

图5A是示出本发明的加速度图形的图。

图5B是示出本发明的加速度图形的分析例的图。

图6是本发明的减振定位控制装置的构成图。

图7是本发明的反馈控制系统的框图。

图8A是示出以往例的加速图形、臂的振动及速度的图。

图8B是示出本发明的加速图形、臂的振动及速度的图。

图8C是本发明的减振定位控制的加速度图形。

图9示出本发明的减振定位控制方法的动作流程。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的优选实施方式。此外，在各图中，共通的部分标注相同的符号，并省略重复的说明。

图4是图3所示的移动体的模型图。在该移动体模型中，质量m的载荷物1经由长度L的弹性臂2固定在移动台车3上。

这里，k为弹性系数，θ为角度，M为台车质量，f为驱动力，g为重力加速度。

并且，移动台车3借助本发明的减振定位控制装置10，实时地计算测量载荷物1的状态变量(后述)，并用闭环进行反馈控制。

用数1的式(1)表示该模型的动能V，用式(2)表示势能U。

并且，从式(1)和式(2)，用式(3)、(4)表示拉格朗日运动方程式。这里，θ很小，设cosθ＝1，sinθ＝θ。

并且，从式(4)，用式(5)表示自由行进状态中的振动的固有周期T。

[数1]

$V=\frac{1}{2}M{\stackrel{\·}{x}}^2+\frac{1}{2}m\{{(\stackrel{\·}{x}-L\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}\cos \mathrm{\θ})}^2+{\left(\mathrm{L\θ}\sin \mathrm{\θ}\right)}^2\}$

$=\frac{1}{2}M{\stackrel{\·}{x}}^2+\frac{1}{2}m({\stackrel{\·}{x}}^2-2L\stackrel{\·}{x}\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}\cos \mathrm{\θ}+L^2{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}^2)---\left(1\right)$

$U=\mathrm{mgL}\cos \mathrm{\θ}+\frac{1}{2}k{L}^2{\mathrm{\θ}}^2---\left(2\right)$

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{\∂V}{\∂\stackrel{\·}{x}}\right)-\frac{\∂V}{\∂x}+\frac{\∂U}{\∂x}=(M+m)\stackrel{\·\·}{x}-\mathrm{mL}\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}=f---\left(3\right)$

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{\∂V}{\∂\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}\right)-\frac{\∂V}{\∂\mathrm{\θ}}+\frac{\∂U}{\∂\mathrm{\θ}}=-m\stackrel{\·\·}{x}+\mathrm{mL}\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}-(\mathrm{mg}-\mathrm{kL})\mathrm{\θ}=0---\left(4\right)$

$T=2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{\mathrm{mL}}{\mathrm{kL}-\mathrm{mg}}}---\left(5\right)$

移动台车3借助减振定位控制装置10按照指令值运动，因此，将式(4)变形则求得数2的式(6)。

这里，设式(6)的右边为F(t)，使用角速度ω＝2π/T......(6a)的关系，则式(6)成为式(7)。

式(7)为非齐次二阶微分方程式，由式(8)给出其解。

[数2]

$\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+\frac{\mathrm{kL}-\mathrm{mg}}{\mathrm{mL}}\mathrm{\θ}=\frac{1}{L}\stackrel{\·\·}{x}---\left(6\right)$

$\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+{\mathrm{\ω}}^2\mathrm{\θ}=F\left(t\right)---\left(7\right)$

$\mathrm{\θ}=C\sin \mathrm{\ωt}+D\cos \mathrm{\ωt}+\frac{1}{\mathrm{\ω}}{\∫}_0^{t}F\left(\mathrm{\τ}\right)\sin \mathrm{\ω}(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$ (8)

$=C\sin \mathrm{\ωt}+D\cos \mathrm{\ωt}+\frac{1}{\mathrm{\ωL}}{\∫}_0^{t}a\left(\mathrm{\τ}\right)\sin \mathrm{\ω}(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}$

