FI91517B

FI91517B - Menetelmä harmonisesti värähtelevän taakan ohjaamiseksi

Info

Publication number: FI91517B
Application number: FI925212A
Authority: FI
Inventors: Kimmo Hytoenen
Original assignee: Kimmo Hytoenen
Priority date: 1992-11-17
Filing date: 1992-11-17
Publication date: 1994-03-31
Also published as: DE4395770B4; FI91517C; AU5467094A; US5806695A; WO1994011293A1; FI925212A0; DE4395770T1

Description

91517

Menetelmä harmonisesti värähtelevän taakan ohjaamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä harmonisesti värähtelevän taakan ohjaamiseksi, jossa menetelmässä taakkaa 5 siirretään alkutilasta taakan heilahduksen lopputilaan ja ripustuspisteen loppunopeuteen ohjaamalla taakkaa ohjaus-sekvenssillä, joka koostuu peräkkäin suoritettavista kiih-dytyspulsseista, ja jossa menetelmässä taakan heilahduksen alkutilat ja lopputilat sekä ripustuspisteen alkunopeus ja 10 loppunopeus mitataan tai estimoidaan.

Ennestään tunnetaan julkaisusta "Suboptimal control of the roof crane by using the microcomputer", S. Yamada, H. Fujikawa, K. Matsumoto, IEEE CH1897-8/83/0000-0323, ss. 323 - 328 menetelmä, jossa eripituiset taakan ripustuseli-15 men kiihdytysajät ja kytkentähetket vakiokiihtyvyydellä ennalta lasketaan ja taulukoidaan, joita kiihdytysaikoja ja kytkentähetkiä käyttämällä taakan ripustuselimen nopeus, ripustetun taakan heilahduskulma ja ripustetun taakan heilahduksen kulmanopeus ohjautuvat tietyistä alkuar-20 voista haluttuihin loppuarvoihin. Kyseisessä menetelmässä tilataso on jaettu ruutuihin ja jokaiselle tilatason ruudulle on laskettu ja talletettu kytkentähetket kiihdytykselle, jonka lopputuloksena systeemi liikkuu halutulla loppunopeudella ja ripustettu taakka on värähdyksettömässä 25 lepotilassa. Menetelmässä käytetään vakiokiihtyvyyttä, ja kiihdytysten kytkentähetkiä muutetaan halutun lopputuloksen saavuttamiseksi. Tätä menetelmää käytettäessä, mikäli halutaan sallia mikä tahansa alkutilanne ja mikä tahansa lopputilanne, taulukoiden koko kasvaa äärettömän suureksi.

30 Kyseisessä julkaisussa esitetyssä menetelmässä kiihdytys-pulssit ovat itseisarvoltaan vakiosuuruisia tai arvoltaan nolla. Lisäksi kiihdytyspulssien kestot lasketaan iteratiivisesti eikä suoraan laskennallisesti. Lisäksi kiihtyvyyksien suuruudet on osittain määrätty esimerkiksi siten, 35 että ensimmäinen kiihdytyspulssi on suuruudeltaan sama 91517 2 kuin kolmas kiihdytyspulssi. Tilatasoesitystä ajatellen ko. julkaisussa kiihdytyspulssin radan keskipisteen paikka on määritelty, mutta kaaren pituus vaihtelee.

Lisäksi tunnetaan menetelmä, jolla yleisesti mm.

5 patenttijulkaisusta US-3 517 830 tunnettuja heiluntaa eliminoivia kiihdytyssekvenssejä summaamalla saadaan muodostetuksi taakan ripustuselimen nopeusohje, joka ohjaa taakan ripustuselimen haluttuun loppunopeuteen niin, että ripustetun taakan heilahduskulma on nolla ja ripustetun 10 taakan heilahduksen kulmanopeus on nolla. Tämän menetelmän käyttöä rajoittaa vaatimus ripustetun taakan heilahdukset-tomasta alkutilanteesta ja tuloksena saatava tietty ripustetun taakan heilahduskulman ja kulmanopeuden lopputila. Menetelmä ei siis sovellu ripustetun taakan ripustuselimen 15 ja ripustetun taakan kulmanopeuden ohjaamiseen haluttuihin satunnaisiin tiloihin mistä tahansa satunnaisista alkuarvoista. Itse julkaisussa US-3 517 830 esitetty ratkaisu edellyttää heilahduksetonta alku- ja lopputilaa ja epäkohtana on se, että se ei mahdollista ohjauksen muutosta kes-20 ken ohjauksen, vaan sekvenssi on suoritettava loppuun.

