JP2002012399A - ターンテーブル梯子の制御 - Google Patents

ターンテーブル梯子の制御

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JP2002012399A JP2001137912A JP2001137912A JP2002012399A JP 2002012399 A JP2002012399 A JP 2002012399A JP 2001137912 A JP2001137912 A JP 2001137912A JP 2001137912 A JP2001137912 A JP 2001137912A JP 2002012399 A JP2002012399 A JP 2002012399A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】アクティブな防振を行え、応答挙動を実質的に
損なわないコントロールを備えたターンテーブル梯子装
置を提供する。 【解決手段】コントロールは、水平方向および垂直方向
の梯子の湾曲、上昇角、回転角、伸長長さおよびケージ
質量等の計測変数の少なくとも１つの加重フィードバッ
クによって、移動時に生じる梯子部品の振動を抑制す
る。コントロールは、作業環境での経路を計画するモジ
ュールによってコントロールを補充する経路コントロー
ルとパイロットコントロールを形成するように拡張でき
る。従って、梯子部品の経路に正確な振動のない移動が
達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前提部
分に記載された、梯子部品の移動のための制御手段を備
えたターンテーブル梯子装置に関する。特に、発明は、
ターンテーブル梯子、例えば多関節または伸縮式支柱作
業台、ターンテーブル梯子装置等の消防用梯子装置に関
する。そのような装置は一般的に、回転可能かつ上昇可
能に車両に取付けられる。
【０００２】
【従来の技術】公知のターンテーブル梯子はハンドレバ
ーによって油圧式または電気油圧式に制御される。純粋
な油圧制御の場合、ハンドレバーの偏向が、油圧制御回
路によって、比例弁として設計された制御ブロック用の
比例制御信号に直接変換される。移動がさほどガタつか
ず、より滑らかにするために油圧制御回路のダンパーを
使用することができる。しかし、そのようなダンパー
は、非常に異なる伸長長さと上昇角を含む全操作範囲に
満足に適合させることができない。さらに、この種の減
衰は一般的に遅い応答挙動を伴う。
【０００３】電気油圧制御では、ハンドレバーの偏向が
先ず電気信号に変換され、マイクロプロセッサを備える
制御装置ででさらに処理される。公知の解決策では、タ
ーンテーブル梯子の移動がそれほどガタつかないよう
に、信号がランプ関数によって減衰される。そして、処
理された電気信号が、ターンテーブル梯子部品の駆動を
制御する油圧比例弁に与えられる。ランプ関数の勾配を
選択する場合、減衰効果と応答挙動の間の妥協が常に必
要になる。公知のすべての解決策では、応答挙動におい
て多少大きい程度の慣性を受け入れるのによってのみ、
ガタつく移動の抑制とある程度の制振を達成することが
できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アク
ティブな防振を行え、応答挙動を実質的に損なわないコ
ントロールを備えたターンテーブル梯子装置を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
れば、請求項１に記載されたコントロールを備えたター
ンテーブル梯子装置によって達成される。コントロール
は、水平および垂直方向の梯子の湾曲、上昇角、回転
角、伸長長さおよびケージ質量等の計測変数の１つを、
これらの変数に加重するコントローラを介して梯子駆動
の制御入力にフィードバックするという基本概念に基づ
いている。
【０００６】加重係数を決定するためにターンテーブル
梯子の動的モデルが求められる。これに基づいて、以下
でコントローラ強化と呼ぶ加重係数が決定される。独立
した制御アルゴリズムが個々のターンテーブル梯子軸心
に関連づけられる、空間的に分離された動的モデルに分
散制御概念が基づくなら、特に有利である。その結果、
特に効率的でメンテナンスの容易なアルゴリズムが可能
になる。システムを経路制御に拡張する場合、参照変数
を作る経路計画モジュールが設けられる。コントロール
は、経路に正確な移動用の逆さ動的モデルに基づくパイ
ロット制御によって補充される。
【０００７】
【発明の実施の形態】発明の好適な実施例を添付図を参
照してさらに詳細に説明する。図１はターンテーブル梯
子の基本的な機械的構造を示す。ターンテーブル梯子は
一般的に車両１に取り付けられる。ケージ３を作業環境
に位置させるために、梯子ユニット５の上昇・傾斜軸心
７を角度φAに傾けることができる。梯子長さｌは伸縮
軸心９で変えることができる。回転軸心１１は垂直軸心
まわりで角度φ Dへの方向付けを許容する。水平でない
車両の場合、梯子ユニットの回転時に梯子機構１５を角
度φNに傾けることによって、水平軸心１３で望ましく
ない追加の傾斜を補償することができる。一般的に、タ
ーンテーブル梯子は油圧駆動システム２１を有する。そ
れは推進モータによって駆動される油圧ポンプ２３、比
例弁２５、油圧モータ２７および油圧シリンダ２９から
なる。油圧コントロールは大体、負荷感知特性を持つ油
圧回路のための補助伝達力制御付きのシステムを備えて
いる。この場合、比例弁の制御電圧ｕStD、ｕStA、ｕ
StN、ｕStEが補助伝達力制御によって、対応する油圧回
路での比例伝達力ＱFD、ＱFA、ＱFN、ＱFEに変換される
ことが不可欠である。
【０００８】従って、水平方向の梯子の湾曲、垂直方向
の梯子の湾曲、上昇角、回転角、伸長長さおよびケージ
質量等の計測変数の少なくとも１つがコントローラを介
してフィードバックされることが不可欠である。梯子部
品の振動は、特に水平および垂直湾曲の計測変数の、駆
動の制御入力へのフィードバックによって抑えることが
できる。制御が経路制御へ拡張される場合、フィードバ
ックに加えて、参照変数が駆動の制御入力へ与えられる
方法も非常に重要である。従って、比例弁の制御電圧の
ための時間関数が、例えばランプ関数によって直接ハン
ドレバーから得られて、制御入力部へ与えられなくな
り、作業環境で梯子が動かされてケージが所期の経路を
たどる際に振動が生じないように、経路コントロール３
１で計算される。
【０００９】この根拠は、この目的は変数ｗv、ｗh、
ｌ、φA、φD、φNの少なくとも１つに関するセンサデ
ータとガイドプリセット（ｄｑ／ｄｔ）targetまたはｑ
targetに基づいて達成されることを支援するターンテー
ブル梯子システムのダイナミックモデルである。初め
に、経路コントロール３１の全体構成（図３）を以下で
説明する。オペレータは、操作パネルのハンドレバー３
５または前回のターンテーブル操作でコンピュータに格
納された設定行列 数２３（英語原文の式３７）を介し
て、目標速度または到達先を前選択する。ターンテーブ
ル梯子の運動学的制約（最高速度、加速、およびジャー
ク）を考慮に入れることによって、全自動または半自動
の経路計画モジュール（３９または４１）が、ベクトル
φ KDref，φ KAref，ｌ refに組み合わされた回転、上
昇、伸長軸心とそれらの微分に対する設定ケージ位置の
時間関数を計算する。設定位置ベクトルは軸心コントロ
ーラ４３、４５、４７および４９に与えられ、コントロ
ーラはセンサ値ｗv、ｗh、ｌ、φA、φD、φNの少なく
