FI93201B

FI93201B - Menetelmä nosturin ohjaamiseksi

Info

Publication number: FI93201B
Application number: FI932416A
Authority: FI
Inventors: Tapani Kiiski
Original assignee: Kci Kone Cranes Int Oy
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1994-11-30
Also published as: FI932416A0; EP0626337A1; FI93201C; JPH0769581A

Description

93201

MENETELMÄ NOSTURIN OHJAAMISEKSI

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään nosturin siirtoliikkeen ohjaamiseksi. Tässä siirtoliikkeellä ymmärretään sekä nostovaunun siirtoliikettä 5 tai vaunua kannattavan kelkan liikettä tahi muuta olennaisesti vaakasuoraa liikettä, jolla liikutetaan elintä, jossa on nosto-köyden ripustuspiste tai johon on asennettu nostotela tai vastaava, johon nostoköysi kelataan.

Nostoköyden varassa riippuvan taakan siirtoliikkeen ohjauksessa 10 on ongelmana taakan heilahtelun vaimentaminen mahdollisimman pieneksi. Alalla tunnetaan useita ratkaisuja, jotka pyrkivät pysäyttämään taakan heilahduksettomasti päätepisteeseen. Esimerkiksi patenttihakemuksesta FI 920751 tunnetaan menetelmä, jossa nosturin siirtomoottorille annettuja ohjauskäskyjä 15 muokataan siten, että ohjauskäskyjä annettaessa muodostetaan sellaisia kiihdytys jakso ja, jotka sekä toteuttavat ohjauskäskyt että kompensoivat taakan heilahtelun siirtoliikkeen lopussa.

Tunnetussa ratkaisussa on käytetty hyväksi vapaasti riippuvan taakan heiluntaa kuvaavaa differentiaaliyhtälöä. Käytännön 20 toteutuksen helpottamiseksi siinä on kuitenkin tehty likimää-räistyksiä, joiden johdosta ohjausmenetelmät eivät ole tarkkoja, jos nostoliikkeen aikana nostoköyden pituus muuttuu. Tästä johtuen tunnettu menetelmä ei täysin kykene kompensoimaan siirtoliikkeen aikana syntynyttä heiluntaa.

25 Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi nosturin ohjausmenetelmä, jolla taakan heilunta saadaan kompensoitua myös silloin kun nostoköyden pituus muuttuu siirtoliikkeen aikana. Tämä toteutetaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan mää-rittämillä toimenpiteillä.

30 Keksinnön mukaisella tavalla ohjauksessa otetaan huomioon taakan heilahteluun vaikuttavan nostoköyden pituuden muutokset. Ohjaus seuraa siten olennaisesti taakan todellista heilahdusta ja muuttaa moottorin kiihdytysjaksot sen mukaisesti. Myös taa-• kan nostonopeuden ollessa suuri saadaan heilahdukset kompen- 2 93201 soitua. Keksinnön mukaisella menetelmällä taakka saadaan siirretyksi heilahduksettomasti nostokorkeuden muuttuessa myös ilman nopeuden takaisinkytkentää ohjauksessa määritettyjen kiihdytysjaksojen avulla. Hidastusjaksot on ymmärrettävä 5 kiihdytysjaksoja vastaaviksi, ainoastaan nopeuden muutoksen suunta niissä vastakkainen.

Keksintöä kuvataan seuraavassa sen erään suoritusmuodon avulla viitaten piirustuksiin, joissa - kuvio 1 esittää periaatekuvaa nosturista, 10 - kuvio 2 esittää nosturin kiihdytysjaksoja ohjattaessa siirtoliikettä nostoköyden pituuden pysyessä vakiona, - kuvio 3 esittää kiihdytysjaksoja nostoköyden pituuden muuttuessa ja - kuvio 4 esittää keksinnön mukaista ohjausta.

