JP2009067507A - クレーン振れ止め制御装置およびクレーンの振れ止め制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トロリーや吊り荷やセンサに外乱が加わった場合においても、目標位置に到達した時の吊り荷の振れを抑制しつつ、短時間内に目標位置に到達させる。
【解決手段】加速度補償器１３は、吊り荷の推定加速度ａ^* _Laが吊り荷加速度指令ａ_Lrに追従するようにトロリー速度補償量ｎ_comaを設定し、ダンピング補償器１４は、トロリー速度から吊り荷の推定加速度ａ^* _Laまでの伝達特性に対してダンピングがかかるようにトロリー速度補償量ｎ_comdを設定し、補償切換え器１５は、トロリーの加減速動作時には、加速度補償器１３から出力されたトロリー速度補償量ｎ_comaを選択して加算器６に出力し、トロリーの加減速の終了後には、ダンピング補償器１４から出力されたトロリー速度補償量ｎ_comdを選択して加算器６に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明はクレーン振れ止め制御装置およびクレーンの振れ止め制御方法に関し、特に、トロリーを横行させて荷役作業を行う懸垂式クレーンの振れ止め制御方法に適用して好適なものである。

港湾、製鉄所、各種工場では、クレーンにて吊り荷を保持させながらトロリーを横行させることで荷役作業が行われている。このようなクレーンによる荷役作業では、短時間内に目標位置に到達させるとともに、目標位置に到達した時の吊り荷の振れ角をゼロにすることができれば、理想的なクレーンの運転となり、このような理想的なクレーンの運転を実現するために、これまで各種のクレーン振れ止め制御方式が開発されている。クレーン振れ止め制御方式は、機械的振れ止め制御方式と電気的振れ止め制御方式の２つに大別することができるが、保守性などの観点から近年では電気的振れ止め制御方式が主流となっている。
電気的振れ止め制御方式には、加減速終了時に振れをなくすことができる速度パターンを演算して振れ止め制御を行う方法（特許文献１）と、吊り荷の振れ角を検出し、その検出結果を駆動系にフィードバックする方法（特許文献２）とがある。

図５は、従来のクレーン振れ止め制御装置の概略構成の一例を示すブロック図、図６は、図５のクレーン振れ止め制御装置による理想的な振れ角の応答を示す図である。
図５において、速度制御装置１０１には、修正速度所望値Ｖ_dと電動機１０１ｄの検出速度Ｖ_mとの偏差をとる差分回路、修正速度所望値Ｖ_dと電動機１０１ｄの回転速度Ｖ_mとの偏差がゼロに近づくように補償を行う補償器１０１ｂ、補償器１０１ｂの出力を増幅する主増幅器１０１ｃ、クレーン１０２を駆動する電動機１０１ｄ、電動機１０１ｄの回転速度Ｖｍを検出する速度検出器１０１ｅが設けられている。

そして、速度制御装置１０１の前段には、ロープ長ｌ、移動量Ｌ、クレーンシステムの拘束条件である最高速度Ｖ_max、最高加速度ａ_maxなどの走行条件を入力する入力装置１０３、入力装置１０３に入力された走行条件から加速度切換え時刻を計算する加速度切換え時刻演算装置１０４、トロリーの速度パターンを発生する速度パターン発生装置１０５が設けられている。
また、クレーン１０２には、吊り荷１０２ｃを吊り下げながら車輪によりレール上を横行するトロリー１０２ａ、電動機１０１ｄの動力をトロリー１０２ａに伝える歯車機構１０２ｂが設けられている。

そして、速度パターン発生装置１０５は、図６に示すように、加速開始および終了時の境界条件および拘束条件から求めた条件を満たしながら、トロリー速度とロープ振れ角に関する運動方程式を解くことにより、定速区間が挿入された加速区間を有する速度パターンを指令パターンｘ_rとして生成し、この速度パターンに基づいてトロリー１０２ａを動作させることにより、吊り荷１０２ｃの振れを抑制することができる。