とも１つを評価することによって、油圧駆動システム２
１の比例弁２５用としてベクトルから制御関数ｕStD、
ｕStA、ｕStE、ｕStNを算出する。しかし、経路計画モ
ジュールではなく、ランプ関数によってハンドレバーか
らの信号から参照変数を生成して、軸心コントローラへ
直接与えることもできる。その結果、制振の質が幾分低
下する。
【００１０】以下、経路コントロールの個々の構成要素
を詳細に説明する。図４は経路計画モジュール３９また
は４１のインタフェースを示す。全自動の経路計画モジ
ュール３９の場合、ケージ中心の目標位置ベクトルが座
標ｑ target＝［φKDtarget，φKAtarget，ｌtarget］T
の形で入力される。φKDtargetはケージ中心の回転軸心
１１の方向の目標角度座標である。φKAtargetはケージ
中心の上昇・傾斜軸心７の方向の目標角度座標である。
ｌtargetはケージ中心の伸縮軸心９の方向の目標位置で
ある。半自動の経路計画モジュール４１の場合、目標速
度ベクトル（ｄｑ／ｄｔ）target＝［（ｄφKD／ｄｔ）
target，（ｄφKA／ｄｔ）target，（ｄｌ／ｄｔ）
target］Tが入力変数である。目標速度ベクトルの要素
は目標位置のベクトルのものと同様である。つまり、回
転軸心方向の目標速度（ｄφKD／ｄｔ）target、上昇・
傾斜軸心の目標速度（ｄφKA／ｄｔ）target、梯子ユニ
ットの伸長または短縮速度（ｄｌ／ｄｔ）targetであ
る。経路計画モジュール３９または４１で、回転角度と
その微分φ KDrefと関連したケージ位置、上昇角座標と
その微分φ KArefと関連したケージ位置、そして伸長長
さとその微分ｌ Krefと関連したケージ位置の時間関数ベ
クトルが、これらの前設定された変数から計算される。
各ベクトルは第４微分まで最大５つの要素を備える。上
昇・傾斜軸心の場合、個々の要素は以下の通りである。 φKAref： 上昇角方向のケージ中心の設定角度位置 ｄ（φKAref）／ｄｔ： 上昇角方向のケージ中心の設
定角速度 ｄ2（φKAref）／ｄｔ2： 上昇角方向のケージ中心の
設定角加速度 ｄ3（φKAref）／ｄｔ3： 上昇角方向のケージ中心の
設定ジャーク ｄ4（φKAref）／ｄｔ4： 上昇角方向のケージ中心の
設定ジャークの微分 回転および伸長軸心用のベクトルも同様に設定される。
【００１１】図５は、回転および上昇・傾斜軸心で出発
点φKDstart＝０°、φKAstart＝０°から目標点φ
KDtarget＝９０°、φKAtarget＝２０°への移動用とし
て、全自動の経路計画モジュールから生成される、設定
角度位置φKD、φKA、角速度ｄφ KD／ｄｔ、ｄφKA／ｄ
ｔ、設定角加速度ｄ2φKD／ｄｔ2、ｄ2φKA／ｄｔ2およ
び設定ジャークｄ3φKD／ｄｔ3、ｄ3φKA／ｄｔ3の時間
関数を例示する。この場合、最大角速度（ｄφD／ｄ
ｔ）max、（ｄφA／ｄｔ）max、最大角加速度（ｄ2φD
／ｄｔ2）max、（ｄφA 2／ｄｔ2）maxまたは最大ジャー
ク（ｄ3φD／ｄｔ3）max、（ｄ3φA／ｄｔ3）maxなどの
前設定された運動学的制約を超えないように時間関数が
計算される。この目的のために、移動は、加速段階Ｉ、
定速段階ＩＩ（これは省くこともできる）および減速段
階ＩＩＩの３段階に分割される。ジャークの時間関数と
して段階ＩおよびＩＩＩに三次多項式を想定する。段階
ＩＩの時間関数としては定速度が常に想定される。ジャ
ーク関数を積分することによって、加速、速度および位
置の欠けている時間関数が計算される。まだ空の時間関
数における係数は、移動開始時、次のまたは前の移動段
階への移行点、または目標点での周辺条件と、すべての
運動学的条件を各軸心と関連してチェックした上での運
動学的制約によって決定される。図５の例の場合、回転
軸心での最大加速（ｄ 2φD／ｄｔ2）maxの運動学的制約
は、段階ＩおよびＩＩＩで限定的に作用し、段階ＩＩ
で、それは回転軸心での最高速度（ｄφD／ｄｔ）maxで
ある。他の軸心は、移動の持続時間から見て、移動を制
限する軸心にインタロックされる。移動全体に対する加
・減速段階の割合を変えることによって、最適化シーケ
ンスで移動の最短総持続時間を決定することから、移動
の時間最適性が達成される。
【００１２】図６は回転軸心に関する半自動経路計画部
の構成の詳細を示す。先ず、ケージの目標速度（ｄφKD
／ｄｔ）targetが、操作パネルのハンドレバーによっ
て、達成可能な最高速度（ｄφD／ｄｔ）maxの値の範囲
に標準化される。したがって、その最高速度を超えられ
ない。半自動経路計画部は、１本の軸心について、常動
作用６１に１個と即時停止用６３に１個の、２つの二次
傾斜リミッタからなり、それらの間で切換えロジック６
７を切り換えることができる。出力における時間関数が
積分部６５によって形成される。次に、図６を参照して
半自動経路計画部での信号流れを説明する。
【００１３】先ず、目標速度（ｄφKD／ｄｔ）targetと
現在の設定速度ｄ（φKDref）／ｄｔとの設定値・実際
値差が、通常動作６１用の傾斜リミッタで形成される。
その差が定数ＫSl（ブロック７３）によって増大され、
目標加速度（ｄ2φKD／ｄｔ2）targetをつくる。下流に
つながれた制限部材６９が値を最大加速度±（ｄ2φD／
ｄｔ2）maxに制限する。動的挙動を向上させるため、目
標速度と現在の設定速度との設定値・実際値差を形成す
るとき、現在の設定速度ｄ2（φKDref）／ｄｔ 2でのジ
ャーク制限±（ｄ3φD／ｄｔ3）maxのために、ブロック
７１で計算される
【００１４】
【数１】 の最大速度変化だけが達成できることが考慮に入れられ
る。したがって、この値が現在の設定速度ｄ
（φKDref）／ｄｔに加えられて、システム全体のダイ
ナミックスが向上する。そして、目標加速（ｄ2φKD／
ｄｔ2 target）が制限要素６９の後ろに存在する。今度
は、設定・実際値差が現在の設定加速度ｄ2（φKDref）
／ｄｔ2で形成される。これより特性ブロック７５で、
【数２】 の設定ジャークｄ3（φＫDref）／ｄｔ3が形成される。
この関数のブロック形特性はフィルタによって減衰す
る。計算されたジャーク関数ｄ3（φKDref）／ｄｔ 3か
ら、設定加速度ｄ2（φKDref）／ｄｔ2、設定速度ｄ
（φKDref）／ｄｔ、および設定位置φKDtargetが、ブ
ロック６５での積分によって決定される。設定ジャーク
の微分がブロック６５での微分とそれと同時のフィルタ
によって、設定ジャークｄ3（φKDref）／ｄｔ3から求
められる。
【００１５】通常の動作時に、ターンテーブル梯子が作
動するとき、ケージに乗った者にとって快く滑らかな動
的挙動となるように、運動学的制約（ｄ2φD／ｄｔ2）
maxおよび（ｄ3φD／ｄｔ3）maxと比例強化値ＫSlが入
力される。これは、機械的システムが許容するよりもい
くらか低い最大ジャークおよび加速が設定されることを
意味する。しかし、システムの後動作は、特に高速移動
のときに大きい。言い換えれば、全速時にオペレータが
目標速度０を入力した場合、ターンテーブル梯子が停止
するまで数秒を必要とする。特に衝突の恐れある非常時
に、そのような入力を行うと、第２作動モードが開始さ
れ、ターンテーブル梯子を瞬時に停止させる。この目的
のために、構造が同じ設計の第２傾斜リミッタ６３が、
通常動作用の傾斜リミッタ６１と並列に接続されてい
る。しかし、後動作を決定するパラメータは、ターンテ
ーブル梯子の機械的耐性限界まで増加される。したがっ
て、この傾斜リミッタには、最大即時停止加速度（ｄ2
