CN107200273B - 起重机的控制装置 - Google Patents

Abstract

提供同时进行提升动作与横移动作来使吊物沿任意的轨迹移动、能够避免与障碍物的碰撞的起重机的控制装置。在具备利用电动机14驱动提升机构12的提升装置60和利用电动机13驱动横移机构11的横移装置50，并控制电动机来使吊物沿任意的移动轨迹移动的控制装置中，具备：生成移动轨迹的轨迹生成单元24、基于移动轨迹控制电动机13、14的旋转位置和速度的电动机控制单元17、根据电动机14的状态量来推断吊物的荷重的荷重推断单元28、根据推断荷重、机械损失力矩和加速力矩来计算电动机13、14的能够运转最大速度指令值的速度计算单元32，轨迹生成单元24基于在起重机的动作中能够运转最大速度指令值对移动轨迹进行再次计算。

Description

起重机的控制装置

技术领域

本发明是涉及具备由电动机驱动的提升装置和横移装置的起重机的控制装置。

背景技术

图6表示在专利文献1中记载的现有的起重机的控制装置。

在图6中，速度指令值转换电路102基于速度指令器101或者后述的速度计算电路113的输出，指示对于感应电动机203的速度指令值N^#。单一型积分器103利用预先确定的加速梯度(增加值/单位时间)或者减速梯度(减少值/单位时间)，输出在达到速度指令值N^#(N^*＝N^#)为止增加或者减少的速度设定值N^*。

速度调节器104输出将速度设定值N^*与由速度检测器107进行的速度检测值n的偏差设为零这样的力矩指令值τ^*。另外，磁通量指令值计算器105 根据速度检测值n对磁通量指令值φ^*进行计算并输出。

在矢量计算器106中，根据力矩指令值τ^*以及磁通量指令值φ^*，输出对逆变器202进行矢量控制的控制信号。由此，交流电源201的电力通过逆变器202被转换为期望的电压以及频率的交流电力而供给到感应电动机203，进行电动机203的可变速控制。

图7是表示速度指令值N^#与速度设定值N^*的关系的时序图。

在图7中，若使正转方向的速度指令值N^#在时刻T₀产生，则在时刻T₀～ T₁期间，基于在单一型积分器103设定的加速梯度将速度设定值N^*向正转方向增加，并在时刻T₁成为N^*＝N^#。在从时刻T₁起到速度指令值N^#成为零的时刻T₂为止的期间，单一型积分器103输出N^*(＝N^#)，在时刻T₂～T₃的期间，基于在单一型积分器103设定的减速梯度降低速度设定值N^*的正转方向的值，并在时刻T₃成为N^*＝0。

在从时刻T₃起到速度指令值N^#成为反转方向的值的时刻T₄为止的期间，单一型积分器103输出N^*(＝0)，在时刻T₄～T₅的期间，基于减速梯度来增加速度设定值N^*的反转方向的值，并在时刻T₅成为N^*＝N^#。在从时刻T₅到速度指令值N^#成为零的时刻T₆为止的期间，单一型积分器103输出N^*(＝ N^#)，在时刻T₆～T₇的期间，基于加速梯度来降低速度设定值N^*的反转方向的值，并在时刻T₇成为N^*＝0。

图8是利用图6所示的控制装置，经由减速机将曳引机204b以及荷重m (其重量也设为m)作为感应电动机203的负荷204来驱动的系统的动作说明图。另外，图9是上述系统的整体构成图，204a表示减速机。

在图8中，(a)表示曳引机的状态，(b)表示使曳引机升降的感应电动机203的速度，(c)表示伴随曳引机的升降的感应电动机203的输出力矩。

在时刻T₀以前，负荷m位于地上。此时，感应电动机203停止(速度＝ 0)，通过制动器被制动。曳引机204b从时刻T₀起开始提升，图8(a)的左端为时刻T₀的曳引机的状态，在解除制动器之后，在时刻T₀～T₁的期间以在单一型积分器103中设定的加速梯度增加曳引机204b的提升速度v。

在时刻T₁，使速度指令值N^#与速度设定值N^*一致，并且在时刻T₁～T₂的期间，提升速度v保持为一定。在时刻T₂～T₃的期间，以在单一型积分器 103设定的减速梯度来降低提升速度v。在时刻T₃～T₄的期间，感应电动机 203停止且通过制动器被制动。在该期间，如图8(a)的中央所示，m停止在空中。

接下来，在时刻T₄～T₅的期间，以在单一型积分器103中设定的减速梯度来增加曳引机204b的下降速度v。在时刻T₅，使速度指令值N^#与速度设定值N^*一致，在时刻T₅～T₆的期间下降速度v保持为一定。

在时刻T₆～T₇的期间，以在单一型积分器103中设定的加速梯度来降低下降速度v。在时刻T₇之后的期间，荷重m位于地上。此时，感应电动机203 停止且通过制动器被制动。图8(a)的右端表示时刻T₇的曳引机204b的状态。

图8(c)表示上述的一系列的动作中的、曳引机204b的固定行驶所需的感应电动机203的输出力矩(图示的τ₀)和曳引机204b的加速或者减速所需的感应电动机203的输出力矩(图示的τ₀±τ₁)。