図７は、従来のクレーン振れ止め制御装置の概略構成のその他の例を示すブロック図、図８は、図７のクレーン振れ止め制御装置による理想的な振れ角の応答を示す図である。
図７において、クレーン振れ止め制御装置には、速度指令信号を生成する速度指令器１２１、速度指令器１２１にて生成された速度指令信号をランプ状の速度指令Ｎ_RF0に変換する直線指令器１２２、１次遅れ要素を有するフィルタ１２６を通した信号Ｎ_MFBを帰還して生成されたダンピング制御速度指令補正信号Ｎ_RFDFを、直線指令器１２２から出力された速度指令Ｎ_RF0に加算することで、補正速度指令信号Ｎ_RF2を算出するダンピング制御器１３０、ダンピング制御器１３０から出力された補正速度指令信号Ｎ_RF2と、フィルタ１２６を通した信号Ｎ_MFBとの偏差から速度指令信号Ｔ_RFを生成する速度制御器１２３、速度指令信号Ｔ_RFからトルクＴ_Mを生成する電動機トルク制御器１２４、電動機の機械的時定数τ_Mを示すブロック１２５、１次遅れ要素を有するフィルタ１２６、吊り荷の振れ角の運動モデルを示すブロック１２７、電動機の負荷トルクの負荷モデルを示すブロック１２８、吊り荷の振れ角θを検出する振れ角検出器１２９が設けられている。

そして、振れ角検出器１２９にて検出された吊り荷の振れ角信号Ｖ_LEをダンピング制御器１３０にフィードバックし、図８に示すように、この振れ角信号Ｖ_LEが考慮されたダンピング制御速度指令補正信号Ｎ_RFDFを、直線指令器１２２から出力された速度指令Ｎ_RF0に加算することで、補正速度指令信号Ｎ_RF2を指令パターンｘ_rとして生成し、この指令パターンｘ_rに基づいてトロリーを動作させることにより、ダンピング係数δに応じたダンピングを吊り荷の振れの振動にかけることができ、吊り荷の振れを抑制することができる。
特開昭５６−１４９９８７号公報 特開平８−２８７７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、フィードフォワード制御が行われ、速度パターンの条件は、ロープ長ｌなどで変化する固有振動数（振れ周期）に依存し、初期の振れ角はゼロと考えられる。このため、トロリー１０２ａの横行時に、トロリー１０２ａや吊り荷１０２ｃに加わる機械的外乱や固有振動数の変化、初期状態の振れなどの外乱がある場合には、制御性能が低下するという問題があった。
また、特許文献２に開示された方法では、振れ角や振れ角速度などの検出値を用いたフィードバック制御が行われるため、振れ角や振れ角速度などを検出するセンサに異常がある場合や、センサに外乱が加わる場合には、制御不能となったり、制御性能が低下したりするという問題があった。

また、図５の構成と図７の構成とを組み合わせることで、フィードフォワード制御とフィードバック制御の双方が適用されるようにすると、図５の構成に比べて外乱の影響は減少するものの、図７の構成のフィードバック制御にて図５の構成の加速時の振れ角にもダンピングがかかる。このため、図９に示すように、加減速の終了と同時に振れ角がゼロに収束せず、外乱がない場合には図５の構成に比べて却って制御性能が低下するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、トロリーや吊り荷やセンサに外乱が加わった場合においても、目標位置に到達した時の吊り荷の振れを抑制しつつ、短時間内に目標位置に到達させることが可能なクレーン振れ止め制御装置およびクレーンの振れ止め制御方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載のクレーン振れ止め制御装置によれば、ロープで懸垂された吊り荷を持つトロリーの加減速がゼロである時の吊り荷の振れがゼロとなるような速度パターンを指令とし、前記トロリーの現在位置をフィードバックして前記速度パターンに追従させつつ前記トロリーを所定の距離に移動させる速度指令値を生成する位置制御手段と、前記速度パターンと前記吊り荷の数学モデルに基づいて前記吊り荷の動作指令を求める吊り荷運動モデルと、前記吊り荷の振れ角から前記吊り荷の動作量を推定する吊り荷動作推定手段と、前記吊り荷動作推定手段にて推定された動作量を前記動作指令に追従させる補償量を算出することで、前記速度指令値を補償するトロリー動作補償手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２記載のクレーン振れ止め制御装置によれば、前記トロリー動作補償手段は、前記吊り荷の加速度が前記動作指令に追従するように補償量を設定する加速度補償器と、前記トロリーの速度から前記吊り荷の加速度までの伝達特性に対してダンピングがかかるように補償量を設定するダンピング補償器と、前記トロリーの加減速時には、前記加速度補償器にて設定された補償量を選択し、前記トロリーの加減速の終了後には、前記ダンピング補償器にて設定された補償量を選択する補償切換え器とを備えることを特徴とする。