Epäkohtana tunnetuille menetelmille on, että ne eivät tarjoa yksinkertaista, laskennallisesti edullista menetelmää laskea ripustetun taakan ripustuselimelle nopeus-ohjetta, joka ohjaa taakan ripustuselimen haluttuun satun-25 naiseen loppunopeuteen ja ripustetun taakan heilahduskulmaan ja ripustetun taakan heilahduskulman kulmanopeuteen lähtien niiden satunnaisista alkuarvoista.

Keksinnön tarkoituksena on ratkaista edellä kuvatut ongelmat. Kyseinen ongelma ratkaistaan nyt esillä olevan 30 keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, . että taakan ohjaussekvenssi muodostetaan taakan heilahdus- liikkeen satunnaisten alku- ja lopputilojen ja taakan ri-pustuspisteen alku- ja loppunopeuden perusteella lasketuista useista vakiokestoisista tasaisen kiihtyvyyden 35 kiihdytyspulsseista. Tilatasoesitystä ajatellen keksinnön 91517 3 mukaisessa ratkaisussa kiihdytyspulssin radan keskipisteen paikka vaihtelee kiihdytyspulssin arvon eli suuruuden vaihdellessa, mutta radan kaaren pituus on vakio tai ainakin ennalta määrätty.

5 Keksintö tarjoaa laskennallisesti edullisen tavan ripustetun taakan kiihdytysten ja jarrutusten määrittämiseksi siten, että lähtien mistä tahansa ripustetun taakan ripustuspisteen alkunopeudesta, ripustetun taakan heilahduskulmasta ja ripustetun taakan heilahduskulman kulmano-10 peudesta päädytään mihin tahansa ripustetun taakan ripustuspisteen nopeuteen, ripustetun taakan heilahduskulmaan ja ripustetun taakan heilahduskulman kulmanopeuteen halutussa ennalta määrätyssä ajassa. Keksintöä voidaan hyödyntää kaikkien ripustusjärjestelmien ohjaamiseen, joissa 15 ripustustavasta johtuen esiintyy taakan harmoninen värähdysliike. Keksintö soveltuu esimerkiksi siltanostureihin.

Kehitetty menetelmä sopii erityisesti käytettäväksi laitteissa, joissa ripustetun taakan asemaa mitataan. Tällöin menetelmällä voidaan nopeasti laskea ohjaus taakan 20 ohjaamiseen haluttuun asemaan ja nopeuteen. Järjestelmissä, joissa taakan asemaa ei mitata, taakan liikkeet lasketaan matemaattisen mallin avulla ja ohjaukset lasketaan mallin perusteella.

Seuraavassa keksintöä selostetaan viitaten oheisiin 25 kuvioihin, joissa kuviossa 1 on esitetty harmonisen värähtelijän periaatekaavio, kuviossa 2a on esitetty sinänsä tunnettu nopeussek- venssi, 30 kuviossa 2b on esitetty kuviota 2a vastaava tilata soesitys, kuviossa 3a on esitetty toinen sinänsä tunnettu no-peussekvenssi, kuviossa 3b on esitetty kuviota 3a vastaava tilata-35 soesitys, 91517 4 kuvio 4 esittää tilatasoesitystä, kuvio 5 esittää nopeus- ja kiihtyvyyskuvaajaa, kuvio 6 esittää kuviota 5 vastaavaa tilatasoesitystä, 5 kuvio 7 esittää keksinnön mukaisen menetelmän vuo- kaaviota.

Kuvioon 1 viitaten esitetään seuraavat merkinnät;

Xr = ripustuspisteen paikka x suunnassa 10 Xt = ripustetun taakan paikka x suunnassa

Yt = ripustetun taakan paikka y suunnassa 1 = taakan ripustusköyden pituus g = gravitaatiokiihtyvyys m = taakan massa 15

Ripustetun taakan paikalle saadaan kuvasta 1 lausekkeet (1) ja (2) .

