JP2001106474A - Method and device for controlling crane - Google Patents
Method and device for controlling craneInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、クレーンの制御方
法およびこれを利用する制御装置に関する。更に詳述す
ると、本発明はクレーンの吊り荷の振れを防止する制御
方法および制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crane control method and a control device using the same. More specifically, the present invention relates to a control method and a control device for preventing a swing of a suspended load of a crane.
【０００２】[0002]
【従来の技術】旋回可能なブームを有するクレーンの制
御では、吊り荷を目標位置まで短時間で移行させること
が望まれる。このために、吊り荷の移行途中の荷振れを
小さくすると共に、目標位置に到達したときの残存振れ
をできるだけ早く減衰させることが必要になる。現状で
はクレーンの運転は熟練した操縦者の勘に頼ることが多
いが、これでは操縦者の経験や熟練度によって吊り荷の
操作に差が生じてしまい安全性や経済性の観点から自動
制御が望まれている。2. Description of the Related Art In the control of a crane having a swivelable boom, it is desired to transfer a suspended load to a target position in a short time. For this reason, it is necessary to reduce the load deflection during the transfer of the suspended load, and to attenuate the remaining deflection at the time of reaching the target position as soon as possible. At present, the operation of cranes often depends on the intuition of skilled operators.However, in this case, there is a difference in the operation of suspended loads depending on the experience and skill of the operators, and automatic control is required from the viewpoint of safety and economy. Is desired.
【０００３】このため、吊り荷の振れを誘発しないよう
に最適な旋回目標パターンに基づいた制御方法が開発さ
れている。この制御方法は、最適な目標パターンを決定
するためにいわゆる最大原理という理論を用いて制御を
行うようにしている。For this reason, a control method based on an optimum turning target pattern has been developed so as not to induce swing of a suspended load. In this control method, control is performed using a theory called a so-called maximum principle in order to determine an optimum target pattern.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たクレーンの制御方法では、吊り荷が定められた目標軌
道に正確に追従するように旋回に起因する振れのみを無
くすように制御しているので、機械的な振動や風等の外
乱が生ずると吊り荷が揺れて正確に制御できなくなるお
それがある。However, in the crane control method described above, since the suspended load is controlled so as to eliminate only the run-out caused by the turn so as to accurately follow the predetermined target trajectory, If disturbance such as mechanical vibration or wind occurs, the suspended load may oscillate and may not be controlled accurately.
【０００５】そこで、本発明は、旋回による振れだけで
なく外乱に起因する吊り荷の振れも有効に防止できるク
レーンの制御方法および制御装置を提供することを目的
とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a crane control method and a crane control method capable of effectively preventing not only the swing due to turning but also the swing of a suspended load caused by disturbance.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、少なくともｚ軸を中心に旋
回可能なブームを有して該ブームに吊り下げた吊り荷を
運搬可能なクレーンの制御方法において、吊り荷を旋回
移送する目標旋回角度θｒのｘ方向成分およびｙ方向成
分とフィードバックした吊り荷のｘ方向の位置及び速度
並びにｙ方向の位置及び速度とに基づいて、吊り荷の振
動が減衰振動に成るように線形制御理論により実際の旋
回角度θを設定してクレーンに入力するようにしてい
る。また、請求項３記載の発明は、少なくともｚ軸を中
心に旋回可能なブームを有して該ブームに吊り下げた吊
り荷を運搬可能なクレーンの制御装置において、吊り荷
を旋回移送する目標旋回角度θｒのｘ方向成分およびｙ
方向成分とフィードバックした吊り荷のｘ方向の位置及
び速度並びにｙ方向の位置及び速度との入力により、吊
り荷の振動が減衰振動に成るように線形制御理論により
ブームの実際の旋回角度θを設定してクレーンに入力す
るようにしている。In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a boom capable of rotating at least about the z-axis so that a suspended load suspended on the boom can be carried. In the crane control method, the suspended load is determined on the basis of the x-direction component and the y-direction component of the target swing angle θr for rotating and transferring the suspended load, and the position and velocity in the x direction and the y direction of the suspended load fed back. The actual turning angle θ is set according to the linear control theory so that the vibration becomes damped vibration and is input to the crane. According to a third aspect of the present invention, there is provided a control device for a crane having a boom capable of rotating at least about the z-axis and capable of transporting a suspended load suspended on the boom, the target swing for rotating and transferring the suspended load. X direction component of angle θr and y
By inputting the direction component and the position and velocity in the x direction and the position and velocity in the y direction of the suspended load fed back, the actual swing angle θ of the boom is set by linear control theory so that the vibration of the suspended load becomes damped vibration. And then to enter the crane.
【０００７】したがって、吊り荷を目標旋回角度θｒだ
け旋回させようとするときに、クレーンに対して目標旋
回角度θｒを直接与えずに、制御用に設定された実際の
旋回角度θを与えるようにする。そして、この旋回角度
θは吊り荷の位置や速度をフィードバックさせて吊り荷
の振動が減衰振動に成るように線形制御理論により決定
しているので、ブームの旋回時の吊り荷の振れや目標旋
回角度θｒに達したときの吊り荷の残存振れの発生を防
止することができる。しかも、外乱に起因して吊り荷が
振れた場合でも、この振れが吊り荷の位置および速度と
して検出されてフィードバック処理により振れを無くす
ように制御できる。Therefore, when the suspended load is to be turned by the target turning angle θr, the actual turning angle θ set for the control is given to the crane without directly giving the target turning angle θr. I do. The swing angle θ is determined by the linear control theory so that the vibration of the suspended load becomes a damped vibration by feeding back the position and speed of the suspended load. It is possible to prevent the residual load of the suspended load from occurring when the angle θr is reached. In addition, even when the suspended load swings due to disturbance, the swing can be detected as the position and speed of the suspended load, and control can be performed to eliminate the swing by feedback processing.
