JP2009029617A - 制振位置決め制御方法および装置 - Google Patents

制振位置決め制御方法および装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2009029617A
JP2009029617A JP2008058988A JP2008058988A JP2009029617A JP 2009029617 A JP2009029617 A JP 2009029617A JP 2008058988 A JP2008058988 A JP 2008058988A JP 2008058988 A JP2008058988 A JP 2008058988A JP 2009029617 A JP2009029617 A JP 2009029617A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration
deceleration
vibration
constant
pattern
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008058988A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4415335B2 (ja
Inventor
Shuntaro Suzuki
俊太郎 鈴木
Shiho Sodeshida
志保 袖子田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2008058988A priority Critical patent/JP4415335B2/ja
Priority to TW97113455A priority patent/TW200906705A/zh
Priority to CN2008100967654A priority patent/CN101334674B/zh
Publication of JP2009029617A publication Critical patent/JP2009029617A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4415335B2 publication Critical patent/JP4415335B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

【課題】相殺するまでの振動が少なく、加速度によって生じる静的な振れよりも大きな振れが発生せず、その分、発生応力を低減でき、加速時間や減速時間を固有周期に合わせる必要がなく任意に設定できる制振位置決め制御方法および装置を提供する。
【解決手段】加速・減速時に振れや弾性変形を生じる移動体の振動を抑制して位置決めする制振位置決め制御方法と装置。移動体の振動を1自由度のばね−質点系でモデル化し、モデルの固有周期Tを求め、加速・減速時の加速度パターンをジャーク一定の増速及び減速を含む台形パターンとし、各ジャーク一定時間を固有周期の整数倍とする。
【選択図】図6

