EP0197989A1 - Method and device for limiting the swinging of a load freely hanging from a moving support - Google Patents

Method and device for limiting the swinging of a load freely hanging from a moving support

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EP0197989A1
EP0197989A1 EP19850904979 EP85904979A EP0197989A1 EP 0197989 A1 EP0197989 A1 EP 0197989A1 EP 19850904979 EP19850904979 EP 19850904979 EP 85904979 A EP85904979 A EP 85904979A EP 0197989 A1 EP0197989 A1 EP 0197989A1
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EP
European Patent Office
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mobile support
load
suspension
acceleration
support
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Withdrawn
Application number
EP19850904979
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Cubaud
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Bertin Technologies SAS
Original Assignee
Bertin et Cie SA
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Publication date
Application filed by Bertin et Cie SA filed Critical Bertin et Cie SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/04—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
    • B66C13/063—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads electrical

Definitions

  • This load and the suspension constitute an oscillating pendulum which is not damped.
  • the load suspended on the mobile support can have a very large mass (for example a few hundred tonnes in the case of an overhead crane) and it can be moved over relatively large distances (for example several tens of meters or more) .
  • the subject of the invention is a method and a device making it possible to completely automate the transport of such a load without resulting in general fatigue of the transport system, without risk of impact on obstacles and in permanently respecting the safety rules.
  • the angular speed or the angular acceleration of the suspension under the mobile support can be relatively easily determined by means of gyrometers or accelerometers mounted on the suspension. In some cases, relatively rare in practice, it is possible to mount gyrometers or accelerometers on the load to measure the instantaneous values of its angular speed or its angular acceleration. We can then, from the mass of the load and approximate values of its moment of inertia with respect to its center of gravity and the distance between this center of gravity and the point of attachment of the load to the suspension , determine fairly precisely the movement of the load under the mobile support and, from this movement, determine the instantaneous acceleration of the mobile support which leads to the damping of the oscillation of the load.
  • the invention provides for measuring the length of the suspension under the movable support and the mass of the suspended load, to evaluate approximately the moment of inertia of the load with respect to its center of gravity and the distance of the latter at the point of attachment of the load to the suspension and, from these approximate values and from known laws, to determine a theoretical movement of the load and of the suspension and to determine an instantaneous value of the correction signal aforementioned from this theoretical movement, to compare the theoretical movement with the real movement of the suspension to determine their deviation, and to reduce this deviation by modifying the abovementioned approximate values to obtain a new instantaneous value of the correction signal, by proceeding by: successive iterations for the duration of the load movement.
  • the device also includes means for measuring the length of the suspension and the mass of the load, which are connected to the information processing circuit.
  • FIG. 1 is a simplified schematic view of a suspended load transport system, such as an overhead crane;
  • FIG. 2 shows schematically, in the form of blocks, a device for carrying out the method according to the invention;
  • FIG. 3 shows schematically a Kalman filter.
  • Kalman filter calculates the best estimate in real time of the vector from ⁇ bser vations ⁇ /
  • ⁇ A a (E ++ where a, b, c are parameters determined according to the desired damping coefficient.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Abstract

Procédé et un dispositif d'amortissement actif de l'oscillation d'une charge (16) suspendue sous un support mobile (10), cet amortissement étant réalisé par contrôle dynamique de l'accélération du support mobile sur sa trajectoire, cette accélération étant asservie à l'oscillation (1) de la suspension (14) sous le support mobile (10). L'invention s'applique notamment aux systèmes de transport de charge tels que les ponts roulants et les grues.Method and device for active damping of the oscillation of a load (16) suspended under a mobile support (10), this damping being carried out by dynamic control of the acceleration of the mobile support on its trajectory, this acceleration being controlled to the oscillation (1) of the suspension (14) under the movable support (10). The invention applies in particular to load transport systems such as overhead cranes and cranes.

Description

Procédé et dispositif pour limiter le ballant d'une charge librement suspendue sous un support mobile.Method and device for limiting the swing of a load freely suspended under a mobile support.
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour limiter le ballant d'une charge librement suspendue sous un support mobile sur une trajectoire horizontale, ce support mobile pouvant être par exemple le chariot d'un pont roulant ou d'une flèche de grue, auquel la charge est accrochée par une suspension à longueur réglable, à câble ou à chaîne, du type palan.The invention relates to a method and a device for limiting the swing of a load freely suspended under a mobile support on a horizontal trajectory, this mobile support being able for example to be the carriage of an overhead crane or of a crane boom, to which the load is attached by an adjustable length suspension, cable or chain, of the hoist type.
Cette charge et la suspension constituent un pendule oscillant non amorti. La charge suspendue au support mobile peut avoir une masse très importante (par exemple de quelques centaines de tonnes dans le cas d'un pont roulant) et elle peut être déplacée sur des distances relativement grandes (par exemple de plusieurs dizaines de mètres ou davantage).This load and the suspension constitute an oscillating pendulum which is not damped. The load suspended on the mobile support can have a very large mass (for example a few hundred tonnes in the case of an overhead crane) and it can be moved over relatively large distances (for example several tens of meters or more) .
