CN107399674A - 悬挂式起重机的控制方法以及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供悬挂式起重机的控制方法以及控制装置，即使在使小车横移的同时使吊物升降时存在动作中断要求的情况下，也能够抑制小车停止时的吊物的摆动。在悬挂式起重机的控制方法中，在小车(7)的行驶过程中产生起重机的动作中断信号S时停止吊物(9)的升降动作，并且构成相位平面，该相位平面的各轴分别表示吊物(9)的摆动量和将吊物的摆动速度除以吊物的固有角速度而得到的量，并且具有小车(7)定速行驶时的第1圆轨道与小车加减速行驶时的第2圆轨道，以使在小车(7)停止时摆动量和摆动速度成为零的方式，根据相位平面上的轨迹求出小车(7)的减速开始时刻和减速度，并且按照求出的时刻和减速度开始小车(7)的减速。

Description

悬挂式起重机的控制方法以及控制装置

技术领域

本发明涉及在港口、炼钢厂、各种工厂等中，使小车横移来进行装卸作业的悬挂式起重机的控制装置以及控制方法，具体地，涉及用于对起重机的运转中断时的吊物的摆动进行抑制的控制技术。

背景技术

通常，在使用悬挂式起重机的装卸作业中，要求使吊物在短时间准确地到达目标位置并且使小车的行驶过程中和/或停止时的吊物的摆动为零的防摆控制。

为了进行上述防摆控制，至今为止开发出了各种控制方式，特别是近年来，由计算机控制进行的电气式防摆控制备受瞩目。

在电气式防摆控制中，存在计算使小车的加减速结束时的吊物的摆动为零的速度模式并按照该速度模式驱动小车的方式，以及检测吊物的摆动量(距离)和/或摆角来对小车的驱动系统进行反馈控制的方式。

这里，作为基于前者的速度模式的方式的一个例子，图6示出了记载于专利文献1的防摆控制装置。

该防摆控制装置的目的在于，通过按照预定的速度模式驱动小车装置70，从而在使小车70b的行驶过程中及停止时的吊物70d的摆角θ为零的同时，将吊物70d在最短时间从起始位置搬运到目标位置。

以下，对由该现有技术进行的防摆控制的概要进行说明。

在图6中，输入装置20接收支承吊物70d的绳索70c的长度l、小车70b的行驶距离L、小车70b的最大加速度α_max、最大速度V_max等行驶条件，在输入装置20的输出侧连接有速度模式计算装置30、吊物摆角计算装置40以及评价基准计算装置80。

速度模式计算装置30具备例如5种速度模式计算部30a～30e，以在计算部30a中设定速度模式1、在计算部30b中设定速度模式2的方式在各计算部30a～30e中分别设定小车70b的速度模式1～5。这些计算部30a～30e以各个速度模式作为对象，计算与从输入装置20输出的绳索长度l、行驶距离L等行驶条件对应的加速度切换时刻和加速度变化量。

图7表示速度模式1～5的例子。

速度模式1、2为所谓的梯形的速度模式，V_c表示通常的设定速度、V_max表示最大速度、t₁、t₂表示加速度切换时刻，t₃表示停止时刻。另外，速度模式3～5是在加速区间以及减速区间中适当地组合加速、减速、等速的例子，t_af表示加速度切换时刻、t_f表示停止时刻。

回到图6，吊物摆角计算装置40具备分别与速度模式1～5(速度模式计算部30a～30e)对应的吊物摆角计算部40a～40e。

这些吊物摆角计算部40a～40e在小车70b即将运转之前，通过应用使用了速度模式1～5的加速度切换时刻以及加速度变化量的状态推移法来计算加速减速区间以及定速区间的摆角θ。

评价基准计算装置80基于从速度模式计算装置30输出的加速度、加速度变化量、加速度切换时刻、行驶时间以及从吊物摆角计算装置40输出的摆角θ对速度模式1～5进行评价，由此确定摆角θ较小且能够在最短时间行驶到目标位置为止的速度模式，将表示其速度模式的选择信号向速度模式选择装置50输出。