Description

本発明は、加速・減速時に振れや弾性変形を生じる移動体の振動を抑制し正確に位置決めするための制振位置決め制御方法および装置に関する。
クレーンやロボットアームなど加速・減速時に振れや弾性変形しやすい構造をもつ移動体は、移動中に前後に振れたり、弾性変形を生じ、正確な位置決めが困難となる。そこでこのような移動体の振動をリアルタイムで計測することなく、オープンループで制御して振動を抑制し位置決めする手段として、固有周期に合わせた速度パターンとする手段が従来から種々提案されている(例えば、非特許文献1、特許文献1〜6)。
非特許文献1は、二段階加速法を含むインプットシェーピング法(Input Shaping Method)を最初に提唱したものである。この方法では、風などの外乱や減衰を考慮せず、加速中もしくは減速中の振動特性に変化が無ければ、最初の加速(減速)と2段目の加速(減速)との時間差が固有周期の1/2のときに振れが相殺される。
すなわち加速(減速)を固有周期の1/2の矩形加速度で行うと1段目の加速(減速)と2段目の加速(減速)が連続するため、結果として固有周期の整数倍の時間で直線加速(減速)を行うと、加速(減速)完了時の残留振れが0となる。
特許文献1は、クレーンの荷振れ制御に二段階加速法を適用したものである。図1にモデル、速度パターンおよび振れを示すように、加速もしくは減速によって生じた振れに対し、タイミングを調整して再度加速もしくは減速することにより振れを相殺する。
特許文献2は、二段階加速法をロボットアームに適用したものである。
特許文献3は、加速を矩形ではなく台形とし、加速立ち上がりから加速立下がりまでの時間を固有周期の整数倍とするものである。
特許文献4は、これらの手段の存在をふまえたうえで、具体的な加速度パターンの算出方法を示したものであるが、固有周期の整数倍の時間で加速度パターンを重ね合わせるという概念に変わりは無い。
特許文献5は、ロボットの振動低減のため、加減速時間が振動系の固有周期の1/2の整数倍となるように、加減速時のみサーボ系のゲインを変化させるものである。
特許文献6は、ロボットマニュピュレータの位置決め制御において、速度指令として固有周期の整数倍の周期をもつ矩形波形の信号を出力するものである。
N.C.Singer,W.P.Seering,"Preshaping Command Inputs to Reduce System Vibration",Journal of Dynamic Systems,Measurement,and Control,Vol.112,MARCH 1990
特開平5−85698号公報、「クレーンの荷振れ制御装置」 特開平6−114762号公報、「制振制御方法」 特開平7−328965号公報、「制振制御方法および固有振動周期測定方法および制振制御装置」 特開2005−339503号公報、「駆動装置の位置決め制御方法及び装置」 特開昭63−308603号公報、「ロボットの振動低減方式」 特許第3280049号公報、「制振位置決め制御方式」
上述した従来の手段は、(1)相殺するまで振動がある、(2)加速度によって生じる静的な振れよりも大きな振れが発生するため、その分、発生応力が過大となる、等の問題点があった。また、(3)加速時間や減速時間を固有周期に合わせる必要があるため、任意に設定できない問題点があった。
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の第1の目的は、相殺するまでの振動が少なく、加速度によって生じる静的な振れよりも大きな振れが発生せず、その分、発生応力を低減でき、加速時間や減速時間を固有周期に合わせる必要がなく任意に設定できる制振位置決め制御方法および装置を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、固有周期が質点の位置変化(クレーンの吊り長さやロボットアームの長さなどが変わる)によって変化する場合でも、ジャーク一定時間と固有周期(の整数倍)を十分に一致させて、第1の目的を達成することができる制振位置決め制御方法および装置を提供することにある。
さらに、本発明の第3の目的は、固有周期を事前に正確に求めることができず、或いは 経年変化などによって同じ位置であっても固有周期が変化する場合でも、第1の目的を達成することができる制振位置決め制御方法および装置を提供することにある。
本発明によれば、加速・減速時に振れや弾性変形を生じる移動体の振動を抑制して位置決めする制振位置決め制御方法であって、
前記移動体の振動を1自由度のばね−質点系でモデル化し、
前記モデルの固有周期を求め、
加速・減速時の加速度パターンをジャーク一定の増速及び減速を含む台形パターンとし、各ジャーク一定時間を固有周期の整数倍とする、ことを特徴とする制振位置決め制御方法が提供される。
本発明の好ましい実施形態によれば、前記加速度パターンは、加速度をジャーク一定で増加させ、次いで加速度を一定に保持し、次いで加速度をジャーク一定で0まで減少させる増速パターンと、
加速度をジャーク一定で減少させ、次いで加速度を一定に保持し、次いで加速度をジャーク一定で0まで増加させる減速パターンと、
前記加速パターンと減速パターンの間に位置し加速度を0に保持する等速パターンとを有する。
また、前記加速度パターンを、1/2周期ずらして2波又は3波以上を重ね合わせる、ことが好ましい。
また、固有周期が質点の位置変化によって変化する場合において、
加速開始時、加速終了時、減速開始時、及び減速終了時における固有周期を質点の位置に基づきそれぞれ導出し、