また、請求項３記載のクレーンの振れ止め制御方法によれば、ロープで懸垂された吊り荷を持つトロリーおよび前記トロリーを駆動するトロリー駆動装置が設けられたクレーンの振れ止め制御方法において、前記トロリーが所定の距離を移動する際に、加減速により生じる前記ロープの振れに関して前記トロリーの加減速がゼロである時の吊り荷の振れがゼロとなるような速度パターンを指令とし、前記トロリーの現在位置をフィードバックして前記速度パターンに追従させつつ前記トロリーを所定の距離に移動させる速度指令値を生成するステップと、前記速度パターンと前記吊り荷の数学モデルに基づいて前記吊り荷の動作指令を求め、前記吊り荷の振れ角から前記吊り荷の動作量を推定することで前記吊り荷を前記動作指令に追従させる補償量を算出し、前記補償量にて前記速度指令値を補償するステップとを備えることを特徴とする。

また、請求項４記載のクレーンの振れ止め制御方法によれば、前記吊り荷の動作指令および動作量はそれぞれ加速度と速度であり、前記補償量は、前記トロリーの加減速時には前記吊り荷の加速度が動作指令に追従するように設定され、前記トロリーの加減速の終了後には前記トロリーの速度から前記吊り荷の加速度までの伝達特性に対してダンピングがかかるように設定されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、トロリーの加減速動作時には、理想的な振れ角に実際の振れ角が追従するようにトロリーを動作させることが可能となるとともに、トロリーの加減速の終了後には、仮想的にダンピングを高めることによって外乱によるロープの振れをゼロに収束させつつ、トロリーを所望の距離に移動させることが可能となり、短時間内に目標位置に到達させるとともに、目標位置に到達した時の吊り荷の振れを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態に係るクレーン振れ止め制御装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るクレーン振れ止め制御装置の概略構成を示すブロック図、図２は、本発明の一実施形態に係るクレーンの運動モデルを示す図である。
図１および図２において、クレーン機械系８は図２のクレーン２１を構成し、クレーン２１には、ロープ２２で懸垂された吊り荷２３を持つトロリー２４が設けられている。そして、クレーン機械系８には、トロリー２４を駆動するトロリー駆動装置７が接続されるとともに、吊り荷２３の振れ角θを検出する振れ角検出器９が接続され、トロリー駆動装置７には、目標位置に到達した時の吊り荷２３の振れを抑制しながらトロリー２４の駆動制御を行うクレーン振れ止め制御装置１６が接続されている。

このクレーン振れ止め制御装置１６には、角周波数設定器１、加速条件算出器２、パターン発生器３、減算器４、位置制御器５、加算器６、吊り荷運動モデル１０、速度推定器１１、加速度推定器１２、加速度補償器１３、ダンピング補償器１４、補償切換え器１５が設けられている。
ここで、角周波数設定器１は、ロープ２２のロープ長ｌを入力とし、ロープ２２のロープ長ｌによって変化する吊り荷２３のノミナル固有各周波数ω_nを設定することができる。

加速条件算出器２は、ノミナル固有各周波数ω_n、トロリー２４の移動量Ｌ、トロリー２４の最高速度Ｖ_max、トロリー２４の最高加速度ａ_maxなどの動作条件を入力し、加速の切換え時刻を定義する最小加速時間ｔ_accを出力することができる。
パターン発生器３は、加速条件算出器２に入力された動作条件からトロリー２４の動作パターンを発生させ、トロリー２４の位置指令ｘ_Mrを出力することができる。
減算器４は、パターン発生器３より出力された位置指令ｘ_Mrから、位置検出器よりフィードバックされたトロリー２４の現在位置ｘ_Maを減算することで、位置偏差ｘ_eを出力することができる。