速度模式选择装置50将根据上述选择信号选择出的一种速度模式向速度控制装置60输出。

速度控制装置60以使由速度检测器60e检测的速度检测值跟随接收的速度模式(速度指令)的方式，使差分电路60a、补偿电路60b、放大电路60c工作来对电动机60d进行反馈控制，将电动机60d的驱动力传递给小车装置70的齿轮机构70a来驱动小车70b。由此，将小车70b的行驶时以及停止时的吊物70d的摆角θ抑制为零的同时，使小车70b到达目标位置。

应予说明，在该现有技术中，是以如下情况作为分析的条件的，这些情况包括：在小车70b的横移中绳索长度l是固定的、从小车70b的加速度为零的时间点起开始行驶、摆动摩擦和/或摆角θ充分地小。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平2－44757号公报(第2页右栏第23行～第3页右栏第24行、图2、图3等)

发明内容

技术问题

现在，若将吊物70d的提升高度设为X_h、将小车70b的移动量设为X_t，则在悬挂式起重机所进行的装卸动作中，为了使吊物70d在短时间到达目标位置，如图8(b)所示，同时执行吊物70d的升降以及小车70b的横移并且期望以使吊物70d沿着起点O→A→B→C→D→E的轨迹运动的方式进行控制。

但是，在专利文献1的防摆控制装置中，由于在小车70b的横移中以绳索长度l固定作为条件，无法预定同时进行升降动作与横移动作。其结果是，吊物70d只能像图8(a)那样沿着起始O→F→G→E的轨迹进行运动，成为效率特别低的运动。

这里，即使在横移中的绳索长度l固定的条件下，如图9(a)所示，在当小车70b的速度v_T固定的定速行驶时中断其动作的情况下，若使用现有技术的速度模式使小车70b逐渐减速而停止，也能够将停止时的吊物70d的摆角θ收敛为零。

然而，如图9(b)所示，当在小车70b的加速过程中吊物70d大幅摆动的状态下中断行驶动作时，若使用前述的速度模式，则由于不符合前提条件摆角θ无法收敛为零，可能会导致振荡。

因此，本发明的解决课题在于提供悬挂式起重机的控制方法以及控制装置，该悬挂式起重机的控制方法以及控制装置即使在当同时执行吊物的升降以及小车的横移时产生动作中断要求的情况下，也能够抑制小车的停止时的吊物的摆动。

技术方案

为了解决上述课题，技术方案1的控制方法是将利用绳索从小车悬挂的吊物从起始位置搬运到目标位置的悬挂式起重机的控制方法，能够进行上述小车的横移动作和上述吊物的升降动作，

其中，在上述小车的行驶过程中产生了上述起重机的动作中断信号时停止上述吊物的升降动作，

并且构成相位平面，该相位平面的各轴分别表示上述吊物的摆动量和将上述吊物的摆动速度除以上述吊物的固有角速度而得到的量，并且具有上述小车定速行驶时的第1圆轨道和上述小车加减速行驶时的第2圆轨道，

以使在上述小车停止时上述摆动量和上述摆动速度成为零的方式，根据上述相位平面上的轨迹求出上述小车的减速开始时刻和上述小车的减速度，并且按照上述减速开始时刻和上述减速度开始上述小车的减速。

技术方案2的控制方法是在技术方案1的悬挂式起重机的控制方法中，将上述相位平面中的上述第1圆轨道与上述第2圆轨道的交点中的一个作为上述减速开始时刻。

技术方案3的控制方法是在技术方案1或2的悬挂式起重机的控制方法中，基于上述固有角速度、上述小车的速度和上述相位平面上的相位求出上述减速度。

技术方案4的控制装置是一种悬挂式起重机的控制装置，其将利用绳索从小车悬挂的吊物从起始位置搬运到目标位置，该悬挂式起重机的控制装置的特征在于，具有使上述小车横移的横移装置和使上述吊物升降的升降装置，