【０００８】ところで、図３に示すジブクレーンを以下
のようにモデル化することが知られている。このジブク
レーンでは、ｘ，ｙ，ｚの３軸から成る直交座標の原点
Ｏをブームの基端部に設けると共にブームの旋回中心を
ｚ軸にしている。また、ブームの起伏とワイヤの巻き上
げとを行わないようにして、ブームの高さｈおよび旋回
半径ｒとワイヤの長さＬとは一定なものとしている。さ
らに、ワイヤがｚ軸に対して為す角度αは微少であるの
でｃｏｓαを１として扱っている。この条件により、ジ
ブクレーンの数学モデルは数式７のように表される。Incidentally, it is known to model the jib crane shown in FIG. 3 as follows. In this jib crane, an origin O of orthogonal coordinates composed of three axes of x, y, and z is provided at the base end of the boom, and the center of rotation of the boom is set to the z-axis. Also, the boom height h, the turning radius r, and the wire length L are kept constant so as not to raise and lower the boom and wind up the wire. Furthermore, since the angle α formed by the wire with respect to the z-axis is very small, cos α is treated as 1. Under these conditions, the mathematical model of the jib crane is expressed as in Equation 7.
【０００９】[0009]
【数７】Ｌｘ”＋ｇ・ｘ＝ｇ・ｒ・ｃｏｓθ Ｌｙ”＋ｇ・ｙ＝ｇ・ｒ・ｓｉｎθ 但し、ｘ，ｙ：吊り荷を水平面に投影した座標 Ｌ：ロープの長さ ｇ：重力加速度 ｒ：ロープの支点の水平旋回半径 θ：旋回角度Lx ″ + g · x = g · r · cos θ Ly ”+ g · y = g · r · sin θ where x, y: coordinates of a suspended load projected on a horizontal plane L: length of rope g: gravitational acceleration r: Horizontal turning radius of the fulcrum of the rope θ: Turning angle
【００１０】なお、クレーンおよび吊り荷の各部分の重
量の項目は数式７を導く際に消去される。Note that the items of the weight of each part of the crane and the suspended load are deleted when formula 7 is derived.
【００１１】ここで、本願発明者が鋭意研究を重ねた結
果、上述のジブクレーンの数学モデルを用いて吊り荷の
振れを防止する線形制御理論による制御方法を開発し
た。これによる吊り荷の目標旋回角度θｒと実際に旋回
させる角度θとの関係を数式８に表す。Here, as a result of diligent research conducted by the inventor of the present application, a control method based on linear control theory for preventing swing of a suspended load using the above-described mathematical model of the jib crane has been developed. Equation 8 shows the relationship between the target swing angle θr of the suspended load and the actual swing angle θ.
【数８】 ｃｏｓθ＝ｃｏｓθｒ−（Ｆ１ｘ・ｘ’＋Ｆ２ｘ・ｘ） ｓｉｎθ＝ｓｉｎθｒ−（Ｆ１ｙ・ｙ’＋Ｆ２ｙ・ｙ）[Mathematical formula-see original document] cos [theta] = cos [theta] r- (F1x * x '+ F2x * x) sin [theta] = sin [theta] r- (F1y * y' + F2y * y)
【００１２】ここで、各係数Ｆ１ｘ，Ｆ２ｘ，Ｆ１ｙ，
Ｆ２ｙを求めるために、数式８のθを数式７に代入して
数式９を得る。Here, the coefficients F1x, F2x, F1y,
In order to obtain F2y, θ of Expression 8 is substituted into Expression 7 to obtain Expression 9.
【数９】Ｌｘ”＋ｇ・ｒ・Ｆ１ｘ・ｘ’＋ｇ（１＋ｒ・
Ｆ２ｘ）ｘ＝ｃｏｓθｒ Ｌｙ”＋ｇ・ｒ・Ｆ１ｙ・ｙ’＋ｇ（１＋ｒ・Ｆ２ｙ）
ｙ＝ｓｉｎθｒLx ″ + g · r · F1x · x ′ + g (1 + r ·
F2x) x = cos θr Ly ″ + g · r · F1y · y ′ + g (1 + r · F2y)
y = sin θr
【００１３】そして、吊り荷のｘ，ｙ方向の移動量ｘ，
ｙ、速度ｘ’，ｙ’、加速度ｘ”，ｙ”がいずれも非振
動的に成るように、即ち減衰振動に成るように線形制御
理論（例えば、最適レギュレータ理論）を用いてＦ１ｘ
及びＦ２ｘとＦ１ｙ及びＦ２ｙを決定する。これによ
り、目標旋回角度θｒのｘ方向成分の入力変数としてｃ
ｏｓθを、ｙ方向成分の入力変数としてｓｉｎθを採用
することによって、実際に旋回させる角度θの決定に必
要な係数Ｆ１ｘ，Ｆ２ｘ，Ｆ１ｙ，Ｆ２ｙを線形制御理
論に基づいたフィードバック係数を決定する問題に帰着
させることができる。Then, the amount of movement x, y of the suspended load in the x, y directions
F1x using linear control theory (for example, optimal regulator theory) so that y, velocity x ′, y ′, and acceleration x ″, y ″ are all non-oscillating, that is, damped oscillation.
