CN107150951A - 吊物的偏摆停止控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供使吊物的偏摆快速地衰减的偏摆停止控制装置。在使油缸动作来使偏摆衰减的偏摆停止控制装置中，具备：偏转角的检测单元；油缸的实际的位置的检测单元；基于检测出的偏转角计算油缸位置指令的振幅的振幅计算单元；基于油缸速度、偏转振动周期与上述振幅，对油缸位置指令与油缸实际位置之间的相位差进行预测计算的相位差计算单元10；基于相位差预测值、偏转角和控制增益，生成对于在油缸位置指令与油缸实际位置不存在相位差的情况下应当输出的理想位置指令使相位前进相位差预测值而得的油缸位置指令的偏转控制单元13；基于从偏转控制单元13输出的油缸位置指令与油缸实际位置之差控制油缸位置的油缸位置控制单元14。

Description

吊物的偏摆停止控制装置

技术领域

本发明涉及用于使由集装箱起重机等搬运的吊物的偏摆(旋转摆动)衰减的偏摆停止控制装置。

背景技术

作为被起重搬运的吊物的偏摆停止控制装置，例如专利文献1公开有如下技术：与根据吊物的左右两端的运动状态而检测到的偏摆位移对应地驱动偏转油缸，由此改变从小车(trolly)起到吊物为止的起重绳索(wire rope)长度来使吊物绕铅直轴进行旋转，使偏摆衰减。

图5是在记载于专利文献1中的偏摆停止控制装置中，俯视得到的用于改变起重绳索的长度的机构部的示意图。

在图5中，50是偏转油缸，51是连结机构，52～55是起重绳索，这些起重绳索52～55经由未图示的小车上的滑轮对吊物进行支承。

在图5所示的构造中，例如，通过使油缸50的位置沿箭头方向伸长，从而连结机构51如点划线所示变形。由此，绳索52、54被拉拽的同时绳索53、55被推出，其结果是，吊物以铅直轴60为中心向箭头c方向中的一个方向旋转。在专利文献1中，通过使用偏摆位移以及偏摆速度(偏转角以及偏转角速度)等的线形结合来计算对油缸50的速度指令，并根据其速度指令驱动油缸50，从而进行吊物的偏摆停止。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2948473号公报(第[0022]～[0024段]、图1、图2、图5等)

发明内容

技术问题

对于专利文献1中记载的偏摆停止控制装置而言，通常，偏摆越大时，越需要高速地移动油缸50。但是，油缸50中有以起重绳索的微调为目的而设置的部分，这样的油缸50的动作速度存在限度，因此无法充分地跟随速度指令。

因此，存在即使以偏摆停止控制为目的将预定的速度指令提供给油缸50，也无法按照指令来控制油缸50的动作速度、位置的情况。

例如，在对油缸的速度指令进行积分得到的油缸位置指令a如图6所示发生变化的情况下，油缸实际位置b成为不仅相对于位置指令a无法以相同的振幅变化，并且还延迟了相当于相位差(时间差)α的量的形态，其结果，无法实现稳定的偏摆停止控制。

在此情况下，若将控制增益设定为低至即使偏摆角较大也能够按照位置指令使油缸进行动作的程度，则能够避免上述的问题，但是存在降低控制增益则相应地偏摆停止需要时间变长的问题。

因此，本发明的目的在于提供偏摆停止控制装置，该偏摆停止控制装置根据对油缸实际位置相对于油缸位置指令的相位差进行补偿的油缸位置指令，使油缸进行动作，由此能够实现稳定且快速的偏摆停止。

技术方案

为了解决上述课题，技术方案1的发明是一种吊物的偏摆停止控制装置，该偏摆停止控制装置通过偏转油缸的动作来调整支承吊物的绳索的长度，由此使上述吊物绕铅直轴旋转，控制上述吊物的偏转角来使偏摆衰减，上述吊物的偏摆停止控制装置具备:

偏转角检测单元，其检测上述偏转角；

油缸实际位置检测单元，其检测上述偏转油缸的实际的位置；

基于由上述偏转角检测单元检测得到的偏转角，计算油缸位置指令的振幅的振幅计算单元；

相位差计算单元，其基于上述偏转油缸的速度相当值、上述吊物的偏转振动周期和上述油缸位置指令的振幅，对在上述油缸位置指令与油缸实际位置之间产生的相位差进行预测计算，并将其作为相位差预测值输出；

偏转控制单元，其被输入上述相位差预测值、上述偏转角和规定的控制增益，并生成油缸位置指令，该油缸位置指令是相对于在上述油缸位置指令与上述油缸实际位置不存在相位差的情况下应当输出的理想位置指令使相位前进相当于上述相位差预测值的量而得到的；以及