接下来，对利用图6的加速度计算电路108、加速力矩计算电路110、力矩设定电路109、荷重推断电路111、力矩计算电路112、速度计算电路113 以及速度指令值转换电路102，针对吊物的荷重m来计算能够运转的感应电动机203的最大旋转速度的方法进行说明。

在图9中，感应电动机203以旋转速度n[r/min]旋转时，经由减速机 204a使曳引机204b旋转，并且荷重m以速度v[m/min]上升、下降。在速度设定值N^*正在增加或者减少的加减速时，从速度调节器104输出的力矩指令值τ^*、行驶力矩τ₀和加减速必要力矩τ₁之间存在算式1的关系。

[算式1]

τ^*＝τ₀+τ₁

算式1中的行驶力矩τ₀被分解为算式2的右边所示的两个成分。

[算式2]

τ₀＝τ₀₁+τ₀₂

这里，τ₀₁：对于荷重m的行驶力矩，τ₀₂：机械损失补偿力矩

另外，加减速必要力矩τ₁被分解为算式3的右边所示的两个成分。

[算式3]

τ₁＝τ₁₁+τ₁₂

这里，

τ₁₁：对于荷重m的加减速必要力矩，

τ₁₂：对于电动机203以及曳引机204b的加减速必要力矩

上述τ₀₁、τ₁₁、τ₁₂分别能够根据该系统的机械规格通过算式4～算式6来表示。

[算式4]

τ₀₁＝mv/(2πn)[kgfm]

[算式5]

τ₁₁＝(mv²/2π²n²)·(1/375)·Δn[kgfm]

[算式6]

τ₁₂＝(GD²/375)·Δn[kgfm]

该系统的机械损失补偿力矩τ₀₂的基于减速机204a的效率的成分占大部分，因此通过下述的算式7得到的值预先设置在力矩设定电路109中。

[算式7]

τ₀₂＝{减速机额定输出×(1－减速机效率)/电动机额定输出}×电动机额定力矩[kgfm]

应予说明，如图10所示，机械损失补偿力矩τ₀₂的极性因感应电动机203 的旋转方向的不同而不同，因此在力矩设定电路109中获取速度检测值n，输出具有极性的机械损失补偿力矩τ₀₂。

算式6所示的加减速必要力矩τ₁₂利用加速力矩计算电路110将可以预先设定的电动机轴换算全飞轮效应GD²与由后述的加速度计算电路108得到的加速度Δn相乘而求出。

在加速度计算电路110中进行算式8的计算。

[算式8]

Δn＝(n_k－n_(k－1))/T_s[r/min/s]

这里，

n_k：本次的电动机速度检测值[r/min]，

n_(k－1)：前次的电动机速度检测值[r/min]，T_s：检测周期[s]

应予说明，利用速度调节器104进行控制，以使速度设定值N^*和速度检测值n的偏差始终为零，因此算式8的加速度Δn可以使用在单一型积分器 103中设定的值。

通过将从力矩设定电路109输出的机械损失补偿力矩τ₀₂与从加速力矩计算电路110输出的加减速必要力矩τ₁₂代入到上述算式1～算式3，得到算式9。

[算式9]

τ₀₁+τ₁₁＝τ^*－τ₀₂－τ₁₂

即，在上述算式4、算式5、算式9中，存在算式4+算式5＝算式9的关系，因此基于该关系式，荷重推断电路111计算荷重m。

另外，在力矩计算电路112中，基于从荷重推断电路111输出的荷重m 与算式4计算行驶力矩τ₀₁，并且同样地根据算式5计算加减速必要力矩τ₁₁。

接下来，对速度计算电路113进行的能够运转最大速度指令值N₀ ^#的计算进行说明。

首先，在加速力矩计算电路110的计算值τ₁₂、由力矩设定电路109得出的设定值τ₀₂、力矩计算电路112的计算值τ₀₁、τ₁₁、曳引机204b的加减速所需的感应电动机203的输出力矩的最大值τ_M1之间存在算式10的关系。

[算式10]

τ_M1＝|τ₀₁+τ₀₂|+|τ₁₁+τ₁₂|

接着，由算式11求出图11(只图示第1象限)所示的感应电动机203 的短时间运转允许力矩－旋转速度的特性图中的、与τ_M1对应的电动机203 的速度值N₀₁ ^#。

[算式11]

N₀₁ ^#＝(τ_A/τ_M1)·N_B

这里，

N_B：电动机203的额定速度，

τ_A：电动机203的额定速度的短时间运转允许力矩

另外，在应用于升降距离较长的系统的情况下，以定速对曳引机204b进行升降的时间变长，因此曳引机204b的定速运转所需的感应电动机203的输出力矩的最大值τ_M2由算式12求出。

[算式12]

τ_M2＝|τ₀₁+τ₀₂|

另外，由算式13求出图12(只图示第1象限)所示的感应电动机203 的连续运转允许力矩－旋转速度的特性图中的、与τ_M2对应的电动机203的速度值N₀₂ ^#。

[算式13]

N₀₂ ^#＝(τ_B/τ_M2)·N_B

这里，

N_B：电动机203的额定速度，

τ_B：电动机203的额定速度中的连续运转允许力矩

即，在速度计算电路113中，将上述N₀₁ ^#和N₀₂ ^#中较小的一方作为感应电动机203的能够运转最大速度指令值N₀ ^#进行输出。或者，配合该系统的动作模式，选择符合条件的上述N₀₁ ^#和N₀₂ ^#中的一个，作为能够运转最大速度指令值N₀ ^#进行输出。