And F2x and F1y and F2y. Thereby, c is set as an input variable of the x-direction component of the target turning angle θr.
By adopting sin θ as the input variable of the os θ and the y-direction component, the coefficients F1x, F2x, F1y, and F2y necessary for determining the angle θ to be actually turned are determined as feedback coefficients based on the linear control theory. Can be returned.
【００１４】一方、数式８の２式を数式１０のように１
つにまとめることができる。On the other hand, the two expressions of Expression 8 are replaced by 1 as in Expression 10.
Can be put together.
【数１０】 (Equation 10)
【００１５】さらに、数式１０において、ｒｙ＝ｓｉｎ
θｒ、ｚｙ＝Ｔ［ｙ’ ｙ］、Ｆｙ＝［Ｆ１ｙ Ｆ２
ｙ］、ｒｘ＝ｃｏｓθｒ、ｚｘ＝Ｔ［ｘ’ ｘ］、Ｆｘ
＝［Ｆ１ｘ Ｆ２ｘ］とおくと、数式１０は数式１１に
ように変形される。Further, in equation (10), ry = sin
θr, zy = T [y′y], Fy = [F1y F2
y], rx = cos θr, zx = T [x′x], Fx
= [F1x F2x], Equation 10 is transformed into Equation 11.
【数１１】 [Equation 11]
【００１６】また、ジブクレーンへの入力はθであるの
で、数式１１を変形して数式１２を得ることができる。Since the input to the jib crane is θ, equation (12) can be obtained by modifying equation (11).
【数１２】 (Equation 12)
【００１７】上述の理論に基づいて為された請求項２記
載の発明は、少なくともｚ軸を中心に旋回可能なブーム
を有して該ブームに吊り下げた吊り荷を運搬可能なクレ
ーンの制御方法において、吊り荷を旋回移送する目標旋
回角度θｒのｘ方向成分ｒｘおよびｙ方向成分ｒｙとフ
ィードバックした吊り荷のｘ方向の位置ｘ及び速度ｘ’
並びにｙ方向の位置ｙ及び速度ｙ’とに基づいて数式１
３により実際の旋回角度θを設定してクレーンに入力す
るようにしている。また、請求項４記載の発明は、少な
くともｚ軸を中心に旋回可能なブームを有して該ブーム
に吊り下げた吊り荷を運搬可能なクレーンの制御装置に
おいて、吊り荷を旋回移送する目標旋回角度θｒのｘ方
向成分ｒｘおよびｙ方向成分ｒｙとフィードバックした
吊り荷のｘ方向の位置ｘ及び速度ｘ’並びにｙ方向の位
置ｙ及び速度ｙ’との入力により、数式１３によりブー
ムの実際の旋回角度θを設定してクレーンに入力するよ
うにしている。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a crane having a boom that can pivot at least about the z-axis and capable of transporting a suspended load suspended from the boom. , The x-direction component rx and the y-direction component ry of the target turning angle θr for turning and transferring the suspended load, and the position x and velocity x ′ of the suspended load fed back in the x direction.
And a position y and a velocity y ′ in the y direction,
3, the actual turning angle θ is set and input to the crane. According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a control device for a crane having a boom capable of rotating at least about the z-axis and capable of transporting a suspended load hung on the boom, the target swing for rotating and transferring the suspended load. By inputting the x-direction components rx and y-direction components ry of the angle θr and the fed-back position x and speed x ′ of the suspended load and the y-direction position y and speed y ′, the actual turning of the boom is performed by Expression 13. The angle θ is set and input to the crane.
【００１８】[0018]
【数１３】 (Equation 13)
【数１４】Ｌｘ”＋ｇ・ｒ・Ｆ１ｘ・ｘ’＋ｇ（１＋ｒ
・Ｆ２ｘ）ｘ＝ｃｏｓθｒ 但し、Ｌ：吊り荷を吊すワイヤの長さ ｇ：重力加速度 ｒ：ワイヤの支点の水平旋回半径Lx ″ + g · r · F1x · x ′ + g (1 + r
・ F2x) x = cos θr where L: length of the wire hanging the suspended load g: gravitational acceleration r: horizontal turning radius of the fulcrum of the wire
【数１５】Ｌｙ”＋ｇ・ｒ・Ｆ１ｙ・ｙ’＋ｇ（１＋ｒ
・Ｆ２ｙ）ｙ＝ｓｉｎθｒ## EQU15 ## Ly ″ + g · r · F1y · y ′ + g (1 + r
・ F2y) y = sin θr
【００１９】したがって、クレーンに実際に入力する旋
回角度θは吊り荷の位置や速度をフィードバックさせて
線形制御理論を用いて吊り荷の振動が減衰振動に成るよ
うに決定しているので、吊り荷の振れを最小限に抑えて
旋回できると共に吊り荷の残存振れの発生を抑えること
ができるだけでなく、外乱に起因する吊り荷の振れを吊
り荷の位置および速度として検出して減衰するように制
御できる。Therefore, the swing angle θ actually inputted to the crane is determined by feeding back the position and speed of the suspended load and using the linear control theory so that the vibration of the suspended load becomes damped vibration. Not only can swing be minimized and the remaining swing of the suspended load can be suppressed, but also the swing of the suspended load caused by disturbance can be detected and attenuated by detecting the position and speed of the suspended load. it can.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施形態に基づいて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration of the present invention will be described below in detail based on an embodiment shown in the drawings.