油缸位置控制单元，其基于由上述偏转控制单元生成的油缸位置指令与上述油缸实际位置之差，以规定的速度以下的速度驱动上述油缸，由此控制上述偏转油缸的位置。

技术方案2的发明是，在技术方案1的发明所记载的吊物的偏摆停止控制装置中，

上述偏转控制单元具备比例微分控制单元，该比例微分控制单元将在上述油缸实际位置没有相位延迟的条件下设计的偏转角作为输入，计算提供给上述油缸位置控制单元的油缸位置指令，

以使输出信号的相位前进相当于上述相位差预测值的量的方式设定上述比例微分控制单元中的比例增益和微分增益。

技术方案3的发明是，在技术方案2所记载的的吊物的偏摆停止控制装置中，

上述比例微分控制单元在以K(dψ/dt)的形式来表示对于偏转角速度(dψ/dt)作为目的的油缸位置的情况下，利用以下的算式计算油缸位置指令u，

u＝(Kcosα)(dψ/dt)－(Ksinα)ωψ

其中，K是作为控制增益的比例增益，α是相位差预测值，ψ是偏转角，ω是偏转振动角频率。

发明效果

在本发明中，生成相对于在油缸位置指令与油缸实际位置不存在相位差的情况下应当输出的理想位置指令，使相位前进相当于由相位差预测单元计算的相位差预测值的量而得到的油缸位置指令，并根据该油缸位置指令来使油缸进行动作。

因此，与现有技术相比能够维持高的控制增益的同时，即使在油缸速度不足的情况下也能够进行防止摆动控制所需的油缸动作，其结果是能够稳定且快速地实现吊物的偏摆停止。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的偏摆停止控制装置的主要部分的框图。

图2是用于说明本发明的实施方式的作用的、油缸位置指令、油缸实际位置等的说明图。

图3是用于说明本发明的实施方式的作用的、油缸位置指令、油缸实际位置值等的说明图。

图4是表示本发明的实施方式以及现有技术所进行的偏摆停止控制的模拟结果的图。

图5是俯视得到的记载于专利文献1的偏摆停止控制装置的机构部的示意图。

图6是用于说明油缸实际位置的相位延迟的图。

标记说明

10：相位差计算单元

11：振幅计算单元

12：乘积单元

13：偏转控制单元

14：油缸位置控制单元

50：油缸

51：连结机构

52～55：起重绳索

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，图1是本实施方式的偏摆停止控制装置的框图。

在图1中，相位差计算单元10基于油缸速度V、偏转振动周期T和油缸位置指令的振幅A来计算相位差α。这里，油缸速度V可以使用油缸速度检测值或者油缸速度指令，偏转振动周期T可以使用角度传感器等来检测。

利用振幅计算单元11求出由角度传感器等检测的吊物的偏转角ψ的振幅，将该振幅计算单元11的输出与规定的控制增益K利用乘积单元12进行相乘来求出位置指令的振幅A。

相位差计算单元10使用油缸速度V、偏转振动周期T和油缸位置指令的振幅A，通过算式1对相位差α进行预测计算。应予说明，在算式1中，在VT＞4A的情况下，采用α＝0。

(算式1)

α＝cos^－1(VT/4A)

如图6所示，上述的相位差α是在根据油缸位置指令a对油缸位置进行了控制的情况下的油缸实际位置b相对于油缸位置指令a的相位差，换言之，相当于由油缸位置指令a的变化率与油缸速度实际值之差产生的相位差。

因此，为了消除该相位差α，如图2所示，生成油缸位置指令u，并且根据该油缸位置指令u使油缸进行动作，则油缸实际位置b与理想位置指令u’相位成为一致，该油缸位置指令u使在不存在相位延迟的情况下应当输出的适当的油缸位置指令u’(相位前移计算前的油缸位置指令，将其称作理想位置指令)的相位前进相当于利用相位差计算单元10计算的相位差(相位差预测值)α的量。

应予说明，前述的算式1可以通过以下的方式导出。

根据图3，若将油缸速度V看作是油缸实际位置b的斜率，则偏转振动周期T的1/4的期间即(T/4)中的油缸实际位置b的位移为VT/4。若将油缸位置指令u的振幅A除以A来归一化，则上述的位移成为(VT/4)/A。该位移相当于cosα，因此成为cosα＝VT/4A，对其变形得到算式1。

返回到图1，上述相位差α、偏转角ψ以及被适当地设定的控制增益K被输入到偏转控制单元13。

该偏转控制单元13如前所述生成油缸位置指令u，并将油缸位置指令u输出到油缸位置控制单元14，该生成油缸位置指令u是相对于在不存在相位延迟的情况下应当输出的理想位置指令u’使相位前进相当于被预测计算的相位差α的量而得到的。应予说明，油缸位置控制单元14包括如图5所示的用于驱动油缸50的电气回路或者油压回路、空压回路等，油缸50驱动如图5所示那样的连结机构51以及起重绳索等来使吊物绕铅直轴旋转，控制偏转角。