φD／ｄｔ2）max2、最大即時停止ジャーク（ｄ3φD／ｄ
ｔ3）max2および即時停止比例強化値ＫS2のパラメータ
が与えられる。切換えロジック６７は２つの傾斜リミッ
タ間で切り換わり、その回路はハンドレバー信号から非
常停止を確認する。通常動作用の傾斜リミッタと同様
に、即時停止用傾斜リミッタ６３の出力は設定ジャーク
ｄ3（φKDref）／ｄｔ3である。他の時間関数はブロッ
ク６５で通常動作と同様に計算される。
【００１６】したがって、運動学的制約を考慮に入れる
ことによって、回転方向のケージ設定位置の時間関数と
その微分が、全自動の経路計画部と同様に半自動の経路
計画部の出力に生じる。時間関数は軸心コントローラに
与えられる。この場合、梯子部品の制振に関して、軸心
コントローラの機能は参照変数の生成から独立してい
る。言い換えれば、水平方向の梯子の湾曲、垂直方向の
梯子の湾曲、上昇角、回転角、伸長長さおよびケージ質
量等の計測変数の少なくとも１つがコントローラを介し
てフィードバックすることにより、参照変数を適用せず
に制振効果も達成される。経路に正確な移動を達成する
には、経路計画モジュールとパイロットコントロールが
必要となる。
【００１７】最初に、図７を参照して、回転軸心用の軸
心コントローラの構成を説明する。経路計画モジュール
の、回転方向の設定ケージ位置の形の出力関数とその微
分（速度、加速、ジャークおよびジャークの微分）がパ
イロット制御ブロック７１に与えられる。動的モードの
最適な前提条件下で振動のない梯子の正確な経路の移動
が行われるように、パイロット制御ブロックでこれらの
関数が強化される。パイロット制御強化値を決定するた
めのベースは、回転軸心のための後続部分で得られる動
的モデルである。したがって、最適な前提条件下で、タ
ーンテーブル梯子の振動が抑えられ、ケージは発生され
た経路をたどる。設定速度がランプ関数を通して軸心コ
ントローラに与えられるだけなら、パイロットコントロ
ールでこの信号を最高許容速度に標準化すれば十分であ
る。
【００１８】梯子部品の振動を抑え、ターンテーブル梯
子を目標箇所に位置づけるために、回転角φD、回転角
速度ｄφD／ｄｔ、水平方向（回転方向）の梯子ユニッ
トの曲がりｗh、または曲りの微分ｄｗh／ｄｔなどの計
測変数の少なくとも１つをこの状態制御ブロック７３で
強化して、制御入力部にフィードバックする。計測変数
φDおよびｗhの微分はマイクロプロセッサ制御によって
数値で形成される。油圧駆動装置は非線形の動的特性
（ヒステリシス、あそび）によって特徴づけられるか
ら、パイロット制御そして、任意に、状態コントローラ
出力から形成される制御入力用の値ｕDrefは、システム
全体の線形の挙動を想定できるように、油圧補償ブロッ
ク７５で変更される。ブロック７５の出力（油圧補償）
は補正制御変数ｕStDである。そして、この値は油圧回
路の回転軸心用の比例弁に与えられる。回転軸心用の動
的モデルを導き出すことによって、動作モードの詳細を
説明するが、その導出は、パイロット制御強化値の計算
と状態コントローラのベースになる。
【００１９】この目的のために、図８はモデル変数の定
義の説明図である。そこで示された、単位ベクトルｅ 11
〜ｅ 13を持つ慣性系と関連した梯子機構の回転位置φD
のと、湾曲ｗhのために曲がりが小さい場合の以下の式
で計算されるケージの回転位置φKDとの関係はこの場合
不可欠である。
【数３】 式中、ｌは梯子の長さである。この動的システムは以下
の微分方程式で表すことができる。
【００２０】
【数４】 ＪDは回転軸心まわりの梯子機構と梯子ユニットの慣性
モーメントである。ｍKはケージの質量であり、ｍは換
算質量であり、それは梯子ユニットの均等の質量分布が
２点質量に換算するというモデル観察から生じる。第１
の質量が梯子機構の回転中心で換算され、第２の点質量
はケージ中心である。従って、換算質量はｍ＝ｍLαに
よって梯子ユニットｍLの総質量から計算される。パラ
メータαは周波数応答測定値から求められる。ＭMDは駆
動モータトルクである。ｂDはターンテーブル駆動の粘
性摩擦である。数４の最初の式はターンテーブル梯子機
構の運動方程式を実質的に表し、ターンテーブル梯子機
構上の梯子ユニットの曲がりによる反応が考慮されてい
る。数４の２番目の式は湾曲ｗhを表す運動方程式で、
湾曲振動の刺激がターンテーブル梯子機構の角加速また
は外乱を通して梯子ユニットの回転で引き起こされ、こ
れらの微分方程式の初期条件によって表される。数４の
２番目の式で、パラメータｃDLは梯子ユニットの剛性で
あり、ｂDLは梯子振動の減衰定数である。この剛性は梯
子ユニットの伸長状態ｌに大きく依存するから、剛性の
関数がｌの関数としてＦＥＭ（有限要素法）シミュレー
ションから計算される。したがって、ｃDLとしてｃ
DL（ｌ）が以下で常に想定される。また、これはｌに依
存する関数でもある構造上のデータから計算された慣性
モーメントＪDにも当てはまる。
【００２１】油圧駆動は以下の式で表される。
【数５】 ｉDは梯子機構のモータ速度と回転速度の間の伝動比で
ある。Ｖは油圧モータの吸収容量である。ΔＰDは油圧
駆動モータでの圧力低下である。βは油の圧縮性であ
る。ＱCDは圧縮性動力である。ＱFDは回転のための油圧
回路の伝達力である。ＫPDは比例弁の伝達力と制御電圧
との関係をつくる比例定数である。補助伝達力制御の動
的影響は無視される。
【００２２】そして、式を状態表現に変えることができ
る（O. Foellinger: Regelungstechnik, [Control Engi
neering], 7th Edition, Huethig Verlag, Heidelberg,
1992も参照）。システムの以下の状態表現が作られ
る：状態表現：
【数６】 ここで、状態ベクトル：
【数７】
【００２３】制御変数：
【数８】
【００２４】出力変数：
【数９】
【００２５】システム行列：
【数１０】
【００２６】制御ベクトル：
【数１１】
【００２７】出力ベクトル：
【数１２】
【００２８】回転軸心の動的モデルは、伸長長さｌおよ
び上昇角φAと関連した可変パラメータシステムと見な
される。数６〜数１２は以下で説明するパイロットコン
トロール７１と状態コントローラ７３の設計のベースと
なる。コントローラフィードバック７３は状態コントロ
ーラとして設計される。状態コントローラは、あらゆる
状態変数、つまり状態ベクトルｘ Dのあらゆる要素、が
制御強化値ｋiDで加重されて、パスの制御入力部にフィ
ードバックされるという特徴がある。制御強化値ｋiDが
組み合わされて制御ベクトルＫ Dを形成する。
【００２９】
【数１３】 が制御入力部にフィードバックされる状態コントローラ
ブロック７３の導入により、数６は以下のように変化す
る。
【数１４】
【００３０】「Unbehauen, Regelungstechnik 2 [Contr
ol Engineering 2], loc cit」によれば、システムの動
的挙動はシステム行列Ａ Dの固有値の位置によって決ま
り、それらは同時に周波数範囲の透過関数の極点であ
る。行列の固有値は、以下の特性多項式の変数ｓと関連
したゼロ位置を計算することによって、行列式から求め
ることができる。
【数１５】 Ｉは単位行列である。参照変数があるかないかは、この
場合重要ではない。これは、概略を制限することなくゼ
ロに設定できる。数６〜１２による選択された状態モデ
ルの場合、数１５（英語原文の式２９）の評価は以下の
ような５次の多項式を作る：
【数１６】
【００３１】固有値の位置が以下の行列式の評価によっ
て求めることができるから、状態変数をコントローラ行