进而，在速度指令值转换电路102中，将根据速度指令器101得到的指令值N^#和根据速度计算电路113得到的计算值N₀ ^#中较大的一方作为新的速度指令值N^#向单一型积分器103输出。

换句话说，在图6的现有技术中，基于由荷重推断电路111推断的荷重、感应电动机203的短时间以及连续的允许力矩－速度特性等来计算感应电动机203的能够运转最大速度，并根据该最大速度使感应电动机203运转。因此，在对设置在起重机的提升装置进行驱动的系统中使用该控制装置的情况下，在以轻荷重对提升装置进行升降时能够通过以高速进行升降来改善起重机的运转效率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-157479号公报(说明书第[0002]～[0038]段，图8～图10等)

发明内容

技术问题

在如图6所示的现有技术中，作为改善起重机的运转效率的方法，改变轻负荷时的曳引机的速度。

这里，图13是具备提升装置与横移装置的起重机的整体构成图，1是小车(trolley)，2是梁，3是提升装置，4是横移装置，5是吊物。

在图13中，在指定吊物5的任意的移动轨迹来控制提升装置3以及横移装置4的情况下，例如如图14所示，考虑连续地进行将吊物5从起点的A 点向G点移动的提升动作、从G点向H点移动的横移动作、从H点向终点的F点移动的下降动作。此时，提升装置3以及横移装置4的速度图形如图 15所示，各动作沿时间轴相互独立。因此，在该起重机的控制中使用现有技术的情况下，分别控制提升速度、下降速度、横移速度即可，因此不会发生特别问题。

然而，如图16所示，在连续进行将吊物5从A点向B点移动的提升动作、从B点向C点提升并且横移的动作、从C点向D点移动的横移动作、从D点向E点下降并且横移的动作、从E点向F点移动的下降动作的情况下，如图17所示，从B点向C点的移动时和从D点向E点的移动时提升动作与横移动作同时进行。

为了使吊物5通过C点以及E点，需要使用提升装置3以及横移装置4 的速度来设定B点以及D点的位置或者设定为了通过B点以及D点的提升装置3以及横移装置4的速度。

这里，在现有技术中，由于在提升装置3的动作的过程中，提升速度根据吊物5的荷重m而改变，存在在如上述那样实现同时进行提升动作与横移动作的自动运转的情况下，通过D点以及E点变得困难的问题。

另外，图16中的从B点到E点的移动轨迹是为了避免与存在于其内侧的障碍物的碰撞而设定的。因此，在根据吊物的推断荷重而改变了提升速度的情况下，不允许增加因伴随速度变更产生的移动轨迹的变化而碰撞到障碍物的风险，但是在现有技术中难以避免该风险。

因此，本发明的解决课题在于提供即使在同时进行提升动作与横移动作的情况下，也使吊物沿任意的轨迹可靠地移动，并且不存在碰撞到障碍物的隐患的起重机的控制装置。

技术方案

为了实现上述课题，技术方案1的发明为一种起重机的控制装置，其具备利用提升用电动机对提升机构进行驱动的提升装置，以及利用横移用电动机对横移机构进行驱动的横移装置，上述起重机的控制装置用于通过控制上述提升用电动机以及上述横移用电动机来对上述提升机构以及上述横移机构进行驱动，从而使吊物沿规定的移动轨迹移动，该起重机的控制装置具备：

轨迹生成单元，其以使上述吊物通过任意的目标地点的方式生成上述吊物的移动轨迹；

电动机控制单元，其基于上述移动轨迹分别对各个上述电动机的旋转位置以及速度进行控制；

荷重推断单元，其根据上述提升用电动机的状态量来推断上述吊物的荷重；以及

速度计算单元，其根据上述荷重推断单元推断出的上述吊物的荷重、机械损失力矩和加速力矩，分别对各个上述电动机的能够运转最大速度指令值进行计算，

在上述起重机的动作中，上述轨迹生成单元基于上述能够运转最大速度指令值对上述移动轨迹进行再次计算。

技术方案2的发明为，在技术方案1所记载的起重机的控制装置中，上述提升装置与上述横移装置能够同时动作，上述轨迹生成单元基于至少包括上述移动轨迹的起点以及终点在内的参数和上述提升用电动机以及上述横移用电动机的速度，对上述移动轨迹进行再次计算。

技术方案3的发明为一种起重机的控制装置，其具备利用提升用电动机对提升机构进行驱动的提升装置，以及利用横移用电动机对横移机构进行驱动的横移装置，上述起重机的控制装置用于通过控制上述提升用电动机以及上述横移用电动机来对上述提升机构以及上述横移机构进行驱动，从而使吊物沿规定的移动轨迹移动，该起重机的控制装置具备：

