JP2012041180A - Method of controlling crane - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of controlling a crane, inhibiting more effectively residual vibration of a suspended load when varying the length of a rope of the suspended load.SOLUTION: The method of controlling the crane includes a carrying process of making a turn in the order of an acceleration section, an equal angular velocity section and a deceleration section. In the carrying process, coordinate transformation is performed so that symmetry (symmetric relationship in which equality is achieved if turning back) is made in half the carrying time required from a carrying start position to a target position, and acceleration and deceleration control of turning speed is performed based on the turn acceleration and deceleration pattern calculated according to change in the length of a wire and variation in the rise and fall speed of the suspended load.

Description

本発明は、吊荷のロープの長さを変動する場合における吊荷の振れ(荷振れ)を抑制するクレーンの制御方法に関するものである。   The present invention relates to a crane control method that suppresses the swinging (loading) of a suspended load when the length of the rope of the suspended load is varied.

ダム用のタワークレーン(以降、単にクレーンと呼称する)は、ブームの旋回および起伏と吊荷の巻き上げまたは巻き下げにより、生コンクリートを所定の位置まで運搬する大型の荷役機械である。   A tower crane for a dam (hereinafter simply referred to as a crane) is a large cargo handling machine that transports ready-mixed concrete to a predetermined position by turning and raising and lowering a boom and lifting or lowering a suspended load.

例えばダム工事のコンクリート打設設備では、図1に示すように、コンクリート混練プラント101からトランスファーカー102により運ばれた生コンクリートをクレーンCのブーム105の先端からワイヤ104を介して吊り下げられたバケット(吊荷の一例)103に受けた後、ワイヤ104を巻き上げることによってバケット103を吊り上げる。   For example, in a concrete placement facility for dam construction, as shown in FIG. 1, a bucket in which fresh concrete conveyed from a concrete kneading plant 101 by a transfer car 102 is suspended from the tip of a boom 105 of a crane C via a wire 104. (Example of suspended load) After receiving the wire 103, the bucket 103 is lifted by winding the wire 104.

次いで、クレーンCのブーム105を旋回させて、バケット103をダム堤体200の打設面上の目的地点の上まで搬送する。   Next, the boom 105 of the crane C is turned, and the bucket 103 is transported over the destination point on the placement surface of the dam dam body 200.

そして、前記バケット103が目的地点の所定の高さになるまでワイヤ104を巻降ろした後、バケット103のゲートを開いて、バケット103内の生コンクリートをダム堤体200の目的地点に打設する。   Then, after unwinding the wire 104 until the bucket 103 reaches a predetermined height of the destination point, the gate of the bucket 103 is opened, and the ready-mixed concrete in the bucket 103 is placed at the destination point of the dam dam body 200. .

また、コンクリートの打設には、クレーンCの操作者の他に、生コンクリート混練プラント101側と前記目的地点にも作業者が必要である。   Moreover, in addition to the operator of the crane C, an operator is also required for the concrete placement in the ready-mixed concrete mixing plant 101 side and the destination point.

上述のようなクレーンCでは、作業の安全を確保するために、バケット103ができるだけ振れないようにブーム105を旋回させて、目的地点上でワイヤ104により吊り下げられたバケット103が振れないようにしたいという要請がある。   In the crane C as described above, in order to ensure the safety of work, the boom 105 is swung so that the bucket 103 does not swing as much as possible, and the bucket 103 suspended by the wire 104 on the destination point does not swing. There is a request to do.

さらに、工期を短縮し、コストを低廉化するために、クレーンCの旋回動作をできるだけ速くしたいという要請もある。   Furthermore, there is a demand for making the crane C turn as fast as possible in order to shorten the construction period and reduce the cost.

そのため、前記2つの要請を満たすためには、クレーンCのブーム105の旋回、起伏およびワイヤの巻上げ、巻降ろしの操作に熟練を要するという事情があった。   Therefore, in order to satisfy the above two requirements, there is a situation that skill is required for the operations of turning, undulating, winding and unwinding of the boom 105 of the crane C.

しかしながら、建設業界においては、上述のような高度な操作が可能な熟練者が少なくなってきているという実情があり、また、クレーン操作の熟練者を養成するのには時間とコストを要するという問題もある。   However, in the construction industry, there is a fact that there are fewer skilled workers who can perform advanced operations as described above, and it takes time and costs to train skilled crane operators. There is also.

一方で、上述のようなコンクリートの打設には、クレーンCの操作者のみならず、そのクレーンCの動きに追従して作業を行う作業者(コンクリート混練プラント側と目的地点側)が必要である。   On the other hand, the concrete placement as described above requires not only the operator of the crane C but also the workers (concrete kneading plant side and destination point side) who follow the movement of the crane C. is there.

そのため、上述の操作の熟練の程度によって定まるクレーンCのサイクルタイムの長短が、工期や人件費等のコストに与える影響は非常に大きい。   Therefore, the influence of the cycle time of the crane C determined by the skill level of the above-described operation on the cost such as the construction period and labor cost is very large.

特に、上述のようなダム工事にあっては、1日に膨大な量の生コンクリートを打設するので、クレーンCのサイクルタイムの長短が工事の工程に及ぼず影響は一層重大となる。   In particular, in the dam construction as described above, a huge amount of ready-mixed concrete is placed in one day, so the influence of the cycle time of the crane C does not affect the construction process and becomes more serious.

ところで、クレーンCのブーム105の先端は円弧状の軌跡を描き、吊荷103には旋回方向の周方向加速度と動径方向に遠心力が働くため2次元的な運動となり、その動作(ダイナミクス)は走行型のクレーンと大きく異なっている。   By the way, the tip of the boom 105 of the crane C draws an arc-shaped trajectory, and the suspended load 103 becomes a two-dimensional motion because of the circumferential acceleration in the turning direction and the centrifugal force acting in the radial direction, and its operation (dynamics). Is very different from traveling cranes.

特に、運搬のサイクルタイムを短縮するためには、旋回と並行して吊荷の巻き上げまたは巻き下げを行う必要があり、吊荷のダイナミクスはさらに複雑になる。   In particular, in order to shorten the transport cycle time, it is necessary to wind or unload the suspended load in parallel with the turning, and the dynamics of the suspended load become more complicated.

上述のように、コンクリート打設のサイクルタイムの短縮は重要な課題であり、それを向上させるには打設位置での残留振動の発生を抑制することが必要になるが、2次元的な振れであるため振れの抑制は難しい課題である。   As mentioned above, shortening the concrete placement cycle time is an important issue, and in order to improve it, it is necessary to suppress the occurrence of residual vibration at the placement position. Therefore, it is a difficult task to suppress shake.

ここで、クレーンにおける残留振動を抑制する技術は種々提案されている。   Here, various techniques for suppressing residual vibration in the crane have been proposed.