(1) Xt = Xr-lsin0 20 (2) yt = (· sin Θ

Taakan kineettiselle energialle W saadaan kaavasta (3).

: (3) W = ln.((^)2 + (^f) 25 2 dI dt

Sijoittamalla yhtälöt (1) ja (2) yhtälöön (3) saadaan ripustetun taakan kineettinen energia polaarisessa koordinaatistossa (4).

(4) W = -m(x*-2l—^cos9 + (C^)J) 30 2 dt dt dt

Taakan potentiaalienergialle saadaan kuvasta 1 yhtälö (5) (5) V = —mgi cos Θ

Tunnetusti lagrangen funktio on 35 . (6) L = W-V.

5 91 51 7

Sijoittamalla yhtälöt (4) ja (5) yhtälöön (6) saadaan lagrangen funktioksi tässä tapauksessa yhtälö {7).

5 (7) L = —-m(x2 — 2£——Lcos0 + (l—)J)+mgicos0 2 dt dt dt

Lagrangen funktiosta L johdetaan systeemin liikeyhtälö sijoittamalla lagrangen liikeyhtälöön (8).

d 3L öL

(8) T(~dS~)_T~ = Qi dt a(££L} aqi dt missä L = lagrangen funktio 15 qt = i:s koordinaatti Q, = systeemiin ulkopuolelta vaikuttava voima

Sijoittamalla johdettu lagrangen funktio (7) lagrangen liikeyhtälöön (8) ja suorittamalla derivoinnit saadaan systeemin liikeyhtälöksi yhtälö (9) .

(9) ^ + £sin0 = ^--cos0 dt2 l dt2 l

Pienillä heilahduskulmilla (0<lO°) sin0=O ja cos0»l. Näillä oletuksilla yhtälö (9) sievenee muotoon (10).

<10> ^ = dt2 l dt2 g

Yhtälöstä (10) nähdään, että ripustetun taakan heilahduskulmaa 0 ohjataan taakan ripustuspisteen xr 30 kiihtyvyydellä. Edelleen yhtälöstä (10) päästään tilatasoesitykseen kertomalla yhtälön d0/dt:llä jolloin saadaanyhtälö (11) .

a» Λ..Ι) dt dt dt t dt2 g 35 91517 6 Säännön 1 AQs2 „άθά2θ

(12) —(—)= 2TTT

dt dt dt dt mukaan saadaan yhtälöstä (11) yhtälö (13) 5 ,13, = 2 dt l dt2 g dt 10 Integroimalla yhtälö (13) θ:η suhteen saadaan (14).

(14) -(—)2 =-£(-θ2-0^--) + 0 2 dt 12 dt2 g 15 Kun oletamme systeemin alkutliassaan heilahduksettomaan tilaan (t=0, θ=0, d0/dt=O) integrointivakio C on nolla. Näin tulokseksi saadaan yhtälö (15).

(15) A = dt £ dt g dt g 20

Merkitsemällä taakan ripustuspisteen kiihtyvyyttä a :11a saadaan yhtälöstä (15) yhtälö (16).

(16) (^/β)2=-((θ--)2-(-)2) dt y t g g edelleen merkitsemällä 30 (17) ω = ^/β dt V f saadaan yhtälö (18).

(18) ω2 + (θ--)2 = (-)2 35 g g 91517 7

Yhtälöstä (18) nähdään, että taakan heilahtelu piirtää tilatasossa (0,a/g) keskisiä ympyröitä. Tilatasoesityksen havainnollistamiseksi viitataan kuvioihin 2a, 2b, 3a ja 3b. Kuvioissa 2a ja 2b on esitetty sinänsä tun-5 nettu nosturin nopeussekvenssi ja sitä vastaava tilatasoesitys. Kuvioiden 2a ja 2b tapauksessa systeemiä kiihdytetään tasaisella kiihtyvyydellä a systeemin ominaisheilah-dusaikaa vastaava aika r. Matemaattiselle heilurille omi-naisheilahdusaika saadaan kaavasta 10 (19) τ = 2π —