位置制御器５は、位置偏差ｘ_eが減少するように比例制御を行うことで、トロリー２４の現在位置ｘ_Maを位置指令ｘ_Mrに追従させる速度指令値ｎ_Mrを生成することができる。
加算器６は、補償切換え器１５にて選択されたトロリー速度補償量ｎ_comaまたはトロリー速度補償量ｎ_comdを速度指令値ｎ_Mrに加算することで、速度指令値ｎ_Mrが補償された速度指令値ｎ´_Mrを生成することができる。
吊り荷運動モデル１０は、パターン発生器３にて発生された速度パターンと角周波数設定器１にて設定されたノミナル固有各周波数ω_nから、吊り荷２３の数学モデルに基づいて吊り荷２３の吊り荷速度指令ｎ_Lrおよび吊り荷加速度指令ａ_Lrを求めることができる。

速度推定器１１は、トロリー速度ｎ_Maおよび吊り荷２３の振れ角θに基づいて、吊り荷２３の推定速度ｎ^* _Laを算出することができる。
加速度推定器１２は、吊り荷２３の振れ角θに基づいて、吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laを算出することができる。
加速度補償器１３は、加速度推定器１２にて算出された吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laが、吊り荷運動モデル１０にて算出された吊り荷加速度指令ａ_Lrに追従するようにトロリー速度補償量ｎ_comaを設定することができる。

ダンピング補償器１４は、トロリー速度ｎ_Maから吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laまでの伝達特性に対してダンピングがかかるようにトロリー速度補償量ｎ_comdを設定することができる。
補償切換え器１５は、加速度補償器１３から出力されたトロリー速度補償量ｎ_comaまたはダンピング補償器１４から出力されたトロリー速度補償量ｎ_comdのいずれか一方を選択して加算器６に出力することができる。
そして、角周波数設定器１は、ロープ２２のロープ長ｌに基づいて吊り荷２３のノミナル固有各周波数ω_nを設定し、加速条件算出器２、吊り荷運動モデル１０およびダンピング補償器１４に出力する。

そして、加速条件算出器２は、ノミナル固有各周波数ω_n、トロリー２４の移動量Ｌ、トロリー２４の最高速度Ｖ_max、トロリー２４の最高加速度ａ_maxなどの動作条件に基づいて加速の切換え時刻を定義する最小加速時間ｔ_accを算出し、パターン発生器３に出力する。そして、パターン発生器３は、加速条件算出器２から出力された最小加速時間ｔ_accに基づいてトロリー２４の動作パターンを発生させ、トロリー２４の位置指令ｘ_Mrを減算器４および吊り荷運動モデル１０に出力する。なお、トロリー２４の動作パターンとしては、例えば、２段加速による速度パターンを用いることができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る２段加速による速度パターンを示す図である。
図３において、２段加速による速度パターンは、加速の切換え時刻ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄・・・にて表現することができ、以下の式に示すように、それぞれの加速の切換え時刻ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄・・・は最小加速時間ｔ_accにて定義することができる。
２（ｎ−１）＜ω_nｔ_acc＜２ｎπ
ｔ₁＝（ｎ−１）π／ω_n＋ｔ_acc／２
ｔ₂＝（ｎ−１）π／ω_n
ｔ₃＝ｎπ／ω_n＋ｔ_acc／２
ただし、ｎ＝１，２，３・・・、πは円周率である。
あるいは、トロリー２４の動作パターンとして、図４に示すように、１段加速による速度パターンを用いるようにしてもよい。この場合、加速終了までの時間ｔ_aは以下の式で表すことができる。
ｔ_a＝ω_n／２π