例えば、特許第3241591号公報には、旋回自在かつ起伏自在なブームを有するブーム式クレーンにより、吊荷をワイヤで吊り下げながら運搬開始地点から目的地点に運搬するクレーンの制御方法において、ブームの旋回の加速開始から加速終了までの間にワイヤが巻上げまたは巻降ろされ、加速開始時の前記ワイヤの吊り長さに基づく吊荷の振り子運動の周期と加速終了時のワイヤの吊り長さに基づく吊荷の振り子運動の周期との平均値の整数倍の時間の間、ブームを加速旋回させると共に、この加速旋回区間のみでブームの起伏を行い、起伏動作終了時のブームの旋回半径が目的地点の旋回半径になるようにし、次に、目的地点の旋回半径を維持した状態で、ブームを加速終了時の旋回角速度で等速で旋回させ、その後、ブームの旋回の減速開始から減速終了までの間にワイヤが巻上げまたは巻降ろされ、減速開始時のワイヤの吊り長さに基づく吊荷の振り子運動の周期と減速終了時のワイヤの吊り長さに基づく吊荷の振り子運動の周期との平均値の整数倍の時間の間、ブームを減速しながら旋回させて、吊荷を目的地点に停止させるクレーンの制御方法が開示されている。   For example, in Japanese Patent No. 3241491, a boom type crane having a boom that can be swung and raised and lowered is used in a crane control method that transports a suspended load from a transportation start point to a destination point while suspending a suspended load with a wire. The wire is wound or unwound between the start of acceleration and the end of acceleration, and the suspension is based on the period of the pendulum movement of the suspended load based on the suspension length of the wire at the start of acceleration and the suspension length of the wire at the end of acceleration. During a time that is an integral multiple of the average value of the load pendulum movement period, the boom is swung at the same time, and the boom is raised and lowered only in this accelerated turning section. Next, turn the boom at a constant speed at the turning angular velocity at the end of acceleration while maintaining the turning radius of the destination point, and then turn the boom. The wire is wound up or down between the start of deceleration and the end of deceleration, and the suspended load is based on the pendulum movement cycle based on the suspended length of the wire at the start of deceleration and the suspended length of the wire at the end of deceleration. A crane control method is disclosed in which the boom is turned while decelerating for a time that is an integral multiple of the average value of the pendulum movement period, and the suspended load is stopped at the destination point.

特許第3241591号公報Japanese Patent No. 3224191

ところが、前記従来技術によっても吊荷のロープの長さを変動する場合における吊荷の振れを十分に抑制することが難しいことが判明した。   However, it has been found that it is difficult to sufficiently suppress the swing of the suspended load when the length of the rope of the suspended load is fluctuated even by the conventional technique.

そこで、本発明は、吊荷のロープの長さを変動する場合における吊荷の残留振動をより効果的に抑制することのできるクレーンの制御方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the control method of the crane which can suppress the residual vibration of a suspended load more effectively when the length of the rope of a suspended load is fluctuated.

前記課題を解決するため、請求項1の発明に係るクレーンの制御方法は、ブームを旋回させ、ワイヤの長さを変動させつつ、当該ワイヤで吊った吊荷を運搬開始位置から目標位置まで運搬するクレーンについて、前記ブームの旋回に伴なう前記目標位置における前記吊荷の残留振動を収束させる振れ止め制御を行うクレーンの制御方法であって、前記ブームの旋回半径を一定として、加速区間、等角速度区間、減速区間の順で旋回させる運搬過程を有し、当該運搬過程において、前記運搬開始位置から前記目標位置までに要する運搬時間の1/2の時刻で対称(折り返した場合に等しくなる対称関係)となるように座標変換を行うと共に、前記ワイヤの長さの変動および前記吊荷の昇降速度の変化に応じて算出される旋回加速、減速パターンに基づいて、旋回速度の加減速制御を行うことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the crane control method according to the invention of claim 1 is configured to convey a suspended load suspended from the wire from a conveyance start position to a target position while turning the boom and changing the length of the wire. A crane control method for performing steadying control for converging residual vibration of the suspended load at the target position accompanying the turning of the boom, wherein the boom turning radius is constant, an acceleration section, It has a transporting process that turns in the order of an equiangular velocity section and a deceleration section, and in this transporting process, it is symmetric (equal to the case of folding) at half the transport time required from the transport start position to the target position. (Symmetry relation) and coordinate conversion is performed, and the turning acceleration and deceleration patterns calculated according to the change in the length of the wire and the change in the lifting speed of the suspended load Based on, and performs acceleration and deceleration control of the turning speed.

請求項2の発明に係るクレーンの制御方法は、請求項1に記載の発明について、前記旋回速度の加減速制御を行う際に、前記クレーンが有する固有周期が変化しないように時間尺度を設定し、旋回速度の加減速を変換することを特徴とする。   The crane control method according to the invention of claim 2 sets a time scale so that the natural period of the crane does not change when performing acceleration / deceleration control of the turning speed in the invention of claim 1. The acceleration / deceleration of the turning speed is converted.

請求項3の発明に係るクレーンの制御方法は、請求項1または請求項2の何れかに記載の発明について、前記等角速度区間における旋回速度に基づいて前記旋回加速、減速パターンを一義的に決定することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the crane control method according to the first or second aspect of the present invention uniquely determines the turning acceleration / deceleration pattern based on the turning speed in the equiangular velocity section. It is characterized by doing.

請求項4の発明に係るクレーンの制御方法は、請求項3に記載の発明について、前記ブームのX軸からの角度(旋回角度)をα、前記旋回速度をdα/dt、振り子のX軸からの方向角をΨ、吊荷の振れ角をθ、B点(ブームの先端)とO点(旋回中心)の水平距離でクレーンの旋回半径をr、吊荷ロープ長をlとした場合に、   The crane control method according to the invention of claim 4 is the crane control method according to claim 3, wherein the angle (turning angle) of the boom from the X axis is α, the turning speed is dα / dt, and the X axis of the pendulum is used. When the direction angle is Ψ, the swing angle of the suspended load is θ, the horizontal distance between point B (boom tip) and point O (turning center) is r, the crane turning radius is r, and the suspended rope length is l,

当該αを次式に代入して、

Figure 2012041180
Figure 2012041180
Substituting the α into the following equation,
Figure 2012041180
Figure 2012041180

前記旋回加速、減速パターンを算出することを特徴とする。   The turning acceleration / deceleration pattern is calculated.

本発明によれば以下の効果を奏することができる。   According to the present invention, the following effects can be obtained.

すなわち、請求項1に記載の発明によれば、運搬開始位置から目標位置までの旋回速度(旋回角度)を変えても、吊荷のロープの長さを変動する場合における吊荷の残留振動を効果的に抑制することができる。   That is, according to the first aspect of the present invention, even if the turning speed (turning angle) from the transport start position to the target position is changed, the residual vibration of the suspended load when the length of the rope of the suspended load is changed. It can be effectively suppressed.

請求項2に記載の発明によれば、クレーンが有する固有周期が変化しないように時間尺度を設定し、旋回速度の加減速を変換するので、吊荷のロープの長さを変動する場合における吊荷の残留振動をより効果的に抑制することができる。   According to the second aspect of the present invention, the time scale is set so that the natural period of the crane does not change, and the acceleration / deceleration of the turning speed is converted. The residual vibration of the load can be more effectively suppressed.

請求項3に記載の発明によれば、等角速度区間における旋回速度に基づいて旋回加速、減速パターンを一義的に決定することができるので、効率的に旋回加速、減速パターンを得ることができる。   According to the third aspect of the present invention, the turning acceleration / deceleration pattern can be uniquely determined based on the turning speed in the equiangular velocity section, so that the turning acceleration / deceleration pattern can be efficiently obtained.