这里，作为台车的输入值，如图5A所示，从时间t＝0至t＝tr，使加速度的时间微分(“加速度率”)恒定地进行加速，然后为加速度恒定的加速。此时，在经过时间t超过加速度率恒定时间tr时，用数3的式(9)表示式(8)。

[数3]

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{\mathrm{\ωL}}\{{\∫}_0^{\mathrm{tr}}\frac{\mathrm{\τ}}{t_r}\sin \mathrm{\ω}(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}+{\∫}_{\mathrm{tr}}^t\sin \mathrm{\ω}(t-\mathrm{\τ})\mathrm{d\τ}\}$

$=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}^{2}L}[1+\frac{1}{\mathrm{\ω}{t}_r}\{\sin \mathrm{\ω}(t-t_r)-\sin \mathrm{\ωt}\left\}\right]---\left(9\right)$

在加速度率时间tr为固有周期T的整数倍(n为整数)时，从式(6a)得出ωtr＝ωnT＝2nπ......(6b)。

在式(9)中，sinω(t-tr)＝sinωt·cosωtr-cosωt·sinωtr＝sinωt·cos2nπ-cosωt·sin2nπ＝sinωt......(6c)成立。

由此，可以用式(10)表示式(9)。

θ＝1/(ω²L)......(10)

图5(B)是比较加速度率恒定时间tr为本发明的情况(tr＝2T＝10)、与和本发明稍有不同的情况(tr＝12)的图。

从该图可知，在具有能够用单自由度的弹簧-质点系统模型化的振动要素的控制对象中，在使加速度以恒定的斜率变化时(下面称为“加速度率恒定”)的加速度变化时间(加速度率恒定时间)为固有周期的整数倍时，其振动仅为由加速度产生的振动(静态挠曲)。

下面，在本申请中，将设加速度率恒定时间为固有周期的整数倍的控制称为“加速度率恒定控制”。

本发明利用上述加速度率恒定控制的特性，通过使加速/减速时的加速度图形成为加速度率恒定的梯形图形，使各加速度率恒定时间为固有周期的整数倍，从而不产生等加速度时、等速度时及停止时的残留振动。

由于加速度率恒定控制的特性在从加速度恒定的状态以恒定的负的加速度率变为加速度0的情况下也成立，因此，当以各加速度率时间为固有周期的整数倍的梯形加速度图形进行加速/减速时，不仅在加速结束时和减速结束时(停止时)，而且在加速过程中/减速过程中(等加速度动作中)也不产生残留振动。

并且，因借助本发明的方法及装置的动作而产生的挠曲(振幅)的大小，为由加速度产生的静态挠曲以下，因此，在加速度率恒定控制中，设备上的应力变为最小，且能够容易地计算，在强度设计上不再需要设置多余的裕度。

并且，即使在加速度率恒定控制中，等加速度的时间为任意，止振效果也没有不同，因此最大速度可变时的速度图形的算出变得容易。

图6是本发明的减振定位控制装置的构成图。

如该图所示，本发明的减振定位控制装置10包括加速度图形设定装置12、移动控制装置14、状态变量检测装置16及反馈控制装置18。

加速度图形设定装置12用单自由度的弹簧-质点系统将图3的移动体的振动模型化，求出模型的固有周期，使加速/减速时的加速度图形成为包含加速度率恒定的增速及减速的梯形图形，使各加速度率恒定时间为固有周期的整数倍，设定加速度图形。

移动控制装置14用设定了的加速度图形来控制移动体的移动。

状态变量检测装置16在本例中包括应变计4、加速度计5、6及激光距离计7、8。

在本例中，在弹性臂2的根部设置应变计4(例如应变仪)，在载荷物1和移动台车3上设置加速度计5、6，在外部设置计算测量载荷物1和移动台车3的位置的激光距离计7、8，并将各自的应变、加速度及位置输入减振定位控制装置10中。