そして、トロリー２４の位置指令ｘ_Mrが減算器４に入力されると、減算器４は、位置検出器からフィードバックされたトロリー２４の現在位置ｘ_Maを位置指令ｘ_Mrから減算することで位置偏差ｘ_eを算出し、位置制御器５に出力する。そして、位置制御器５は、位置偏差ｘ_eが減少するように比例制御を行うことで、トロリー２４の現在位置ｘ_Maを位置指令ｘ_Mrに追従させる速度指令値ｎ_Mrを生成し、加算器６に出力する。なお、位置制御器５は、位置偏差ｘ_eが減少するように比例積分制御などの他の制御を行うことで速度指令値ｎ_Mrを生成するようにしてもよい。

一方、パターン発生器３にて発生されたトロリー２４の位置指令ｘ_Mrが吊り荷運動モデル１０に入力されると、吊り荷運動モデル１０は、位置指令ｘ_Mrおよびノミナル固有各周波数ω_nから吊り荷２３の数学モデルに基づいて吊り荷２３の吊り荷速度指令ｎ_Lrおよび吊り荷加速度指令ａ_Lrを求め、吊り荷加速度指令ａ_Lrを加速度補償器１３に出力するとともに、吊り荷速度指令ｎ_Lrをダンピング補償器１４に出力する。

ここで、吊り荷２３の数学モデルは、ロープ２２と吊り荷２３の振れ角θに関する運動を単振り子とし、トロリー２４の位置制御系の応答を１次遅れで近似するものとすると、吊り荷２３の吊り荷速度指令ｎ_Lrおよび吊り荷加速度指令ａ_Lrは以下の式で求めることができる。
ｎ_Lr（ｓ）＝ω_n ²／（ｓ²＋ω_n ²）・１／（Ｔ_pｓ＋１）・ｘ´_Mr（ｓ）
ａ_Lr（ｓ）＝ｓω_n ²／（ｓ²＋ω_n ²）・１／（Ｔ_pｓ＋１）・ｘ´_Mr（ｓ）
ただし、ｓはラプラス演算子、Ｔ_pはトロリー２４の位置制御系を１次遅れ系で近似した時の時定数。ｘ´_Mrはｘ_Mrの微分である。

また、トロリー駆動装置７から出力されるトロリー速度ｎ_Maはクレーン機械系８に入力されるとともに、速度推定器１１にも入力される。また、振れ角検出器９にて検出された吊り荷２３の振れ角θは、速度推定器１１および加速度推定器１２に入力される。
そして、トロリー速度ｎ_Maおよび吊り荷２３の振れ角θが速度推定器１１に入力されると、速度推定器１１は、ロープ２２のロープ長ｌ、トロリー速度ｎ_Maおよび吊り荷２３の振れ角θに基づいて吊り荷２３の推定速度ｎ^* _Laを算出し、ダンピング補償器１４に出力する。

ここで、トロリー速度ｎ_Maと吊り荷２３の位置ｘ_Laとの関係は、吊り荷２３の振れ角θおよびロープ２２のロープ長ｌを用いて、以下の式で表すことができる。
ｌｓｉｎθ＝ｎ_Ma／ｓ−ｘ_La
よって、吊り荷２３の振れ角θの変化は小さいとしてｓｉｎθ＝θとおくと、吊り荷２３の推定速度ｎ^* _Laは、以下の式で表すことができる。
ｎ^* _La＝ｎ_Ma−ｌｄθ／ｄｔ

また、吊り荷２３の振れ角θが加速度推定器１２に入力されると、加速度推定器１２は、吊り荷２３の振れ角θに基づいて吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laを算出し、加速度補償器１３およびダンピング補償器１４に出力する。
そして、吊り荷加速度指令ａ_Lrおよび吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laが加速度補償器１３に入力されると、加速度補償器１３は、吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laが吊り荷加速度指令ａ_Lrに追従するようにトロリー速度補償量ｎ_comaを設定し、補償切換え器１５に出力する。