【００２１】本発明のクレーン１の制御装置２は、図１
〜図３に示すように少なくともｚ軸を中心に旋回可能な
ブーム３を有して該ブーム３にワイヤ１０によって吊り
下げた吊り荷４を運搬可能なクレーン１を制御するもの
である。本実施形態では、図３に示すようにｘ，ｙ，ｚ
の３軸から成る直交座標の原点Ｏをブーム３の基端部に
設けている。The control device 2 of the crane 1 of the present invention is shown in FIG.
3 to control the crane 1 which has a boom 3 which can pivot at least about the z-axis and which can carry a suspended load 4 suspended on the boom 3 by a wire 10. In the present embodiment, as shown in FIG.
The origin O of the orthogonal coordinates composed of the three axes is provided at the base end of the boom 3.
【００２２】この制御装置２は、吊り荷４を旋回移送す
る目標旋回角度θｒのｘ方向成分およびｙ方向成分とフ
ィードバックした吊り荷４のｘ方向の位置及び速度並び
にｙ方向の位置及び速度との入力により、吊り荷４の振
動が減衰振動に成るように線形制御理論によりブーム３
の実際の旋回角度θを設定してクレーン１に入力するよ
うにしている。このため、吊り荷４を旋回させるときに
クレーン１に対して目標旋回角度θｒを直接与えずに吊
り荷４の振動が減衰振動に成るように設定した旋回角度
θを与えるようにするので、ブーム３の旋回時の吊り荷
４の振れや目標旋回角度θｒに達したときの吊り荷４の
残存振れの発生を防止することができる。しかも、外乱
に起因して吊り荷４が振れた場合でも、この振れが吊り
荷４の位置および速度として検出されてフィードバック
処理により振れを無くすように制御できる。The control device 2 calculates the relationship between the x-direction component and the y-direction component of the target turning angle θr for turning and transferring the suspended load 4 and the position and velocity in the x direction and the position and velocity of the suspended load 4 fed back. According to the linear control theory, the boom 3 is moved so that the vibration of the suspended load 4 becomes the damped vibration by the input.
Is set and input to the crane 1. For this reason, when swinging the suspended load 4, the crane 1 is not directly given the target swing angle θr, but the swing angle θ is set so that the vibration of the suspended load 4 becomes the damped vibration. It is possible to prevent the swing of the suspended load 4 at the time of turning 3 and the remaining swing of the suspended load 4 when the target swing angle θr is reached. In addition, even if the suspended load 4 swings due to disturbance, the swing can be detected as the position and speed of the suspended load 4 and controlled so as to eliminate the swing by feedback processing.
【００２３】そして、この制御装置２は、図１に示すよ
うに目標旋回角度θｒのｘ方向成分ｒｘを入力する第１
入力部５と、目標旋回角度θｒのｙ方向成分ｒｙを入力
する第２入力部６と、各入力部５，６からの出力値に基
づきブーム３の実際の旋回角度θを設定してクレーン１
に与える主計算部７と、クレーン１からフィードバック
された吊り荷４のｘ方向成分（位置及び速度）ｚｘをフ
ィードバック係数Ｆｘで処理して、その出力Ｆｘ・ｚｘ
を第１入力部５に与える第１処理部８と、クレーン１か
らフィードバックされた吊り荷４のｙ方向成分（位置及
び速度）ｚｙを受けてフィードバック係数Ｆｙで処理し
て、その出力Ｆｙ・ｚｙを第２入力部６に与える第２処
理部９とを備えている。The control device 2 receives the first component x of the target turning angle θr in the x direction as shown in FIG.
The input unit 5, the second input unit 6 for inputting the y-direction component ry of the target turning angle θr, and the actual turning angle θ of the boom 3 based on the output values from the input units 5 and 6, set the crane 1.
And the x-direction component (position and speed) zx of the suspended load 4 fed back from the crane 1 is processed by the feedback coefficient Fx, and the output Fx · zx
And a first processing unit 8 which supplies the input to the first input unit 5 and a y-direction component (position and speed) zy of the suspended load 4 fed back from the crane 1 and processes it with a feedback coefficient Fy to output Fy · zy. To the second input unit 6.
【００２４】さらに、第１入力部５では、ｘ方向成分ｒ
ｘから第１処理部８の出力Ｆｘ・ｚｘを引いている。ま
た、第２入力部６では、ｙ方向成分ｒｙから第２処理部
９の出力Ｆｙ・ｚｙを引いている。そして、主計算部７
では、数式１６に示すようにして各入力部からの値に基
づいて実際の旋回角度θを設定している。この数式１６
のＦｘおよびＦｙは線形制御理論（最適レギュレータ理
論）を用いて導かれる。Further, in the first input unit 5, an x-direction component r
The output Fx · zx of the first processing unit 8 is subtracted from x. The second input unit 6 subtracts the output Fy · zy of the second processing unit 9 from the y-direction component ry. And the main calculation unit 7
Here, as shown in Expression 16, the actual turning angle θ is set based on the value from each input unit. Equation 16
Fx and Fy are derived using linear control theory (optimum regulator theory).