轨迹生成单元，其以使上述吊物通过任意的目标地点方式生成上述吊物的移动轨迹；

电动机控制单元，其基于上述移动轨迹分别对各个上述电动机的旋转位置以及速度进行控制；

荷重推断单元，其根据上述提升用电动机的状态量来推断上述吊物的荷重；以及

速度计算单元，其根据上述荷重推断单元推断出的上述吊物的荷重、机械损失力矩和加速力矩，分别对各个上述电动机的能够运转最大速度指令值进行计算，

上述轨迹生成单元基于上述能够运转最大速度指令值来修正针对各个电动机的逐次位置指令。

技术方案4的发明为一种起重机的控制装置，其具备利用提升用电动机对提升机构进行驱动的提升装置，以及利用横移用电动机对横移机构进行驱动的横移装置，上述起重机的控制装置用于通过控制上述提升用电动机以及上述横移用电动机来对上述提升机构以及上述横移机构进行驱动，从而使吊物沿规定的移动轨迹移动，该起重机的控制装置具备：

轨迹生成单元，其以使上述吊物通过任意的目标地点的方式生成上述吊物的移动轨迹；

电动机控制单元，其基于上述移动轨迹分别对各个上述电动机的旋转位置以及速度进行控制；

荷重推断单元，其根据上述提升用电动机的状态量来推断上述吊物的荷重；

提升最大速度计算单元，其根据由上述荷重推断单元推断出的上述吊物的荷重、上述提升装置的机械损失力矩和加速力矩，计算上述提升用电动机的最大速度；以及

横移最大速度计算单元，其基于上述吊物的到目标地点为止的横移距离与加减速时间来计算上述横移用电动机的最大速度，

以在上述提升装置的速度不超过上述提升用电动机的最大速度，并且上述横移装置的速度不超过上述横移用电动机的最大速度的条件下，以使上述提升用电动机与上述横移用电动机的速度比保持为一定的方式分别对各个上述电动机的能够运转最大速度指令值进行计算，

上述轨迹生成单元基于各个上述能够运转最大速度指令值来修正针对各个电动机的逐次位置指令。发明效果

根据技术方案1的发明，轨迹生成单元使用对于提升装置以及横移装置的能够运转最大速度指令值来对移动轨迹进行再次计算，在吊物为轻荷重的情况下能够以使提升装置以及横移装置以高速进行动作的同时使吊物通过预先设定的目标地点的方式进行控制。

根据技术方案2的发明，轨迹生成单元能够基于移动轨迹的起点以及终点等参数和提升用电动机以及横移用电动机的速度来生成移动轨迹。

根据技术方案3的发明，以使提升用电动机与横移用电动机的速度比保持为一定的方式对能够运转最大速度指令值进行计算并对吊物的逐次移动量进行修正，由此在吊物为轻荷重的情况下，能够使提升装置以及横移装置以高速进行动作的同时，使吊物通过预先设定的目标地点。

根据技术方案4的发明，在得到提升最大速度时，求出在到起重机的目标地点为止的横移距离与加减速时间的关系下能够实现的横移最大速度，在满足提升最大速度和横移最大速度的同时以不改变速度比的方式改变提升能够运转最大速度指令值以及横移能够运转最大速度指令值，因此不管横移距离等条件如何，都能够以使吊物通过预先设定的目标地点的方式进行动作。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的框图。

图2是表示本发明的实施方式中的吊物的移动轨迹的一个例子的图。

图3是表示本发明的实施方式中的速度判定修正单元的动作的流程图。

图4是表示横移动作和提升动作中的速度以及力矩的一个例子的时序图。

图5是确定提升能够运转最大速度指令值以及横移能够运转最大速度指令值的处理的流程图。

图6是表示现有技术的框图。

图7是表示速度指令值与速度设定值的关系的时序图。

图8是利用感应电动机对曳引机以及荷重进行驱动的系统的动作说明图。

图9是利用感应电动机对曳引机以及荷重进行驱动的系统的整体构成图。

图10是表示感应电动机的旋转速度与机械损失补偿力矩的关系的特性图。

图11是表示感应电动机的旋转速度与短时间运转允许力矩的关系的特性图。

图12是表示感应电动机的旋转速度与连续运转允许力矩的关系的特性图。

图13是具有提升装置以及横移装置的起重机的说明图。

图14是表示吊物的移动轨迹的图。

图15是表示提升装置速度以及横移装置速度的时序图。

图16是表示吊物的移动轨迹的图。

图17是表示提升装置速度与横移装置速度的关系的时序图。

符号说明

1：小车

2：梁

3：提升装置

4：横移装置

5：吊物

11：横移机构

12：提升机构

13：横移用电动机

14：提升用电动机

15、16：位置检测单元

17：电动机控制单元

18、19：逆变器

20、21：位置控制单元

22：交流电源

23：转换器

24：轨迹生成单元

25：加速度计算单元

26：提升加速力矩计算单元

27：提升力矩设定单元

28：荷重推断单元

29：提升力矩计算单元

30：横移加速力矩计算单元

31：横移力矩计算单元

32：速度计算单元

33：提升速度计算单元

34：横移速度计算单元

35：速度判定修正单元

50：横移装置

60：提升装置

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。图1是该实施方式的控制装置的框图。

在图1中，11是用于驱动使吊物沿水平方向移动的小车的横移机构，12 是将起重机的吊物沿上下方向移动的绳索(wire rope)的提升机构，13是驱动横移机构11的横移用电动机，14是驱动提升机构12的提升用电动机，15 是检测电动机13的旋转角、速度的轮转式编码器、解析器等位置检测单元， 16是检测电动机14的旋转角、速度的轮转式编码器、解析器等位置检测单元。