15 Kuvion 1 mukaisesti nosturin nostovaunu 1 liikkuu siirtomoot-torinsa ohjaamana kannatinkiskoilla 2 suuntaan x ohjauksen määräämällä nopeudella v. Nostovaunuun 1 kiinnitetyn nostoköyden 3 varassa riippuu taakka 4. Siirtoliikkeen aikana nosto-köysi ja sen varassa oleva taakka heilahtelevat ohjaustoimen-20 piteiden vaikutuksesta järjestelmän heilahdusyhtälön määräämällä tavalla. Nostoköydenpituus lasketaan tässä etäisyytenä ripustuspisteestä vaunussa 1 taakan 4 painopisteeseen. Taakan 4 heiluessa nostoköysi 3 muodostaa kulman 0 pystysuoran suunnan y kanssa. Tällöin pätee heilahdusyhtälö: 25 L*0" = - u - 2*0'*L' - g*0, (1) jossa L=nostoköyden pituus L/=nostoköyden pituuden muutosnopeus eli nostonopeus 0=hei1ahduskulma 0'=heilahduskulman 1. aikaderivaatta eli heilah-3 0 dusnopeus 0'^heilahduskulman 2. aikaderivaatta eli heilahduksen kulmaki ihtyvyys u= vaunun kiihtyvyys eli vaunun paikan 2. aikaderi-* vaatta 3 93201 g=putoamiskiihtyvyys = 9,81 m/s2.

Vastaavasti pätee heilahdusliikkeen heilahdusjakson ajalle T yhtälö: T = 2*ττ*ΐ/(L/g). (2) 5 Mikäli nostoköyden pituus L pysyy vakiona siirtoliikkeen tai ohjauksen aikana jää yhtälöstä (1) oikean puolen toinen termi pois, koska köyden pituuden L aikaderivaatta 1/ on nolla. Tällöin myös heilahtelun heilahdusaika T pysyy vakiona. Heilahdusyhtälö (1) supistuu muotoon: 10 L*0" = - u - g*0, (3)

Yhtälön (3) ratkaisu on jaksollinen funktio, jonka jakson pituus, so. heilahdusjakson pituus on T. Mikäli nostovaunun moottoria ohjataan keskenään yhtä suurilla kiihdytysjaksoilla, joiden vaihe-ero on T/2, kiihtyvyyden muutoksesta aiheutuva 15 heilahdus tulee kompensoitua kiihdytysjaksojen lopussa kuten esimerkiksi patenttihakemuksen FI 920751 mukaisessa ratkaisussa on toteutettu. Yhtälön (3) mukaista tilannetta on kuvattu kuviossa 2a), jossa ajanhetkellä t=t0 alkaa kiihdytysjakso 21, jonka suuruus on ux päättyen hetkellä t=tl. Hetkellä t=t2=t0+T/2 20 alkaa toinen kiihdytysjakso 22, joka on suuruudeltaan ja kestoltaan jakson 21 pituinen ja päättyy hetkellä t=t3=t1+T/2. Vastaavasti hidastettaessa muodostetaan hidastus jaksot 23 ja 24 hetkistä t4 ja t6 alkaen päättyen vastaavasti ajanhetkillä t5 ja t7. Katkoviivalla on esitetty nopeuden v vaihtelu siirron 25 aikana.

Kuviossa 2b) on kuvattu heilahduskulman Θ ajallista vaihtelua kuvion 2a) kiihtyvyysjaksojen vaikutuksesta. Katkoviivoilla on kuvattu yksittäisten kiihtyvyysmuutosten aiheuttamia heilahduksia ja ehyellä viivalla on kuvattu taakan kokonaisheilahduksen 30 heilahduskulmaa.

Kun kuvion 2a) mukaisen ohjauksen aikana nostoköyden pituus muuttuu nostettaessa taakka nostokoneistolla, ei ohjauksen 4 93201 heilahduksen kompensoiva vaikutus toteudu täydellisesti johtuen siitä, että yhtälön (1) nostonopeudesta riippuvaa termiä ei ole otettu huomioon ja että samalla myös heilahdusjakson pituus muuttuu yhtälön (2) mukaisesti.

5 Esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä muutetaan moottorin kiihdytysjaksoa lisäämällä siihen korjaustermi, joka ottaa huomioon nostonopeuden vaikutuksen. Tätä varten määritetään nostoköyden pituuden muutos ja taakan nostonopeus. Kun kuvion 2 esittämään kiihtyvyysjaksoa 21 korjataan suureella uk 10 = -2*0'*L', saadaan ohjausjaksoksi U = Uj - 2*0'*L'. Kun U:n arvo sijoitetaan kiihtyvyyssuureen u paikalle yhtälössä (1), palautuu yhtälö (1) yhtälön (3) muotoon, jossa u:lla on arvo Uj. Koska kor jaustermi uk on ajan funktio riippuen heilahduskulman ja nostoköyden pituuden aikaderivaatasta, uk:n arvo muuttuu 15 ajan funktiona.