U

Tilatasoesityksestä nähdään, että tällöin kulma/ kulmanopeus-koordinaatistoon piirtyy (0,a/g) keskinen ym-15 pyrä. Kuvioissa 3a ja 3b systeemiä kiihdytetään sekvenssillä, joka koostuu kahdesta t/6 pituisesta vakiokiihty-vyyspulssista sekä r/3 pituisesta tasaisen nopeuden jaksosta. Systeemi on alkutilassaan heilahduksettomassa lepotilassa, jolloin taakan heilahduskulma ja kulmanopeus ovat 20 nollat. Kun systeemiä kiihdytetään tasaisella kiihtyvyydellä a, tilatasoon piirtyy (0,a/g) keskinen ympyrä, joka sivuaa alkupistettä (0,0). Kun kuvioissa 2a ja 2b systeemiä kiihdytettiin tasaisella kiihtyvyydellä a aika r (omi-naisheilahdusaika), piirtyi tilatasoon täysi ympyrä. Ku-• 25 vioissa 3a ja 3b ensimmäisen kiihdytyspulssin pituus on t/6, jolloin tilatasoon piirtyy (0,a/g) keskinen ympyrä-kaari lähtien pisteestä (0,0), jonka kaaren pituus on 360/6 = 60 astetta. Tämän jälkeen nopeussekvenssissä seuraa tasainen nopeuden vaihe, jolloin systeemin kiihtyvyys 30 a=0. Tällöin tilatasoon piirtyy (0,0) keskinen ympyräkaari lähtien tilatason pisteestä, jossa edellinen kiihdytyssek-venssi loppui. Koska tasaisen nopeuden vaiheen kesto on t/3, piirtyy tilatasoon ympyräkaari, jonka pituus on 360/3=120 astetta. Lopuksi systeemiä kiihdytetään uudes-35 taan kiihtyvyydellä a aika (t/6). Tällöin tilatasoon piir- 91517 8 tyy jälleen (0;a/g) keskinen ympyräkaari, jonka kaaren pituus on 360/6=60 astetta ja joka alkaa pisteestä, johon edellinen kiihdytyspulssi (vakionopeus, a=0) loppui. Kuviosta 3b nähdään, että systeemin tilat päätyvät nolliksi 5 ajan r/6 kuluttua. Jos systeemin kiihtyvyys a jatkossa on nolla, systeemi liikkuu vakionopeudella ilman taakan heilahtelua .

Harmonisesti värähtelevää taakkaa 3, esimerkiksi siltanosturissa, siirretään alkutilasta taakan heilahduk-10 sen lopputilaan ja ripustuspisteen loppunopeuteen vref ohjaamalla taakkaa ohjaussekvenssillä a(t), joka koostuu peräkkäin suoritettavista kiihdytyspulsseista a±. Menetelmässä taakan heilahduksen alkutilat ja lopputilat sekä ripustuspisteen alkunopeus ja loppunopeus mitataan tai esti- 15 moidaan. Keksinnön mukaisesti taakan ohjaussekvenssi a(t) muodostetaan taakan heilahdusliikkeen satunnaisten alkuja lopputilojen ja taakan ripustuspisteen alku- ja loppunopeuden perusteella lasketuista useista vakiokestoisista tasaisen kiihtyvyyden kiihdytyspulsseista (alf a2, a3·..

20 an).

Kuvio 4 esittää myös tilatasokaaviota. Kuvioon 4 viitaten keksinnön mukaisen menetelmän eräässä laskennallisesti edullisessa sovellutuksessa lasketaan ohjaus, joka johtaa haluttuihin systeemin loppunopeuteen, taakan hei-25 lahduskulmaan ja taakan heilahduskulman loppunopeuteen, sovittamalla kolme r/4 pituista kiihdytysjaksoa (ax, a2 ja a3) siten, että ne toteuttavat halutun systeemin nopeuden muutoksen Δν eli dv.

30 (20) Δν = —(a,+a2+a3) 4

Koska menetelmän eräässä sovellutuksessa on valittu kunkin kiihdytysjakson i pituudeksi t/4, kukin kiihdytys-jakso vastaa tilatasossa kuljettua 90 asteen ympyräkaarta 35 (360/4=90), jonka ympyrän keskipiste on (O^^g), ja ympy- 91517 9 räkaaren alkupiste (α^,θ^ ja loppupiste (ω2,θ2) . Tämän kiihdytysjakson päätyttyä on systeemin tila siirtynyt pisteestä (ω1,θ1) pisteeseen (ω2,θ2). Koska kiihdytysjakson pituus oli valittu r/4:ksi, saadaan piste (ω2,θ2) lasketuk-5 si, kun lisäksi tunnetaan kiihtyvyys ax, kaavoista (21) ja (22) .