这里，横移机构11具备变速器以及卷筒等，通过卷筒送出绳索来使小车进行横移动作。另外，提升机构12具备变速器以及卷筒等，通过卷筒使绳索卷绕或者不断放出从而使吊物进行上下运动。

应予说明，50表示包括横移机构11以及横移用电动机13的横移装置， 60表示包括提升机构12以及提升用电动机14的提升装置。

接下来，17是用于控制各电动机13、14的电动机控制单元。

在该电动机控制单元17中，18、19是将速度指令值n_t ^*、t_h ^*[rad/s]作为输入来对电动机13、14分别进行可变速驱动的逆变器，20、21是将电动机13、14的检测位置(相当于吊物的位置)p_t、p_h[rad]进行反馈来以跟随逐次位置指令p_t ^*、p_h ^*[rad]的方式分别输出速度指令值n_t ^*、n_h ^*[rad/s]的位置控制单元。逆变器18、19从与交流电源22连接的转换器23接收直流电力，并且吊物下降时产生的能量经由转换器23能够用于交流电源22的再生。

应予说明，在与速度、位置有关的符号中，下标t表示横移方向的值，下标h表示提升方向的值。

另外，24是生成吊物的移动轨迹的轨迹生成单元。

该轨迹生成单元24在吊物的提升和下降方向与小车移动的横移方向的二维坐标系中，将吊物移动的终点的坐标E(x_E、y_E)[m]、位于从移动开始点到终点之间的障碍物的坐标Z(x_Z、y_Z)[m]、横移开始时的最低高度 Y_Amin[m]、横移结束时的最低高度Y_Dmin[m]、吊物的加重为额定值时的电动机13、14的速度指令值N_t ^*、N_h ^*[rad/s]、能够运转最大速度指令值N_t ^##、N_h ^##[rad/s]、加速度指令值Δn_t ^*、Δn_h ^*[rad/s²]作为输入，与位置p_t、 p_h[rad]对应地输出逐次位置指令p_t ^*、p_h ^*[rad]。

接下来，对基于从提升用逆变器19输出的提升速度n_h以及力矩指令τ^*等计算提供给轨迹生成单元24的能够运转最大速度指令值N_t ^##、N_h ^##的结构进行说明。

加速度计算单元25根据提升用电动机14的提升速度n_h[rad/s]计算提升加速度Δn_h[rad/s²]。提升加速力矩计算单元26根据提升加速度Δn_h计算对去除了吊物的荷重的提升装置60进行加减速所需的提升加减速必要力矩τ_h12[N·m]。

另外，提升力矩设定单元27根据提升速度n_h对预先设定的提升机械损失补偿力矩τ_h02[N·m]进行符号判定并将其输出。荷重推断单元28根据从逆变器19输出的提升用电动机14的力矩指令τ^*、提升速度n_h、提升加速度Δn_h、提升加减速必要力矩τ_h12、提升机械损失补偿力矩τ_h02来对吊物的荷重 m进行推断并将其输出。

提升力矩计算单元29根据提升加速度Δn_h以及荷重m，来计算针对负荷 m的提升加减速必要力矩τ_h11以及提升行驶力矩τ_h01。

横移加速力矩计算单元30根据横移加速度指令Δn_t ^*计算对去除了吊物的荷重的横移装置50进行加减速所需的横移加减速必要力矩τ_t12。

横移力矩计算单元31根据横移加速度指令Δn_t ^*以及荷重m计算针对荷重 m的吊物横移加减速必要力矩τ_t11。

另外，32是具备提升速度计算单元33、横移速度计算单元34以及速度判定修正单元35的速度计算单元。

提升速度计算单元33根据提升加减速必要力矩τ_h12、提升机械损失补偿力矩τ_h02、提升行驶力矩τ_h01、吊物加减速必要力矩τ_h11来计算提升最大速度指令值N_h ^#。横移速度计算单元34根据横移加减速必要力矩τ_t12、吊物横移加减速必要力矩τ_t11、以及从外部设定的横移机械损失补偿力矩τ_t02来计算横移最大速度指令值N_t ^#。

另外，速度判定修正单元35在将提升速度与横移速度与之比保持为一定的同时对提升最大速度指令值N_h ^#、横移最大速度指令值N_t ^#以及吊物的重量为额定值时的速度指令值N_t ^*、N_h ^*进行修正，由此计算能够运转最大速度指令值N_t ^##、N_h ^##，并将其向轨迹生成单元24输出。

接下来，对该实施方式中的起重机控制装置的动作进行说明。

从位置检测单元15、16向电动机控制单元17输入电动机13、14的速度等状态量。位置控制单元20、21对从轨迹生成单元24输入的逐次位置指令 p_t ^*、p_h ^*进行反馈控制等，并输出速度指令n_t ^*、n_h ^*，以使从逆变器18、19输出的位置p_t、p_h分别与从轨迹生成单元24输入的逐次位置指令p_t ^*、p_h ^*一致。在逆变器18、19中，以使电动机13、14的速度n_t、n_h分别跟随速度指令n_t ^*、 n_h ^*的方式控制电压、电流，并且控制电动机13、14的力矩、磁通量。