另外，在此之外，作为状态变量检测装置16可以具备：角度计，计算测量弹性臂2的摆角；线性标尺，计算测量移动台车3的位置；以及计测器，计算测量移动台车3的马达速度、马达电流、马达驱动转矩等。根据该构成，能够实时地检测后述的状态变量矢量X(t)的状态变量(移动台车的位置和速度、弹性臂的摆角和摆角速度)。

并且，无需直接检测全部的状态变量矢量X(t)的状态变量，只要能够使用观察器(状态观测器)从控制输入和测定输出再现状态变量，也可以省略。

在用于观察器的计算测量值中，在应用位置、速度、摆角、摆角速度之外，还能够应用弹性臂的顶端位置、顶端加速度、挠曲、移动台车的马达驱动转矩、马达电流等。控制输出在应用速度指令以外，还能够应用马达驱动转矩、马达电流等。

图7是本发明的反馈控制系统的框图。下面，说明本发明的反馈控制。

在该图中，X(t)是状态变量矢量，U(t)是输入变量矢量，A(t)和B(t)是矩阵函数，F是反馈系数矩阵。用数4的式(11)、(12)、(13)定义X(t)、U(t)及Z。此外，状态变量矢量X(t)的状态变量是移动台车的位置和速度、弹性臂的摆角和摆角速度。

[数4]

$X\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}x\left(t\right)\\ \stackrel{\·}{x}\left(t\right)\\ \mathrm{\θ}\left(t\right)\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}\left(t\right)\end{array}\right]...\left(11\right)$

$U\left(t\right)=\stackrel{\·\·}{x}\left(t\right)...\left(12\right)$

$Z=\frac{\mathrm{kL}-\mathrm{mg}}{\mathrm{mL}}...\left(13\right)$

从式(6)能够用数5的式(14)表示状态方程式。

并且，基于式(14)的状态方程式，能够设计式(15)示出的最佳调节器。所谓最佳调节器，是用于在状态变量因外部干扰而从平衡点偏离时以式(16)示出的评价函数J作为最小而使状态变量返回平衡点的多输入多输出反馈控制方法。

此外，式(15)中的k1、k2、k3、k4是反馈增益，是预先设定的。并且，式(16)中的Q、R是加权矩阵。

此外，本发明并不限定于使用了最佳调节器的反馈控制，只要是多输入控制，也可以使用其他众所周知的反馈控制。

[数5]

$\frac{d}{\mathrm{dt}}X\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}\left(t\right)\\ \stackrel{\·\·}{x}\left(t\right)\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}\left(t\right)\\ \stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}\left(t\right)\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cccc}0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& -Z& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\left(t\right)\\ \stackrel{\·}{x}\left(t\right)\\ \mathrm{\θ}\left(t\right)\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}\left(t\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ 1\\ 0\\ \frac{1}{L}\end{array}\right]\stackrel{\·\·}{x}\left(t\right)$

$=A\left(t\right)X\left(t\right)+B\left(t\right)U\left(t\right)...\left(14\right)$

$\begin{array}{c}U\left(t\right)=-F\×\left(t\right)\\ =-(k1,k2,k3,k4)\left[\begin{array}{c}x\left(t\right)-x_0\left(t\right)\\ \stackrel{\·}{x}\left(t\right)-{\stackrel{\·}{x}}_0\left(t\right)\\ \mathrm{\θ}\left(t\right)-{\mathrm{\θ}}_0\left(t\right)\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}\left(t\right)-{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_0\left(t\right)\end{array}\right]\end{array}...\left(15\right)$

$J={\∫}_0^{\∞}[X{\left(t\right)}^T\mathrm{QX}\left(t\right)+U{\left(t\right)}^T\mathrm{RU}\left(t\right)]\mathrm{dt}...\left(16\right)$