ここで、吊り荷運動モデル１０における吊り荷２３の数学モデルとクレーン機械系８の特性がほぼ一致する場合、トロリー２４の加減速動作時においても、吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laは吊り荷加速度指令ａ_Lrにほぼ一致する。そして、トロリー２４に外乱が加わる場合や、ノミナル固有各周波数ω_nがクレーン機械系８の実際の固有各周波数ω_pと異なる場合において、吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laが吊り荷加速度指令ａ_Lrから乖離すると、加速度補償器１３は、吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laが吊り荷加速度指令ａ_Lrに追従するようにトロリー速度補償量ｎ_comaにて速度指令値ｎ_Mrを補償することで、トロリー２４の動作時の想定外の振れを抑制することができる。

また、吊り荷速度指令ｎ_Lr、吊り荷２３の推定速度ｎ^* _Laおよび吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laがダンピング補償器１４に入力されると、ダンピング補償器１４は、トロリー速度ｎ_Maから吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laまでの伝達特性に対してダンピングがかかるようにトロリー速度補償量ｎ_comdを設定し、補償切換え器１５に出力する。
ここで、ロープ２２と吊り荷２３の振れ角θに関する運動を単振り子とし、ダンピング定数σ_Lを導入して仮にダンピング要素を追加すると、トロリー速度ｎ_Maと吊り荷２３の速度ｎ_Laとの関係は以下の式で求めることができる。
ｎ_La（ｓ）＝ω_p ²／（ｓ²＋２σ_Lω_pｓ＋ω_p ²）・ｎ_Ma（ｓ）

そして、上式を変形すれば、トロリー速度ｎ_Maと吊り荷２３の速度ｎ_Laとの関係は以下の式のようになり、ｓｎ_Laを吊り荷２３の加速度ａ_Laとしてフィードバックすればよい。
ｎ_La（ｓ）＝（ｎ_Ma（ｓ）−ｓｎ_La（ｓ）２σ_L／ω_p）ω_p ²／（ｓ²＋ω_p ²）
よって、ダンピング補償器１４は、上記のように伝達特性にダンピング要素を追加するため、吊り荷２３の推定速度ｎ^* _Laおよび吊り荷２３の推定加速度ａ^* _Laを用いることで、以下の式に示すように、ダンピング要素が追加された場合の理想的な負荷速度ｎ_Liを算出する。
ｎ_Li＝ｎ^* _La−２σ_L／ω_p・ａ^* _La

そして、理想的な負荷速度ｎ_Liに追従するようにトロリー速度ｎ_Maを制御すれば、吊り荷２３の振れ角θはゼロに収束するため、ダンピング補償ゲインＫ_cdを用いることで、以下の式に示すように、吊り荷速度指令ｎ_Lrからトロリー速度補償量ｎ_comdを算出する。
ｎ_comd＝Ｋ_cd（ｎ_Li−ｎ_Lr）
そして、ダンピング補償器１４は、ダンピング要素が追加された伝達特性による吊り荷２３の速度ｎ_Laにトロリー速度ｎ_Maが追従するようにトロリー速度補償量ｎ_comdにて速度指令値ｎ_Mrを補償することで、外乱によるロープ２２の振れをゼロに収束させつつ、トロリー２４を所望の距離に移動させることが可能となる。

そして、補償切換え器１５は、トロリー２４の加減速動作時には、加速度補償器１３から出力されたトロリー速度補償量ｎ_comaを選択して加算器６に出力し、トロリー２４の加減速の終了後には、ダンピング補償器１４から出力されたトロリー速度補償量ｎ_comdを選択して加算器６に出力する。
これにより、トロリー２４の加減速動作時における理想的な振れ角に実際の振れ角が追従するようにトロリー２４を動作させることが可能となるとともに、トロリー２４の加減速の終了後には、仮想的にダンピングを高めることによって外乱によるロープ２２の振れをゼロに収束させつつ、トロリー２４を所望の距離に移動させることが可能となり、短時間内に目標位置に到達させるとともに、目標位置に到達した時の吊り荷２３の振れを抑制することができる。