【数１６】 (Equation 16)
【００２５】クレーン１では、入力された旋回角度θに
基づいてブーム３を旋回させる。ここで、クレーン１と
しては少なくとも旋回可能なブーム３を有するものであ
れば良いが、ブーム３が起伏可能であると共にワイヤ１
０の巻き上げが可能な汎用のクレーンを使用できるのは
勿論である。In the crane 1, the boom 3 is turned based on the input turning angle θ. Here, the crane 1 only needs to have at least the swivelable boom 3, but the boom 3 can be raised and lowered and the wire 1
Needless to say, a general-purpose crane capable of hoisting zero can be used.
【００２６】また、このクレーン１では、位置センサ
（図示せず）の利用により吊り荷４の位置および速度を
ｘｙ平面、即ち水平面上に投影した値として検出する。
この検出結果のうちで、ｘ方向の位置ｘと速度ｘ’は出
力ｚｘ（＝Ｔ［ｘ’ ｘ］）として第１処理部８に入力
される。また、ｙ方向の位置ｙと速度ｙ’は出力ｚｙ
（＝Ｔ［ｙ’ ｙ］）として第２処理部９に入力され
る。In the crane 1, the position and speed of the suspended load 4 are detected as values projected on an xy plane, that is, a horizontal plane, by using a position sensor (not shown).
Among the detection results, the position x and the velocity x ′ in the x direction are input to the first processing unit 8 as an output zx (= T [x′x]). The position y and the speed y ′ in the y direction are output zy
(= T [y′y]) is input to the second processing unit 9.
【００２７】第１処理部８では、Ｆｘ＝［Ｆ１ｘ Ｆ２
ｘ］として、位置ｘに係数Ｆ２ｘを掛けると共に速度
ｘ’に係数Ｆ１ｘを掛けて、これらを合わせて第１入力
部５に入力する。第２処理部９では、Ｆｙ＝［Ｆ１ｙ
Ｆ２ｙ］として、位置ｙに係数Ｆ２ｙを掛けると共に速
度ｙ’に係数Ｆ１ｙを掛けて、これらを合わせて第２入
力部６に入力する。In the first processing unit 8, Fx = [F1x F2
x], the position x is multiplied by the coefficient F2x, and the velocity x ′ is multiplied by the coefficient F1x. In the second processing unit 9, Fy = [F1y
F2y], the position y is multiplied by the coefficient F2y, and the velocity y ′ is multiplied by the coefficient F1y.
【００２８】上述したクレーン１の制御装置２の作動を
以下に説明する。ここでは、ブーム３の起伏とワイヤ１
０の巻き上げとを行わないようにしている。すなわち、
ブーム３の高さｈおよび旋回半径ｒとワイヤ１０の長さ
Ｌとは一定なものとしている。さらに、ワイヤ１０がｚ
軸に対して為す角度αは微少であるのでｃｏｓαを１と
して扱っている。The operation of the control device 2 of the crane 1 will be described below. Here, the undulation of the boom 3 and the wire 1
The winding of zero is not performed. That is,
The height h and the turning radius r of the boom 3 and the length L of the wire 10 are constant. Further, if the wire 10 is z
Since the angle α with respect to the axis is very small, cos α is treated as 1.
【００２９】吊り荷４を旋回させようとする目標旋回角
度θｒを設定して制御装置２に入力する。そして、制御
装置２では、目標旋回角度θｒのｘ方向成分ｒｘ（＝ｃ
ｏｓθｒ）およびｙ方向成分ｒｙ（＝ｓｉｎθｒ）を算
出して各入力部５，６に入力する。ここで、これらｘ方
向成分ｒｘおよびｙ方向成分ｒｙは制御装置２により算
出されることには限られず、操作者が予め計算してお
き、その計算結果を各入力部に直接入力するようにして
も良い。A target turning angle θr for turning the suspended load 4 is set and input to the control device 2. Then, in the control device 2, an x-direction component rx (= c) of the target turning angle θr
os θr) and the y-direction component ry (= sin θr) are input to the input units 5 and 6. Here, the x-direction component rx and the y-direction component ry are not limited to being calculated by the control device 2, but may be calculated in advance by an operator, and the calculation results may be directly input to each input unit. Is also good.
【００３０】そして、各入力部５，６からの出力は主計
算部７に入力されて、実際の旋回角度θが得られる。こ
の旋回角度θがクレーン１に入力されて、ブーム３が旋
回する。この旋回角度θとしては、微少な角度であった
り、場合によっては目標の方向と逆を向くこともあり得
る。吊り荷４の位置は位置センサにより常に検出されて
おり、吊り荷４のｘｙ平面における位置ｘ，ｙおよび速
度ｘ’，ｙ’を得ることができる。The outputs from the input units 5 and 6 are input to the main calculation unit 7 to obtain the actual turning angle θ. This turning angle θ is input to the crane 1 and the boom 3 turns. The turning angle θ may be a minute angle, or may be opposite to the target direction in some cases. The position of the suspended load 4 is always detected by the position sensor, and the position x, y and the velocity x ′, y ′ of the suspended load 4 on the xy plane can be obtained.