这里，为了利用偏转控制单元13以及油缸位置控制单元14驱动油缸50来进行偏摆停止动作，优选为构成如相对于偏转角ψ与其时间微分值即偏转角速度(dψ/dt)来确定油缸位置这样的、将比例微分(PD)控制系统作为基础的控制单元。在此情况下，以将在无相位延迟的条件下设计的偏转角作为输入的比例微分控制单元作为对象，相对于油缸位置指令，以使输出信号的相位前进与油缸实际位置延迟程度对应的值的方式对比例增益以及微分增益进行修正，由此能够使相对于吊物的偏转角原本应当提供的位置(位移)指令与油缸实际位置的相位一致，并且实现适当的偏摆停止控制。

特别是，为了在不存在相位差α的情况下适当地实现偏摆停止，多数情况下优选为以与偏转角速度(dψ/dt)成比例的方式对油缸进行驱动。即，应当提供的油缸位置可以使用控制增益(比例增益)K来以K(dψ/dt)的形式表示。在此情况下，若将偏转振动角频率设为ω，则使相位相对于K(dψ/dt)前进α而得到的信号、即偏转控制单元13所生成的油缸位置指令u如算式2所示。

(算式2)

u＝(Kcosα)(dψ/dt)－(Ksinα)(ωψ)

由此，图1的偏转控制单元13使用比例增益K、偏转角ψ、相位差α以及偏转振动角频率ω，利用算式2求出油缸位置指令u，并将该油缸位置指令u提供给油缸位置控制单元14，由此能够在消除油缸实际位置b相对于油缸位置指令的相位差的状态下实现适当的偏摆停止控制。

图4表示将本实施方式与现有技术进行对比而示出的吊物的偏转角以及油缸位移的模拟结果。图4(a)是本实施方式的控制结果，图4(b)是利用现有技术设定控制增益以使油缸位置指令变化率的最大值被限制在动作速度以下(油缸实际位置不产生相位延迟的程度)的情况的控制结果。

比较图4(a)、图4(b)，可知本实施方式与现有技术相比能够更快速地实现偏摆停止。

工业上应用的可能性

本发明能够用于集装箱起重机等中的吊物的偏摆停止控制。

Claims (3)

1.一种吊物的偏摆停止控制装置，所述偏摆停止控制装置通过偏转油缸的动作来调整支承吊物的绳索的长度，由此使所述吊物绕铅直轴旋转，控制所述吊物的偏转角来使偏摆衰减，所述吊物的偏摆停止控制装置的特征在于，具备：

偏转角检测单元，其检测所述偏转角；

油缸实际位置检测单元，其检测所述偏转油缸的实际的位置；

基于由所述偏转角检测单元检测得到的偏转角，计算油缸位置指令的振幅的振幅计算单元；

相位差计算单元，其基于所述偏转油缸的速度相当值、所述吊物的偏转振动周期和所述油缸位置指令的振幅，对在所述油缸位置指令与油缸实际位置之间产生的相位差进行预测计算，并将其作为相位差预测值输出；

偏转控制单元，其接收所述相位差预测值、所述偏转角和规定的控制增益，生成油缸位置指令，该油缸位置指令是相对于在所述油缸位置指令与所述油缸实际位置之间不存在相位差的情况下应当输出的理想位置指令而言，相位前进相当于所述相位差预测值的量而得到的；以及

油缸位置控制单元，其基于由所述偏转控制单元生成的油缸位置指令与所述油缸实际位置之差，以规定的速度以下的速度驱动所述油缸，由此控制所述偏转油缸的位置。

2.根据权利要求1所述的吊物的偏摆停止控制装置，其特征在于，

所述偏转控制单元具备比例微分控制单元，该比例微分控制单元将在所述油缸实际位置没有相位延迟的条件下设计的偏转角作为输入，计算提供给所述油缸位置控制单元的油缸位置指令，

以使输出信号的相位前进相当于所述相位差预测值的量的方式设定所述比例微分控制单元中的比例增益和微分增益。

3.根据权利要求2所述的吊物的偏摆停止控制装置，其特征在于，

所述比例微分控制单元在以K(dψ/dt)的形式来表示相对于偏转角速度(dψ/dt)作为目的的油缸位置的情况下，利用以下的算式计算油缸位置指令u，

u＝(Kcosα)(dψ/dt)－(Ksinα)ωψ

其中，K是作为控制增益的比例增益，α是相位差预测值，ψ是偏转角，ω是偏转振动角频率。