接着，对轨迹生成单元24的动作进行说明。

首先，轨迹生成单元24以当前时刻的吊物的位置为起点O，将移动的终点的坐标E(x_E，y_E)、存在于从移动开始点起到终点的路径的障碍物的坐标 Z(x_Z，y_Z)、吊物的重量为额定值时的速度指令值N_t ^*、N_h ^*作为输入，将提升方向作为y轴、将横移方向作为x轴来计算吊物所通过的位置，由此求出移动轨迹。

图2是吊物的移动轨迹的一个例子。图2中的O、A、B、C、D、E等同于分别对图16、图17中的A、B、C、D、E、F进行置换而得到的。

这里，速度指令值N_t ^*、N_h ^*之比(速度比)，即α由算式14表示。

[算式14]

α＝N_h ^*/N_t ^*

从作为开始点的O点到A点为止为仅进行提升动作，A点的位置利用横移开始时的最低高度Y_Amin由算式15求出。

[算式15]

A＝(X_A，Y_A)＝(0，Y_Amin)

从A点开始到B点为止为同时进行提升动作与横移动作。在此期间的吊物的位置利用算式16求出。

[算式16]

y＝αx+Y_Amin

另外，B点可以通过算式17求出。

[算式17]

B＝(X_B，Y_B)

这里，X_B＝(Y_Z－Y_Amin)，Y_B＝Y_Z

从B点开始到C点为止为在吊物高度固定的状态下只进行横移动作。C 点的位置可以使用D点的横移结束时的最低高度Y_Dmin、速度比α和终点的坐标E，通过算式18求出。

[算式18]

C＝(X_C，Y_C)

这里，X_C＝X_E－(Y_Z－Y_Dmin)/α，Y_C＝Y_Z

从C点开始到D点为止为同时进行下降动作与横移动作。在此期间的吊物的位置通过算式19求出。

[算式19]

y＝－α(x－X_E)+Y_Dmin

另外，D点的位置可以通过算式20求出。

[算式20]

D＝(X_D，Y_D)＝(X_E，Y_Dmin)

进而，从D点开始到E点为止为不进行横移动作而只进行下降动作。E 点为从外部输入的坐标，通过算式21表示。

[算式21]

E＝(X_E，Y_E)

应予说明，实际的移动轨迹由于带有加减速而向外侧凸出，并不是理想的轨迹。因此，吊物通过障碍物的位置Z的外侧，并没有什么问题。

图1中的加速度计算单元25的动作与图6中的加速度计算电路108相同，根据从电动机控制单元17内的逆变器19输出的提升速度n_h，利用算式22求出提升加速度Δn_h。

[算式22]

Δn_h＝(n_h[k]－n_h[k－1])/T_s[rad/s²]

加速度计算单元25通过微机、可编程序控制器等计算装置来实现，进行离散值计算，k为取样编号，T_s为取样周期[s]。

提升加速力矩计算单元26的动作与图6中的加速力矩计算电路110相同，通过算式23求出提升加减速必要力矩τ_h12。

[算式23]

τ_h12＝J_hm·Δn_h[N·m]

这里，J_hm为将可以预先设定的电动机、减速机、卷筒、吊具等机构折算为电动机轴上的惯性力矩[kg·m²]。

提升力矩设定单元27的动作与图6中的力矩设定电路109相同，利用算式24设定提升机械损失补偿力矩τ_h02。

[算式24]

τ_h02＝{减速机额定输出×(1－减速机效率)/电动机额定输出}×电动机额定力矩

与现有技术相同地，因电动机14的旋转方向的不同，提升机械损失补偿力矩τ_h02的极性不同，因此基于提升速度n_h[rad/s]对提升机械损失补偿力矩τ_h02的极性进行改变并将其输出。

荷重推断单元28的动作与图6中的荷重推断电路111相同，根据算式 25、算式26、算式27的关系来推断吊物的荷重m。

[算式25]

τ_h01＝(V_h/N_h)mg[N·m]

这里，

g：重力加速度，

V_h：提升时的吊物的额定速度[m/s]，

N_h：提升用电动机14的额定速度[rad/s]

[算式26]

τ_h11＝(V_h ²/N_h ²)·m·Δn_h[N·m]

这里，(V_h ²/N_h ²)·m相当于负荷折算到电动机轴上的惯性力矩。

[算式27]

τ_h01+τ_h11＝τ_h ^*－τ_h02－τ_h12[N·m]

提升力矩计算单元29的动作与图6中的力矩计算电路112相同。即，根据利用荷重推断单元28推断的荷重m以及算式25求出提升行驶力矩τ_h01，同样地根据荷重m以及算式26求出提升加减速必要力矩τ_h11。

提升速度计算单元33的动作与图6中的速度计算电路113相同。

这里，τ_h12、τ_h02、τ_h01、τ_h11与提升机构12的加减速所需的提升用电动机 14的输出力矩最大值τ_hM1之间存在算式28的关系。

[算式28]

τ_hM1＝|τ_h01+τ_h02|+|τ_h11+τ_h12|

提升用电动机14的短时间运转允许力矩－旋转速度特性如前述的图11 所示，求出与输出力矩最大值τ_hM1对应的电动机14的短时间运转的最大速度指令值N_h01 ^#。