加速開始時、加速終了時、減速開始時、及び減速終了時における各ジャーク一定時間を、前記導出したそれぞれの固有周期の整数倍とする。
また、同一条件下で、加速終了時および減速終了時の残留振れを複数計測し、
前記複数の残留振れの平均値を算出し、
前記残留振れの平均値が所定の閾値以上である場合、残留振れが小さくなるように固有周期の補正値を増減させる、ことが好ましい。
また、本発明によれば、加速・減速時に振れや弾性変形を生じる移動体の振動を抑制して位置決めする制振位置決め制御装置であって、
前記移動体の振動を1自由度のばね−質点系でモデル化し、
前記モデルの固有周期を求め、
加速・減速時の加速度パターンをジャーク一定の増速及び減速を含む台形パターンとし、各ジャーク一定時間を固有周期の整数倍とする、ことを特徴とする制振位置決め制御装置が提供される。
本発明の発明者らは、1自由度のばね−質点系でモデル化できる振動要素をもつ制御対象において、一定の傾きで加速度を変化させたときの加速度変化時間が固有周期の整数倍に一致するとき、その振れは、加速度によって生じる振れ(静的なたわみ)のみとなる特性を、解析によって新たに見出した。以下、加速度の時間微分を単に「ジャーク」と呼ぶ。
本発明はかかる新規の知見に基づくものである。すなわち、本発明の方法及び装置では、この特性を利用し、加速・減速時の加速度パターンをジャーク一定の台形パターンとし、各ジャーク一定時間を固有周期の整数倍とするので、後述するように、等加速度時、等速度時および停止時の残留振れを理論上0に低減することができる。
また、本発明の方法及び装置による動作によって生じるたわみ(振幅)の大きさが、加速度によって生じる静的なたわみ以下であるため、機器にかかる応力を最小にできる。
さらに、加速度パターンが容易に設定可能であり、強度設計に必要以上の余裕度をもうける必要が無くなる。
さらに、等加速度の時間を任意としても振止効果に違いが無いため、最大速度を可変とした場合の速度パターンの設定が容易となる。
また、固有周期が質点の位置変化によって変化する場合でも、加速開始時、加速終了時、減速開始時、及び減速終了時における固有周期を質点の位置に基づきそれぞれ導出し、加速開始時、加速終了時、減速開始時、及び減速終了時における各ジャーク一定時間を、例えば、T1,T2,T3,T4と別々に定義し、上記固有周期にしたがって、前記導出したそれぞれの固有周期の整数倍とそれぞれ設定する、ことにより、ジャーク一定時間と固有周期(の整数倍)との乖離が小さくなり、振止精度を向上させることができる。
また、同一条件下で、加速終了時(=等速運転時)および減速終了時(=停止時)の残留振れを複数計測し、前記複数の残留振れの平均値を算出し、前記残留振れの平均値が所定の閾値以上である場合、残留振れが小さくなるように固有周期の補正値を増減させる、ことにより、機器導入時の調整作業量を軽減するとともに、経年変化に対する再調整を自動化することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図2は、加速・減速時に振れや弾性変形する移動体のモデル図である。本発明では移動体モデル(A)として、質量mの荷物1が長さLの弾性アーム2を介して移動台車3に固定された回転バネ振子(B)を適用する。
ここで、kはばね定数、θは角度、Mは台車質量、fは駆動力、gは重力加速度である。
また、移動台車3は、本発明の制御装置10により、荷物1の振動をリアルタイムで計測することなく、オープンループで制御するものとする。
このモデルの運動エネルギーVは数1の式(1)で表され、位置エネルギーUは式(2)で表される。
さらに、式(1)と式(2)から、ラグランジェ運動方程式は、式(3)(4)で表される。ここで、θは微小であり、cosθ=1、sinθ=θとする。
また、自由な走行状態における振動の固有周期Tは、式(4)から式(5)で表される。
Figure 2009029617
移動台車3が制御装置10により指令値とおり動くことから、式(4)を変形すると数2の式(6)が求まる。
ここで、式(6)の右辺をF(t)とおき、角速度ω=2π/T・・・(6a)の関係を用いると式(6)は式(7)となる。
式(7)は、非同次二階微分方程式であり、その解は、式(8)で与えられる。
Figure 2009029617
ここで、台車の入力値として、図3Aに示すように、時間t=0からt=trまで、加速度の時間微分(「ジャーク」)を一定に加速し、その後、加速度が一定となる加速を考える。この場合、時間経過tがジャーク一定時間trを超えたとき、式(8)は数3の式(9)で表される。
Figure 2009029617
ジャーク時間trが固有周期Tの整数倍(nは整数)である場合、式(6a)からωtr=ωnT=2nπ・・・(6b)である。
式(9)において、sinω(t−tr)=sinωt・cosωtr−cosωt・sinωtr=sinωt・cos2nπ−cosωt・sin2nπ=sinωt・・・(6c)が成り立つ。
従って、式(9)は、式(10)で表すことができる。
θ=1/(ωL)・・・(10)
図3(B)は、ジャーク一定時間trが本発明の場合(tr=2T=10)と、本発明と若干相違する場合(tr=12)を比較して図である。
この図から、1自由度のばね−質点系でモデル化できる振動要素をもつ制御対象において、一定の傾きで加速度を変化させとき(以下、「ジャーク一定」と呼ぶ)の加速度変化時間(「ジャーク一定時間」)が固有周期の整数倍のときに、その振れが、加速度によって生じる振れ(静的なたわみ)のみとなることがわかる。