請求項4に記載の発明によれば、ブームのX軸からの角度αまたは旋回速度dα/dtを代入するだけで、容易かつ迅速に旋回加速、減速パターンを求めることができ、効率的に残留振動を抑えることができる。   According to the invention described in claim 4, simply by substituting the angle α from the X-axis of the boom or the turning speed dα / dt, the turning acceleration / deceleration pattern can be obtained easily and quickly, and the remaining efficiently. Vibration can be suppressed.

施工状態のクレーンCを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the crane C of a construction state. 運搬開始位置(S)から目標位置(E)までの移動状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the movement state from a conveyance start position (S) to a target position (E). 運搬開始位置(S)から目標位置(E)までのコンクリートバケットの位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position of the concrete bucket from a conveyance start position (S) to a target position (E). タワークレーンのモデルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the model of a tower crane. タワークレーンのモデルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the model of a tower crane. 運搬開始位置(S)から目標位置(E)までのコンクリートバケットの位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position of the concrete bucket from a conveyance start position (S) to a target position (E). S点からE点までのコンクリート運搬の旋回および巻上げ(下げ)の速度制御信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the speed control signal of turning and winding (lowering) of concrete conveyance from S point to E point. ブーム先端と振り子の運動をXY平面に投影して得られる軌道の比較を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the comparison of the track | orbit obtained by projecting the motion of a boom tip and a pendulum on XY plane. 振り子の高さ方向のシミュレーション結果と計測結果の比較を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the comparison of the simulation result and measurement result of the height direction of a pendulum. 振り子のX、Y座標の時間変化のシミュレーション結果と計測結果の比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison of the simulation result of the time change of the X, Y coordinate of a pendulum, and a measurement result. 振り子のX、Y座標の時間変化のシミュレーション結果と計測結果の比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison of the simulation result of the time change of the X, Y coordinate of a pendulum, and a measurement result. 振り子の長さが一定の場合の振り子の振れ角を示すグラフである。It is a graph which shows the swing angle of a pendulum when the length of a pendulum is constant. 振り子の長さが変動する場合の振り子の振れ角、旋回の加速度を示すグラフである。It is a graph which shows the swing angle of a pendulum in case the length of a pendulum fluctuates, and the acceleration of turning. ブーム先端のXおよびY方向の加速度を示すグラフである。It is a graph which shows the acceleration of the X and Y direction of a boom front-end | tip. 旋回方向の加速度を変えた場合の振り子の振れ角を示すグラフである。It is a graph which shows the swing angle of the pendulum when changing the acceleration in the turning direction. 運搬時間を長くした場合の振り子の振れ角を示すグラフである。It is a graph which shows the swing angle of the pendulum when carrying time is lengthened. コンクリートバケットのブーム先端からの無次元相対運動をXY平面に投影したときの軌跡を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a locus | trajectory when the dimensionless relative motion from the boom front-end | tip of a concrete bucket is projected on XY plane. 振り子の軌道を図6に示す軌道にするための旋回および巻き上げ(下げ)の速度パターンを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the speed pattern of the turning and winding (lowering) for making the track | orbit of a pendulum into the track | orbit shown in FIG. 旋回の加速入力パターンを入力した場合の振り子の軌道を示すグラフである。It is a graph which shows the trajectory of a pendulum at the time of inputting the acceleration input pattern of turning. 本発明に係る「制御方法1」と従来の「制御方法2」を適用した場合の振り子の運動を比較したグラフである。It is the graph which compared the motion of the pendulum at the time of applying the "control method 1" which concerns on this invention, and the conventional "control method 2". 本発明に係る「制御方法1」と従来の「制御方法2」を適用した場合の振り子の運動を比較したグラフである。It is the graph which compared the motion of the pendulum at the time of applying the "control method 1" which concerns on this invention, and the conventional "control method 2". 120s〜180sの区間を拡大したグラフである。It is the graph which expanded the section of 120s-180s. 120s〜180sの区間を拡大したグラフである。It is the graph which expanded the section of 120s-180s. 本発明の実施の一形態に係るブーム式のクレーンの駆動制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the drive control apparatus of the boom type crane which concerns on one Embodiment of this invention. クレーンCを上方から見た平面図である。It is the top view which looked at the crane C from upper direction. 運搬パターン(ケース1〜3)を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a conveyance pattern (cases 1-3). 算出処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a calculation process.

以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。   Hereinafter, an embodiment as an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, in the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same members, and duplicate descriptions are omitted. In addition, since description here is the best form by which this invention is implemented, this invention is not limited to the said form.

ここで、本実施の形態に係るクレーンの制御方法の説明を行う前に、本発明が完成されるまでの経緯等について説明する。   Here, before explaining the crane control method according to the present embodiment, the process until the present invention is completed will be described.

まず、従来においては、タワークレーンをモデル化し吊り荷ロープ長が変動する場合の吊り荷の位置決め制御、振れ止め制御にゲインスケジュールド制御が有効であることを検証している(TAKAGI、K.、NISHIMURA、H.、Gain−Scheduled Controlof A Tower Crane Considering Varying Load−RopeLength、 the Japan Society of Mechanical Engineers、Series C、 Vol.64、 No.626、(1998)、 pp.113−120.)。   First, in the past, a tower crane was modeled and it was verified that gain-scheduled control was effective for suspended load positioning control and steady-state control when the suspended rope length fluctuated (TAKAGI, K., (NISHIMURA, H., Gain-Scheduled Control A Tower Crane Considering Varying Load-RopeLength, the Japan Society of Mechanical 98, No. 126, Sr. 6).

また、他の従来技術では、目標位置において吊り荷とタワー部が静止するようなフィードフォワード入力を終端状態制御により求め、荷振れ角センサーを用いないフィードバック制御との2自由度制御系を構成し、吊り荷の振動制御、ブームの起伏・旋回角度の位置決め制御、タワー部の振動制御ができることを検証している(TAKAGI、 K.、 NISHIMURA、H.、UCHIDA、Y.、Controlof A Tower Crane without Sensor for Load−RopeAngle (2DOF Control Using Final−State Control Methodwith Error Learning)、 the Japan Society of MechanicalEngineers、 Series C、 Vol.67、No.656、(2001)、pp.103−111.)。   In another conventional technique, a feedforward input is obtained by terminal state control so that the suspended load and the tower portion are stationary at the target position, and a two-degree-of-freedom control system including feedback control without using a load deflection angle sensor is configured. It has been verified that vibration control of suspended loads, boom hoisting / turning angle positioning control, and tower vibration control can be performed (TAKAGI, K., NISHIMUURA, H., UCHIDA, Y., Controllof A Tower Crane without). Sensor for Load-RopeAngle (2DOF Control Using Final-State Control Methodology Error Learning), the Japan Society of MechanicalE gineers, Series C, Vol.67, No.656, (2001), pp.103-111.).

また、さらに他の従来技術では、振り子の長さが変動する場合について、振り子のエネルギーに相当する関数を定義しその値が小さくなるような重心移動による振れ止めの制御則を導いている(YOSHIDA、Y.、FUKAO、T.、TSUGE、 T.、 Positioning andVibration Control of a Containr Crane Suspended Load、the Japan Society of Mechanichal Engineers、 Series C、Vol.70、No.694、(2004)、pp.151−155.)。この制御則は振り子が上下するようなクレーン系の振り子の振れ止め制御に応用が可能である。   Further, in another prior art, when the length of the pendulum varies, a function corresponding to the energy of the pendulum is defined, and a control law for steadying by moving the center of gravity so that the value becomes small is derived (YOSHIDA , Y., FUKAO, T., TSUGE, T., Positioning and Vibration Control of a Containr Crane Sustained Load, The Japan Society of Mec. 155.). This control law can be applied to swing control of a crane-type pendulum in which the pendulum moves up and down.