图8A是不进行加速度率恒定控制的以往例，图4的模型中示出以固有周期的4倍的时间进行直线加速时的加速图形和臂的振动及速度。从该图得知，与本发明不同，仅在“使加速时间为固有周期的整数倍”时，臂的振动的变动大。

图8B是使用了加速度率恒定控制的本发明的例子，图4的模型中示出在固有周期的1倍的时间中使加速度率恒定，接着以等加速度动作，其后在固有周期的1倍的时间中使负的加速度率恒定的加速图形、和此时的臂的振动及速度。

为了与以往例比较，在该图中，将加速所需要的时间调整为与图8A相同的固有周期的4倍，并且设定了加速后的最大速度与图8A一致的最大加速度。此时得知，该图的最大加速度与图8A相比变大，但此图的最大振动(挠曲量)变小。

并且，在图8A中，与臂在短时间内振动4次相对，在图8B中成为1次振动(挠曲)，因此在本发明的例子中，臂的疲劳也变少。

图8C是本发明的减振定位控制中的加速度图形。

在该图中，横轴是经过时间，纵轴是加速度。该图是对图4所示的臂进行减振定位控制时的加速度图形，是作为由最大加速度A[m/s²]、最大速度V[m/s]设计的驱动系统，用于水平移动到离开X[m]的位置上的加速度图形。

该加速度图形具有增速图形、减速图形和等速图形。

在增速图形中，使加速度以恒定的加速度率增加，接着将加速度保持恒定，接着使加速度以恒定的加速度率减少至0。

在减速图形中，使加速度以恒定的加速度率减少，接着将加速度保持恒定，接着使加速度以恒定的加速度率增加至0。

在等速图形中，位于上述增速图形和减速图形之间，将加速度保持为0。

此外，设臂的固有周期为T[sec]，动作中固有周期是不变的。

图9示出本发明的减振定位控制方法的动作流程。如该图所示，本发明的控制方法包括进行上述的加速度率恒定控制的S11～S15的各步骤、和进行反馈控制的S21～S25的各步骤。

在该图中，首先，在S11中，从操作或传感器等输入目标位置、当前位置、搬运物有无、臂尺寸等运转条件。

接着，在S12中，借助加速度图形设定装置12，用单自由度的弹簧-质点系统将移动体的振动模型化，求出模型的固有周期，使加速/减速时的加速度图形成为包含加速度率恒定的增速及减速的梯形图形，使各加速度率恒定时间为固有周期的整数倍，设定加速度图形。

即，运转开始前，从运转条件计划最佳的运转图形(＝从运转开始的时序加速度图形)。具体来说，导出控制对象模型的固有周期，加速度率恒定时间成为固有周期的倍数的加速及减速图形、和与行进移动量对应的等速时间。

接着，在S13中，借助移动控制装置14，用设定了的加速度图形来控制移动体的移动。

即，在S13中，以控制循环的时间间隔跟踪加速度图形，将加速度进行了数值积分的值作为速度指令，在每个控制循环输出至变频马达等驱动装置。

接着，在S14中，检查在每个控制循环中加速度图形的跟踪是否结束。

在S14中，在加速度图形的跟踪结束(YES)时，在S15中，成为动作完成。此时，在以加速度图形计划的动作时间中进行控制输出，速度指令成为0。

不进行反馈控制(后述S21～S25)，通过利用在上述的S11～S15中设定的加速度图形进行加速度率恒定控制，能够在原理上得到图9、图1所示的特性。

但是，在将该特性应用于实际的装置时，模型和实际动作有偏离，因此，需要计算测量实际动作，进行反馈控制。

下面，说明该反馈控制的方法。

在图9的S14中，在加速度图形的跟踪未结束(NO)时，在S21中，从状态变量检测装置16输入传感器信息，在S22中计算状态变量的当前值。该状态变量的当前值为式(11)所示的状态变量矢量X(t)的状态变量(移动台车的位置和速度、弹性臂的摆角和摆角速度)。