列Ｋ Dを介して制御入力部へフィードバックすることに
よって、これらの固有値を明確に置き換えることができ
る。
【数１７】
【００３２】数１７（英語原文の式３１）の評価も５次
の多項式を作るが、それは制御強化値ｋiD（ｉ＝１〜
５）に依存する。数６〜１２によるモデルの場合、数１
６（英語原文の式３０）は以下のようになる。
【数１８】
【００３３】目標とする方法でシステムの動作を影響す
るために、制御強化値ｋiDのために、数１７および数１
８（英語原文の式３１および３２）があるゼロ位置を取
ることが要求され、その動作がこの多項式のゼロ位置に
反映される。その結果、この多項式のための以下の入力
が作られる。
【００３４】
【数１９】
【００３５】ｎは状態ベクトルの大きさを等しくするシ
ステム配列である。数６〜１２によるモデルの場合、ｎ
＝５で、したがって、ｐ（ｓ）は以下のようになる。
【数２０】 ｒiは、システムが安定し、よい制振効果をもって十分
早く制御が働き、通常生じる制御の逸脱で制御変数の制
限が起こらないように選択される。ｒiは、シミュレー
ションでの試運転の前に、これらの評価基準に従って決
定することができる。
【００３６】制御強化値を数１７および数１９（英語原
文の式３１および３３）の多項式の係数比較で求めるこ
とができる。
【００３７】
【数２１】
【００３８】数６〜数１２によるモデルの場合、以下の
一次方程式システムが制御強化値ｋ iDの関数として作ら
れる：
【００３９】
【数２２】
【００４０】上記方程式システム数２２（英語原文の式
３６）の評価は、所望の極点ｒiとシステムパラメータ
の関数として分析的数式を制御強化値に与える。数６〜
数１２によるモデルの場合、システムパラメータは
ＫPD、ｉD、Ｖ、ｌ、φA、β、Ｊ D、ｍ、ｍK、ｃDL、ｂ
DL、ｂDである。このコントローラ設計の利点は、伸長
長さｌや上昇角φAのようなシステムにおけるパラメー
タ変化が、変更された制御強化値に即座にとり入れられ
ることである。これは最適化された制御挙動に極めて重
要である。
【００４１】完全な状態コントローラは、すべての状態
変数に関する知識を要求するから、状態観察者の代わり
に出力フィードバックとして制御を設計することが有利
である。これは、すべての状態変数がコントローラを介
してフィードバックされるのではなく、計測によって検
出されたものだけがフィードバックされることを意味す
る。したがって、個々のｋiDがゼロのものがある。数６
〜１２によるモデルの場合、例えば回転軸心モータの駆
動モーメントの計測を省略できる。したがって、ｋ5D＝
０になる。これにもかかわらず、ｋ1D〜ｋ4Dを数２２
（英語原文の式３６）によって計算することができる。
さらに、かなり複雑な計算のため、単一の作動ポイント
に対してコントローラパラメータを計算することが賢明
な場合がある。しかし、その後で、以下のコントローラ
行列を持つシステムの実際の固有値位置を、数１７（英
語原文の式３１）の計算によって数値的チェックをしな
ければならない。
【００４２】
【数２３】 これは数値的にしか行えないから、変化するシステムパ
ラメータでカバーされる全体広がりを取り入れられなけ
ればならない。この場合、変化するシステムパラメータ
はｌとφAであろう。これらのパラメータは間隔
［ｌmin，ｌmax］および［φAmin，φAmax］で変動す
る。言い換えれば、これらの間隔で複数の支点ｌiおよ
びφAjを選択し、これらの変化するシステムパラメータ
の考え得るすべての組合せに対して、システム行列Ａ ij
（ｌi、φAj）を計算して数１７（英語原文の式３１）
に挿入し、数２３（英語原文の式３７）からＫ Dで評価
しなければならない。
【００４３】すべてのｉとｊに関して、
【数２４】 数２４（英語原文の式３８）のすべてのゼロ位置が常に
ゼロ未満なら、システムの安定性を確実にし、最初に選
択された極点ｒiを保持することができる。そうでない
場合は、数１９（英語原文の式３３）による極点ｒiの
補正が必要であるかもしれない。
【００４４】ｗh、ｄｗh／ｄｔ、φD、ｄφD／ｄｔのフ
ィードバックにより、状態コントローラブロック７３の
出力は以下のようになる。
【数２５】
【００４５】アクティブな制振に加えて経路に正確な移
動を可能にするために、状態コントローラブロック７３
にパイロット制御ブロック７１を加えることができる。
パイロット制御ブロック７１の設計のため、数１４（英
語原文の式１２ａ）は、参照変数
【数２６】 を作る部分によって拡張される。
【００４６】パイロット制御ブロック７１の入力変数
は、設定角度位置φKDref、設定角速度ｄ（φKDref）／
ｄｔ、設定角加速ｄ2（φKDref）／ｄｔ2、設定ジャー
クｄ3（φKDref）／ｄｔ3およびオプション的な設定ジ
ャークの微分である。したがって、参照変数のｗ Dは以
下の通りである。
【数２７】 ｗ Dの要素は、パイロット制御ブロック７１において、
パイロット制御強化値ＫV D0〜ＫVD4で加重されて、それ
らの合計が制御入力部に与えられる。従って、パイロッ
ト制御行列は以下のようになる。
【００４７】
【数２８】 行列式 数２６（英語原文の式２４）の数値を求めれ
ば、パイロット制御ブロックのための代数式としてそれ
を書くことができ、ｕDpilotは理想化されたモデルに基
づく比例弁用の非修正設定制御電圧である。
【００４８】
【数２９】 ＫVD0〜ＫVD4はパイロット制御強化値であり、それら
は、ケージが振動なしで設定軌道経路を正確にたどるよ
うに、梯子ユニットの現在の上昇角φAと伸長長さｌの
関数として計算される。
【００４９】パイロット制御強化値ＫVD0〜ＫVD4は次の
ように計算される。ケージ角度φKDの制御変数と関連し
て、パイロット制御ブロックなしで、透過関数を状態
式、数６〜数１２から以下のように計算することができ
る。
【数３０】 回転軸心の場合で、変数ｗh、ｄｗh／ｄｔ、φD、ｄφD
／ｄｔのフィードバックの場合、透過関数は以下のよう
になる。
【数３１】 変数ｋ1D、ｋ2D、ｋ3D、ｋ4Dは状態コントローラの制御
強化値であり、それは変数ｗh、ｄｗh／ｄｔ、φD、ｄ
φD／ｄｔが適当に加重されて制御入力部にフィードバ
ックするものである。
【００５０】パイロット制御強化値ＫVdi（ＫVD0〜Ｋ
VD4）を計算するには、数３１（英語原文の式２６）が
先ず参照変数の積によって展開される。
【００５１】
【数３２】
【００５２】数３２（英語原文の式２７）によるパイロ
ット制御のシステム全体の透過関数とターンテーブル梯
子の回転軸心の透過関数がその係数ｂiとａiにおける以
下の条件を満たすとき、位置、速度、加速、ジャークお
よび、オプション的な微分と関連した最適なシステム挙
動が正確に達成される。
【００５３】
【数３３】
【００５４】これは一次方程式システムを作り、それは
求めたパイロット制御強化値ＫVD0〜ＫVD4によって分析
形で解くことができる。
【００５５】係数ｂiおよびａiは、求めたパイロット制
御強化値ＫVD0〜ＫVD4に加えて、状態コントローラの既
知のコントローラ強化値ｋlD、ｋ2D、ｋ3D、ｋ4Dにも依
存する。状態コントローラブロックを考慮に入れなが
ら、パイロット制御ブロック７１のパイロット制御強化
値ＫVD0〜ＫVD4用に以下が得られる。
【００５６】
【数３４】
【００５７】これは、これらのパイロット制御強化値が
モデルパラメータに依存するという利点がある。数６〜
数１２に従ったモデルの場合、システムパラメータはＫ
PD、ｉD、Ｖ、ｌ、φA、β、ＪD、ｍ、ｍK、ｃDL、
ｂDL、ｂDである。
【００５８】上昇角φAと梯子長さｌなどのモデルパラ