【００３１】クレーン１から得られた吊り荷４の位置
ｘ，ｙおよび速度ｘ’，ｙ’は、フィードバックされて
制御装置２の各処理部８，９に入力される。各処理部
８，９では、吊り荷４の位置ｘ，ｙと速度ｘ’，ｙ’と
加速度ｘ”，ｙ”が全て減衰振動になるように設定した
係数Ｆｘ，Ｆｙを用いて計算処理を行い、各入力部５，
６に加える。このため、吊り荷４を旋回移送する目標旋
回角度θｒのｘ方向成分およびｙ方向成分とフィードバ
ックした吊り荷４のｘ方向の位置及び速度並びにｙ方向
の位置及び速度とに基づいて、吊り荷４の振動が減衰振
動に成るように線形制御理論により実際の旋回角度θを
設定してクレーン１に入力するようにできるので、ブー
ム３の旋回中の吊り荷４の振れやブーム３が目標旋回角
度θｒだけ旋回したときの吊り荷４の残存振れを最小限
に抑えることができるようになる。The position x, y and speed x ′, y ′ of the suspended load 4 obtained from the crane 1 are fed back and input to the processing units 8, 9 of the control device 2. Each of the processing units 8 and 9 performs a calculation process using coefficients Fx and Fy set so that the position x, y, the speed x ′, y ′, and the acceleration x ″, y ″ of the suspended load 4 are all damped. Then, each input unit 5,
Add to 6. For this reason, based on the x-direction component and the y-direction component of the target turning angle θr for swiveling and transporting the suspended load 4 and the position and velocity of the suspended load 4 in the x-direction and the y-direction fed back, the suspended load 4 is determined. The actual swing angle θ can be set by the linear control theory so that the vibration of the boom 3 becomes the damped oscillation and input to the crane 1, so that the swing of the suspended load 4 during the swing of the boom 3 or the boom 3 becomes the target swing angle. The remaining run-out of the suspended load 4 when turning by θr can be minimized.
【００３２】一方、吊り荷４の旋回中に機械的振動や風
等の外乱に起因して吊り荷４が振れた場合は、この振れ
が吊り荷４の位置ｘ，ｙおよび速度ｘ’，ｙ’として検
出されてフィードバック処理により振れを無くすように
制御される。このため、外乱に対しても吊り荷４の軌道
を目標の軌道に追従させることができる。On the other hand, if the suspended load 4 swings due to disturbance such as mechanical vibration or wind while the suspended load 4 is turning, this swing is caused by the position x, y and the speed x ', y of the suspended load 4. And is controlled so as to eliminate vibration by feedback processing. For this reason, the trajectory of the suspended load 4 can follow the target trajectory even with disturbance.
【００３３】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、クレーン１への入力としては旋回角度θ
ではなく角速度θ’である場合もあるので、制御装置２
の出力である旋回角度θを直接入力する以外にθを微分
して角速度θ’として入力することができる。また、本
実施形態では、クレーン１の制御装置２をブーム３を有
するジブクレーンに適用しているが、これには限られず
例えばブーム３として旋回可能なアームを利用しその先
端にワイヤによりワークを吊して搬送するようにしたロ
ボット等における制御にも適用することができる。この
場合も線形制御理論を用いてアームの旋回を制御できる
ので、外乱によるワークの振れを抑制することができ
る。The above embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, as an input to the crane 1, the turning angle θ
Instead of the angular velocity θ ′, the controller 2
In addition to directly inputting the turning angle θ, which is the output of the above, θ can be differentiated and input as the angular velocity θ ′. Further, in the present embodiment, the control device 2 of the crane 1 is applied to a jib crane having the boom 3. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to control in a robot or the like which transports the robot. Also in this case, since the rotation of the arm can be controlled using the linear control theory, it is possible to suppress the swing of the work due to disturbance.
【００３４】また、本実施形態では実際の旋回角度θを
算出するために線形制御理論（最適レギュレータ理論）
を用いて導いた数式１６を使用しているが、これには限
られず線形制御理論を利用した他の数式を使用するよう
にしても良い。In this embodiment, a linear control theory (optimum regulator theory) is used to calculate the actual turning angle θ.
Is used, but the present invention is not limited to this, and another formula using linear control theory may be used.
【００３５】[0035]
【実施例】（実施例）本実施形態のクレーン１の制御装
置２を利用して、旋回半径ｒ＝３ｍ、目標旋回角度θｒ
＝３００度に設定してシミュレートしたときの吊り荷４
の軌跡を図４に示す。同図中、実線は吊り荷４の軌跡、
二点鎖線は目標軌道、Ｓはスタート地点、Ｅは目標地点
をそれぞれ示し、いずれもｘｙ平面上に投影した位置と
している。同図に示すように、吊り荷４の軌跡は旋回が
進むにつれて目標軌道にほぼ一致するようになり、しか
も目標地点Ｅに達したときは残存振れがほどんど生じな
かった。(Example) Using the control device 2 of the crane 1 of the present embodiment, a turning radius r = 3 m and a target turning angle θr
= Suspended load 4 when simulated at 300 degrees
Is shown in FIG. In the figure, the solid line is the locus of the suspended load 4,
A two-dot chain line indicates a target trajectory, S indicates a start point, and E indicates a target point, each of which is a position projected on an xy plane. As shown in the figure, the trajectory of the suspended load 4 almost coincides with the target trajectory as the turn progresses, and when the trajectory reaches the target point E, the residual run-out hardly occurs.