Des pontonniers ou des grutiers très expérimentés réussissent à amortir plus ou moins l'oscillation de la charge enecontrôlant les ordres de commande de déplacement du support mobile. Toutefois, cet amortissement dépend de l'habileté et de l'attention des pontonniers ou des grutiers et n'est jamais total, l'oscillation de la charge sous le support mobile provoquant une fatigue importante du système de transport (pont roulant ou grue), créant des risques de chocs sur les obstacles placés au voisinage de la trajectoire de la char ge, et interdisant de façon générale le respect complet des règles de sécurité.Very experienced pontoon or crane operators manage to more or less dampen the oscillation of the load by controlling the commands to move the mobile support. However, this amortization depends on the skill and attention of the pontoon or crane operators and is never total, the oscillation of the load under the mobile support causing significant fatigue of the transport system (overhead crane or crane) , creating risks of impact on obstacles placed in the vicinity of the trajectory of the tank age, and generally prohibiting full compliance with safety rules.
L'invention a précisément pour objet un procédé et un dispositif pour limiter automatiquement le ballant d'une telle charge librement suspendue sous un support mobile.The subject of the invention is precisely a method and a device for automatically limiting the swing of such a load freely suspended under a mobile support.
De manière générale, l'invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant d'automatiser complètement le transport d'une telle charge sans qu'il en résulte une fatigue générale du système de transport, sans risque de chocs sur des obstacles et en respectant de façon permanente les règles de sécurité.In general, the subject of the invention is a method and a device making it possible to completely automate the transport of such a load without resulting in general fatigue of the transport system, without risk of impact on obstacles and in permanently respecting the safety rules.
L'invention propose à cet effet un procédé pour limiter le ballant d'une charge librement suspendue sous un support mobile sur une trajectoire horizontale, tel par exemple qu'un chariot de pont roulant, celui-ci étant équipé de moteurs de déplacement sur ladite trajectoire et d'un circuit de commande des moteurs, produisant un signal de commande des moteurs correspondant à un ordre de déplacement du support mobile, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un amortissement actif de l'oscillation de la charge sous le support mobile par contrôle dynamique de l'accélération dudit support mobile.To this end, the invention provides a method for limiting the swing of a load freely suspended under a mobile support on a horizontal path, such as for example a traveling crane carriage, the latter being equipped with displacement motors on said trajectory and of a motor control circuit, producing a motor control signal corresponding to an order of displacement of the mobile support, characterized in that it consists in carrying out an active damping of the oscillation of the load under the support mobile by dynamic control of the acceleration of said mobile support.
Le procédé selon l'invention est basé sur la constatation qu'il suffit, pour amortir l'oscillation de la charge, de contrôler en permanence l'accélération du support mobile.The method according to the invention is based on the observation that it is sufficient, to dampen the oscillation of the load, to permanently control the acceleration of the mobile support.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le contrôle de l'accélération du support mobile est réalisé à partir de l'oscillation de la suspension sous le support mobile.According to another characteristic of the invention, the acceleration of the mobile support is controlled from the oscillation of the suspension under the mobile support.
De façon générale, ce contrôle consiste à ajouter, au signal produit par le circuit de commande et correspondant à un ordre de déplacement du support mobile, un signal de correction qui est déterminé à partir, d'une part, de la vitesse ou de l'accélération angulaire de la suspension sous le support mobile et, d'autre part, de paramètres relatifs à la charge et à sa vitesse ou son accélération angulaire.Generally, this control consists in adding, to the signal produced by the control circuit and corresponding to an order to move the mobile support, a correction signal which is determined on the one hand, from the speed or angular acceleration of the suspension under the movable support and, on the other hand, from parameters relating to the load and its speed or angular acceleration.
La vitesse angulaire ou l'accélération angulaire de la suspension sous le support mobile peut être déterminée relativement facilement au moyen de gyromètres ou id'accéléromètres montés sur la suspension. Dans certains cas, relativement rares en pratique, il est possible de monter des gyromètres ou des accéléromètres sur la charge pour mesurer les valeurs instantanées de sa vitesse angulaire ou de son accélération angulaire. On peut alors, à partir de la masse de la charge et de valeurs approximatives de son moment d'inertie par rapport à son centre de gravité et de la distance entre ce centre de gravité et le point d'accrochage de la charge à la suspension, déterminer de façon assez précise le mouvement de la charge sous le support mobile et, à partir de ce mouvement, déterminer l'accélération instantanée du support mobile qui conduit à l'amortissement de l'oscillation de la charge.The angular speed or the angular acceleration of the suspension under the mobile support can be relatively easily determined by means of gyrometers or accelerometers mounted on the suspension. In some cases, relatively rare in practice, it is possible to mount gyrometers or accelerometers on the load to measure the instantaneous values of its angular speed or its angular acceleration. We can then, from the mass of the load and approximate values of its moment of inertia with respect to its center of gravity and the distance between this center of gravity and the point of attachment of the load to the suspension , determine fairly precisely the movement of the load under the mobile support and, from this movement, determine the instantaneous acceleration of the mobile support which leads to the damping of the oscillation of the load.
Toutefois, dans la plupart des cas, il est impossible de mesurer la vitesse angulaire ou l'accélération angulaire de la charge, en. raison des difficultés de montage des gyromètres ou des accéléromètres sur la charge et de transmission des signaux produits par ces capteurs. Par ailleurs, le moment d'inertie de la charge par rapport à son centre de gravité et la distance de ce centre de gravité au point d'accrochage de la charge à la suspension, ne sont pas toujours aisément déterminables, ce qui complique encore les problèmes d'automatisation du système de transport.However, in most cases it is impossible to measure the angular velocity or the angular acceleration of the load, in. because of the difficulties in mounting gyrometers or accelerometers on the load and in transmitting the signals produced by these sensors. Furthermore, the moment of inertia of the load relative to its center of gravity and the distance from this center of gravity to the point of attachment of the load to the suspension, are not always easily determinable, which further complicates the transportation system automation issues.