其中，悬挂式起重机的控制装置具有：

速度指令生成部，其至少将小车目标速度、小车加速度和绳索长度作为输入来生成上述小车的逐次速度指令；

动作中断时速度指令生成部，其在任意时刻产生了上述起重机的动作中断信号时生成上述小车的动作中断时速度指令；

速度指令切换部，其在上述动作中断信号产生时将上述逐次速度指令切换为上述动作中断时速度指令并进行输出；

速度控制部，其按照上述逐次速度指令或者上述动作中断时速度指令生成速度控制信号；

小车机械系统，其包括按照上述速度控制信号被驱动的上述升降装置、上述横移装置和上述小车；以及

摆动传感器，其检测上述吊物的摆动量，

在上述小车的行驶过程中产生了上述动作中断信号时，通过上述速度控制部停止上述吊物的升降动作，并且

上述动作中断时速度指令生成部构成相位平面，该相位平面的各轴分别表示上述吊物的摆动量和将上述吊物的摆动速度除以上述吊物的固有角速度而得到的量，

以使在上述小车停止时上述摆动量和上述摆动速度成为零的方式，根据上述相位平面上的轨迹求出上述小车的减速开始时刻和上述小车的减速度，并且生成按照上述减速开始时刻和上述减速度开始上述小车的减速的速度指令作为上述动作中断时速度指令。

发明效果

根据本发明，即使在同时执行吊物的升降以及小车的横移时产生起重机的动作中断要求的情况下，也可以通过基于与吊物的摆动量以及摆动速度相关的相位平面上的轨迹求出开始使小车减速的时刻以及减速度，以使小车停止时的吊物的摆动量成为零的方式进行控制。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的控制装置的框图。

图2是图1中的小车机械系统的示意的结构图。

图3是用于对图1中的摆动传感器的功能进行说明的图。

图4是与吊物的摆动量x_L以及(d/dt)(x_L/ω)有关的相位平面图。

图5是与吊物的摆动量x_L以及(d/dt)(x_L/ω)有关的相位平面图。

图6是记载于专利文献1的防摆控制装置的构成图。

图7是图6所示的现有技术中的速度模式的说明图。

图8(a)和图8(b)是表示起重机装卸动作中的吊物的轨迹的图。

图9(a)和图9(b)是表示小车的行驶动作中断时的小车速度与吊物摆角的关系的图。

标记说明

1：速度指令生成部

2：动作中断时速度指令生成部

3：速度指令切换部

4：速度控制部

5：小车机械系统

6：摆动传感器

7：小车

8：横移轨道

9：吊物

10：升降装置

11：横移装置

12：绳索

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本实施方式的悬挂式起重机的控制装置的框图。该控制装置由速度指令生成部1、动作中断时速度指令生成部2、速度指令切换部3、速度控制部4、小车机械系统5和摆动传感器6构成。

速度指令生成部1将小车目标速度V_T、小车加速度α_T以及绳索长度l作为输入，生成小车的逐次速度指令v'_T并进行输出。小车加速时，调整小车加速度α_T来逐渐改变逐次速度指令v'_T，直到小车的速度v_T到达小车目标速度V_T为止。

此时，与专利文献1相同，速度指令生成部1根据绳索长度l利用ω＝√(g/l)(g是重力加速度)求出绳索以及吊物系统的固有角速度(固有角振动数)ω，通过生成组合小车的加速减速区间以及定速区间而得的速度模式(逐次速度指令v'_T)，能够使小车到达目标速度V_T的时间点时吊物的摆动为零。

关于动作中断时速度指令生成部2、速度指令切换部3和速度控制部4在后描述，接下来，说明小车机械系统5以及摆动传感器6的结构、功能。

图2是小车机械系统5的示意结构图。

在图2中，7是沿横移轨道8行驶的小车，9是吊物(包括把持吊物的吊架(spreader)、滑车(head block)等)，12是绳索，10是使吊物9进行升降动作的升降装置(提升下降装置)，11是使小车7进行横移动作的横移装置。升降装置10以及横移装置11主要由电动机、减速器以及卷绕绳索的卷筒等构成。

图3是用于对摆动传感器6的功能进行说明的图。

摆动传感器6在例如将光学检测单元配置于小车7，并以铅直线作为基准来检测吊物9的摆动量(距离)x_L或者摆角θ。在该实施方式中，以摆动传感器6作为检测摆动量x_L的部件继续进行说明。