なお、トロリー速度ｎ_Maはトロリー２４を駆動する電動機の回転速度とほぼ比例関係にあるため、トロリー速度ｎ_Maの代わりに電動機の回転速度を用いるようにしてもよい。また、トロリー２４の動作パターンにおいて加速の切換えによりトロリー２４の加速度に急激な変化がある場合、フィルタなどを挿入することでトロリー２４の動作パターンを連続的に変化させるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るクレーン振れ止め制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るクレーンの運動モデルを示す図である。 本発明の一実施形態に係る２段加速による速度パターンを示す図である。 本発明の一実施形態に係る１段加速による速度パターンを示す図である。 従来のクレーン振れ止め制御装置の概略構成の一例を示すブロック図である。 図５のクレーン振れ止め制御装置による理想的な振れ角の応答を示す図である。 従来のクレーン振れ止め制御装置の概略構成のその他の例を示すブロック図である。 図７のクレーン振れ止め制御装置による理想的な振れ角の応答を示す図である。 図５および図６のクレーン振れ止め制御装置を組み合わせた時の振れ角の応答を示す図である。

符号の説明

１ 角周波数設定器
２ 加速条件算出器
３ パターン発生器
４ 減算器
５ 位置制御器
６ 加算器
７ トロリー駆動装置
８ クレーン機械系
９ 振れ角検出器
１０ 吊り荷運動モデル
１１ 速度推定器
１２ 加速度推定器
１３ 加速度補償器
１４ ダンピング補償器
１５ 補償切換え器
１６ クレーン振れ止め制御装置
２１ クレーン
２２ ロープ
２３ 吊り荷
２４ トロリー

Claims (4)

1. ロープで懸垂された吊り荷を持つトロリーの加減速がゼロである時の吊り荷の振れがゼロとなるような速度パターンを指令とし、前記トロリーの現在位置をフィードバックして前記速度パターンに追従させつつ前記トロリーを所定の距離に移動させる速度指令値を生成する位置制御手段と、
   前記速度パターンと前記吊り荷の数学モデルに基づいて前記吊り荷の動作指令を求める吊り荷運動モデルと、
   前記吊り荷の振れ角から前記吊り荷の動作量を推定する吊り荷動作推定手段と、
   前記吊り荷動作推定手段にて推定された動作量を前記動作指令に追従させる補償量を算出することで、前記速度指令値を補償するトロリー動作補償手段とを備えることを特徴とするクレーン振れ止め制御装置。
2. 前記トロリー動作補償手段は、
   前記吊り荷の加速度が前記動作指令に追従するように補償量を設定する加速度補償器と、
   前記トロリーの速度から前記吊り荷の加速度までの伝達特性に対してダンピングがかかるように補償量を設定するダンピング補償器と、
   前記トロリーの加減速時には、前記加速度補償器にて設定された補償量を選択し、前記トロリーの加減速の終了後には、前記ダンピング補償器にて設定された補償量を選択する補償切換え器とを備えることを特徴とする請求項１記載のクレーン振れ止め制御装置。
3. ロープで懸垂された吊り荷を持つトロリーおよび前記トロリーを駆動するトロリー駆動装置が設けられたクレーンの振れ止め制御方法において、
   前記トロリーが所定の距離を移動する際に、加減速により生じる前記ロープの振れに関して前記トロリーの加減速がゼロである時の吊り荷の振れがゼロとなるような速度パターンを指令とし、前記トロリーの現在位置をフィードバックして前記速度パターンに追従させつつ前記トロリーを所定の距離に移動させる速度指令値を生成するステップと、
   前記速度パターンと前記吊り荷の数学モデルに基づいて前記吊り荷の動作指令を求め、前記吊り荷の振れ角から前記吊り荷の動作量を推定することで前記吊り荷を前記動作指令に追従させる補償量を算出し、前記補償量にて前記速度指令値を補償するステップとを備えることを特徴とするクレーンの振れ止め制御方法。
4. 前記吊り荷の動作指令および動作量はそれぞれ加速度と速度であり、
   前記補償量は、前記トロリーの加減速時には前記吊り荷の加速度が動作指令に追従するように設定され、前記トロリーの加減速の終了後には前記トロリーの速度から前記吊り荷の加速度までの伝達特性に対してダンピングがかかるように設定されることを特徴とする請求項３記載のクレーンの振れ止め制御方法。

Images