L'invention prévoit dans ce cas de mesurer la longueur de la suspension sous le support mobile et la masse de la charge suspendue, d'évaluer approximativement le moment d'inertie de la charge par rapport à son centre de gravité et la distance de celui-ci au point d'accrochage de la charge à la suspension et, à partir de ces valeurs approximatives et de lois connues, de déterminer un mouvement théorique de la charge et de la suspension et de déterminer une valeur instantanée du signal de correction précité à partir de ce mouvement théorique, de comparer le mouvement théorique au mouvement réel de la suspension pour déterminer leur écart, et de réduire cet écart en modifiant les valeurs approximatives précitées pour obtenir une nouvelle valeur instantanée du signal de correction, en procédant par: itérations successives pendant toute la durée du déplacement de la charge.In this case, the invention provides for measuring the length of the suspension under the movable support and the mass of the suspended load, to evaluate approximately the moment of inertia of the load with respect to its center of gravity and the distance of the latter at the point of attachment of the load to the suspension and, from these approximate values and from known laws, to determine a theoretical movement of the load and of the suspension and to determine an instantaneous value of the correction signal aforementioned from this theoretical movement, to compare the theoretical movement with the real movement of the suspension to determine their deviation, and to reduce this deviation by modifying the abovementioned approximate values to obtain a new instantaneous value of the correction signal, by proceeding by: successive iterations for the duration of the load movement.
Un tel procédé permet d'automatiser complètement un système de transport d'une charge librement suspendue en limitant le ballant de cette charge, et cela même dans les cas où certaines caractéristiques de la charge ne peuvent être déterminées de façon précise et où il est impossible de mesurer la vitesse ou l'accélération angulaire de la charge sous la suspension.Such a method makes it possible to completely automate a system for transporting a freely suspended load by limiting the swing of this load, even in cases where certain characteristics of the load cannot be determined precisely and where it is impossible measure the speed or the angular acceleration of the load under the suspension.
Par ailleurs, l'invention consiste également à contrôler dynamiquement, de la façon précitée, l'accélération du support mobile dans la direction de sa trajectoire précitée et son accélération dans une direction transversale, par exemple perpendiculaire à cette trajectoire.Furthermore, the invention also consists in dynamically controlling, in the aforementioned manner, the acceleration of the mobile support in the direction of its aforementioned trajectory and its acceleration in a transverse direction, for example perpendicular to this trajectory.
Ce procédé permet d'amortir efficacement l'oscillation de la charge dans un plan vertical passant par la trajectoire prédéterminée du support mobile, ainsi que son accélération dans un plan vertical transversal.This process makes it possible to effectively dampen the oscillation of the load in a vertical plane passing through the predetermined trajectory of the mobile support, as well as its acceleration in a transverse vertical plane.
Pour cela, le procédé selon l'invention consiste à mesurer la vitesse ou l'accélération angulaire de la suspension dans deux plans verticaux, par exemple perpendiculaires, dont l'un contient la trajectoire précitée du support mobile, et à définir, indépendamment l'un de l'autre, deux signaux de correction de l'accélération du support mobile, dont l'un est appliqué aux moteurs de déplacement du support sur sa trajectoire précitée et dont l'autre est appliqué à des moteurs de déplacement du support mobile dans la direction transversale précitée.For this, the method according to the invention consists in measuring the speed or the angular acceleration of the suspension in two vertical planes, for example perpendicular, one of which contains the aforementioned trajectory of the mobile support, and in independently defining the one from the other, two signals for correcting the acceleration of the mobile support, one of which is applied to the displacement motors of the support on its aforementioned path and the other of which is applied to displacement motors of the mobile support in the aforementioned transverse direction.
On automatise ainsi complètement un système de transport de charge suspendue tel qu'un pont roulant ou une grue.This completely automates a suspended load transport system such as an overhead crane or a crane.
L'invention propose également un dispositif pour l'exécution de ce procédé, comprenant un circuit de commande relié aux moteurs de déplacement du support mobile sur une trajectoire prédéterminée, caractérisé en ce que ce circuit de commande comprend un circuit sommateur recevant un signal correspondant à un ordre de déplacement et un signal de correction produit par un circuit de traitement de l'information recevant lui-même les signaux produits par des moyens de mesure de l'accélération du support mobile et par des moyens de mesure de la vitesse angulaire ou de l'accélération angulaire de la suspension sous le support mobile.The invention also provides a device for carrying out this method, comprising a control circuit connected to the motors for moving the mobile support over a predetermined path, characterized in that this control circuit comprises a summing circuit receiving a signal corresponding to a movement order and a correction signal produced by an information processing circuit itself receiving the signals produced by means for measuring the acceleration of the mobile support and by means for measuring the angular speed or the angular acceleration of the suspension under the mobile support.
Le dispositif comprend également des moyens de mesure de la longueur de la suspension et de la masse de la charge, qui sont reliés au circuit de traitement de l'information.The device also includes means for measuring the length of the suspension and the mass of the load, which are connected to the information processing circuit.