【００３６】（比較例）制御装置２を使用せずに旋回半
径ｒ＝３ｍ、目標旋回角度θｒ＝３００度の条件をクレ
ーン１に直接設定してシミュレートしたときの吊り荷４
の軌跡を図５に示す。同図中、実線は吊り荷４の軌跡、
二点鎖線は目標軌道、Ｓはスタート地点、Ｅは目標地点
をそれぞれ示し、いずれもｘｙ平面上に投影した位置と
している。同図に示すように、吊り荷４の軌跡は旋回の
最初から最後まで目標軌道にほとんど一致することはな
く、しかも目標地点Ｅに達したときは大きな残存振れが
残った。(Comparative Example) A load 4 simulated by directly setting conditions of the turning radius r = 3 m and the target turning angle θr = 300 degrees in the crane 1 without using the control device 2.
Is shown in FIG. In the figure, the solid line is the locus of the suspended load 4,
A two-dot chain line indicates a target trajectory, S indicates a start point, and E indicates a target point, each of which is a position projected on an xy plane. As shown in the figure, the trajectory of the suspended load 4 hardly coincided with the target trajectory from the beginning to the end of the turn, and when the vehicle reached the target point E, a large residual run-out remained.
【００３７】したがって、図４の実施例と図５の比較例
とを比較することにより、本制御装置２により吊り荷４
の旋回時の振れと残存振れを極めて低減することができ
ることが明らかになった。Therefore, by comparing the embodiment of FIG. 4 with the comparative example of FIG.
It has become clear that the swing and the residual shake during turning can be reduced extremely.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１または２記載のクレーンの制御方法および請求項３ま
たは４記載のクレーンの制御装置によれば、吊り荷を旋
回させるときに吊り荷の振動が減衰振動に成るように線
形制御理論により設定した旋回角度θを与えるようにす
るので、吊り荷の振れを最小限に抑えて旋回させること
ができると共に吊り荷が目標旋回角度θｒに達したとき
の残存振れの発生を抑えることができる。これにより、
吊り荷を目標軌道に正確に追従できるようになる。As is apparent from the above description, according to the crane control method according to the first or second aspect and the crane control device according to the third or fourth aspect, when the suspended load is swung, the suspended load is controlled. The swing angle θ set by the linear control theory is given so that the vibration of the suspended load becomes the damped oscillation, so that the swing of the suspended load can be minimized and the suspended load reaches the target rotation angle θr. It is possible to suppress the occurrence of the remaining runout when performing. This allows
The suspended load can accurately follow the target trajectory.
【００３９】また、旋回角度θを設定する際に吊り荷の
ｘ方向の位置及び速度並びにｙ方向の位置及び速度とを
フィードバックしているので、機械的振動や風等の外乱
に起因して吊り荷が振れた場合でもこの振れが吊り荷の
位置および速度として検出されてフィードバック処理に
より振れを無くすように制御することができる。このた
め、外乱が生じても吊り荷を目標軌道に正確に追従でき
るようになる。Further, when the turning angle θ is set, the position and velocity of the suspended load in the x direction and the position and velocity in the y direction are fed back, so that the suspended load caused by disturbance such as mechanical vibration and wind is fed back. Even when the load swings, the swing can be detected as the position and speed of the suspended load, and the swing can be controlled by feedback processing to eliminate the swing. Therefore, even if a disturbance occurs, the suspended load can accurately follow the target trajectory.
【図１】本発明のクレーンの制御装置を示す概略のブロ
ック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram showing a control device for a crane according to the present invention.
【図２】クレーンの制御装置を示す詳細なブロック図で
ある。FIG. 2 is a detailed block diagram showing a control device of the crane.
【図３】クレーンのブームが旋回して吊り荷を移送する
状態を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a boom of the crane turns and transfers a suspended load.
【図４】クレーンの制御装置を用いたときの吊り荷の軌
跡を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a trajectory of a suspended load when the control device of the crane is used.
【図５】クレーンの制御装置を用いないときの吊り荷の
軌跡を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a trajectory of a suspended load when the control device of the crane is not used.
１ クレーン ２ 制御装置 ３ ブーム ４ 吊り荷 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crane 2 Control device 3 Boom 4 Hanging load
Claims (4)
ムを有して該ブームに吊り下げた吊り荷を運搬可能なク
レーンの制御方法において、前記吊り荷を旋回移送する
目標旋回角度θｒのｘ方向成分およびｙ方向成分とフィ
ードバックした前記吊り荷のｘ方向の位置及び速度並び
にｙ方向の位置及び速度とに基づいて、前記吊り荷の振
動が減衰振動に成るように線形制御理論により前記ブー
ムの実際の旋回角度θを設定して前記クレーンに入力す
ることを特徴とするクレーンの制御方法。1. A method for controlling a crane having at least a boom pivotable about a z-axis and capable of transporting a suspended load suspended from the boom, wherein x is a target pivot angle θr for pivotally transporting the suspended load. Based on the directional component and the y-direction component and the position and velocity in the x direction and the position and velocity in the y direction of the suspended load that are fed back, the boom of the boom is controlled by linear control theory so that the vibration of the suspended load becomes a damped vibration. A method for controlling a crane, wherein an actual turning angle θ is set and input to the crane.