返回图1，动作中断时速度指令生成部2基于从速度指令生成部1输出的逐次速度指令v'_T、在任意时刻产生的起重机的动作中断信号S、利用摆动传感器6检测出的吊物9的摆动量x_L来生成动作中断时速度指令v'_s。

接下来，说明动作中断时速度指令v'_s的生成。

在小车7正以加速度α_T运动的情况下，吊物9的摆动量x_L基于振子的运动方程式，按照算式1进行变化。

(算式1)

应予说明，若展开算式1，则成为算式2所示的圆的方程式。

(算式2)

这里，图4是将吊物9的摆动量x_L作为纵轴，将摆动速度(dx_L/dt)除以角速度ω得到的值即(d/dt)(x_L/ω)作为横轴的相位平面图，用于示意性地表示吊物9的轨迹。

在图4中，在小车加速度α_T为零的情况(定速行驶时)下，吊物9的轨迹沿以极坐标系的原点(0，0)为中心的圆轨道A，设偏角θ＝ωt而以角速度ω进行移动，另外，在小车加速度α_T固定的情况下，沿以点(0，α_T/ω²)为中心的圆轨道B移动。

在小车7的加速过程中产生了动作中断信号S的情况下，可以沿着a→b→c的路径运动，另外，在小车7的定速行驶过程中产生了动作中断信号S的情况下，可以沿着b→c的路径运动。不管如何，为了使吊物9的摆动量x_L为零，需要在预定的时刻赋予小车加速度(减速度)α_T以使轨迹通过原点(0，0)，以及在原点(0，0)使小车速度v_T为零。

这里，对在哪个时刻将零或者固定值作为小车加速度α_T进行赋值可以使摆动量x_L为零的情况进行说明。应予说明，由于以在产生动作中断信号S的时间点停止吊物9的升降动作为前提，因此可以无视绳索长度l的变化。

虽然知道如果不升降吊物9而只对小车7进行横移，在减速时应当赋予的加速度α_T与加速时相等即可，但也存在提升吊物9的同时移动小车7的情况。

因此，如图4所示，对假设小车7正在以速度v_T定速行驶，且相位平面上的轨迹位于圆轨道A时产生动作中断信号S，在这种情况下应当赋予小车7的减速度α_T以及减速开始时刻进行说明。应予说明，在图4中，(π－z)为在极坐标下观察减速开始时刻的情况的相位，z＝ωv_T/2α_T。

首先，根据将图4中的原点(0，0)、点(0，α_T/ω²)以及减速开始时刻(圆轨道A、B的交点)作为顶点的三角形使算式3成立。

(算式3)

在算式3中，当代入ωv_T/2α_T＝z时得到算式4，z需要满足算式5。

(算式4)

(算式5)

在z＝0～π的范围内，算式5的(sinz/z)为单调递减函数，预先准备得到该反函数的函数求出z，进而，利用ωv_T/2α_T＝z求出应当赋予小车7的减速度α_T。

接下来，对于小车7的减速开始时刻而言，如图5所示，可以在相位在(π－z)以下期间按照轨迹b进行定速行驶，在相位达到(π－z)的时间点移至轨迹c而切换为减速。

应予说明，若在小车7的加速过程中在任意时刻产生运转中断信号S，则可以使用即将到达该时刻之前的摆动量x_L以及摆动速度(dx_L/dt)，求出绕原点(0，0)看到的初始相位θ₀和半径r，中断小车7的加速，利用固有角速度ω进行定速行驶直到相位达到(π－z)为止，在其后在相位达到(π－z)的时间点切换为减速。

另外，对于固有角速度ω而言，在将重力加速度设为g的情况下，利用如前述那样使用绳索长度l的下述的算式6，即使在吊物9的高度变化的情况下也能够逐次地进行计算。由此，即使在吊物9的升降和小车7的横移同时进行时产生了动作中断信号S的情况下，也能够适当地求出应当赋予小车7的减速度α_T和减速开始时刻。

(算式6)

图1的速度指令切换部3在通常动作时将逐次速度指令v'_T作为速度指令v'保持原样地输出，但当接收到起重机的动作中断信号S时，选择动作中断时速度指令v'_S代替逐次速度指令v'_T，作为速度指令v'输出。该速度指令v'相当于包括前述的小车7的减速度和减速开始时刻等信息在内的速度模式。应予说明，在接收动作中断信号S时，如前述那样使升降装置10的动作停止。