また、さらに他の従来技術では、天井クレーンを対象として極固定可変ゲイン制御を吊り荷の位置追従制御に適用したフィードバックの制御系を構築した(KANESHIGE、 A.、TERASHIMA、K.、MUNETOSHI、H.、SADAMORI、T.、 Modeling and Transferring Control ofan Overhead Traveling Crane based on the informationof Object Position(2nd Report、Design of Object−PositionFeedback Controller Considering the Change of Rope−Length)、 the Japan Society of Mechanichal Engineers、Series C、 Vol.64、 No.628、(1998)、pp.253−260.)。   Furthermore, in another conventional technique, a feedback control system in which pole fixed variable gain control is applied to the position tracking control of a suspended load is constructed for an overhead crane (KANESHIGE, A., TERASHIMA, K., MUNETOSHI, H ., SADAMORI, T., Modeling and Transferring Control ofan Overhead Traveling Crane based on the informationof Object Position (2nd Report, Design of Object-PositionFeedback Controller Considering the Change of Rope-Length), the Japan Societ of Mechanichal Engineers, Series C, Vol.64, No.628, (1998), pp.253-260.).

さらに他の従来技術では、旋回クレーンの旋回、起伏、巻き上げ(下げ)同時運動による直線搬送方式での残留振動の振れ止め制御と吊荷の移動に関する最短時間制御問題を取り扱い、搬送時間の短縮と残留振動の抑制が可能であることを示した(SHEN、Y.、TERASHIMA、K.、YANO、K.、SUZUKI、K.、 Minimum Time Control of a Roatry Crane byUsing Starigt Transfer Transformaton Methd、 the Societyof Instrument and Control Engineers Industrial ThesisCollection、 Vol.3、 No.10、(2004)、pp.70−79.)。   Still another prior art deals with the shortest time control problem related to the steady vibration control and the movement of the suspended load in the linear transfer system by simultaneous movement of the swing crane, undulation and hoisting (lowering), and shortens the transfer time. It has been shown that residual vibrations can be suppressed (SHEN, Y., TERASHIMA, K., YANO, K., SUZUKI, K., Minimum Time Control of the Rotor-Through Transfer Trans-Transfer Transfer Transform, Control Engineers Industrial Thesis Collection, Vol. 3, No. 10, (2004), pp. 70-79. ).

ところで、これらの吊荷のロープ長の変動を考慮した研究ではフィードバック制御が適用できることを前提にして制御方法が誘導されている。   By the way, in the research considering the fluctuation of the rope length of these suspended loads, the control method is induced on the assumption that the feedback control can be applied.

しかしながら、フィードバック制御はシステムのコスト、計測機器の故障を考慮すると現場では不向きであり、オープンループによる運転が必要になる。   However, feedback control is not suitable in the field considering the cost of the system and the failure of the measuring device, and operation by an open loop is required.

そこで、本発明者は、タワークレーンの吊荷のロープ長が変動する場合を対象として、非線形時間スケールを適用し、目標位置で残留振動の発生を抑制する旋回の加速方法を鋭意研究し、本発明を完成するに至った。   Therefore, the present inventor has eagerly studied a turning acceleration method that applies a non-linear time scale and suppresses the occurrence of residual vibration at the target position for the case where the rope length of the suspended load of the tower crane fluctuates. The invention has been completed.

以下に、シミュレーション結果と比較して本発明の有効性を示す。   The effectiveness of the present invention is shown below in comparison with simulation results.

まず、独立変数の変数変換による振れ止め方法について述べる。   First, the steadying method by variable transformation of independent variables will be described.

図2に示すようなクレーンを考えると、クレーンの運転はS点の運搬開始位置からO点で最大速度になるように、吊り荷の巻き上げ(下げ)を行いながらトロリーを加速する。 その後、最大速度で運転しコンクリート打設位置に近づいた時に、P点で減速を開始しE点のコンクリート打設位置で停止させ、コンクリート打設終了後再びS点に復帰する。 運描量時間の短縮および安全性からE点の打設位置に到達した時に、コンクリートバケットの振れを小さくする必要がある。   Considering a crane as shown in FIG. 2, the crane operation accelerates the trolley while lifting (lowering) the suspended load so that the maximum speed is reached at point O from the conveyance start position at point S. Thereafter, when the vehicle is driven at the maximum speed and approaches the concrete placement position, deceleration starts at point P, stops at the concrete placement position at point E, and returns to point S again after completion of concrete placement. It is necessary to reduce the runout of the concrete bucket when reaching the placement position of point E for shortening the drawing amount time and safety.

このようなクレーンを図2に示すように振り子の支点が水平方向に変位し長さが変化する振り子とみなして支点の加減速終了後に残留振動が残らない加速パターンを解析的に求める。   As shown in FIG. 2, such a crane is regarded as a pendulum in which the fulcrum of the pendulum is displaced in the horizontal direction and the length is changed, and an acceleration pattern in which no residual vibration remains after the end of acceleration / deceleration of the fulcrum is obtained analytically.

運動方程式を数3に示す。

Figure 2012041180
The equation of motion is shown in Equation 3.
Figure 2012041180

吊り荷の振れ角θは微小としてsinθ≒θ、cosθ≒1、吊り荷ロープは無質量で剛体、吊り荷を質点と仮定し、粘性減衰を無視して考える。   Assuming that the swing angle θ of the suspended load is very small, sin θ≈θ, cos θ≈1, the suspended rope is massless and rigid, and the suspended load is assumed to be a material point, and viscous damping is ignored.

ここに、θは振れ角、lは振り子の長さ、Xはトロリーの位置、gは重力加速度である。   Here, θ is the swing angle, l is the length of the pendulum, X is the position of the trolley, and g is the acceleration of gravity.

式(1)において、l0を振り子の規準長さとし、l=l0l、X=l0X、t=Tt(T=√(l0/g)と置くと数1は無次元化され数4となる。

Figure 2012041180
In Equation (1), if l0 is the reference length of the pendulum and l = lOl * , X = lOX * , t = Tt * (T = √ (l0 / g), then Equation 1 becomes non-dimensional and Equation 4 Become.
Figure 2012041180

次に、非線形スケールの適用について述べる。   Next, application of the nonlinear scale will be described.

初期状態t=0で振れ角θと角速度dθ/dtとする。 In the initial state t * = 0, the deflection angle θ and the angular velocity dθ / dt * are set.

新たな時間尺度(振り子の位相に相当する)φを導入し、加速開始時刻をφ=0、加速終了時刻をφ=2πとし、振れ角θが数5のように変化するトロリーの加速度入力d/dt*2を導く。

Figure 2012041180
A new time scale (corresponding to the pendulum phase) φ is introduced, the acceleration start time is φ = 0, the acceleration end time is φ = 2π, and the acceleration input d of the trolley in which the swing angle θ changes as shown in Equation 5 2 X * / dt * 2 is derived.
Figure 2012041180

この場合、加速終了時にθ=dθ/dφ=0となり、後述のようにφとtの関係を設定すると、加速終了時にθ=dθ/dt=0となるため、残留振動は残らない。 In this case, θ = dθ / dφ = 0 at the end of acceleration, and if the relationship between φ and t * is set as described later, θ = dθ / dt * = 0 at the end of acceleration, so no residual vibration remains.