本発明は、この特性を利用し、加速・減速時の加速度パターンをジャーク一定の台形パターンとし、各ジャーク一定時間を固有周期の整数倍とすることで、等加速度時、等速度時および停止時の残留振れを起こさないようにするものである。
この特性は加速度一定の状態から負のジャーク一定で加速度0とする場合にも成立するため、各ジャーク時間を固有周期の整数倍とした台形加速度パターンで加速、減速を行うと、加速完了時や減速完了時(停止時)のみならず、加速中・減速中(等加速度動作中)にも残留振れを起こさない。
また、本発明の方法及び装置による動作によって生じるたわみ(振幅)の大きさが、加速度によって生じる静的なたわみ以下であるため、機器にかかる応力が最小となるとともに容易に計算可能となり、強度設計に必要以上の余裕度をもうける必要が無くなる。また、等加速度の時間を任意としても振止効果に違いが無いため、最大速度を可変とした場合の速度パターン算出が容易となる。
図4は、従来例であり、図2のモデルにおいて固有周期の4倍の時間で直線加速した場合の加速パターンとアームの振れ及び速度を示す。この図から、本発明と相違し、単に「加速時間を固有周期の整数倍」にした場合には、アームの振れの変動が大きいことがわかる。
図5は、本発明の例であり、図2のモデルにおいて固有周期の1倍の時間だけジャーク一定とし、次いで等加速度で動作し、その後固有周期の1倍の時間だけ負のジャーク一定とする加速パターンと、その場合のアームの振れ及び速度を示す。
従来例との比較のため、この図において、加速に要する時間を図4と同じ固有周期の4倍となるように調整し、さらに加速後の最大速度が図4と一致するような最大加速度を設定した。このとき、この図の最大加速度は図4に比べて大きなものとなるが、最大振れ(たわみ量)はこの図のほうが小さくなることがわかる。
また、図4では短い間に4回アームが振動するのに対し、図5では1回の振動(たわみ)となるため、本発明の例ではアームの疲労も少なくなる。
図6は、本発明による制振位置決め制御における加速度パターンである。
この図において、横軸は経過時間、縦軸は加速度である。この図は、図2に示したアームを制振位置決め制御を行う場合の加速度パターンであり、最大加速度A[m/s]、最大速度V[m/s]で設計された駆動系とし、X[m]離れた位置に水平移動するための加速度パターンである。
なお、アームの固有周期をT[sec]とし、動作中に固有周期は変化しないものとする。また、後述する計算例ではジャーク一定時間を固有周期の1倍という設計条件とする。
図6における等加速時間αは、加速パターンの積分と最大速度との関係からV/A−T・・・(11)で求められる。
また、等速時間βは、加速パターンの二次積分と移動距離との関係から(X−Xad)/V・・・式(12)で求められる。
ここでXadは加速および減速に要する移動距離であり、本計算例では(1/6AT+1/2ATα+1/2Aα+5/6AT+ATα)×2=(AT+3/2ATα+1/2Aα)×2=(1/2VT+1/2V/A)×2・・・式(13)で求められる。
図7は加速度パターンの計算方法を示すフロー図である。
図6において、設計上の最大速度Vでの加速・減速に要する移動距離Xadが目標移動距離Xよりも大きい場合(S4でNOの場合)は、S5で最大速度Vを下げるものとする。また、最大速度Vを下げることで等加速時間αが0未満となる場合(S6でNOの場合)は、S7で最大加速度Aを下げるものとする。
なお、図7のフロー図において、「Vの再設定」(S5)と「Aの再設定」(S7)は等加速時間=0、等速時間=0という条件で移動時間を最小とする値を解析的に求めることも可能であるが、あらかじめ設定した値をテーブル等から取得してもよい。
本計算例では、等加速時間=0かつ等速時間=0の解は、V=X/(2T)、A=X/(2T)・・・式(14)となる。
等加速時間αおよび移動距離Xadの算出式は、ジャーク一定時間を固有周期の何倍に設定するかによって、一意に決定される。
図8は、本発明の制振位置決め制御装置の動作フローを示す。
この図において、まず、S11において、オペレーションやセンサなどから目標位置・現在位置・搬送物の有無などを入力する。S12において、これらの情報から移動量や固有周期などの加速度パターン計算条件を算出する。さらにS13において、前述の加速度パターン計算フローにしたがって加速度パターンを算出する。
本発明の制御装置により、インバータモータなどの駆動装置に対し、一定サイクルで速度指令を出力することで機器の制御を行う。すなわち、S14において、加速度パターンを制御サイクルの時間間隔でトレースし、S15で加速度を数値積分した値を、S16において速度指令として、制御サイクル毎に駆動装置に出力する。
加速度パターン計算フローで計画した動作時間だけ制御出力を行い、速度指令が0となったときが動作完了(S17)である。ただし、駆動装置の動作と速度指令は完全には一致しないため、実際の運用では、移動距離Xに余裕量を設けたり、微小速度による最終位置決めなどの処理を行うものとする。
本発明において、クレーンの吊り長さが変わるなど、あらかじめ動作中に固有周期が変わることがわかっている場合は、加速時と減速時それぞれの固有周期を用いて加速度パターンを算出するのがよい。この場合の具体例は、後述する。
図9は、本発明の加速度パターンの第2実施例(A)と第3実施例(B)である。(A)は、2波の重ね合わせ例であり、(B)は3波の重ね合わせ例である。
この図に示すように、加速度パターンを1/2周期ずらして2波又は3波以上を重ね合わせることで固有周期変動に対するロバスト性を高めることができる。何波重ね合わせるかは、加速時間とロバスト性とのトレードオフであるため、適用する機器の特性や運転条件によってこの図に示すような重ね合わせの台形加速度パターンを用いてもよい。