速度控制部4生成速度控制信号，该速度控制信号用于按照从速度指令切换部3接收的速度指令v'控制小车机械系统5的升降装置10以及横移装置11。

特别是，在产生动作中断信号S时，停止升降装置10的动作并且按照作为信息而被包括在动作中断时速度指令v'_S内的小车7的减速度α_T和减速开始时刻生成速度控制信号，利用该速度控制信号控制横移装置11的动作并使小车7减速并停止。

由于以使相位平面上的轨迹通过图4、图5中的原点(0，0)并且在原点(0，0)中小车速度v_T成为零的方式求出小车7的减速度α_T和减速开始时刻，能够使小车7停止时的吊物9的摆动量x_L为零。

应予说明，上述的实施方式虽然在组合了定速行驶(等待减速的时刻的状态)与减速行驶的情况使用，但只要是满足了相位平面上的轨迹通过原点并且在原点处小车速度v_T成为零的条件，也可以通过适当地组合定速行驶、减速行驶和加速行驶来实现。

Claims (4)

1.一种悬挂式起重机的控制方法，该悬挂式起重机将由绳索悬挂于小车的吊物从起始位置搬运到目标位置，该悬挂式起重机的控制方法的特征在于，能够进行所述小车的横移动作和所述吊物的升降动作，

其中，在所述小车的行驶过程中产生了所述起重机的动作中断信号时停止所述吊物的升降动作，并且

构成相位平面，该相位平面的各轴分别表示所述吊物的摆动量和将所述吊物的摆动速度除以所述吊物的固有角速度而得到的量，并且该相位平面上具有所述小车匀速行驶时的第1圆轨道和所述小车加减速行驶时的第2圆轨道，

以使在所述小车停止时所述摆动量和所述摆动速度成为零的方式，根据所述相位平面上的轨迹求出所述小车的减速开始时刻和所述小车的减速度，并且按照所述减速开始时刻和所述减速度开始所述小车的减速。

2.根据权利要求1所述的悬挂式起重机的控制方法，其特征在于，

将所述相位平面中的所述第1圆轨道与所述第2圆轨道的交点中的一个作为所述减速开始时刻。

3.根据权利要求1或2所述的悬挂式起重机的控制方法，其特征在于，

基于所述固有角速度、所述小车的速度和所述相位平面上的相位求出所述减速度。

4.一种悬挂式起重机的控制装置，其将利用绳索从小车悬挂的吊物从起始位置搬运到目标位置，该悬挂式起重机的控制装置的特征在于，具有使所述小车横移的横移装置和使所述吊物升降的升降装置，

其中，悬挂式起重机的控制装置具有：

速度指令生成部，其至少将小车目标速度、小车加速度和绳索长度作为输入来生成所述小车的逐次速度指令；

动作中断时速度指令生成部，其在任意时刻产生所述起重机的动作中断信号时，生成所述小车的动作中断时速度指令；

速度指令切换部，其在所述动作中断信号产生时，将所述逐次速度指令切换为所述动作中断时速度指令并进行输出；

速度控制部，其按照所述逐次速度指令或者所述动作中断时速度指令生成速度控制信号；

小车机械系统，其包括按照所述速度控制信号被驱动的所述升降装置、所述横移装置和所述小车；以及

摆动传感器，其检测所述吊物的摆动量，

在所述小车的行驶过程中产生了所述动作中断信号时，通过所述速度控制部停止所述吊物的升降动作，并且

所述动作中断时速度指令生成部构成相位平面，该相位平面的各轴分别表示所述吊物的摆动量和将所述吊物的摆动速度除以所述吊物的固有角速度而得到的量，以使在所述小车停止时所述摆动量和所述摆动速度成为零的方式，根据所述相位平面上的轨迹求出所述小车的减速开始时刻和所述小车的减速度，并且生成按照所述减速开始时刻和所述减速度开始所述小车的减速的速度指令作为所述动作中断时速度指令。