メータの変更は、パイロット制御強化値の変化に即座に
入れることができる。したがって、これらは、φAとｌ
の計測値の関数として常に追跡することができる。言い
換えれば、梯子ユニットの異なる伸長長さｌが伸縮軸心
で開始されると、その結果、回転軸心のパイロット制御
強化値が自動的に変化し、ケージの移動時にパイロット
制御の制振挙動が維持される。さらに、異なる技術的デ
ータ（例えばｍなどが変更された）異なる種類のターン
テーブル梯子に換えられた場合、パイロット制御強化値
を即座に適合させることができる。パラメータＫPD、ｉ
D、Ｖ、β、ｍ、ｍKは、技術的データに関する情報シー
トに記載される。平均値またはセンサデータから得られ
る計測値がケージの質量用として想定される。原則とし
て、パラメータｌ、φAは変化するシステムパラメータ
としてセンサデータから求められる。パラメータのＪD
およびＣDLはＦＥＭテストから分かる。減衰パラメータ
ｂDL、ｂDは周波数応答測定値から求められる。
【００５９】そして、パイロットコントロール７１を考
慮に入れた回転軸心用の比例弁の設定制御電圧は以下の
ようになる。
【数３５】
【００６０】従って、最適化されたモデルに基づく、回
転方向でのケージの無振動で経路が正確な移動を保証す
るパイロット制御強化値が数３４（英語原文の式２８）
から得られる。数６〜数１２による状態モデルでは、線
形のシステム部分だけを考慮に入れることができから、
線形のシステム挙動がシステム入力と関連して作られる
ような方法で、油圧補償ブロック７５の油圧の静的非線
形性を任意で考慮に入れることができる。油圧の最も重
要な非線形効果は、比例弁のゼロ点まわり遊びと補助伝
達動力制御のヒステリシス効果である。この目的のため
に、比例弁の制御電圧ｕ StDとその結果生じる伝達動力
ＱFDの間の静的特性曲線が実験的に記録される。その特
性曲線は以下の数学関数で表すことができる。
【数３６】
【００６１】そして、システム入力と関連して線形性が
要求される。言い換えれば。比例弁と油圧補償ブロック
は、数５によって要約される以下の挙動を持つことにな
る。
【数３７】 補償ブロック７５が
【数３８】 の静的特性曲線を有する場合、静的補償特性曲線として
【数３９】 が選択されると、条件 数３７（英語原文の式４２）が
正確に満たされる。
【００６２】このようにして、回転軸心の軸心コントロ
ーラの個々の要素が記載される。結論として、経路計画
モジュールと回転軸心コントローラの組合せが、回転軸
心での振動なしの、経路が正確な移動の要求にこたえ
る。これらの結果に基づいて、上昇・傾斜軸心７用の軸
心コントローラを説明する。図９は軸心コントローラの
上昇・傾斜の基本構成を示す。回転軸心の場合と同様
に、状態制御ブロックを介して梯子部品の振動を抑える
ために、上昇角φA、上昇角速度ｄφA／ｄｔ、垂直方向
の梯子の湾曲ｗv、垂直湾曲ｄｗv／ｄｔ等の計測変数の
少なくとも１つが強化され制御入力部へフィードバック
される。計測変数φAおよびｗvの微分はマイクロプロセ
ッサコントロールで数値的に形成される。コントローラ
強化値を決定するためのベースは、上昇・傾斜軸心用と
して以下で述べる動的モデルである。梯子部品の制振に
加えて、経路に正確な移動をも達成するために、状態コ
ントローラに対してパイロット制御と経路計画が補充さ
れる。
【００６３】上昇・傾斜軸心の方向の設定ケージ位置と
微分（速度、加速、ジャークおよびジャークの微分）の
形の経路計画モジュールの出力関数がパイロット制御ブ
ロック９１（回転軸心のブロック７１）に与えられる。
これらの関数は、動的モデルの最適化された前提条件の
下で、振動のない、経路に正確な梯子の移動が作られる
ように、パイロット制御ブロックにおいて強化される。
パイロット制御強化値を決定するためのベースは、上昇
・傾斜軸心のために以下の部分で説明される動的モデル
となる。したがって、ターンテーブル梯子の振動はこれ
らの最適化された前提条件の下で抑制され、ケージは生
成される経路をたどる。油圧駆動ユニットの強い静的非
線形性（ヒステリシス、遊び）のために、パイロット制
御ｕApilotと任意の状態コントローラ出力ｕAjerkから
形成された値は、システム全体の線形挙動を想定できる
ように、油圧補償ブロック９５（ブロック７５と同様）
で制御入力ｕArefに変えられる。ブロック９５（油圧補
償）の出力は補正制御変数ｕstAである。そして、この
値は上昇・傾斜軸心のシリンダ用の油圧回路の比例弁に
与えられる。
【００６４】上昇軸心のための動的モデルを導き出すこ
とは、以下で動作モードを詳細に説明するのに役立つ。
その導出は、パイロット制御強化値と状態コントローラ
の計算のベースになる。この目的のために、図１０はモ
デル変数の定義の説明図である。そこで示された、単位
ベクトルｅ 11〜ｅ 13を持つ慣性系と関連した梯子機構の
上昇位置の角度φAと、湾曲ｗVのために曲がりが小さい
場合の以下の式で計算されるケージの上昇位置の角度φ
KAとの関係はこの場合不可欠である。
【００６５】
【数４０】 この動的システムは以下の微分方程式で表すことができ
る。
【数４１】 ＪAは上昇軸心まわりの梯子ユニットの慣性モーメント
である。ＭMAは梯子に対する油圧シリンダの駆動トルク
である。ｂAは油圧シリンダの粘性摩擦である。数４の
最初の式は梯子の駆動油圧シリンダの上昇作動に関する
運動方程式を実質的に表し、梯子ユニットの曲がりによ
る反応が考慮されている。数４の２番目の式は湾曲ｗV
を表す運動方程式で、湾曲振動の刺激が角加速または外
乱を通して梯子ユニットの上昇または傾斜で引き起こさ
れ、これらの微分方程式の初期条件によって表される。
数４の２番目の式で、パラメータｃALは梯子ユニットの
剛性であり、ｂALは上昇・傾斜軸心方向の梯子振動の減
衰定数である。この剛性は梯子ユニットの伸長状態ｌに
大きく依存するから、剛性の関数がｌの関数としてＦＥ
Ｍシミュレーションから計算される。したがって、ｃAL
としてｃAL（ｌ）が以下で常に想定される。また、これ
はｌに依存する関数でもある構造上のデータから計算さ
れた慣性モーメントＪAにも当てはまる。言及されてい
ないパラメータは、回転軸心の数４に関する詳細から推
定することができる。
【００６６】油圧駆動は以下の式で表される。
【数４２】 Ｆcylはピストンロッドへの油圧シリンダの力である。
Ｐcylはシリンダにおける圧力である（ピストンまたは
リング側での移動方向に依存する）。Ａcylはシリンダ
の横断面である（ピストンまたはリング側での移動方向
に依存する）。βは油の圧縮性である。Ｖcylはシリン
ダ容量である。ＱFAは上昇と傾斜のための油圧回路の伝
達力である。ＫPAは比例弁の伝達力と制御電圧との関係
をつくる比例定数である。補助伝達力制御の動的影響は
無視される。シリンダにおける油の圧縮で、油圧シリン
ダの全容量の半分が関連シリンダ容量として想定され
る。ｚcy l、ｄ（ｚcyl）／ｄｔはシリンダロッドの位置
と速度である。これらた幾何学上のパラメータのｄbと
φpは上昇運動に依存している。
【００６７】図１１は上昇軸心の上昇運動を示す。油圧
シリンダはターンテーブル梯子機構の下側端に据えつけ
られる。この点と上昇軸心まわりの梯子ユニットの支点
との間隔ｄaは構造データから推定できる。油圧シリン
ダのピストンロッドは間隔ｄbでもって梯子ユニットに
固定される。φ0も構造データから分かる。そこから上
昇角φAと油圧シリンダ位置ｚcylとの以下の関係が得ら
れる。
【数４３】 上昇角φAだけが計測変数であるから、数４３（英語原
文の式４８）の逆関係と、ピストンロッド速度ｄ（ｚ