上述したように、本発明の方法及び装置は、回転バネ振子モデルの新規の特性を利用し、加速・減速時の加速度パターンをジャーク一定の台形パターンとし、各ジャーク一定時間を固有周期の整数倍とするので、等加速度時、等速度時および停止時の残留振れを理論上0に低減することができる。
また、本発明の方法及び装置による動作によって生じるたわみ(振幅)の大きさが、加速度によって生じる静的なたわみ以下であるため、機器にかかる応力を最小にできる。
さらに、加速度パターンが容易に設定可能であり、強度設計に必要以上の余裕度をもうける必要が無くなる。
さらに、等加速度の時間を任意としても振止効果に違いが無いため、最大速度を可変とした場合の速度パターンの設定が容易となる。
図10は、図6と同様な加速度パターンの第4実施例である。この例は、クレーンの吊り長さが変わるなど、あらかじめ動作中に固有周期が変わることがわかっている場合の例である。
図2に示したアームを制振位置決め制御する場合の加速度パターンおよび加速度パターン計算フローを以下に示す。
なお、本計算例では加加速時間を固有周期の1倍という設計条件とする。
最大加速度A[m/s2]、最大速度V[m/s]で設計された駆動系とし、X[m]離れた位置に水平移動し、かつ水平移動開始時のアーム長さがL1で目標位置でのアーム長さがL2であるための加速度パターンは、図10に示すものとなる。ここで垂直移動の最大速度をVz[m/s]、搬送物の質量をm[kg]とする。
図10において、固有周期が質点の位置変化によって変化する場合において、
加速開始時、加速終了時、減速開始時、及び減速終了時における固有周期を質点の位置に基づきそれぞれ導出し、
加速開始時、加速終了時、減速開始時、及び減速終了時における各ジャーク一定時間T1,T2,T3,T4を、前記導出したそれぞれの固有周期の整数倍とする。
図11は、図10の加速度パターンを導出するフロー図である。
まず、計算条件であるVz,V,A,X,m,L1,L2を設定する(S21)。
次に、mおよびL1,L2から加速開始時の固有周期と減速終了時の固有周期を求めることができるため、それぞれの値を用いてT1,T4を計算する(S22)。ここでT1,T4の計算は、アームの物理モデルから計算した値にモデル化誤差を考慮した補正値を加えたものを用いる。
次に以下の手順によってT2,T3,α1,α2を計算する(S30)。
(1) 加速中および減速中にアーム長さが変わらないという仮定でT2=T1,T3=T4と設定する(S31)。
(2) 上記条件で最大速度Vまでの加速時間およびVからの停止時間を算出して、α1,α2を仮計算する(S32)。
(3) L1からL2への変化量と最大速度Vzから、加速終了時と減速開始時のアーム長さL1’,L2’を算出する(S33)。
(4) mおよびL1’,L2’から加速終了時の固有周期と減速開始時の固有周期を求めることができるため、それぞれの値を用いてT2,T3を計算する(S34)。
(5) 上記条件で最大速度Vまでの加速時間およびVからの停止時間を算出して、α1,α2を計算する(S35)。
次に加速および減速に必要な移動距離Xa,Xdを計算する(S23)。
X≧Xa+Xdであれば、(X−(Xa+Xd))/Vにより等速移動時間βを計算する(S24,S28)。
X<Xa+Xdであれば、最大速度Vを再設定し(S24,S25)、前述の「T2,T3,α1,α2」計算(S30)を再度行う。
また、α1,α2の計算結果が負となる場合は、最大加速度Aを再設定し、前述の「T2,T3,α1,α2」計算を再度行う(S26,S27,S30)。
次に加速および減速に必要な移動距離Xa,Xdを計算する(S23)。
図12は、図8と同様の第4実施例における制振位置決め制御装置の動作フローを示す。
この図において、まず、S41において、オペレーションやセンサなどから目標位置・現在位置・搬送物の有無などを入力する。S42において、これらの情報から移動量や固有周期などの加速度パターン計算条件を算出する。さらにS43において、前述の加速度パターン計算フローにしたがって加速度パターンを算出する。
本発明の制御装置により、インバータモータなどの駆動装置に対し、一定サイクルで速度指令を出力することで機器の制御を行う。すなわち、S44において、加速度パターンを制御サイクルの時間間隔でトレースし、S45で加速度を数値積分した値を、S46において速度指令として、制御サイクル毎に駆動装置に出力する。
加速度パターン計算フローで計画した動作時間だけ制御出力を行い、速度指令が0となったときが動作完了(S47)である。ただし、駆動装置の動作と速度指令は完全には一致しないため、実際の運用では、移動距離Xに余裕量を設けたり、微小速度による最終位置決めなどの処理を行うものとする。
上述した第4実施例の構成により、固有周期が質点の位置変化によって変化する場合でも、加速開始時、加速終了時、減速開始時、及び減速終了時における固有周期を質点の位置に基づきそれぞれ導出し、加速開始時、加速終了時、減速開始時、及び減速終了時における各ジャーク一定時間を、T1,T2,T3,T4と別々に定義し、上記固有周期にしたがって、前記導出したそれぞれの固有周期の整数倍とそれぞれ設定するので、ジャーク一定時間と固有周期(の整数倍)との乖離が小さくなり、振止精度を向上させることができる。
従って、移動中に固有周期変動のある場合であっても、十分な振止効果が期待できる。