De préférence, ce circuit de traitement de l'information est du type à filtre de Kalman, ce qui permet, à partir de valeurs initiales approximatives de certaines caractéristiques de la charge, de faire converger automatiquement, par itérations successives, ces valeurs approximatives vers les valeurs réelles pour la détermination précise du mouvement réel de la charge et son amortissement.Preferably, this information processing circuit is of the Kalman filter type, which makes it possible, starting from approximate initial values of certain characteristics of the load, to make these approximate values converge automatically by successive iterations. actual values for the precise determination of the actual movement of the load and its damping.
Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, om se réfère aux dessins annexés, dans lesquels :In the description which follows, given by way of example, om refers to the appended drawings, in which:
- la figure 1 est une vue schématique simplifiée d'un système de transport de charge suspendue, tel qu'un pont roulant; - la figure 2 représente schématiquement, sous forme de blocs, un dispositif d'exécution du procédé selon l'invention;- Figure 1 is a simplified schematic view of a suspended load transport system, such as an overhead crane; - Figure 2 shows schematically, in the form of blocks, a device for carrying out the method according to the invention;
- la figure 3 représente schématiquement un filtre de Kalman.- Figure 3 shows schematically a Kalman filter.
On se réfère d'abord à la figure 1, qui représente schématiquement un système de transport d'une charge librement suspendue sous un support mobile, tel qu'un pont roulant par exemple.Reference is first made to FIG. 1, which schematically represents a system for transporting a load freely suspended under a mobile support, such as an overhead crane for example.
Ce système de transport comprend un chariot 10 guidé en déplacement sur un support 12 et mobile en mouvement rectiligne le long de l'axe horizontal Ox. Le support 12, tel qu'un portique de pont, roulant, est lui-même déplaçable en mouvement rectiligne le long de l'axe Oy horizontal perpendiculaire à l'axe Ox. Pour ce faire, le chariot 10 et le support 12 sont équipés de moteurs électriques recevant par l'intermédiaire d'un circuit de commande un ordre de déplacement donné par un automate programmable.This transport system comprises a carriage 10 guided in displacement on a support 12 and mobile in rectilinear movement along the horizontal axis Ox. The support 12, such as a gantry bridge crane, is itself movable in rectilinear movement along the horizontal axis Oy perpendicular to the axis Ox. To do this, the carriage 10 and the support 12 are equipped with electric motors receiving by means of a control circuit a movement order given by a programmable automaton.
Le chariot 10 est également équipé d'un treuil à moteur électrique de réglage de la longueur d'une suspension 14 à câbles ou à chaînes, à l'extrémité inférieure de laquelle est accrochée une charge 16.The carriage 10 is also equipped with a winch with an electric motor for adjusting the length of a suspension 14 with cables or chains, at the lower end of which a load 16 is hung.
Cette charge 16 peut être déplacée par le pont roulant sur une distance qui peut atteindre quelques dizaines de mètres le long de l'axe Ox, et 100 à 200 mètres le long de l'axe Oy, avec une hauteur de levage de 15 à 20 mètres par exemple parallèlement à l'axe vertical. Oz. La charge 16 à transporter est définie par sa masse M, par son moment d'inertie IG par rapport à son centre de gravité G et par la distance 12 entre son centre de gravité G et le point B d'accrochage de la charge 16 à la suspension 14, tandis que la suspension 14 est définie par sa longueur 11 entre le point A du chariotThis load 16 can be moved by the crane over a distance which can reach a few tens of meters along the axis Ox, and 100 to 200 meters along the axis Oy, with a lifting height of 15 to 20 meters for example parallel to the vertical axis. Oz. The load 16 to be conveyed is defined by its mass M, by its moment of inertia I G with respect to its center of gravity G and the distance 1 2 between its center of gravity G and the point B hooking of the load 16 to suspension 14, while suspension 14 is defined by its length 1 1 between point A of the carriage
10 et le point B d'accrochage de la suspension. La charge peut être une poche de coulée remplie ou non de métal en fusion dans une aciérie, un rouleau de feuillard, une poche de coulée de béton, un conteneur, etc, et peut avoir une masse de plusieurs centaines de tonnes.10 and point B for hanging the suspension. The load can be a ladle or not filled with molten metal in a steelworks, a strip roll, a concrete ladle, a container, etc., and can have a mass of several hundred tonnes.
Le mouvement du chariot 10 est défini par la valeur instantanée de son accélération ou accélération du point A le long des axes Ox et Oy, tandis que l'oscillation du pendule double constitué par la suspension 14 et la charge 16 en réponse au déplacement du chariot 10 est définie par l'angle θ1 entre la verticale et la suspension 14 et par l'angle θ2 entre la verticale et la droite passant par les points B et G (point d'accrochage de la charge à la suspension et centre de gravité de la charge).The movement of the carriage 10 is defined by the instantaneous value of its acceleration or acceleration from point A along the axes Ox and Oy, while the oscillation of the double pendulum constituted by the suspension 14 and the load 16 in response to the movement of the carriage 10 is defined by the angle θ 1 between the vertical and the suspension 14 and by the angle θ 2 between the vertical and the straight line passing through points B and G (point of attachment of the load to the suspension and center of gravity of the load).
Un tel pendule double forme un système oscillant non amorti lorsque le chariot 10 est déplacé le long de l'axe Ox et/ou de l'axe Oy.Such a double pendulum forms an undamped oscillating system when the carriage 10 is moved along the axis Ox and / or the axis Oy.