应予说明，该速度值N₀₁ ^#由算式29表示。

[算式29]

N_h01 ^#＝(τ_hA/τ_hM1)·N_hB

这里，

N_hB：电动机14的额定速度，

τ_hA：电动机14的额定速度下的短时间运转允许力矩

另外，连续运转所需的电动机14的输出力矩最大值τ_hM2由算式30表示。

[算式30]

τ_hM2＝|τ_h01+τ_h02|[N·m]

此时，与现有技术相同，求出与图12的连续运转允许力矩－旋转速度特性中的上述τ_hM2对应的电动机14的最大速度值N_h02 ^#。

该连续运转时的最大速度值N_h02 ^#由算式31表示。

[算式31]

N_h02 ^#＝(τ_hB/τ_hM2)·N_hB[rad/s]

这里，

τ_hB：电动机14的额定速度的连续运转允许力矩

提升速度计算单元33与图6的速度计算电路113相同，对N₀₁ ^#与N_h02 ^#进行比较，将较低的一方的速度作为提升最大速度指令值N_h ^#输出。

横移加速力矩计算单元30利用算式32计算横移加减速必要力矩τ_t12。

[算式32]

τ_t12＝J_tm·Δn_t ^*[N·m]

这里，J_tm为将去除了吊物的荷重m的、可以预先设定的电动机、减速机、卷筒、吊具等机构折算到电动机轴上的惯性力矩[kg·m²]。

横移力矩计算单元31利用算式33，使用吊物的荷重m以及横移加速度指令Δn_t ^*来计算吊物横移加减速必要力矩τ_t11。

[算式33]

τ_t11＝V_t ²/N_t ²·m·Δn_t ^*[N·m]

这里，

V_tB：小车的额定速度[m/s]，

N_tB：电动机13的额定速度[rad/s]

应予说明，V_t ²/N_t ²·m是将吊物的荷重m折算到电动机轴上的等价惯性力矩的式子。

接下来，对横移速度计算单元34进行说明。

横移速度计算单元34将横移加减速必要力矩τ_t12、吊物横移加减速必要力矩τ_t11、以及根据外部设定的横移机械损失补偿力矩τ_t02作为输入，利用算式34计算包括吊物的小车的横移加减速所需的电动机13的输出力矩的最大值τ_tM1。

[算式34]

τ_tM1＝τ_t02+τ_t11+τ_t12

进而，与提升动作相同地，在图11的短时间运转允许力矩－旋转速度特性图中，求出与上述τ_tM1对应的电动机13的最大速度指令值N_t ^#。

应予说明，该速度值N_t ^#通过算式35表示。

[算式35]

N_t ^#＝(τ_tA/τ_tM1)·N_tB

这里，

τ_tA：电动机13的额定速度的短时间运转允许力矩

应予说明，如算式36所示，连续运转所需的电动机13的输出力矩的最大值τ_tM2成为与横移机械损失补偿力矩τ_t02相当的值。

[算式36]

τ_hM2＝τ_h02[N·m]

接下来，对图1中的速度判定修正单元35进行说明。

在速度判定修正单元35中，如图3所示，将横移时以及提升时的最大速度指令值N_t ^#、N_h ^#以及额定时的速度指令值N_t ^*、N_h ^*作为输入，计算各自的增速率γ_t，γ_h(步骤S1)。为了在改变速度的同时通过图2的移动轨迹中的B 点以及D点，需要将算式14所示的速度比α保持为一定。

因此，对增速率γ_t、γ_h的大小关系进行比较(步骤S2)，以与较小一方的增速率匹配的方式对最大速度指令值N_t ^#，N_h ^#进行修正，作为能够运转最大速度指令值N_t ^##，N_h ^##进行输出(步骤S3、S4)。

若从速度判定修正单元35确定输出能够运转最大速度指令值N_t ^##，N_h ^##，则在轨迹生成单元24中，以将逐次位置指令p_t ^*，p_h ^*加速到能够运转最大速度指令值N_t ^##，N_h ^##的方式进行修正。

图4表示横移和提升动作中的速度以及力矩波形的一个例子。

在提升装置60以及横移装置50的速度中，虚线是表示以保持额定速度的方式运转的速度波形。另外，实线是应用了本实施方式的情况的速度波形，在提升动作的加速时推断吊物的荷重，并确定能够运转最大速度指令值N_t ^##， N_h ^##。

提升动作时的逐次位置指令p_h ^*以使加速度持续的同时使速度成为N_h ^##的方式被再次计算，横移动作时的逐次位置指令p_t ^*也以使速度成为N_t ^##的方式被再次计算。其结果，能够不改变吊物的轨迹地，根据吊物的荷重m以适当的速度高效地使提升装置60以及横移装置50动作。

在上述实施方式中，以使速度比α与额定速度同等的方式设定能够运转最大速度指令值，但也可以通过能够变更移动轨迹的条件使得N_t ^##＝N_t ^#，N_h ^##＝N_h ^#。