此外，状态变量的当前值通过降噪等滤波处理、或使用观察器对不能直接用传感器计算测量的值进行模型推定。

并且，与S21、S22并行，在S23中，计算状态变量的目标值。该状态变量的目标值，是设定了的加速度图形的当前时刻的状态变量矢量X(t)的状态变量。

此外，使用以控制循环时间dT将式(14)离散化的数6的式(17)算出每个控制循环的状态变量目标值。

[数6]

$\left[\begin{array}{c}{x}_{k+1}\left(t\right)\\ {\stackrel{\·}{x}}_{k+1}\left(t\right)\\ {\mathrm{\θ}}_{k+1}\left(t\right)\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_{k+1}\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_k\left(t\right)\\ {\stackrel{\·}{x}}_k\left(t\right)\\ {\mathrm{\θ}}_k\left(t\right)\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_k\left(t\right)\end{array}\right]$

$+\mathrm{dT}\left[\begin{array}{cccc}0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& -Z& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_k\left(t\right)\\ {\stackrel{\·}{x}}_k\left(t\right)\\ {\mathrm{\θ}}_k\left(t\right)\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_k\left(t\right)\end{array}\right]$

$+\mathrm{dT}\left[\begin{array}{c}0\\ 1\\ 0\\ \frac{1}{L}\end{array}\right]\stackrel{\·\·}{x}\left(t\right)...\left(17\right)$

接着，在S24中，计算反馈指令值。

具体来说，求出将运转图形的加速度提供给控制对象模型时的状态变量目标值、和从与设备连接的传感器信息导出的状态变量当前值的偏差，对使它们的偏差为0的反馈操作值(＝加速度指令值)进行数值积分从而成为速度指令值。

此外，作为控制输出，在速度指令值之外，也可以应用马达驱动转矩、马达电流等。

根据上述的本发明，即使在上述S11～S15中以开环控制进行加速度率恒定控制时，只要驱动系统具有理想的响应性能，速度当前值也与速度指令值一致。但是，在实际中会产生响应滞后或称为超调的响应偏离。

在开环控制中，在驱动系统的副环中，以使速度当前值尽量与速度指令值一致的方式进行控制，但真正需要的是，在响应偏离以外，还要使因外部干扰或模型化误差产生的振动幅度过大或残留振动减轻，因此，通过进行使它们综合地接近目标值的反馈控制(S21～S25)，能够提高鲁棒性。

并且，通过将图8B、图8C所示的加速度图形偏离1/2周期，使2波或3波以上重合，能够提高对于固有周期变动的鲁棒性。

如上所述，本发明的方法及装置利用旋转弹簧振子模型的新特性，使加速/减速时的加速度图形成为加速度率恒定的梯形图形，使各加速度率恒定时间成为固有周期的整数倍，因此，能够在理论上将等加速度时、等速度时及停止时的残留振动降低至0。

并且，根据本发明的方法及装置的动作而产生的挠曲(振幅)的大小能够在由加速度产生的静态挠曲以下，因此能够使设备上的应力最小。

并且，能够容易地设定加速度图形，在强度设计上不再需要设置多余的裕度。

并且，即使等加速度的时间为任意，止振效果也没有不同，因此最大速度可变时的速度图形的设定变得容易。

并且，在本发明的方法及装置中，具备：状态变量检测装置，检测移动中的移动体的状态变量；以及反馈控制装置，根据基于上述加速度图形的状态变量的目标值、和检测到的状态变量的当前值的偏差，反馈控制移动体，因此，与作为开环控制的加速度率恒定控制相比，能够能动地减轻马达驱动系统的响应特性、行进轨道偏离等外部干扰、及设计时的模型化误差等的影响。

并且，即使在固有周期因质点的位置变化而变化时，根据质点的位置分别导出加速开始时、加速结束时、减速开始时、及减速结束时的固有周期，将加速开始时、加速结束时、减速开始时、及减速结束时的各加速度率恒定时间分别定义为例如T1、T2、T3、T4，按照上述固有周期，分别设定为上述导出的各个固有周期的整数倍，由此，加速度率恒定时间和固有周期(的整数倍)的偏离变小，能够使止振精度提高。