Kuvioissa 3 on kuvattu keksinnön mukainen moottorin ohjausjak-son muodostus. Kuviossa 3a) on esitetty korjaustermin mukainen lisäohjaus 31 siirtoliikkeen alussa ja vastaavasti lisäohjaus 31' siirtoliikkeen lopussa. Kuvatussa esimerkissä nostonopeus 20 on oletettu vakioksi ohjausjakson aikana ja esityksen selventämiseksi on sekä kiihdytyksen että hidastuksen yhteydessä suoritetut korjaukset kuvattu samansuuruisina ja alkamaan hetkellä, jolloin heilahduskulma ja heilahduksen nopeus on nolla.

25 Lisäohjaus 31 vaikuttaa siirtovaunun nopeuteen lisäten sitä haluttua (-ohjauskäskyä) suuremmaksi. Tämän vuoksi tulee lisäohjausta muuttaa siten, että tavoitenopeus saavutetaan. Koska puolen jakson jälkeen suoritettu vastakkaissuuntainen ohjausjakso aiheuttaa vastaavan suuruisen heilahduksen, saadaan 30 tämä aikaiseksi jakamalla kuvion 3b) kuvaamalla tavalla lisäohjaus kahteen osaan 32 ja 33, joiden suuruus on puolet lisäoh-jauksesta 31 ja joista jälkimmäinen alkaa sillä hetkellä, kun lisäohjauksen edellinen osa on vastakkaisessa vaiheessa. Jälkimmäinen lisäohjaus on myös vastakkaissuuntainen, so. jos 35 ensimmäinen lisäohjaus on kiihdyttävä tietyllä ajanhetkellä, niin jälkimmäinen on vastaavasti hidastava ajan T/2 kuluttua, II: 5 93201 kun T on vallitseva heilahdus jakson pituus. Näin lisäohjaukset 32 ja 33 kompensoivat toistensa aiheuttaman nopeusmuutoksen ja samalla kompensoivat nostokorkeuden muutoksen aiheuttaman heilunnan. Nostokorkeuden muutoksen vaikutus heilahdusjaksoon 5 otetaan huomioon skaalaamalla yhtälön (2) määräämällä tavalla. Kuviossa 3 c) on kuvattu kokonaisohjaus jaksot 34 ja 35 yhtenäisillä viivoilla ja katkoviivoilla ohjauksen perusteella muodostetut kiihdytysjaksot 21-24.

Kuvio 4 esittää periaatteellista ohjauskaaviota keksinnön 10 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi. Nosturin käyttäjän ohjauksen perusteella muodostetaan ohjausjaksot yksikössä 41, jonka ulostulo viedään korjausyksikköön 42 ,jossa ohjausta muutetaan korjaustermillä uk. Yksikön 41 sisääntulosuureina ovat köyden pituus L, heilahduskulma Θ. Yksikön 42 tulosuureina 15 ovat korjaustermin uk lisäksi yksikön 41 lähtösuure Uj ja heilahdus jakson pituus T. Korjaustermi uk muodostetaan yksikössä 43, johon tuodaan heilahduksen kulmanopeus θ' ja köydenpi-tuuden muutosnopeus L'. Yksiköstä 42 saadaan ulostulosuureena moottorin ohjausjakso U ajan funktiona.

20 Keksintöä on edellä kuvattu sen erään suoritusmuodon avulla. Esitystä ei kuitenkaan ole katsottava rajoittavaksi, vaan keksinnön sovellutusmuodot voivat vapaasti vaihdella seuraavien patenttivaatimusten määräämissä rajoissa.

Claims

6 93201

1. Menetelmä nosturin siirtoliikkeen ohjaamiseksi nosturin nostoköyden (3) pituuden (L) muuttuessa samanaikaisesti, jossa menetelmässä nosturin siirtoliikettä ohjataan ohjauskäskyjen 5 perusteella määritellyillä moottorin kiihdytysjaksoilla (21-24) ja jossa menetelmässä määritetään nostoköyden pituus (L), tunnettu siitä, että nostoköyden pituuden (L) muuttuessa muodostetaan moottorille ainakin yksi lisäkiihdytysjakso (31-33,31'-33'), joka on verrannollinen ainakin taakan (4) nostono-10 peuteen (L') ja taakan (4) heilahduksen kulmanopeuteen (θ'),

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäkiihdytysjaksot (31-33) ovat verrannollisia taakan (4) nostonopeuden (I/) ja taakan heilahduksen kulmanopeuden (Θ·) tuloon.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäkiihdytysjakso on jaettu kahteen osaan (32,33), jotka toteutetaan puolen heilahdusjakson (T/2) välein. ti 7 93201