cyl）／ｄｔと上昇速度ｄ（φA）／ｄｔとの間の依存が
意味を持つ。
【００６８】
【数４４】
【００６９】
【数４５】 梯子ユニットに対する作用モーメントを計算するため
に、投影角φpも計算しなければならない。
【００７０】
【数４６】
【００７１】その結果、数４１〜数４６（英語原文の式
４６〜５１）に記述された上昇軸心の動的モデルを状態
表現に変えることができる（O. Foellinger: Regelungs
technik, [Control Engineering], 7th Edition, Hueth
ig Verlag, Heidelberg, 1992も参照）。システムの以
下の状態表現が作られる：状態表現：
【数４７】
【００７２】ここで、状態ベクトル：
【数４８】
【００７３】制御変数：
【数４９】
【００７４】出力変数：
【数５０】
【００７５】システム行列：
【数５１】
【００７６】制御ベクトル：
【数５２】
【００７７】出力ベクトル：
【数５３】
【００７８】回転軸心の動的モデルは、伸長長さｌおよ
び上昇角φAの三角関数部分と関連した可変パラメータ
システムと見なされる。数４７〜数５３（英語原文の式
５２〜５８）は以下で説明するパイロットコントロール
９１と状態コントローラ９３の設計のベースとなる。
【００７９】
【数５４】 が制御入力部にフィードバックされる状態コントローラ
ブロック７３の導入により、数６は以下のように変化す
る。
【数５５】
【００８０】コントローラフィードバック９３は状態コ
ントローラとして設計される。制御強化値は回転軸心の
場合の数１５〜数２５（英語原文の式２９〜３９）と同
様に計算される。状態ベクトルｘ Aの要素がコントロー
ラ行列Ｋ 4の制御強化値ｋiAで加重されて、パスの制御
入力部にフィードバックされる。回転軸心の場合と同様
に、制御強化値を多項式の係数比較で求める。
【数５６】
【００８１】回転軸心の場合と同様に、上昇軸心のモデ
ルも位数がｎ＝５であるから、数５６（英語原文の式６
９ａ）の多項式も５次式である。数４７〜数５３（英語
原文の式５２〜５８）によるモデルの場合、制御強化値
ｋiAの関数として以下の一次方程式システムが作られ
る：
【数５７】 式中、ｐi（ｐ0〜ｐ4）はゼロ位置ｒiによって定義され
る多項式の係数である。ｒiは、システムが安定し、よ
い制振効果をもって十分早く制御が働き、通常生じる制
御の逸脱で制御変数の制限が起こらないように選択され
る。ｒiは、シミュレーションでの試運転の前に、これ
らの評価基準に従って決定することができる。
【００８２】上記方程式システム数５７（英語原文の式
７０）の評価は、所望の極点ｒiとシステムパラメータ
の関数として分析的数式を制御強化値に与える。数４７
〜数５３（英語原文の式５２〜５８）によるモデルの場
合、システムパラメータはＫ PA、Ａcyl、Ｖcyl、φA、
β、ＪA、ｍ、ｍK、ｃAL、ｂA、ｄb、ｄaである。パラ
メータｌへの依存は、梯子長さに対するパラメータＪA
とＣALの依存を通して与えられる。伸長長さｌや上昇角
φAのようなシステムにおけるパラメータ変化が、変更
された制御強化値に即座にとり入れられることである。
これは最適化された制御挙動に極めて重要である。回転
軸心の場合と同様に、状態コントローラは出力フィード
バックとして設計することもできる。この場合、計測に
よって検出された状態変数だけがフィードバックされ
る。したがって、個々のｋiAがゼロのものがある。数４
７〜数５３（英語原文の式５２〜５８）によるモデルの
場合、例えば油圧シリンダの駆動モーメントの計測を省
略できる。したがって、ｋ5A＝０になる。これにもかか
わらず、ｋ1A〜ｋ4Aを数５７（英語原文の式７０）によ
って計算することができる。さらに、かなり複雑な計算
のため、一定の作動ポイントに対してコントローラパラ
メータを計算し、この作動ポイントからの逸脱が生じた
ら、上昇角と伸長長さの関数としてのコントローラパラ
メータの追跡を無視することが賢明な場合がある。しか
し、いずれの場合も、以下のコントローラ行列を持つシ
ステムの実際の固有値位置を、数１７（英語原文の式３
１）と同じの式７１の計算によって数値的チェックをし
なければならない。
【００８３】
【数５８】
【００８４】これは数値的にしか行えないから、変化す
るシステムパラメータｌとφAでカバーされる全範囲を
取り入れられなければならない。これらのパラメータは
間隔［ｌmin，ｌmax］および［φAmin，φAmax］で変動
する。これらの間隔で複数の支点ｌiおよびφAjを選択
し、これらの変化するシステムパラメータの考え得るす
べての組合せに対して、システム行列Ａ Aij（ｌi、
φAj）を計算して、数１７（英語原文の式３１）と同様
に挿入し、数５８（英語原文の式７１）からＫ Aで評価
する。すべてのｉとｊに関して、
【数５９】
【００８５】数５９（英語原文の式７２）のすべてのゼ
ロ点がゼロ未満なら、システムの安定性を確実にし、最
初に選択された極点ｒiを保持することができる。そう
でない場合は、数６８（英語原文の式６９）による極点
ｒiの補正が必要であるかもしれない。
【００８６】ｗv、ｄｗv／ｄｔ、φA、ｄφA／ｄｔのフ
ィードバックにより、状態コントローラブロック９３の
出力は以下のようになる。
【数６０】 ここで、制御を補充するようパイロット制御ブロック９
１が用いられる場合、パイロット制御ブロック９１で適
当に加重された基準変数の部分が、数５４（英語原文の
式５８ａ）によって状態コントローラを介するフィード
バックに加えられる。そして、パイロットコントロール
９１を考慮に入れた回転軸心用の比例弁の設定制御電圧
は、数５４（英語原文の式５８ａ）と同様に以下のよう
になる。
【数６１】 そして、数４７（英語原文の式５２）は以下のようにな
る。
【数６２】
【００８７】パイロット制御ブロック９１の入力変数
は、設定角度位置φKA、設定角速度ｄφKA／ｄｔ、設定
角加速ｄ2φKA／ｄｔ2、設定ジャークｄ3φKA／ｄｔ3お
よびオプション的な設定ジャークの微分である。したが
って、参照変数のｗ Aは数２７（英語原文の式１３）と
同様である。
【数６３】 ｗ Aの要素は、パイロット制御ブロック９１において、
パイロット制御強化値ＫV A0〜ＫVA4で加重され、それら
の合計が制御入力部に与えられる。パイロット制御行列
は以下のように定義される。
【数６４】
【００８８】行列式 数６２（英語原文の式５８ｂ）の
数値を求めれば、パイロット制御ブロックのための代数
式としてそれを書くことができ、ｕApilotは最適化され
たモデルに基づく比例弁用の非修正設定制御電圧であ
る。
【００８９】
【数６５】 ＫVA0〜ＫVA4はパイロット制御強化値であり、それら
は、ケージが振動なしで設定軌道経路を正確にたどるよ
うに、梯子ユニットの現在の上昇角φAと伸長長さｌの
関数として計算される。
【００９０】パイロット制御強化値ＫVA0〜ＫVA4は次の
ように計算される。ケージ角度φKAの制御変数と関連し
て、パイロット制御ブロックなしで、透過関数を状態式
である数４７〜数５３（英語原文の式５２〜５８）から
以下のように計算することができる。
【数６６】
【００９１】出力パイロットブロックとケージ位置間の
透過関数は、数３１（英語原文の式２６）と同様に数６
６（英語原文の式６８）で計算できる。数６６（英語原
文の式６８）のパイロット制御ブロック９１を考慮に入
れることにより、数３２（英語原文の式２７）と同様な
関係が得られ、これを掛けると以下の構成になる：
【数６７】
【００９２】数６６（英語原文の式６８）のパイロット
コントロール９１を考慮に入れて、パイロット制御強化