L'invention consiste à réaliser un amortissement actif de l'oscillation de la charge 16 sous le chariot 10 par contrôle dynamique de l'accélération du chariot 10 le long de ses deux axes de déplacement Ox et Oy, ce contrôle dynamique étant lui-même réalisé à partir de l'oscillation θ1 de la suspension sous le chariot 10.The invention consists in carrying out active damping of the oscillation of the load 16 under the carriage 10 by dynamic control of the acceleration of the carriage 10 along its two axes of movement Ox and Oy, this dynamic control itself made from the oscillation θ 1 of the suspension under the carriage 10.
Des capteurs ou des ensembles de capteurs gyrométriques ou accélérométriques 18 sont montés sur la suspension 14 pour transmettre des signaux représentant la vitesse angulaire ou l'accélération angulaire de la suspension 14 respectivement, dans le plan vertical Oxz et dans un plan vertical parallèle au plan Oyz. Le chariot 10 est équipé, d'une part, de moyens de mesure de la longueur 11 de la suspension et de la masse M de la charge 16 et, d'autre part, de moyens de mesure de son accélération le long de l'axe Ox et de son accélération (celle du support 12) le long de l'axe Oy. Les vitesses angulaires ou accélérations angulaires dans les deux plans verticaux Oxz et Oyz et les accélérations du chariot 10 dans ces deux plans sont traitées de façon indépendante, au moyen de deux dispositifs identiques dont l'un est représenté en figure 2.Sensors or sets of gyrometric or accelerometric sensors 18 are mounted on the suspension 14 to transmit signals representing the angular speed or the angular acceleration of the suspension 14 respectively, in the vertical plane Oxz and in a vertical plane parallel to the plane Oyz. The trolley 10 is equipped, on the one hand, means for measuring the length 1 of 1 of the suspension and the mass M of the load 16 and, secondly, with means for measuring its acceleration along the axis Ox and its acceleration (that of support 12) along the axis Oy. The angular velocities or angular accelerations in the two vertical planes Oxz and Oyz and the accelerations of the carriage 10 in these two planes are treated independently, by means of two identical devices, one of which is shown in FIG. 2.
Dans cette figure, la référence 20 désigne un circuit de commande produisant un signal E de commande des moteurs 22 de déplacement du chariot 10 dans le plan vertical considéré, c'est-à-dire selon l'axe Ox ou selon l'axe Oy, ce signal E correspondant à un ordre de déplacement du chariot donné par un automate programmable. Les moteurs 22 de déplacement du chariot 10 sont par exemple des moteurs couplés, et dans ce cas l'accélération γA du chariot 10 sur sa trajectoire est proportionnelle à l'intensité du courant d'alimentation des moteurs 22 et peut être ainsi mesurée de façon simple.In this figure, the reference 20 designates a control circuit producing a signal E for controlling the motors 22 for moving the carriage 10 in the vertical plane considered, that is to say along the axis Ox or along the axis Oy , this signal E corresponding to a movement order of the carriage given by a programmable controller. The motors 22 for moving the carriage 10 are for example coupled motors, and in this case the acceleration γ A of the carriage 10 on its path is proportional to the intensity of the supply current of the motors 22 and can thus be measured from simple way.
Un circuit 24 à filtre de Kalman reçoit en entrée, d'une part, le signal de vitesse angulaire de la suspension 14 dans le plan concerné, fourni par les capteurs gyrométriques 18 correspondants, le signal γA d'accélération du chariot 10 dans ce plan, un signal représentant la longueur 11 de la suspension et un signal représentant la masse M de la charge 16 et, d'autre part, des valeurs initiales approximatives de la distance 12 entre le centre de gravité G de la charge et le point B d'accrochage à la suspension et du moment d'inertie IG de la charge par rapport à son centre de gravité. Les sorties du circuit 24 sont reliées aux entrées d'un circuit 26 de calcul d'une valeur estimée de la vitesse angulaire de la charge. La sortie de ce circuit 26 est reliée à un e entrée d'un circuit 28 de calcul d'un signal de correction C de l'accélération du chariot 10, dont une autre entrée reçoit le signal de vitesse angulaire de la suspension 14 et dont la sor tie est reliée aux moteurs 22 du chariot 10 par un circuit somraateur 30 recevant également en entrée le signal E du circuit de commande 20. Un tel dispositif est utilisé de la façon suivante : Avant transport de la charge 16, on initialise le circuit 24 à filtre de Kalman en lui fournissant des valeurs approximatives plausibles des paramètres 12 et IG relatifs à la charge 16. Ensuite, un ordre de déplacement du chariot 10 est traduit par le circuit de commande 20 en un signal E appliqué à une entrée du sommateur 30 et transmis par celuici aux moteurs 22 de déplacement du chariot 10. Le circuitA circuit 24 with a Kalman filter receives, on the one hand, the signal angular speed of the suspension 14 in the plane concerned, supplied by the corresponding gyrometric sensors 18, the signal γ A of acceleration of the carriage 10 in this plane, a signal representing the length 11 of the suspension and a signal representing the mass M of the load 16 and, on the other hand, approximate