なお、上述した第4実施例において、T2,T3,α1,α2の算出(S30)やVの再設定(S25)、Aの再設定(S27)において、一度算出した結果で再度L1’,L2’を計算することで固有周期を厳密に算出することが可能である。
また、加速時と減速時との固有周期が大きく変わる場合、加速時の最大加速度と減速時の最大加速度を変えてもよい。
また、加速中および減速中ではアーム長さを変化させないことで、常にT2=T1,T3=T4とし、再計算の手間を省くことも可能である。
図13は、図9と同様の加速度パターンの第5実施例である。
本発明は、「等加速中の振動が静的なたわみのみとなる」、という特徴を利用しているため、例えばT1を固有周期の1倍、T2を固有周期の2倍というように、加速開始と加速終了の加速パターンを変えてもよい。また、図13に例示するように、T1の部分はジャーク一定、T2の部分はジャーク一定の2波重ね合わせでも可能である。
さらに、モータなど駆動系の応答特性によって、速度指令と実際の制御対象の速度パターンが異なり、ジャーク一定とならない場合がある。そのため、加速度パターン計算ブロックに駆動系応答特性を補償するための補正パラメータを設けたり、加速度パターン積分ブロックの後に駆動系応答特性の逆伝達関数ブロックを設けたりしてもよい。
特に前者については、ジャーク一定時間を固有周期よりも長くすることで駆動系応答遅れをある程度補償できるため、加速開始・加速終了・減速開始・減速終了それぞれの駆動系応答特性に合わせてT1,T2,T3,T4にそれぞれの補正値を加える方法が有効である。
図14は、図2と同様の移動体モデル図の第2実施例である。
この例では、図14に示すように、弾性アーム2の根元に歪み計4(例えば歪ゲージ)、荷物1と移動台車3に加速度計5,6を設置し、外部に荷物1と移動台車3の位置を計測するレーザ距離計7,8を設置し、それぞれの歪み、加速度及び位置を制御装置10に入力するようになっている。
この構成により、それぞれの歪み、加速度及び位置から実際の振れを計測することが可能となる。
上述した図2(B)は、図14のモデル図としてそのまま適用することができる。この図2(B)に示すようなばね-質点系にモデル化すると、固有周期Tは数4の式(15)に示すものとなるが、例えばモデル化誤差を補正するパラメータとしてp,qを設け、式(16)であらわすことができる。
Figure 2009029617
この例において、同一条件下で、加速終了時および減速終了時の残留振れを複数計測し、前記複数の残留振れの平均値を算出し、前記残留振れの平均値が所定の閾値以上である場合、残留振れが小さくなるように固有周期の補正値を増減させる。
図15は、パラメータp,qの更新フロー図であり、図16は更新時に計測する振れのイメージ図であり、図17はΔp,Δqの設定例である。
図15、図16の図において、ε1はT1のジャーク一定時間後の振れ、ε1’はT1のジャーク一定時間後に振れが収まった後の振れ、ε10はパラメータp,qを変更する前のε1、ε10’はパラメータp,qを変更する前のε1’である。
図15において、ε10’,ε10をレーザ距離計7,8で計測し(S51)、Δp,Δqを設定して(S52)、p1,p2をΔp,Δqずつ増加させ(S53)、移動体を運転し(S54)、ε1’,ε1をレーザ距離計7,8で計測し(S55)、ε1’とε1の差の絶対値がε10’とε10の差の絶対値より小さくなるまで繰り返し(S56)、ε10’とε10をε1’,ε1で置き換え(S57)、パラメータp,qのスキャンを終了し(S58)、ε1’のときのp1、q1に更新する(S59).
この方法により、日々の運転の中で計測した振れデータを用いて、p,qを更新することができ、設計時のモデル化誤差および経年変化によるモデルと実機との乖離を少なくすることが可能となる。
従って、現地調整時間を短縮し、また、メンテナンスの手間を軽減することが可能となる。
なお、補正パラメータp,qは、アーム長Lや荷重mによって異なるマトリクス値としてもよい。
また、補正パラメータp,qを定期的に微小変化させ、結果として残留振れが一番小さいパラメータに更新してもよい。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。例えば、本発明は、上述したモデルを適用できる限りで、クレーンやロボットアームに限定させず、加速・減速時に振れや弾性変形しやすい構造をもつその他の移動体にも適用することができる。
二段階加速法のモデル、速度パターン及び振れを示す図である。 本発明による加速・減速時に振れや弾性変形する移動体のモデル図である。 本発明による加速度パターンとその解析例を示す図である。 従来例の加速パターン、アームの振れ及び速度を示す図である。 本発明の加速パターン、アームの振れ及び速度を示す図である。 本発明による制振位置決め制御における加速度パターンである。 加速度パターンの計算方法を示すフロー図である。 本発明の制振位置決め制御装置の動作フローを示す。 本発明の加速度パターンの第2、第3実施例である。 図6と同様な加速度パターンの第4実施例である。 図10の加速度パターンを導出するフロー図である。 図8と同様の第4実施例における制振位置決め制御装置の動作フローを示す。 図9と同様の加速度パターンの第5実施例である。 図2と同様の移動体のモデル図の第2実施例である。 パラメータp,qの更新フロー図である。 更新時に計測する振れのイメージ図である。 Δp,Δqの設定例である。
符号の説明
1 荷物、2 弾性アーム、3 移動台車、
4 歪み計(歪ゲージ)、5,6 加速度計、7,8 レーザ距離計、
10 制御装置