并且，在同一条件下，计算测量多个加速结束时(＝等速运转时)及减速结束时(＝停止时)的残留振动，算出上述多个残留振动的平均值，当上述残留振动的平均值在既定阈值以上时，增减固有周期的修正值使得残留振动变小，由此，能够减轻设备导入时的调整操作量，并且使对于经年变化的再调整自动化。

此外，本发明并不限定于上述的实施方式，当然可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，本发明只要能够应用上述的模型，并不仅限定于起重机或机械臂，也可以应用于具有加速/减速时容易发生振动或弹性变形的结构的其他的移动体。

Claims (7)

1.一种减振定位控制方法，是抑制加速/减速时产生振动或弹性变形的移动体的振动、并进行定位的减振定位控制方法，其特征在于，

用单自由度的弹簧-质点系统将上述移动体的振动模型化，求出上述模型的固有周期，使加速/减速时的加速度图形成为包含加速度率恒定的增速及减速的梯形图形，使各加速度率恒定时间为固有周期的整数倍，设定加速度图形，

用上述加速度图形控制移动体的移动，

检测上述移动中的移动体的状态变量，根据基于上述加速度图形所产生的状态变量的目标值、和检测到的状态变量的当前值的偏差，反馈控制移动体。

2.如权利要求1所述的减振定位控制方法，其特征在于，上述加速度图形具有：增速图形，使加速度以恒定的加速度率增加，接着将加速度保持恒定，接着使加速度以恒定的加速度率减少至0；

减速图形，使加速度以恒定的加速度率减少，接着将加速度保持恒定，接着使加速度以恒定的加速度率增加至0；以及，

等速图形，位于上述增速图形和减速图形之间，将加速度保持为0。

3.如权利要求1所述的减振定位控制方法，其特征在于，在固有周期因质点的位置变化而变化时，

分别根据质点的位置导出加速开始时、加速结束时、减速开始时、及减速结束时的固有周期，

使加速开始时、加速结束时、减速开始时、及减速结束时的各加速度率恒定时间成为上述导出的各自的固有周期的整数倍。

4.如权利要求1所述的减振定位控制方法，其特征在于，

在同一条件下，计算测量多个加速结束时及减速结束时的残留振动，

算出上述多个残留振动的平均值，

当上述残留振动的平均值在既定的阈值以上时，增减固有周期的修正值使得残留振动变小。

5.一种减振定位控制装置，是抑制加速/减速时产生振动或弹性变形的移动体的振动、并进行定位的减振定位控制装置，其特征在于，具备：

加速度图形设定装置，用单自由度的弹簧-质点系统将上述移动体的振动模型化，求出上述模型的固有周期，使加速/减速时的加速度图形成为包含加速度率恒定的增速及减速的梯形图形，使各加速度率恒定时间为固有周期的整数倍，设定加速度图形，

移动控制装置，用上述加速度图形控制移动体的移动；

状态变量检测装置，检测上述移动中的移动体的状态变量；

反馈控制装置，根据基于上述加速度图形的状态变量的目标值、和检测到的状态变量的当前值的偏差，反馈控制移动体。

6.如权利要求5所述的减振定位控制装置，其特征在于，上述状态变量检测装置为了检测移动台车的位置和速度、弹性臂的摆角和摆角速度，而具有应变计、加速度计、激光距离计中的至少一个。

7.如权利要求5所述的减振定位控制装置，其特征在于，上述状态变量检测装置具有观察器(状态观测器)，该观察器从弹性臂的顶端位置、顶端加速度或挠曲、及/或移动台车的马达驱动转矩或马达电流，检测移动台车的位置和速度、弹性臂的摆角和摆角速度中的至少一个。

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