値ＫVAi（ＫVA0〜ＫVA4）を数３３（英語原文の式２
１）の条件に従って計算できる。ここでも、式２２と同
様な一次方程式システムになり、求めたパイロット制御
に従って強化値ＫVA0〜ＫVA4に従って分析形で解くこと
ができる。しかし、求めたパイロット制御強化値ＫVA0
〜ＫVA4に加えて、係数ｂ iおよびａiも、状態コントロ
ーラの既知の制御強化値ｋ1A、ｋ2A、ｋ3A、ｋ4Aに依存
する。
【００９３】回転軸心の数３４（英語原文の式２８）と
同様に、状態コントローラブロック９３を考慮に入れる
ことによって、
【数６８】 ここで、
【数６９】 がパイロット制御ブロック９１のパイロット制御強化値
ＫVA0〜ＫVA4用として得られる。
【００９４】数６８（英語原文の式６９）で、最適化モ
デルにもとづき、状態コントローラブロック９３を考慮
に入れた、上昇または傾斜方向での、振動なしの、経路
が正確なケージの移動を保証するパイロット制御強化値
も得られる。回転軸心との関連で既に述べたように、こ
れは、パイロット制御強化値がモデルパラメータの関数
として作られるという利点がある。数４７〜数５３（英
語原文の式５２〜５８）に従ったモデルの場合、システ
ムパラメータはＫPA、Ａcyl、Ｖcyl、φA、β、ＪA、
ｍ、ｍK、ｃAL、ｂAL、ｂA、ｄb、ｄaである。パラメー
タｌへの依存も、梯子長さに対するパラメータＪAとＣ
ALの依存を通して与えられる。その結果、上昇角φAと
梯子長さｌなどのモデルパラメータの変更は、パイロッ
ト制御強化値の変化に即座に入れることができる。した
がって、これらは、φ Aとｌの計測値の関数として常に
追跡することができる。言い換えれば、梯子ユニットの
異なる伸長長さｌが伸縮軸心で開始されると、その結
果、回転軸心のパイロット制御強化値が自動的に変化
し、ケージの移動時にパイロット制御の制振挙動が維持
される。さらに、異なる技術的データ（例えばｍなどが
変更された）が異なる種類のターンテーブル梯子に換え
られた場合、パイロット制御強化値を即座に適合させる
ことができる。
【００９５】パラメータＫPA、Ａcyl、Ｖcyl、β、ｍ、
ｍK、ｄb、ｄaは、技術的データに関する情報シートに
記載される。平均値またはセンサデータから得られる計
測値がケージの質量用として想定される。原則として、
パラメータｌ、φAは変化するシステムパラメータとし
てセンサデータから求められる。パラメータのＪAおよ
びＣALはＦＥＭテストから分かる。減衰パラメータ
ｂAL、ｂAは周波数応答測定値から求められる。回転軸
心の場合と同様に、線形のシステム挙動がシステム入力
と関連して作られるように、油圧補償ブロック９５の油
圧の任意の非線形性を補償できる。上昇軸心の場合、弁
の遊びとヒステリシスに加えて、伸長長さｌと上昇角φ
Aと関連して制御電圧に、そして強化係数ＫPAと関連シ
リンダ直径Ａcylに補正係数が与えられる。その結果、
軸心コントローラの方向依存性の構造転換を回避でき
る。必要な補償関数を計算するために、比例弁の制御電
圧ｕStDとその結果生じる伝達動力ＱFDの間の静的特性
曲線が、ここでもｌとφAの関数として、実験的に記録
される。その特性曲線は以下の数学関数で表すことがで
きる。
【００９６】
【数７０】
【００９７】そして、システム入力と関連して線形性が
要求される。言い換えれば。比例弁と油圧補償ブロック
は、数４２（英語原文の式４７）によって要約される以
下の挙動を持つことになる。
【００９８】
【数７１】
【００９９】補償ブロック９５が
【数７２】 の静的特性曲線を有する場合、静的補償特性曲線として
【数７３】 が選択されると、条件 数７１（英語原文の式７６）が
正確に満たされる。このようにして、上昇軸心の軸心コ
ントローラの個々の要素が記載される。したがって、経
路計画モジュールと上昇・傾斜軸心コントローラの組合
わせが、上昇および傾斜時の振動なしの、経路が正確な
ケージ移動の要求にこたえる。
【０１００】以下、梯子の伸縮軸心のための軸心コント
ローラの構造を説明する。図１２はその軸心コントロー
ラの構造を示す。回転および上昇・傾斜軸心コントロー
ラ４３、４５と異なり、伸縮軸心の軸心コントローラ４
７は、この軸心が振動する傾向は少ないことから、位置
用の外部制御ループと速度用の内部制御ループを持った
従来のカスケード制御を備えている。軸心コントローラ
を制御するために、経路計画モジュール３９および４１
は、伸縮軸心の設定位置ｌrefと設定速度ｄ（ｌref）／
ｄｔの時間関数だけを必要とする。これらは、静止して
いるとき位置と関連して正確な応答の早いシステム挙動
が生じるように、パイロット制御ブロック１２１で加重
される。参照変数ｌre fと計測変数ｌの実際の比較がパ
イロット制御ブロックの直後で行われるから、位置ｌに
対するパイロット制御強化の場合、位置と関連した安定
状態が得られる。設定速度ｄ（ｌref）／ｄｔのための
パイロット制御強化は、ハンドレバーが操作されたと
き、主観的に迅速だが十分に減衰された応答挙動が生じ
るように決定される。位置の制御ループのコントローラ
１２３は比例コントローラ（Ｐコントローラ）として設
計することができる。その制御強化は、閉鎖制御回路の
評価基準安定性と十分な減衰によって決定される。コン
トローラ１２３の出力変数は比例弁の最適な制御電圧で
ある。回転および上昇・傾斜軸心コントローラ４３、４
５の場合と同様に、油圧の非線形性が補償ブロック１２
５で補償される。回転軸心の場合と同様な計算が行われ
る（数３７〜数３９（英語原文の式４２〜４４））。出
力変数は比例弁の補正制御電圧ｕStEである。速度の内
側制御ループは油圧回路の補助伝達力制御である。
【０１０１】ターンテーブル梯子の最後の軸心は水平軸
心であり、それは、車両が斜面にあるときでも、梯子機
構が回転時に常に水平のままであることを確実にする。
車両の傾斜を検出するために、電解液センサがターンテ
ーブル梯子機構に取り付けられ、それは直交する２方向
の慣性システムと関連したターンテーブル梯子機構の傾
斜度を示す。これらの２つの角度はφNxおよびφNyとさ
れる。２番目の方向角度は上昇・傾斜軸心に対応してい
るから、梯子を常に垂直に保つためには角度φ Nxだけが
重要である。傾斜を補償するために、駆動リングとター
ンテーブル梯子機構の間に２個の油圧シリンダが取り付
けられ、それらは車両に対してターンテーブル梯子機構
を角度φNre1に傾けることができる。制御の目的は、回
転時に慣性システムに対する角度φNxを常にゼロに維持
すること、言い換えれば、慣性システムと平行に整列さ
せることにある。梯子を寝かす前には、再び車両に平行
にしなければならない。この目的のために、梯子の伸長
前の寝かし状態で角度センサφNxおよびφNyが読み取ら
れ、この値が車両傾斜φFNxおよびφFNyとして記憶され
る。したがって、値φFNxは前後方向軸心まわりの車両
の傾斜であり、φFNyは移動方向を横切る軸心まわりの
傾斜である。梯子を寝かす前に再び車両に平行にするた
めにこれらの値が使用される。
【０１０２】図１３は水平軸心のための軸心コントロー
ラの構造を示す。位置用の外部制御ループと速度用の内
部制御ループを持ったカスケードコントローラを備える
構造は伸縮軸心のものと対応している。パイロットコン
トロール１３１は基本的な構造段階では省かれる。アク
ティブな水平調整による梯子の動作時に、設定値はφNx
に関してゼロであると常に仮定される。コントローラ１
３３は現在の計測値φNxと設定値ゼロとの設定対実際値
差を制御電圧ｕNrefに変換する。コントローラは比例コ
ントローラとして設計される。コントローラ強化は、閉