initial values of the distance 1 2 between the center of gravity G of the load and the point B of attachment to the suspension and of the moment of inertia I G of the load relative to its center of gravity. The outputs of circuit 24 are connected to the inputs of a circuit 26 for calculating an estimated value of the angular speed of the load. The output of this circuit 26 is connected to a e input of a circuit 28 for calculating a correction signal C of the acceleration of the carriage 10, another input of which receives the angular speed signal from the suspension 14 and the output of which tie is connected to the motors 22 of the carriage 10 by a summing circuit 30 also receiving as input the signal E from the control circuit 20. Such a device is used in the following way: Before transporting the load 16, the circuit 24 with Kalman filter is initialized by providing it with plausible approximate values of the parameters 1 2 and I G relating to the load 16. Next, an order of movement of the carriage 10 is translated by the control circuit 20 into a signal E applied to an input of the adder 30 and transmitted by this to the motors 22 of movement of the carriage 10. The circuit
24 à filtre de Kalman reçoit en entrée les signaux de vi tesse angulaire de la suspension 14, γA d'accélération du chariot 10, 1. de longueur de la suspension et M de masse de la suspension. Le circuit de calcul 26 produit en: sortie un signal 2 de vitesse angulaire estimée de la charge 16, qui est appliqué avec le signal de vitesse angulaire de la suspension aux entrées du circuit 28. Celui-ci produit un signal C de correction d'accélération du chariot 10,qui est ajouté au signal E par le sommateur 30, la somme des signaux E et C étant alors appliquée aux moteurs 22 de as déplacement du chariot 10 en déterminant une valeur instantanée de son accélération γA permettant d'amortir les oscillations θ1 de la suspension et θ2 de la charge sous le chariot 10.24 with Kalman filter receives vi signals as input angular size of the suspension 14, γ A of acceleration of the carriage 10, 1. length of the suspension and M mass of the suspension. The calculation circuit 26 produces at: output a signal 2 of estimated angular speed of the load 16, which is applied with the angular velocity signal from the suspension at the inputs of the circuit 28. This produces a signal C for the acceleration correction of the carriage 10, which is added to the signal E by the adder 30, the sum of the signals E and C then being applied to the motors 22 of as displacement of the carriage 10 by determining an instantaneous value of its acceleration γ A making it possible to damp the oscillations θ 1 of the suspension and θ 2 of the load under the carriage 10.
Le circuit 24 à filtre de Kalman permet, par itérations successives en temps réel, de déterminer,à partir des valeurs initiales approximatives des paramètres relatifs à la charge et à son oscillation de nouvelles valeurs de ces paramètres qui tendent à annuler l'écart entre le comportement réel de la charge (et donc de la suspension) et son comportement théorique correspondant à la valeur estimée de la vitesse angulaire de la charge. The Kalman filter circuit 24 makes it possible, by successive iterations in real time, to determine, from the approximate initial values of the parameters relating to the load and to its oscillation, new values of these parameters which tend to cancel the difference between the real behavior of the load (and therefore of the suspension) and its theoretical behavior corresponding to the estimated value of the angular speed of the load.
Ainsi, à chaque pas de calcul, le circuit 26 fournit un signal de vitesse angulaire estimée de la charge qui est de plus en plus proche de sa vitesse angulaire réelle jusqu'à ce qu'il y ait identité entre la valeur estimée et la valeur réelle. La figure 3 représente schématiquement un filtre de Kalman approprié, qui fonctionne sur le principe suivant :Thus, at each calculation step, the circuit 26 provides a signal of the estimated angular speed of the load which is closer and closer to its real angular speed until there is identity between the estimated value and the real value. FIG. 3 schematically represents an appropriate Kalman filter, which operates on the following principle:
L'oscillation θ1 de la suspension dépend de quatre paramètrès A, B, C, D, dont deux sont des paramètres géométriques de la charge (par exemple A = et B = 12) et dont les deux autres sont relatifs aux conditions initiales de l'oscillation θ2 par exemple;(C = B.θ2(0)et D = B The oscillation θ 1 of the suspension depends on four parameters A, B, C, D, two of which are geometric parameters of the load (for example A = and B = 1 2 ) and whose two others relate to the initial conditions of the oscillation θ 2 for example; (C = B.θ 2 (0) and D = B
Les paramètres A, B, C, D peuvent être définis comme les composantes d'un vecteur d'état X , qui est la variable à identifier. L'équation d'évolution de cette variable est de la forme représentant le vecteur d'état aux instants (k+1)Δt et kΔt, et V représentant le bruit.Parameters A, B, C, D can be defined as the components of a state vector X, which is the variable to identify. The evolution equation of this variable is of the form representing the state vector at times (k + 1) Δt and kΔt, and V representing the noise.