另外，也可以构成为将围绕电动机的旋转系统的物理量置换为吊物侧的线性运动系统的物理量。

应予说明，提升速度上限值主要受到吊物的荷重支配，与此相对地，横移速度上限值主要受到横移距离和加减速时间支配。

通常，横移时的加减速时间需要以抑制吊物的摆动的方式基于绳索长等来设定。因此，越增大横移速度则加减速距离变得越长，不允许设定导致加减速距离比横移距离长的横移速度。在这样的状况中为了将速度比α保持为固定地通过预先设定的目标地点，在通过荷重推断得到最大速度时，最好通过图5所示的顺序确定能够提升以及横移运转最大速度指令值。

这里，将通过荷重推断得到的最大速度作为第1提升最大速度(步骤 S11)。之后，根据横移距离以及加减速时间，以横移的加减速距离被限定在到目标地点为止的横移距离以下的方式计算横移最大速度(步骤S12)。

接下来，得到由速度比α与上述横移最大速度相乘得到的值作为第2提升最大速度(步骤S13)。并且，对第1提升最大速度与第2提升最大速度进行比较，通过较小一方的值确定能够提升运转最大速度指令值(步骤S14)。

最后，通过将确定的能够提升运转最大速度指令值除以速度比α而得到的值，确定横移运转最大速度指令值(步骤S15)。

这样，使用已确定的能够提升运转最大速度指令值以及能够横移运转最大速度指令值，轨迹生成单元24更新针对吊物的逐次位置指令p_t ^*，p_h ^*，由此不管横移距离等条件如何，都能够以使吊物通过预先设定的目标位置的方式进行动作。

Claims (4)

1.一种起重机的控制装置，其具备利用提升用电动机对提升机构进行驱动的提升装置，以及利用横移用电动机对横移机构进行驱动的横移装置，所述起重机的控制装置通过控制所述提升用电动机以及所述横移用电动机来对所述提升机构以及所述横移机构进行驱动，从而使吊物沿规定的移动轨迹移动，并且所述起重机的控制装置的特征在于，具备：

轨迹生成单元，其生成所述吊物的移动轨迹，以使所述吊物可通过任意的目标地点；

电动机控制单元，其基于所述移动轨迹分别对各个所述电动机的旋转位置以及速度进行控制；

荷重推断单元，其根据所述提升用电动机的状态量来推断所述吊物的荷重；以及

速度计算单元，其根据所述吊物的荷重、机械损失力矩和加速力矩，分别对各个所述电动机的可运转最大速度指令值进行计算，所述吊物的荷重由所述荷重推断单元推断出，

在所述起重机的动作中，所述轨迹生成单元基于所述可运转最大速度指令值对所述移动轨迹进行再次计算。

2.根据权利要求1所述的起重机的控制装置，其特征在于，

所述提升装置与所述横移装置能够同时动作，

所述轨迹生成单元基于至少包括所述移动轨迹的起点以及终点在内的参数、以及所述提升用电动机和所述横移用电动机的速度，对所述移动轨迹进行再次计算。

3.一种起重机的控制装置，其具备利用提升用电动机对提升机构进行驱动的提升装置，以及利用横移用电动机对横移机构进行驱动的横移装置，所述起重机的控制装置用于通过控制所述提升用电动机以及所述横移用电动机来对所述提升机构以及所述横移机构进行驱动，从而使吊物沿规定的移动轨迹移动，并且所述起重机的控制装置的特征在于，具备：

轨迹生成单元，其生成所述吊物的移动轨迹，以使所述吊物可通过任意的目标地点；

电动机控制单元，其基于所述移动轨迹分别对各个所述电动机的旋转位置以及速度进行控制；

荷重推断单元，其根据所述提升用电动机的状态量来推断所述吊物的荷重；以及

速度计算单元，其根据所述吊物的荷重、机械损失力矩和加速力矩，分别对各个所述电动机的可运转最大速度指令值进行计算，所述吊物的荷重由所述荷重推断单元推断出，

所述轨迹生成单元基于所述可运转最大速度指令值来修正针对各个所述电动机的逐次位置指令。

4.一种起重机的控制装置，其具备利用提升用电动机对提升机构进行驱动的提升装置，以及利用横移用电动机对横移机构进行驱动的横移装置，所述起重机的控制装置用于通过控制所述提升用电动机以及所述横移用电动机来对所述提升机构以及所述横移机构进行驱动，从而使吊物沿规定的移动轨迹移动，并且所述起重机的控制装置的特征在于，具备：

轨迹生成单元，其生成所述吊物的移动轨迹，以使所述吊物可通过任意的目标地点；

电动机控制单元，其基于所述移动轨迹分别对各个所述电动机的旋转位置以及速度进行控制；

荷重推断单元，其根据所述提升用电动机的状态量来推断所述吊物的荷重；

提升最大速度计算单元，其根据由所述荷重推断单元推断出的所述吊物的荷重、所述提升装置的机械损失力矩和加速力矩，计算所述提升用电动机的最大速度；以及

横移最大速度计算单元，其基于所述吊物的到目标地点为止的横移距离与加减速时间来计算所述横移用电动机的最大速度，

在所述提升装置的速度不超过所述提升用电动机的最大速度，并且所述横移装置的速度不超过所述横移用电动机的最大速度的条件下，以使所述提升用电动机与所述横移用电动机的速度比保持为一定的方式分别对各个所述电动机的能够运转最大速度指令值进行计算，

所述轨迹生成单元基于各个所述能够运转最大速度指令值来修正针对各个电动机的逐次位置指令。