鎖制御回路の評価基準安定性と十分な減衰によって決定
される。コントローラ１３３の出力変数は比例弁の最適
な制御電圧である。他の軸心コントローラと同様に、油
圧の非線形性が補償ブロック１３５で補償される。回転
軸心の場合と同様な計算が行われる（数３７〜数３９
（英語原文の式４２〜４４））。出力変数は比例弁の補
正制御電圧ｕStNである。油圧回路の補助伝達力制御は
速度の内側制御ループである。
【０１０３】軸心コントローラの動作を向上させる場合
は、パイロットコントロール１３１で軸心コントローラ
を補うことができる。経路計画モジュールは、水平軸心
に関連する回転軸心の時間関数φKDrefと設定速度ｄ
（φKDref）／ｄｔをパイロット制御で必要とする。こ
れらはパイロットコントロールにおいて先ず、以下の式
によって、傾斜角の設定値φＮre1に変換される。
【数７４】 したがって、
【数７５】
【０１０４】良い近似値として、これは水平軸心の油圧
回路用に以下のように単純化できる。
【０１０５】
【数７６】 式中、ＫPNtotは傾斜速度ｄ（φＮre1）／ｄｔと制御電
圧と透過関数の合計強化値である。
【０１０６】
【数７７】 が選択された場合、コントローラ１３３を補うこのパイ
ロット制御によって、動的挙動がさらに向上する。梯子
を寝かせる前に、車両の傾斜角φFNxが、慣性システム
に関連する傾斜角の設定値に与えられる。したがって、
水平軸心は回転軸心との組合わせで、ある車両傾斜での
回転時に梯子が常に水平であることを確実にする。
【０１０７】したがって、経路制御によって、すべての
軸心でケージの経路に正確な移動を可能にし、その過程
における梯子ユニットのアクティブな振動を抑制するタ
ーンテーブル梯子装置が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターンテーブル梯子装置の基本的な機械的構造
を示す一例の図
【図２】油圧開ループコントロールと閉ループコントロ
ールの相互作用を示す図
【図３】経路コントロールの全体構成示す図
【図４】経路計画モジュールの構造を示す図
【図５】全自動の経路計画モジュールでの経路生成を例
示する図
【図６】半自動の経路計画モジュールの構造を示す図
【図７】回転軸心用の軸心コントローラの構造を示す図
【図８】回転軸心の機械的構造とモデル変数の定義を示
す図
【図９】上昇軸心の軸心コントロールの構成を示す図
【図１０】上昇軸心の機械的構造とモデル変数の定義を
示す図
【図１１】上昇軸心の上昇運動を示す図
【図１２】伸長軸心の軸心コントローラの構造を示す図
【図１３】水平軸心の軸心コントローラの構造を示す図
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｅ０６Ｃ 5/06 Ｅ０６Ｃ 5/06 (71)出願人 501184238 ＮＩＣＯＬＡＵＳ−ＯＴＴＯ−ＳＴＲ． 25−27， Ｄ−89079 ＵＬＭ， ＢＵＮ ＤＥＳＲＥＰＵＢＬＩＫ ＤＥＵＴＳＣＨ ＬＡＮＤ (72)発明者 ハラルト・アッシェマン ドイツ連邦共和国 デー−73340 アムシ ュテッテン タールシュトラーセ ２ (72)発明者 エー・ペー・ホーファー ドイツ連邦共和国 デー−89173 ロンゼ ー ゾンネンシュトラーセ ４ Ｆターム(参考） 2E044 CA04 ED03 EE00 2E189 AA01 3F333 AA08 DA10 DB10 FA22 FA40

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 梯子部品の移動のためのコントロールを
    備えたターンテーブル梯子装置であって、ケージが移動
    するとき、水平および垂直方向の梯子の湾曲、上昇角、
    回転角、伸長長さおよびケージ質量の計測変数の少なく
    とも１つがコントローラを介して駆動制御変数にフィー
    ドバックされることで、梯子部品の振動を抑制するよう
    に制御手段が設計されていることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 コントローラが、水平および垂直方向の
    梯子の湾曲、上昇角、回転角、伸長長さおよびケージ質
    量の計測変数の計測値を一定の強化値で強化する状態コ
    ントローラとして設計されていることを特徴とする請求
    項１に記載のターンテーブル梯子装置。
  3. 【請求項３】 コントローラが、上昇角、伸長長さおよ
    びケージ質量の変数の少なくとも１つの関数として形成
    された計測変数の計測値の強化値を駆動制御変数にフィ
    ードバックする状態コントローラとして設計されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のターンテーブル梯子
    装置。
  4. 【請求項４】 上昇角、伸長長さおよびケージ質量の変
    数の加重強化値が発生することを特徴とする請求項３に
    記載のターンテーブル梯子装置。
  5. 【請求項５】 ケージの移動時に微分方程式に基づく動
    的モデルで梯子の理想化された移動挙動を計画し、梯子
    の実質的に無振動の移動のために梯子部品の駆動の理想
    化制御変数を動的モデルにもとづいて計算するパイロッ
    トコントロールが設けられることを特徴とする請求項１
    から４のいずれか装置。
  6. 【請求項６】 作業環境での梯子の移動経路を作るため
    の経路計画モジュールが設けられ、前記モジュールが、
    ケージ位置、ケージ速度、ケージ加速、ケージジャーク
    およびオプション的なケージジャークの微分用の時間関
    数の形で移動経路を、梯子部品の駆動を制御するパイロ
    ット制御ブロックに送ることを特徴とする請求項５に記
    載のターンテーブル梯子装置。
  7. 【請求項７】 経路計画モジュールが、ケージ位置、ケ
    ージ速度、ケージ加速およびケージジャーク用の時間関
    数のために運動学的制約の入力を許容することを特徴と
    する請求項６に記載のターンテーブル梯子装置。
  8. 【請求項８】 経路計画モジュールがジャークの微分の
    時間関数をも生成することを特徴とする請求項７に記載
    のターンテーブル梯子装置。
  9. 【請求項９】 経路計画モジュールが運動学的制約を考
    慮に入れるための傾斜リミッタを含むことを特徴とする
    請求項７または８に記載のターンテーブル梯子装置。
  10. 【請求項１０】 経路計画モジュールがジャークの定関
    数を生成し、これらからケージ加速、ケージ速度および
    ケージ位置用の時間関数を積分によって求めることを特
    徴とする請求項９に記載のターンテーブル梯子装置。
  11. 【請求項１１】 経路計画モジュールが、緊急停止の際
    にケージの継続移動を抑える更なる傾斜リミッタを備え
    ることを特徴とする請求項９または１０に記載のターン
    テーブル梯子装置。
  12. 【請求項１２】 軸心コントローラが梯子駆動用の油圧
    比例弁を制御する電気制御信号を供給することを特徴と
    する請求項１から１１のいずれかに記載のターンテーブ
    ル梯子装置。
  13. 【請求項１３】 梯子を上下させ、その長さ方向に昇降
    し伸縮させるために、梯子を垂直軸心まわりで回転させ
    る駆動が与えられることを特徴とする請求項１２に記載
    のターンテーブル梯子装置。
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