(21) ω2 g 10 (22) θ2 =ω,+— g

Menetelmän eräässä sovelluksessa lasketaan ohjaus, joka toteuttaa halutun ripustuspisteen nopeuden muutoksen Δν ja jonka lopuksi taakan heilahduskulma ja kulmanopeus 15 ovat siirtyneet tilatason pisteestä (ω0,θ0) pisteeseen (ω3,θ3) siten, että käytetään kolmea t/4 pituista tasaisen kiihdytyksen jaksoa alf a2 ja a3· Kiihtyvyydet ax, a2 ja a3 voidaan ratkaista yhtälöistä (23) - (29).

20 (23) CO, = —-0O g : 25 (24) θ, = ω0 + — £ (25) ω2 = --0, g 30 (2 6) θ2 = ω, + — g (27) ω3=^--θ2 g 35 91517 10 (2 8) θ3 = ω2 + — β XC . S» S-j ä-i .

c (29) Δν = —^ (—L + — + —) 5 4 g g g

Yhtälöiden (23) - (29) muuttujista tunnetaan Δν, coq, 6q, (¾ ja Θ3. Yhtälöistä ratkaistaan kiihtyvyydet aj, a2 ja 83 siten, että tuntemattomat muuttujat ωχ, θ|, (¾ ja 83 supistuvat pois lopullisista yhtälöistä. Näin 10 kiihtyvyyksille aj, 83 ja 83 saadaan tilatasossa ratkaistuksi yhtälöt (30) - (32).

(30) — = ^(— -y3-x0) g 2 tg 15 (31) — = ^(y3-x3+x0 + y0) g 2 ~ a, 1 , 4Δνν (32) — = -(x3-y0+-) 20 S 2

Esimerkkinä lasketaan kiihtyvyydet aj, a2 ja 33, jotka ohjaavat nosturisysteemin alkutiloista xq = (Oq = 0, 02 rad/2, YO = θθ = 0,02 rad lopputiloihin X3 = 0)3 = 0,0 rad/2, y3 = Θ3 25 =0,0 rad siten, että ripustuspisteen nopeus muuttuu alkuarvosta 0,1 m/s loppuarvoon 0,5 m/s, kun taakan nostokorkeus l = 10 m.

30 i 10 m Χ = 2'3,14Ί9,81 m/sT 35 r = 6,3437 s 91517 11 a. 1 ,4Δν -=-(--y3-xo) g 2 xg £l = 1 (4' (£’3z£ ^-o-o, 02) g 2 6,3437-9,81 5 - = -0,0036 g 10 — = ^·(Υ3-χ3 + χο+Υο) g 2 - = -(0 - 0 +0,02+ 0,02) g 2 — = 0,02 15 8 a, 1 , 4Δν.

— = -(x3-y0+—) g 2 tg ll = l(0-0t02 + -4(0,3~Q,1-)) 20 g 2 6,3437-9,81 — = -0,0036 g 25 Kiihtyvyyksien a. suuruudet määrätään siis sovitta- maila tilatasoon vastapäivään kiertyviä ympyräkaaria, joiden ympyröiden keskipisteen toinen koordinaatti on ai/g).

Kuvioissa 5 ja 6 on esitetty nopeus- ja kiihtyvyys-sekvenssi ja sitä vastaava tilatasokaavio edellä esitetyl-30 le tapaukselle. Kuviosta 5 havaitaan kiihtyvyyssekvenssin a(t) koostuvan kolmesta osasta, joiden suuruudet ovat edellä lasketun suuruiset eli a1/g= -0.0036, a2/g= 0.2 ja a3/g= -0.0036. Tilatasossa vastaavasti siirrytään vastapäivään pisteestä alkupisteestä A (0.02, 0.02) pisteiden B ja 35 C kautta origoon O.