数5において、θはトロリーへの加速度入力の最大値がクレーンの仕様から決まるトロリーの最大加速度以下になるように決める。 In Equation 5, θ 0 is determined so that the maximum value of the acceleration input to the trolley is less than or equal to the maximum acceleration of the trolley determined from the crane specifications.

φをtの関数とみなすと、

Figure 2012041180
Figure 2012041180
If φ is regarded as a function of t * ,
Figure 2012041180
Figure 2012041180

が成り立ち、数5のtに関する微分は数8、数9のようになる。

Figure 2012041180
Figure 2012041180
Thus, the differential of t5 with respect to t * is as in Eqs. 8 and 9.
Figure 2012041180
Figure 2012041180

数5、数8、数9を数4の左辺に代入すると数5の振れを実現するためのトロリーへの加速度入力d/dt*2が以下の数10のように求まる。

Figure 2012041180
Substituting Equation 5, Equation 8, and Equation 9 into the left side of Equation 4, the acceleration input d 2 X * / dt * 2 to the trolley for realizing the shake of Equation 5 is obtained as shown in Equation 10 below.
Figure 2012041180

数6、数7を使って数4の左辺を表し、加速度入力を数10として数4の右辺を表し、両辺を(dφ/dtで割ると、数11を得る。

Figure 2012041180
Using Equations 6 and 7, the left side of Equation 4 is represented, the acceleration input is represented by Equation 10, the right side of Equation 4 is represented, and both sides are divided by (dφ / dt * ) 2 to obtain Equation 11.
Figure 2012041180

なお、数11の一般解は、数5である。   Note that the general solution of Equation 11 is Equation 5.

ここで、数11の左辺第3項の係数は新たな時間尺度φで見たときの振り子の等価剛性を現している。   Here, the coefficient of the third term on the left side of Equation 11 represents the equivalent stiffness of the pendulum when viewed on a new time scale φ.

これが変化せず一定値1をとるように、時間tと新たな時間尺度φとの間に数12のような関係付けを行うと固有振動数は1になる。

Figure 2012041180
If the relationship as shown in Equation 12 is made between the time t * and the new time scale φ so that this does not change and takes a constant value 1, the natural frequency becomes 1.
Figure 2012041180

即ち、数13のようにφを設定する。

Figure 2012041180
That is, φ is set as shown in Equation 13.
Figure 2012041180

このとき、時間tと新たな時間φは比例せず、φは非線形時間スケールとなる。 At this time, the time t * and the new time φ are not proportional, and φ becomes a non-linear time scale.

また、入力加速度の数10は数14のように簡便になる。

Figure 2012041180
Further, the number 10 of the input acceleration is simplified as shown in the following Expression 14.
Figure 2012041180

さらに、数12より数15、数16が成り立つので、加速度入力を表す式は数17のように書き直すことができる。

Figure 2012041180
Figure 2012041180
Figure 2012041180
Further, since Expressions 15 and 16 are established from Expression 12, the expression representing the acceleration input can be rewritten as Expression 17.
Figure 2012041180
Figure 2012041180
Figure 2012041180

ここで、 巻き上げ速度v を数18のようにおいた。

Figure 2012041180
Here, the winding speed v * r was set as shown in Equation 18.
Figure 2012041180

数17からφ=0〜2πに対するd/dt*2を求め、その結果をtとφの関係式(数13)を用いて時問軸をφからtに変換することにより、各時刻tのときに与えるべき加速度入力が求められる。 By calculating d 2 X 2 / dt * 2 for φ = 0 to 2π from Equation 17, and converting the result from φ to t * using the relational expression of t * and φ (Equation 13) The acceleration input to be given at each time t * is obtained.

時間領域での振り子の振れ角の応答波形は非線形時間スケールφで定義されているθ=θ(1−cosφ)に数13を適用してtで表した(時間軸方向に伸縮させた)数19のような波形になる。

Figure 2012041180
The response waveform of the swing angle of the pendulum in the time domain is expressed by t * by applying Equation 13 to θ = θ 0 (1-cos φ) defined by the nonlinear time scale φ (expanded in the time axis direction) ) The waveform is as shown in Equation 19.
Figure 2012041180

すなわち、非線形時間スケールを適用して波形を時間軸方向に拡大あるいは縮小すれば振り子の長さが変化する場合の振り子の軌道が数2を積分することなく求められることが分かる。   That is, it can be seen that the pendulum trajectory when the pendulum length changes can be obtained without integrating Equation 2 by applying a non-linear time scale to enlarge or reduce the waveform in the time axis direction.

次に、本発明の根幹に関わるタワークレーンの解析モデルと運動方程式について述べる。   Next, an analysis model and equation of motion of a tower crane related to the basis of the present invention will be described.

まず、タワークレーンの運転方法について説明する。   First, the operation method of a tower crane is demonstrated.

クレーンCの運転方法の概要を図3に示す。   An outline of the operation method of the crane C is shown in FIG.

図3の(a)のOは旋回中心、SPO’QEはブームの軌跡である。   In FIG. 3A, O is the turning center, and SPO'QE is the locus of the boom.

図3の(b)は図3の(a)のブーム先端の円弧状の軌道を展開したものである。   FIG. 3B is a development of the arcuate track at the tip of the boom shown in FIG.

クレーンCの運転はS点の運搬開始位置からP点で最大旋回速度になるように吊荷の巻き上げ(下げ)を行いながら旋回を加速する。   The operation of the crane C accelerates the turning while lifting (lowering) the suspended load so as to reach the maximum turning speed at the point P from the transportation start position at the point S.

その後、最大旋回速度で運転し目標位置に近づいた時にQ点で減速を開始しE点のコンクリート打設位置で停止させ、コンクリート打設終了後再びS点に復帰する。   After that, when the vehicle is driven at the maximum turning speed and approaches the target position, it starts decelerating at point Q, stops at the concrete pouring position at point E, and returns to point S again after the concrete pouring is completed.

SP間の加速領域、QE間の減速領域では旋回方向の加速度、遠心力に加えて振り子の長さ変動に起因したコリオリ力がコンクリートバケット103に作用する。   In the acceleration region between SPs and the deceleration region between QEs, the Coriolis force due to the fluctuation of the pendulum length acts on the concrete bucket 103 in addition to the acceleration in the turning direction and the centrifugal force.

また、PQ間の旋回の等速区間では遠心力およびコリオリ力が作用する。   Further, centrifugal force and Coriolis force act in the constant speed section of the turn between PQs.

運転方法は、図3に示すように旋回を加速、定常速度、減速領域に分けたオープンコントロールとし、目標位置での残留振動の発生を抑制する旋回の加速パターンの算定方法について考える。   As shown in FIG. 3, the driving method is an open control in which turning is divided into acceleration, steady speed, and deceleration areas, and a calculation method of a turning acceleration pattern that suppresses the occurrence of residual vibration at the target position is considered.

次に、運動方程式について述べる。   Next, the equation of motion will be described.