Claims (6)

  1. 加速・減速時に振れや弾性変形を生じる移動体の振動を抑制して位置決めする制振位置決め制御方法であって、
    前記移動体の振動を1自由度のばね−質点系でモデル化し、
    前記モデルの固有周期を求め、
    加速・減速時の加速度パターンをジャーク一定の増速及び減速を含む台形パターンとし、各ジャーク一定時間を固有周期の整数倍とする、ことを特徴とする制振位置決め制御方法。
  2. 前記加速度パターンは、加速度をジャーク一定で増加させ、次いで加速度を一定に保持し、次いで加速度をジャーク一定で0まで減少させる増速パターンと、
    加速度をジャーク一定で減少させ、次いで加速度を一定に保持し、次いで加速度をジャーク一定で0まで増加させる減速パターンと、
    前記加速パターンと減速パターンの間に位置し加速度を0に保持する等速パターンとを有する、ことを特徴とする請求項1に記載の制振位置決め制御方法。
  3. 前記加速度パターンを、1/2周期ずらして2波又は3波以上を重ね合わせる、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の制振位置決め制御方法。
  4. 固有周期が質点の位置変化によって変化する場合において、
    加速開始時、加速終了時、減速開始時、及び減速終了時における固有周期を質点の位置に基づきそれぞれ導出し、
    加速開始時、加速終了時、減速開始時、及び減速終了時における各ジャーク一定時間を、前記導出したそれぞれの固有周期の整数倍とする、ことを特徴とする請求項1に記載の制振位置決め制御方法。
  5. 同一条件下で、加速終了時および減速終了時の残留振れを複数計測し、
    前記複数の残留振れの平均値を算出し、
    前記残留振れの平均値が所定の閾値以上である場合、残留振れが小さくなるように固有周期の補正値を増減させる、ことを特徴とする請求項1に記載の制振位置決め制御方法。
  6. 加速・減速時に振れや弾性変形を生じる移動体の振動を抑制して位置決めする制振位置決め制御装置であって、
    前記移動体の振動を1自由度のばね−質点系でモデル化し、
    前記モデルの固有周期を求め、
    加速・減速時の加速度パターンをジャーク一定の増速及び減速を含む台形パターンとし、各ジャーク一定時間を固有周期の整数倍とする、ことを特徴とする制振位置決め制御装置。
JP2008058988A 2007-06-28 2008-03-10 制振位置決め制御方法および装置 Active JP4415335B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008058988A JP4415335B2 (ja) 2007-06-28 2008-03-10 制振位置決め制御方法および装置
TW97113455A TW200906705A (en) 2007-06-28 2008-04-14 Vibration-suppressing positioning control method and apparatus
CN2008100967654A CN101334674B (zh) 2007-06-28 2008-05-06 减振定位控制方法及装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007170993 2007-06-28
JP2008058988A JP4415335B2 (ja) 2007-06-28 2008-03-10 制振位置決め制御方法および装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009029617A true JP2009029617A (ja) 2009-02-12
JP4415335B2 JP4415335B2 (ja) 2010-02-17