91517 12

Kuviossa 1 esitetty harmoninen värähtelijä voi olla esimerkiksi siltanosturi, joka käsittää nosturikelkan 1, johon on ripustusvälineen 2 välityksellä ripustettu taakka 3. Edelleen nosturi käsittää ohjauspäätteen 4 ja ohjausyk-5 sikön 5. Nosturin kuljettaja antaa ohjauspäätteestä no-peusohjeita v f, jotka ohjausyksikön kautta kohdistetaan nosturille, eli käytännössä nosturikelkan 1 siirtomootto-reille. Kuvio 7 esittää keksinnön mukaisen menetelmän vuo-kaaviota, mutta kuviota 7 voidaan pitää myös ohjausyksikön 10 sisäisenä lohkokaaviona. Kuvioihin 1 ja 7 viitaten ensimmäisessä lohkossa 101 ohjausyksikköön 5 luetaan nosturin kuljettajan antama nopeusohje v f. Seuraavassa lohkossa eli ensimmäisessä testauslohkossa 102 kuljettajan antamaa nopeusohjetta verrataan edelliseen nopeusohjeeseen ja mi-15 kali se on muuttunut, niin tällöin seuraavassa lohkossa 103 luetaan taakan 3 heilahduskulma ja taakan kulmanopeus ω0, jotka esittävät alkutilannetta. Lisäksi lohkossa 103 lasketaan haluttu nopeuden muutos dv. Seuraavassa lohkossa 104 edellä esitettyjen yhtälöiden (30)-(32) perus-20 teella lasketaan vakiopituiset (edullisesti r/4) uudet ohjaukset eli kiihdytyspulssit ax, a2, a3, jotka talletetaan erityiseen ohjelmalliseen suoritustaulukkoon. Kiihdytys-pulssien laskennassa käytetään hyväksi myös haluttuja lopputiloja eli taakan lopputilan kulmanopeutta ωχ ja heilah-* 25 duskulmaa

Seuraavassa vaiheessa 106 toisen testauslohkon 105 jälkeen talletetuista kiihdytyspulsseista a3, a2, a3 lasketaan uusi nopeusohje, joka viimeisessä lohkossa 107 kohdistetaan ohjauksena nosturin siirtomoottoreille. Mikäli 30 ensimmäisessä testauslohkossa 102 havaitaan, että nopeus- ohje vref ei ole muuttunut ja jos lohkossa 105 havaitaan, että suoritustaulukko on tyhjä, niin tällöin lohkossa 108 nopeudeksi otetaan suoraan käyttäjän antama nopeusohje vfef, joka kohdistetaan nosturin siirtomoottoreille lohkon 35 107 mukaisesti.

91517 13

Kuviossa 1 taakan satunnaiset alkutilat eli taakan 3 heilahduskulma θ0 ja taakan kulmanopeus ω0 ja taakan nopeus v saadaan takaisinkytkentälinjoista 10 - 12. Halutut lopputilat eli taakan lopputilan heilahduskulma θΛ, kulma-5 nopeus ω1 ja nopeusohje vref saadaan ohjauslinjoista 13 - 15. Nopeudenmuutos dv saadaan linjojen 15 ja 12 erotuksena .

Keksinnön mukaisella tavalla laskettu kiihdytys-pulsseista a1# a2, a3 saatu uusi nopeusohje kohdistetaan 10 ohjauksena nosturin siirtomoottoreille ohjauslinjan 120 kautta.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä vakiokestoisten kiihdytyspulssien suuruudet lasketaan halutun ripustuspis-teen nopeuden muutoksen dv, sekä haluttujen heilahduskul-15 man alkuarvojen ja loppuarvojen ja kiihtyvyyspulssin valitun kestoajan r/n perusteella. Arvo n:lie on edullisesti 4, joka trigonometrisesti tuottaa parhaimman ja yksinkertaisimman tuloksen laskennassa sini- ja kosinitermien osalta. Keksinnön mukaisessa menetelmässä vakiokiihtyvyy-20 dellä suoritettavien kiihdytyspulssien kesto ja kytkentä-hetket on ennalta määrätty.