ここでは、図4および図5のようなモデル化を用いる。   Here, modeling as shown in FIGS. 4 and 5 is used.

図5は、ロープの長さを変動させて、コンクリートバケットを上げ下げする場合を示す。   FIG. 5 shows a case where the concrete bucket is raised and lowered by changing the length of the rope.

なお、クレーン本体およびブームは剛体、吊り荷は質点、ロープは質量を無視し剛体として取り扱う。   The crane body and boom are handled as rigid bodies, suspended loads are handled as mass points, and ropes are handled as rigid bodies ignoring mass.

O点は旋回中心、B点はブーム先端を表し、ダム軸をX軸とする。   Point O represents the turning center, point B represents the boom tip, and the dam axis is the X axis.

また、ψはコンクリートバケットのX軸からの方向角、θは吊り荷の振れ角、αはブームのX軸からの角度(旋回角度)、rはB点とO点の水平距離でクレーンの旋回半径、lは吊り荷ロープ長である。   Ψ is the direction angle of the concrete bucket from the X-axis, θ is the swing angle of the suspended load, α is the angle from the X-axis of the boom (turning angle), r is the horizontal distance between point B and point O, and the crane turns The radius, l is the suspended rope length.

ここで、タワークレーンの吊り荷の運動をB点を支点とする円錐振り子としてモデル化する。   Here, the movement of the suspended load of the tower crane is modeled as a conical pendulum with the B point as a fulcrum.

なお、以後、コンクリートバケットを「振り子」と呼ぶものとする。   Hereinafter, the concrete bucket is referred to as a “pendulum”.

図4において、旋回の中心(O)の座標を(x、y、z)、ブーム先端(B)の座標を(x、y、z)、振り子の座標を(x、y、z)とすると振り子の座標は数20、数21のようになる。

Figure 2012041180
Figure 2012041180
In FIG. 4, the coordinates of the turning center (O) are (x O , y O , z O ), the coordinates of the boom tip (B) are (x B , y B , z B ), and the pendulum coordinates are (x C , Y C , z C ), the coordinates of the pendulum are as shown in equations 20 and 21.
Figure 2012041180
Figure 2012041180

次に、数20、数21を時間で微分した速度から振り子の運動エネルギーを算出しラグランジアンを求める。   Next, the kinetic energy of the pendulum is calculated from the speed obtained by differentiating the equations 20 and 21 with respect to time to obtain the Lagrangian.

ラグランジアンよりオイラーの微分方程式をつくることにより振り子の運動方程式は数22、数23のようになる。

Figure 2012041180
Figure 2012041180
By making Euler's differential equation from Lagrangian, the equation of motion of the pendulum becomes as shown in Equations 22 and 23.
Figure 2012041180
Figure 2012041180

また、図4に示すように振り子の支点はブーム先端であることから振り子に作用する外力はブーム先端の運動により与えられ、ブーム先端の座標は数24、数25のように表すことができる。

Figure 2012041180
Figure 2012041180
Also, as shown in FIG. 4, since the fulcrum of the pendulum is at the tip of the boom, the external force acting on the pendulum is given by the movement of the tip of the boom, and the coordinates of the tip of the boom can be expressed as Equations 24 and 25.
Figure 2012041180
Figure 2012041180

そして、旋回半径が一定とすると、ブーム先端のXおよびY方向の加速度は数26、数27のようになる。

Figure 2012041180
Figure 2012041180
Then, assuming that the turning radius is constant, accelerations in the X and Y directions at the boom tip are as shown in Equations 26 and 27.
Figure 2012041180
Figure 2012041180

ここで、lを振り子の規準長さとし、l=l、x=l、t=Tt(T=√(l/g))、v =Tvr/lとおくと、振り子の無次元長さは数28のように表すrことができる。

Figure 2012041180
Here, l 0 is the reference length of the pendulum, and l = l 0 l * , x = l 0 x * , t = Tt * (T = √ (l 0 / g)), v * r = Tvr / l 0 In other words, the dimensionless length of the pendulum can be expressed as Equation 28.
Figure 2012041180

また、d/dt*2=0、θは微小と仮定してsinθ≒θ、cosθ≒1として、数26、数27を数22、数23に代入し、数28を考慮すると、振り子の長さが変動する円錐振り子の運動方程式は数29、数30のようになる。

Figure 2012041180
Figure 2012041180
Also, assuming that d 2 Z B / dt * 2 = 0, θ is minute, and assuming that sin θ≈θ and cos θ≈1, substituting Equations 26 and 27 into Equations 22 and 23, and considering Equation 28, The equations of motion of a conical pendulum with varying pendulum length are as shown in Equations 29 and 30.
Figure 2012041180
Figure 2012041180

タワークレーンCの目標位置に到達後の残留振動を抑える制御方法の検討には無次元化された数29、数30を適用する。   For the examination of the control method for suppressing the residual vibration after reaching the target position of the tower crane C, the dimensionless equations 29 and 30 are applied.

このように、本発明では、振り子の長さの変化を考慮しているため、数29の左辺第2項、および数30の左辺第2項が存在している。   Thus, in the present invention, since the change in the length of the pendulum is taken into consideration, the second term on the left side of Equation 29 and the second term on the left side of Equation 30 exist.

次に、実測値との比較によるモデル化の妥当性の検討について述べる。   Next, we discuss the validity of modeling by comparison with measured values.

まず、運搬方法について説明する。   First, the transportation method will be described.

実機タワークレーンの自動運転によるコンクリート打設時のコンクリートバケットの軌道の計測値と数29、数30を適用したシミュレーション結果と比較してタワークレーンのモデル化の妥当性を評価する。   The validity of the tower crane modeling is evaluated by comparing the measured values of the concrete bucket trajectory when placing concrete with automatic operation of the actual tower crane and the simulation results using Equations 29 and 30.

自動運転の方法は下記の通りである。   The method of automatic operation is as follows.

即ち、振り子の長さが変化しない場合、固有周期の時間に一定の加速度を作用させてトロリーを定常速度にすれば振り子の残留振動が発生しない。   That is, when the length of the pendulum does not change, residual vibration of the pendulum does not occur if the trolley is brought to a steady speed by applying a constant acceleration during the natural period.

このことを利用して振り子の長さが変化する場合の旋回の加速パターンを次のように設定する。   Utilizing this fact, the acceleration pattern of turning when the pendulum length changes is set as follows.

つまり、加速開始時の固有周期と加速終了時の固有周期を平均した時間を加速時間T とする。 That is, the time obtained by averaging the natural period at the start of acceleration and the natural period at the end of acceleration is defined as an acceleration time T * A.

加速開始時の振り子の長さlは1、時間T 後の振り子の長さlは1+vrT となるので加速時間T は数31のようになる。

Figure 2012041180
The length 1 of the pendulum at the start of acceleration is 1, and the length 1 of the pendulum after time T * A is 1 + v * rT * A , so the acceleration time T * A is as shown in Equation 31.
Figure 2012041180

数31より加速時間T を求めると数32のようになる。

Figure 2012041180
When the acceleration time T * A is obtained from Equation 31, Equation 32 is obtained.
Figure 2012041180

このT を使って次に示す加速度A を設定する方法である。 This is a method of setting the following acceleration A * i using this T * A.