L'équation d'observation est de la forme : " Hk'XkThe observation equation is of the form: "H k ' X k
Le filtre de Kalman permet de calculer en temps réel la meilleure estimation du vecteur à partir des όbser vations θ / Kalman filter calculates the best estimate in real time of the vector from όbser vations θ /
Le filtre de Kalman reçoit en entrée le signal de vitesse angulaire mesurée de la suspension et détermine la différence avec la valeur estimée de cette vitesse angulaire. Cette différence multipliée par le gain KK du filtre, qui est déterminé à partir des équations théoriques, est ajoutée à (valeur estimée du vecteur d'état à partir des (k-1) observations précédentes) pour obtenir (valeur estimée du vecteur d'état à partir de k observations). Cette valeur estimée est d'une part transmise au circuit 26 et, d'autre part, est retardée de Δt pour la détermination de la valeur estimée du vecteur d'état L'estimation de Xk,k est trananise au circuit 26 qui calcule une valeur estimée de à partir de la relationKalman filter receives speed signal as input measured angular velocity of the suspension and determines the difference with the estimated value of this angular velocity. This difference multiplied by the gain K K of the filter, which is determined from the theoretical equations, is added to (estimated value of the state vector from (k-1) previous observations) to obtain (estimated value of state vector from k observations). This estimated value is on the one hand transmitted to the circuit 26 and, on the other hand, is delayed by Δt for the determination of the estimated value of the state vector The estimate of X k, k is transferred to circuit 26 which calculates an estimated value of from the relation
Le signal de correction est calculé par le circuit 28 sur la base de la relation suivante :The correction signal is calculated by circuit 28 on the basis of the following relationship:
γA = a(E + + où a, b, c sont des paramètres déterminés en fonction du coefficient d'amortissement souhaité.γ A = a (E ++ where a, b, c are parameters determined according to the desired damping coefficient.
Comme indiqué plus haut, un second dispositif du même type que celui qui vient d'être décrit détermine un signal de correction de l'accélération du chariot dans un deuxième plan vertical, par exemple perpendiculaire au plan vertical considéré précédemment, à partir des mesures de la vitesse angulaire de la suspension dans ce deuxième plan. Les deux dispositifs fonctionnent simultanément et indépendamment l'un de l'autre.As indicated above, a second device of the same type as that which has just been described determines a signal for correcting the acceleration of the carriage in a second vertical plane, for example perpendicular to the vertical plane considered previously, from measurements of the angular speed of the suspension in this second plane. The two devices operate simultaneously and independently of each other.
Dans le cas où les capteurs gyrométriques 18 montés sur la suspension sont remplacés par des capteurs accélérométriques qui fournissent des signaux d'accélération angulaire de la suspension, il suffit d'intégrer ces signaux pour obtenir la vitesse angulaire de la suspension et revenir au cas précédemment décrit.In the case where the gyrometric sensors 18 mounted on the suspension are replaced by accelerometric sensors which supply signals for the angular acceleration of the suspension, it suffices to integrate these signals to obtain the angular speed of the suspension and return to the case previously described.
Dans des cas très particuliers où des capteurs gyrométriques ou accélérométriques peuvent être montés sur la charge ellemême, la détermination du signal de correction C est facilitée, car on dispose de la mesure de la vitesse angulaire - ou de l'accélération angulaire de la charge, ce qui permet de simplifier le circuit 24 à filtre de Kalman. Dans tous les cas, le signal de correction C est déterminé par calcul, à partir des équations mathématiques connues de mouvement d'un pendule double suspendu à un support mobile. De façon générale, l'invention permet d'amortir le ballant d'une charge librement suspendue sous un support déplaçable dans deux directions perpendiculaires, par détermination de l'accélération instantanée du support dans ces deux directions, lorsque l'ordre de commande du déplacement du support mobile, donné par un automate ou un ordinateur,détermine par exemple des vitesses programmées de déplacement du support dans l'une et l'autre des deux directions perpendiculaires, ainsi qu'une hauteur de levage de la charge, cette hauteur pouvant varier par programmation en cas de besoin. In very specific cases where gyrometric or accelerometric sensors can be mounted on the load itself, the determination of the correction signal C is facilitated, since the angular speed measurement is available. - or angular acceleration of the load, which simplifies the circuit 24 with Kalman filter. In all cases, the correction signal C is determined by calculation, from the known mathematical equations of movement of a double pendulum suspended from a mobile support. In general, the invention makes it possible to damp the swaying of a load freely suspended under a support movable in two perpendicular directions, by determination of the instantaneous acceleration of the support in these two directions, when the order of movement control of the mobile support, given by an automaton or a computer, determines for example programmed speeds of movement of the support in either of the two perpendicular directions, as well as a height of lifting of the load, this height being able to vary by programming if necessary.

Claims

Revendications. Claims.