Kaavat (30)-(32) määrittelevät jokaisen vakiokes-toisen kiihdytyspulssin suuruuden funktiona satunnaisista alku- ja lopputiloista (taakan heilahduskulma Θ, kulmano-. 25 peus ω, taakan loppunopeus). Jokainen kiihdytyspulssi aj, a2, a3 ratkaistaan suoraan laskennallisesti, ei siis iteroimalla. Menetelmän laskennallisesti ja laiteratkaisultaan edullisessa toteutusmuodossa ohjaussekvenssin a(t) kukin kiihdytyspulssi alf a2, a3 lasketaan vakiokestoisesta 30 laskennallisesta likiarvoistuksesta, joita esittävät kaa-. vat (30)-(32). Tällöin siis halutun nopeudenmuutoksen dv toteuttavat kiihdytyssekvenssin a^^ vakiokestoiset tai ainakin ennaltamäärätyn pituiset osat eli kiihdytyspulssit ax, a2, a3 kukin suoraan muodostetaan eli lasketaan funktiona 35 taakan heilahduksen satunnaisista alku- ja lopputiloista 91517 14

Xq, yQ, x3, y3, (missä x merkitsee kulmanopeutta ω ja y merkitsee heilahduskulmaa Θ), ja edelleen funktiona halutusta nopeudenmuutoksesta Δν eli dv ja valitusta yksittäisen kiihdytyspulssin kestosta, joka on edullisesti r/4, ja 5 edelleen funktiona vetovoimakiihtyvyydestä g. Edellä esitetylle on menetelmän käyttökelpoisuutta parantavana edullisena toteutusmuotona lisäksi se, että kiihdytyspulssien likiarvoistukset valitaan siten, että kunkin yksittäisen kiihdytyspulssin a3, a2, a3 muodostamisessa käytettävien 10 laskennallisten tekijöiden niin salliessa vakiopituiset ja/tai ennalta määrätyn pituiset kiihdytyspulssit muodostetaan itseisarvoltaan toisistaan poikkeaviksi. Kiihty-vyyspulssien suuruuden muodostukset eli laskenta on siis vapaa keskinäisiä alkuasetuksista, jotka rajoittaisivat 15 menetelmän soveltuvuutta.

Eräs mahdollinen sovellus keksinnölle voi olla nosturi j ärj estelmä , jossa taakan heilahduskulmaa, kulmanopeutta ja taakan ripustuspisteen nopeutta mitataan ja lisäksi taakan ripustuspisteen nopeutta voidaan vapaasti oh-20 jata. Tällöin voidaan keksinnön mukaisella menetelmällä laskea ohjaus, jonka lopputuloksena taakan nopeus, heilahduskulma ja kulmanopeus ovat halutut. Esimerkiksi, jos nosturi on pysähdyksissä, mutta taakka heiluu ja heilahduskulma ja kulmanopeus voidaan mitata tai virheettömästi ; 25 mallintaa matemaattisella mallilla tai simulaattorilla, voidaan keksinnön mukaisella menetelmällä laskea kiihdytyspulssit, joiden lukumäärä ja kesto ovat ennalta tunnetut ja joiden suorituksen jälkeen nosturi liikkuu halutulla loppunopeudella ilman taakan heiluntaa.

30 Eräässä sovellutuksessa kuljettajan ohjauspäättees- tä 4 luetaan nosturin haluttu liikenopeus v f, jolla nosturin ja taakan 3 halutaan liikkuvan ilman taakan heilahtelua niin, että taakan heilahduskulma ja kulmanopeus ovat nollia. Tässä sovellutuksessa taakan heilahduskulma ja 35 kulmanopeus mitataan ja nopeuden oletetaan seuraavan ha- 91517 15 luttua ohjausjärjestelmän nopeuspyyntöä tarkasti. Kun kuljettajan antama nopeuspyyntö muuttuu, luetaan tällä hetkellä taakan heilahduskulman, kulmanopeuden ja ripustus-pisteen nopeudet sekä uusi haluttu nosturin ja taakan hei-5 lahdukseton loppunopeus. Nämä arvot sijoitetaan keksinnön mukaisiin kaavoihin ja lasketaan kiihdytyspulssit, joiden loputtua haluttu loppunopeus ilman taakan heiluntaa on saavutettu.

Eräässä keksinnön sovellutuksessa mitataan taakan 10 heilahduskulma ja taakan ripustuspisteen nopeus seuraa tarkasti ohjausjärjestelmän nopeusohjetta. Tässä sovellutuksessa nosturin taakan heilunnan dynaamista mallia hyödynnetään taakan heilahduksen kulmanopeuden laskentaan.