ここで、上記のような制御方法を「制御方法2」と呼ぶこととする。

Figure 2012041180
Here, the above control method is referred to as “control method 2”.
Figure 2012041180

ここに、αは定常運転時の旋回速度である。 Here, α v is the turning speed during steady operation.

また、実機タワークレーンの旋回および巻き上げ(下げ)のモータは速度制御されているためモータへの入力信号と回転速度の関係を一次遅れ系でモデル化すると数29、数30のdα/dt*2は数34のようになる。

Figure 2012041180
Further, since the speed of the turning and hoisting (lowering) motors of the actual tower crane is controlled, when the relationship between the input signal to the motor and the rotational speed is modeled by a first-order lag system, d 2 α / dt of Equations 29 and 30 are used. * 2 becomes like 34.
Figure 2012041180

ここに、T αは旋回の時定数である。 Here, T * α is a time constant of turning.

また、旋回の速度制御信号αは数35のように表すことができる。

Figure 2012041180
Further, the turning speed control signal α S can be expressed as in Expression 35.
Figure 2012041180

次に、実測値との比較について説明する。   Next, comparison with actual measurement values will be described.

ここでは、図6に示すS点(運搬開始位置)からE点(コンクリート打設位置)まで運搬した場合の振り子の軌道の計測値とシミュレーション結果を比較する。   Here, the measured value of the trajectory of the pendulum and the simulation result when transported from point S (transport start position) to point E (concrete placement position) shown in FIG. 6 are compared.

表1にS点およびE点の座標を示す。

Figure 2012041180
Table 1 shows the coordinates of point S and point E.
Figure 2012041180

表1では、ダム軸をX軸とし、Z座標は標高を表している。   In Table 1, the dam axis is the X axis, and the Z coordinate represents the altitude.

S点からE点までの旋回角度は約205度で時計周りに旋回した場合である。   This is a case where the turning angle from the point S to the point E is about 205 degrees and the case turns clockwise.

図6の(b)は旋回の円弧状の断面を展開したもので、SDFEを結んだ線はコンクリート運搬中の障害物を回避するための振り子の侵入禁止領域を表している。   FIG. 6B is an unfolded arc-shaped cross section of a swivel, and a line connecting SDFE represents a pendulum intrusion prohibited region for avoiding an obstacle during concrete transportation.

したがって、振り子は侵入禁止領域より高い軌道を通るように制御される。   Therefore, the pendulum is controlled so as to pass through a trajectory higher than the intrusion prohibited area.

そして、振り子に追尾用ミラーを取り付け自動追尾のトランシットでその3次元座標を計測した。   Then, a tracking mirror was attached to the pendulum, and its three-dimensional coordinates were measured by an automatic tracking transition.

図7はS点からE点までのコンクリート運搬の旋回および巻上げ(下げ)の速度制御信号を示している。   FIG. 7 shows speed control signals for turning and winding (lowering) the concrete transport from point S to point E.

旋回速度は反時計回りを正、巻き上げ(下げ)は巻き下げを正とする。   The turning speed is positive in the counterclockwise direction, and the winding (lowering) is positive in the lowering.

図7に示すように25秒から巻き上げを始め、バケットが所定の高さになった時に旋回が始まる。   As shown in FIG. 7, the winding starts from 25 seconds, and the turning starts when the bucket reaches a predetermined height.

また、約90秒から巻き下げを始める。   Also, the winding starts from about 90 seconds.

この時に、振り子は図6の(b)に示す侵入禁止領域より高い軌道になる。   At this time, the pendulum has a higher trajectory than the intrusion prohibited area shown in FIG.

図8はブーム先端と振り子の運動をXY平面に投影して得られる軌道の比較を示す。   FIG. 8 shows a comparison of trajectories obtained by projecting the motion of the boom tip and the pendulum onto the XY plane.

ブーム先端の軌道はブームの長さと起伏角度から計算した値である。   The trajectory of the boom tip is a value calculated from the boom length and the undulation angle.

計測した振り子の座標とシミュレーションにより求めた座標は重なっている。   The coordinates of the measured pendulum overlap with the coordinates obtained by simulation.

振り子はブーム先端の軌道より遠心力により外側の軌道を通り半径方向の振動が発生している。   The pendulum vibrates in the radial direction through the outer track by centrifugal force from the track at the tip of the boom.

図8に示す円弧状の断面を展開して得た振り子の高さ方向のシミュレーション結果と計測結果の比較を図9に示す。   FIG. 9 shows a comparison between the simulation result in the height direction of the pendulum obtained by developing the arc-shaped cross section shown in FIG. 8 and the measurement result.

図9において、横軸は旋回角度で、縦軸は標高である。   In FIG. 9, the horizontal axis is the turning angle, and the vertical axis is the altitude.

運搬開始と共にに巻き上げが始まり障害物を回避する高さになると巻き上げ(下げ)が停止し障害物を越えた時に巻き下げになる軌道になっている。   Winding starts as soon as transport starts, and when it reaches a height that avoids obstacles, the winding (lowering) stops, and when it exceeds the obstacles, it becomes a trajectory that rolls down.

なお、シミュレーションから求めた振り子の軌道と計測した軌道は重なっている。   The pendulum trajectory obtained from the simulation and the measured trajectory overlap.

次に、振り子のX、Y座標の時間変化のシミュレーション結果と計測結果の比較を図10および図11に示す。   Next, FIGS. 10 and 11 show a comparison between the simulation result of the time change of the X and Y coordinates of the pendulum and the measurement result.

図11は、図10の120秒から180秒を拡大したものである。   FIG. 11 is an enlarged view of 180 seconds from 120 seconds in FIG.

図10に示すようにシミュレーションから求めた座標と計測した座標は重なっている。   As shown in FIG. 10, the coordinates obtained from the simulation overlap with the measured coordinates.

さらに、振り子の目標位置での計測とシミュレーションを拡大したものが図11で、若干位相が異なっているが、シミュレーション結果は計測結果を模擬しており上述のモデル化は妥当であると考えられる。   Further, FIG. 11 is an enlarged view of the measurement at the target position of the pendulum and the simulation. Although the phases are slightly different, the simulation result simulates the measurement result, and the above modeling is considered appropriate.

したがって、タワークレーンの目標位置での残留振動を抑制するオープンコントロールによる制御方法の構築には数29、数30を用いることとする。   Therefore, Formula 29 and Formula 30 are used to construct a control method using open control that suppresses residual vibration at the target position of the tower crane.

次に、吊り荷の振れ止め方法について説明する。   Next, a method for stabilizing the suspended load will be described.

振り子の長さが変化する場合について、目標位置での残留振動の発生を抑制する加速パターンを次のように求める。   In the case where the length of the pendulum changes, an acceleration pattern that suppresses the occurrence of residual vibration at the target position is obtained as follows.

初めに、前述の方法により振り子の長さが変化しない場合に対して、旋回の加速パターンを非線形時間スケールで求めておく。   First, in the case where the pendulum length does not change by the above-described method, a turning acceleration pattern is obtained on a non-linear time scale.

即ち、運搬開始位置S点から一定加速度でP点まで加速しP点で一定の旋回速度にし、運搬目標位置近くのQ点に達したとき旋回の減速を開始しE点で旋回が停止する場合について残留振動が発生しない加速パターンを求めておく。   That is, when acceleration from the transport start position S to the P point with a constant acceleration, a constant turning speed at the P point, and when the Q point near the transport target position is reached, the turning deceleration starts and the turning stops at the E point. An acceleration pattern in which no residual vibration occurs is obtained.