1. Procédé pour limiter le ballant d'une charge librement suspendue sous un support mobile sur une trajectoire horizontale, tel par exemple qu'un chariot de pont roulant, la charge (16) et sa suspension (14) au support mobile (10) formant un pendule double oscillant non amorti sous le support mobile, celui-ci étant équipé de moteurs (22) de déplacement sur ladite trajectoire et d'un circuit de commande (20) produisant un signal (E) de commande des moteurs correspondant à un ordre de déplacement du support mobile (10), caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un amortissement actif de l'oscillation de la charge (16) sous le support mobile (10) par contrôle dynamique de l'accélération dudit support mobile.1. Method for limiting the swing of a load freely suspended under a mobile support on a horizontal path, such as for example a traveling crane carriage, the load (16) and its suspension (14) to the mobile support (10) forming a double oscillating pendulum which is not damped under the mobile support, the latter being equipped with motors (22) for displacement on said trajectory and with a control circuit (20) producing a signal (E) for controlling the motors corresponding to a order of movement of the mobile support (10), characterized in that it consists in carrying out active damping of the oscillation of the load (16) under the mobile support (10) by dynamic control of the acceleration of said mobile support.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accélération du support mobile est contrôlée par l'oscill tion de la suspension (14) sous le support mobile (10).2. Method according to claim 1, characterized in that the acceleration of the mobile support is controlled by the oscillation of the suspension (14) under the mobile support (10).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter, au signal (E) produit par le circuit de commande (20) et correspondant à un ordre de déplacement du support mobile, un signal de correction (c) déterminé à partir, d'une part, de la vitesse angulaire ou de l'accélération angulaire de la suspension 14 sous le support mobile et, d'autre part, de paramèt res (12, IG) relatifs à la charge et à sa vitesse angulaire ou son accélération angulaire 3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that it consists in adding, to the signal (E) produced by the control circuit (20) and corresponding to an order to move the mobile support, a correction signal ( c) determined on the one hand from the angular velocity or angular acceleration of the suspension 14 under the mobile support and, on the other hand, of paramet res (1 2 , I G ) relating to the load and its angular velocity or its angular acceleration
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la longueur (11) de la suspension (14) sous le support mobile et la masse (M) de la charge (16), à évaluer approximativement le moment d'inertie (IG) de la charge (16) par rapport à son centre de gravité (G) et la distance (12) de celui-ci au point d'accrochage (B) de la charge à la suspension (14) et, à partir de ces valeurs approximatives et de lois connues, à déterminer un mouvement théorique de la charge et de la suspension,à déterminer à partir de ce mouvement théorique une valeur instantanée du signal de correction (C), à comparer le mouvement théorique au mouvement réel de la suspension pour déterminer leur écart, et à réduire en permanence cet écart en modifiant par itérations successives les valeurs approximatives précitées.4. Method according to claim 3, characterized in that it consists in measuring the length (1 1 ) of the suspension (14) under the movable support and the mass (M) of the load (16), to evaluate approximately the moment of inertia (I G ) of the load (16) relative to its center of gravity (G) and the distance (1 2 ) from it to the point of attachment (B) of the load to the suspension ( 14) and, from these values approximate and known laws, to determine a theoretical movement of the load and the suspension, to determine from this theoretical movement an instantaneous value of the correction signal (C), to compare the theoretical movement with the real movement of the suspension for determine their difference, and permanently reduce this difference by modifying the abovementioned approximate values by successive iterations.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, le support mobile étant déplaçable sur sa trajectoire précitée ainsi que dans une direction tranversale,par exemple perpendiculaire à cette trajectoire, le procédé consiste à contrôler dynamiquement l'accélération du support mobile sur cette trajectoire et son accélération dans ladite direction transversale.5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that, the movable support being movable on its aforementioned trajectory as well as in a transverse direction, for example perpendicular to this trajectory, the method consists in dynamically controlling the acceleration of the mobile support on this trajectory and its acceleration in said transverse direction.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la vitesse angulaire ou l'accélération angulaire de la suspension dans deux plans verticaux, par exemple perpendiculaires, dont l'un passe par la trajectoire du support mobile (10), et à définir,indépendamment l'un de l'autre, deux signaux (C) de correction de l'accélération du support mobile, dont l'un est appliqué aux moteurs (22) de déplacement dudit support sur sa trajectoire précitée et dont l'autre est appliqué à des moteurs de déplacement du support mobile dans ladite direction transversale.6. Method according to claim 5, characterized in that it consists in measuring the angular speed or angular acceleration of the suspension in two vertical planes, for example perpendicular, one of which passes through the path of the mobile support (10), and to define, independently of one another, two signals (C) for correcting the acceleration of the mobile support, one of which is applied to the motors (22) for moving said support on its aforementioned trajectory and the other of which is applied to motors for moving the mobile support in said transverse direction.
7. Dispositif pour l'exécution du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un circuit de commande des moteurs de déplacement du support mobile sur une trajectoire horizontale, caractérisé en ce que ce circuit de commande comprend un circuit sommateur (28) recevant un signal (E) correspondant à un ordre de déplacement et un signal de correction (C) produit par un circuit (24, 26) de traitement de l'information recevant lui-même les signaux produits par des moyens de mesure de l'accélération du support mobile7. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising a circuit for controlling the motors for moving the mobile support on a horizontal path, characterized in that this control circuit comprises a summing circuit (28) receiving a signal (E) corresponding to a movement order and a correction signal (C) produced by an information processing circuit (24, 26) itself receiving the produced signals by means of measuring the acceleration of the mobile support
(10) et par des moyens de mesure de la vitesse angulaire ou de l'accélération angulaire de la suspension 14 par rapport au support mobile (10).(10) and by means of angular velocity measurement or the angular acceleration of the suspension 14 by relative to the mobile support (10).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure comprennent des gyromètres ou des accéléromètres (18) montés sur la suspension (14).8. Device according to claim 7, characterized in that said measuring means comprise gyrometers or accelerometers (18) mounted on the suspension (14).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ces moyens de mesure sont montés dans deux plans verticaux perpendiculaires dont l'un passe par la trajectoire prédéterminée du support mobile (10).9. Device according to claim 8, characterized in that these measuring means are mounted in two perpendicular vertical planes, one of which passes through the predetermined path of the mobile support (10).
10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de mesure de la longueur (11) de la suspension et de la masse (M) de la charge, reliés aux circuits (24, 26) de traitement de l'information.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that it also comprises means for measuring the length (1 1 ) of the suspension and the mass (M) of the load, connected to the circuits ( 24, 26) of information processing.
11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le circuit de traitement de l'information comprend un circuit (24) à filtre de Kalman. 11. Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the information processing circuit comprises a circuit (24) with Kalman filter.
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