ムを有して該ブームに吊り下げた吊り荷を運搬可能なク
レーンの制御方法において、前記吊り荷を旋回移送する
目標旋回角度θｒのｘ方向成分ｒｘおよびｙ方向成分ｒ
ｙとフィードバックした前記吊り荷のｘ方向の位置ｘ及
び速度ｘ’並びにｙ方向の位置ｙ及び速度ｙ’とに基づ
いて数式１により前記ブームの実際の旋回角度θを設定
して前記クレーンに入力することを特徴とするクレーン
の制御方法。 【数１】 【数２】Ｌｘ”＋ｇ・ｒ・Ｆ１ｘ・ｘ’＋ｇ（１＋ｒ・
Ｆ２ｘ）ｘ＝ｃｏｓθｒ 但し、Ｌ：吊り荷を吊すワイヤの長さ ｇ：重力加速度 ｒ：ワイヤの支点の水平旋回半径 【数３】Ｌｙ”＋ｇ・ｒ・Ｆ１ｙ・ｙ’＋ｇ（１＋ｒ・
Ｆ２ｙ）ｙ＝ｓｉｎθｒ2. A method for controlling a crane having at least a boom pivotable about a z-axis and capable of transporting a suspended load suspended from the boom, wherein x is a target pivot angle θr for pivotally transferring the suspended load. Direction component rx and y-direction component r
Based on y and the position x and velocity x 'of the suspended load in the x direction and the position y and velocity y' of the y direction fed back, the actual swing angle θ of the boom is set by Equation 1 and input to the crane. A crane control method. (Equation 1) Lx ″ + g · r · F1x · x ′ + g (1 + r ·
F2x) x = cos θr where L: length of the wire hanging the suspended load g: gravitational acceleration r: horizontal turning radius of the fulcrum of the wire ## EQU3 ## Ly ″ + g · r · F1y · y ′ + g (1 + r ·
F2y) y = sin θr
ムを有して該ブームに吊り下げた吊り荷を運搬可能なク
レーンの制御装置において、前記吊り荷を旋回移送する
目標旋回角度θｒのｘ方向成分およびｙ方向成分とフィ
ードバックした前記吊り荷のｘ方向の位置及び速度並び
にｙ方向の位置及び速度との入力により、前記吊り荷の
振動が減衰振動に成るように線形制御理論により前記ブ
ームの実際の旋回角度θを設定して前記クレーンに入力
することを特徴とするクレーンの制御装置。3. A control device for a crane having at least a boom pivotable about a z-axis and capable of transporting a suspended load suspended from the boom, wherein x is a target pivot angle θr for pivotally transferring the suspended load. By inputting the position and velocity in the x direction and the position and velocity in the y direction of the suspended load fed back with the directional component and the y direction component, the boom of the boom is controlled by linear control theory so that the vibration of the suspended load becomes a damped vibration. A control device for a crane, wherein an actual turning angle θ is set and input to the crane.
ムを有して該ブームに吊り下げた吊り荷を運搬可能なク
レーンの制御装置において、前記吊り荷を旋回移送する
目標旋回角度θｒのｘ方向成分ｒｘおよびｙ方向成分ｒ
ｙとフィードバックした前記吊り荷のｘ方向の位置ｘ及
び速度ｘ’並びにｙ方向の位置ｙ及び速度ｙ’との入力
により、数式４により前記ブームの実際の旋回角度θを
設定して前記クレーンに入力することを特徴とするクレ
ーンの制御装置。 【数４】 【数５】Ｌｘ”＋ｇ・ｒ・Ｆ１ｘ・ｘ’＋ｇ（１＋ｒ・
Ｆ２ｘ）ｘ＝ｃｏｓθｒ 但し、Ｌ：吊り荷を吊すワイヤの長さ ｇ：重力加速度 ｒ：ワイヤの支点の水平旋回半径 【数６】Ｌｙ”＋ｇ・ｒ・Ｆ１ｙ・ｙ’＋ｇ（１＋ｒ・
Ｆ２ｙ）ｙ＝ｓｉｎθｒ4. A control device for a crane having at least a boom pivotable about a z-axis and capable of transporting a suspended load suspended from the boom, wherein x is a target pivot angle θr for pivotally transferring the suspended load. Direction component rx and y-direction component r
By inputting the position x and the speed x 'of the suspended load in the x direction and the position y and the speed y' of the y direction fed back to the y, the actual turning angle θ of the boom is set according to Equation 4 to the crane. A crane control device characterized by inputting. (Equation 4) Lx ″ + g · r · F1x · x ′ + g (1 + r ·
F2x) x = cos θr where L: length of the wire hanging the suspended load g: gravitational acceleration r: horizontal turning radius of the fulcrum of the wire ## EQU6 ## Ly ″ + g · r · F1y · y ′ + g (1 + r ·
F2y) y = sin θr
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011111242A (en) * | 2009-11-24 | 2011-06-09 | Fuji It Co Ltd | Swing stop control method and control device of rotary crane |
| WO2020013054A1 (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-16 | 株式会社タダノ | Crane |
| CN117886226A (en) * | 2024-01-17 | 2024-04-16 | 南开大学 | Crane system nonlinear control method and system based on flat output |
-
1999
- 1999-10-05 JP JP28488799A patent/JP4457231B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2020007130A (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-16 | 株式会社タダノ | crane |
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| CN117886226A (en) * | 2024-01-17 | 2024-04-16 | 南开大学 | Crane system nonlinear control method and system based on flat output |
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