Eräässä keksinnön sovellutuksessa taakan ripustus-15 pisteen nopeus seuraa tarkasti ohjausjärjestelmän antamaa nopeusohjetta ja taakan heilahduskulmaa tai kulmanopeutta ei mitata, vaan taakan heilahduskulma ja kulmanopeus oletetaan käyttäytyvän nosturin dynamiikkaa kuvaavan matemaattisen mallin tai simulaattorin mukaisesti.

20 Eräässä keksinnön mukaisen menetelmän sovellutuk sessa taakan heilahduskulma vaimenee tasaisesti, jolloin taakan heilahduskulma ja kulmanopeus piirtävät tilatasoon ympyrän sijasta spiraalin. Tämä huomioidaan keksinnön mukaisia yhtälöitä muodostettaessa siten, että kulma-kulma-: 25 nopeus -piste lähestyy tietyllä suhteella ympyräliikkeen keskipistettä jokaista kehällä liikuttua kaaren pituusyksikköä kohti. Kyseessä on lineaarinen muutos, joka näkyy yhtälöissä ainoastaan kertoimena, eikä vaikuta yhtälöiden ratkaistavuuteen.

30 Vaikka keksintöä on edellä selitetty viitaten oheisten kuvioiden esimerkkeihin, on selvää, että keksintö ei ole rajoittunut ainoastaan niihin, vaan keksintöä voidaan muokata vaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims

91517 16

1. Menetelmä harmonisesti värähtelevän taakan ohjaamiseksi, jossa menetelmässä taakkaa (3) siirretään al- 5 kutilasta taakan heilahduksen lopputilaan ja ripustuspis-teen loppunopeuteen (vref) ohjaamalla taakkaa ohjaussek-venssillä (a(t)), joka koostuu peräkkäin suoritettavista kiihdytyspulsseista (ai) , ja jossa menetelmässä taakan heilahduksen alkutilat ja lopputilat sekä ripustuspisteen al- 10 kunopeus ja loppunopeus mitataan tai estimoidaan, tunnettu siitä, että taakan ohjaussekvenssi a(t) muodostetaan taakan heilahdusliikkeen satunnaisten alku- ja lopputilojen ja taakan ripustuspisteen alku- ja loppunopeuden perusteella lasketuista useista vakiokestoisista tasaisen 15 kiihtyvyyden kiihdytyspulsseista (ai; a2, a3 ... aQ) .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä harmonisesti värähtelevän taakan ohjaamiseksi, tunnettu siitä, että vakiokestoisten kiihdytyspulssien (aA, a2, a3 . . . aQ) suuruudet lasketaan ripustuspisteen halutun nopeu- 20 den muutoksen (dv), haluttujen heilahduskulman ja kulmanopeuden alku-ja loppuarvojen (0Q, θχ, ω0, ωχ) ja kunkin kiihdytyspulssin valitun kestoajan (r/n) perusteella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että taakan heilahduskulma (Θ) ja 25 kulmanopeus (ω) määritellään harmonisen värähtelijän dynamiikkaa kuvaavan matemaattisen mallin tai simulaattorin avulla.

4. Patenttivaatimuksen l, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjaussekvenssin a(t) 30 kukin kiihdytyspulssi (a1# a2, a3 ... an) lasketaan vakio-• kestoisesta laskennallisesta likiarvoistuksesta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiihdytyspulssien (alf a2, a3 ... aQ) li-kiarvoistukset valitaan siten, että kunkin kiihaytyspuls- 35 sin muodostamisessa käytettävien laskennallisten tekijöi- 91517 17 den niin salliessa vakiopituiset ja/tai ennalta määrätyn pituiset kiihdytyspulssit muodostetaan itseisarvoltaan toisistaan poikkeaviksi.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mu-5 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjaussek- venssi (a(t)) muodostetaan kolmesta r/4 pituisesta kiihdy-tyspulssista (a^ a2, a3 ... an) .

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä las- 10 kettavat vakiopituiset ja/tai ennalta määrätyn pituiset kiihdytyspulssit (a2, a2, a3) talletetaan erityiseen ohjelmalliseen suoritustaulukkoon, jonka sisältö testataan, jonka jälkeen kiihdytyspulssit summataan asetetun nopeus-pyynnön dv toteuttavaksi ohjaussekvenssiksi. 91517 18