Family

ID=40197308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008058988A Active JP4415335B2 (ja) 2007-06-28 2008-03-10 制振位置決め制御方法および装置

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP4415335B2 (ja)
CN (1) CN101334674B (ja)
TW (1) TW200906705A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011098361A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Ihi Corp ダイクッション装置の制御装置及び方法
JP2014056352A (ja) * 2012-09-11 2014-03-27 Canon Inc 位置決め装置及び計測装置
JP6146790B1 (ja) * 2016-06-16 2017-06-14 ニチユ三菱フォークリフト株式会社 産業車両
JP2021022176A (ja) * 2019-07-27 2021-02-18 公立大学法人公立諏訪東京理科大学 可動部制御装置、可動部制御方法及びプログラム

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5689329B2 (ja) * 2011-02-07 2015-03-25 富士機械製造株式会社 ピッチ駆動装置
CN102518743B (zh) * 2011-12-30 2013-04-03 中联重科股份有限公司 一种塔吊-索塔结构耦合振动的振动控制方法
CN103513575B (zh) * 2013-10-08 2017-04-19 广东工业大学 一种高速机构减小残余振动的s型运动曲线规划方法
JP6719807B2 (ja) * 2016-05-18 2020-07-08 新東工業株式会社 天井クレーンによる液体タンクの搬送制御システムおよび天井クレーンにより液体タンクを搬送する方法
DE102017114789A1 (de) * 2017-07-03 2019-01-03 Liebherr-Components Biberach Gmbh Kran und Verfahren zum Steuern eines solchen Krans
CN110647183B (zh) * 2019-10-16 2021-10-01 广东工业大学 一种高精密定位平台的减振方法、装置及设备
CN114001193B (zh) * 2021-09-18 2024-03-15 上海华兴数字科技有限公司 作业机械的启停减振控制方法、装置及电子设备
CN114506769B (zh) * 2022-02-21 2023-02-28 山东大学 用于桥式吊车的消摆控制方法及系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19920431A1 (de) * 1999-05-04 2000-11-16 Hofer Eberhard Verfahren zur Lastpendeldämpfung an Kranen mit reduzierter Sensorik

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011098361A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Ihi Corp ダイクッション装置の制御装置及び方法
JP2014056352A (ja) * 2012-09-11 2014-03-27 Canon Inc 位置決め装置及び計測装置
JP6146790B1 (ja) * 2016-06-16 2017-06-14 ニチユ三菱フォークリフト株式会社 産業車両
WO2017216935A1 (ja) * 2016-06-16 2017-12-21 ニチユ三菱フォークリフト株式会社 産業車両
JP2021022176A (ja) * 2019-07-27 2021-02-18 公立大学法人公立諏訪東京理科大学 可動部制御装置、可動部制御方法及びプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
JP4415335B2 (ja) 2010-02-17
TWI342298B (ja) 2011-05-21
TW200906705A (en) 2009-02-16
CN101334674A (zh) 2008-12-31
CN101334674B (zh) 2012-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4415335B2 (ja) 制振位置決め制御方法および装置
JP5168482B2 (ja) 制振位置決め制御方法および装置
CN105717947B (zh) 控制空中装置的方法和有实现此方法的控制器的空中装置
Garrido et al. Anti-swinging input shaping control of an automatic construction crane
JP2012193022A (ja) クレーンの振れ止め制御方法及び振れ止め制御装置
JP6641261B2 (ja) エレベーターかごに接続されるエレベーターケーブルの揺れを制御する方法とエレベーターシステム
CN107532894B (zh) 控制测量装置和提供主动阻尼的方法、坐标测量机及存储介质
US5329077A (en) Elevator ride quality
CN103477181A (zh) 坐标测量机
JP6521887B2 (ja) エレベーターシステム、エレベーターシステムの動作を制御するための方法及び非一時的コンピューター可読媒体
WO2010150663A1 (ja) サーボ制御装置
Dong et al. An experimental investigation of the effects of the compliant joint method on feedback compensation of pre-sliding/pre-rolling friction
JP2016169091A (ja) 単振り子式搬送装置
JP2007161393A (ja) クレーンの振れ止め制御方法
JP2014164498A (ja) 制御システム、外乱推定システム、制御方法、制御プログラム及び設計方法
JP4516053B2 (ja) 制御装置
Veciana et al. Modified adaptive input shaping for maneuvering cranes using a feedback MEM gyroscope with null drift
JP5245085B2 (ja) 時変形システムに対する振動抑制制御入力決定方法、搬送システム、および時変形システムに対する振動抑制制御入力演算プログラム
JP6203334B1 (ja) エレベータのアクティブ制振装置
RU2696506C1 (ru) Способ управления динамическим состоянием технического объекта при вибрационных воздействиях и устройство для его осуществления
JP7384025B2 (ja) 懸架式クレーンの制御装置及びインバータ装置
JP6242969B1 (ja) エレベータのアクティブ制振装置
Denkena et al. Analysis of an ultra-precision positioning system and parametrization of its structural model for error compensation
JP2004009176A (ja) バランス調整装置
RU2662619C2 (ru) Способ одновременного динамического гашения колебаний объекта защиты с двумя степенями свободы и устройство для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090522

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090526

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090622

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091030

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091112

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4415335

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121204

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121204

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131204

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250