振り子の長さが変化する場合には、時間とともに変化する振り子の運動方程式の等価剛性が変化しないように時間と新たな時間尺度を関係づけた数36に示す新たな非線形時間スケールφを適用し振り子の長さが変わる場合の加速パターンに変換する。

Figure 2012041180
When the length of the pendulum changes, a new nonlinear time scale φ shown in Equation 36 that relates time and a new time scale is applied so that the equivalent stiffness of the motion equation of the pendulum changing with time does not change. Convert to an acceleration pattern when the pendulum length changes.
Figure 2012041180

ここで、巻き上げ(下げ)速度が一定の場合、非線形時間スケールφから時間tへの変換は数36および数28から数37のようになる。

Figure 2012041180
Here, when the winding (lowering) speed is constant, the conversion from the non-linear time scale φ to the time t * is as shown in Expression 36 and Expression 28 to Expression 37.
Figure 2012041180

数37を用いて非線形時間スケールから無次元実時間(実際にはさらに有次元時間に変換)に変換された加速パターンを入力することにより目標位置での残留振動の抑制が可能となる。   The residual vibration at the target position can be suppressed by inputting an acceleration pattern converted from a nonlinear time scale to dimensionless real time (actually converted to dimensional time) using Equation 37.

上述の制御方法(制御方法1)の妥当性を評価するためシミュレーションを行った。   A simulation was performed to evaluate the validity of the above control method (control method 1).

その条件を表2に示す。

Figure 2012041180
Table 2 shows the conditions.
Figure 2012041180

表2において、C1〜C3までのケースは旋回の入力加速度を変化させた場合、C4、C5は運搬時間を長くした場合である。   In Table 2, the cases from C1 to C3 are cases where the input acceleration of turning is changed, and C4 and C5 are cases where the transportation time is lengthened.

また、表中のdα/dt*2は加速度、vrは巻き上げ(下げ)速度を示している。 In the table, d 2 α / dt * 2 represents acceleration, and v * r represents the winding (lowering) speed.

C1−1、C2−1、C3−1、C4−1、C5−1のケースは巻上げ(下げ)がない場合で、S点からP点、Q点、E点に達する時刻Tφ 、Tφ 、Tφ は非線形時間スケールφで表されている。 C1-1, C2-1, C3-1, C4-1, in the case where there is no wind-up is C5-1 of the case (down), P point from the point S, Q point, the time T φ P to reach the point E, T φ Q and T φ E are represented by a nonlinear time scale φ.

また、その他の振り子の長さが変化する場合のそれらの時刻は、数35にTφ 、Tφ 、Tφ および巻き上げ(下げ)速度v を代入して算出した時刻である。 Moreover, their time when the length of the other pendulum changes, is the number 35 T φ P, T φ Q , T φ E and hoisting (lowering) the speed v time calculated by substituting the * r .

次に、振り子の長さが一定の場合について説明する。   Next, a case where the length of the pendulum is constant will be described.

振り子の長さが一定の場合の振り子の振れ角を図12に示す。   FIG. 12 shows the swing angle of the pendulum when the length of the pendulum is constant.

図12の(a)は旋回の加速領域の加速度を変えた場合、図12の(b)は運搬時間を変えた場合である。   12A shows the case where the acceleration in the turning acceleration region is changed, and FIG. 12B shows the case where the transportation time is changed.

図12の(a)より、加速度が大きくなると振り子の振れ角は大きくなっている。   From FIG. 12A, the swing angle of the pendulum increases as the acceleration increases.

図12の(b)より、加速領域の加速度が等しいため最大振れ角は等しくなっている。 このように、運搬時間を長くしても目標位置での残留振動は発生していないことが分かる。   From (b) of FIG. 12, since the acceleration in the acceleration region is equal, the maximum deflection angle is equal. Thus, it can be seen that no residual vibration occurs at the target position even if the transportation time is increased.

次に、振り子の長さが変化する場合について説明する。   Next, a case where the length of the pendulum changes will be described.

α/dt*2=0.015、v =0.0、0.0226、0.0452、−0.0226、−0.0452とした場合の振り子の振れ角、旋回の加速度を図13に示す。 The swing angle of the pendulum and the turning acceleration when d 2 α / dt * 2 = 0.015, v * r = 0.0, 0.0226, 0.0452, −0.0226, −0.0452 are set. As shown in FIG.

運搬時間は振り子の長さが変化しない場合と比較して巻き下げの場合は長く、巻き上げの場合は短くなっている。   The transportation time is longer in the case of lowering and shorter in the case of winding than when the length of the pendulum does not change.

巻き下げの場合は振れ角の最大値は小さく、巻き上げの場合は大きくなっている。   In the case of winding down, the maximum value of the swing angle is small, and in the case of winding up, the maximum value is large.

振り子の長さが変化しない場合には減速終了後の残留振動の発生を抑制できるが、振り子の長さが変化する場合にはθ=0.0025程度の振れが発生している。   When the pendulum length does not change, the occurrence of residual vibration after the end of deceleration can be suppressed. However, when the pendulum length changes, a shake of about θ = 0.0025 occurs.

また、巻き下げ速度が大きくなると残留振動の振幅も大きくなっている。   Further, as the lowering speed increases, the amplitude of residual vibration also increases.

旋回方向の加速度がdα/dt*2=0.015の場合について、巻き上げ(下げ)速度の違いによる加速・減速時間を比較する。 In the case where the acceleration in the turning direction is d 2 α / dt * 2 = 0.015, the acceleration / deceleration time due to the difference in the winding (lowering) speed is compared.

加速時間は、巻き上げ(下げ)がないC2−1では6.99、巻き上げのC2−4では6.71、巻き下げのC2−2では7.27である。   The acceleration time is 6.99 for C2-1 without winding (lowering), 6.71 for C2-4 for winding, and 7.27 for C2-2 for winding.

また、減速時間も同様に6.99、5.76、8.22になっている。   Similarly, the deceleration time is 6.99, 5.76, and 8.22.

それぞれの場合について、ブーム先端のXおよびY方向の加速度を図14に示す。   FIG. 14 shows the acceleration in the X and Y directions at the boom tip for each case.

巻き上げ(下げ)がない場合にはt=9.25においてX方向では対称に、Y方向では点対称になっているが、巻き上げ(下げ)がある場合には、振り子の長さが変化するため非線形時間スケールで算出された入力加速度が時間方向に伸縮され入力加速度は非対称になることが分かる。 When there is no hoisting (lowering), it is symmetrical in the X direction at t * = 9.25 and point symmetric in the Y direction, but when there is hoisting (lowering), the length of the pendulum changes. Therefore, it can be seen that the input acceleration calculated on the non-linear time scale is expanded and contracted in the time direction and the input acceleration becomes asymmetric.

次に、巻上げ下げ速度を一定値v =0.0226として、旋回方向の加速度を変えた場合の振り子の振れ角を図15に示す。 Next, FIG. 15 shows the swing angle of the pendulum when the hoisting / lowering speed is a constant value v * r = 0.0226 and the acceleration in the turning direction is changed.

加速度が大きくなるとそれに比例して最大振れ角も大きくなっている。   As the acceleration increases, the maximum deflection angle increases proportionally.

残留振動の大きさはほぼ等しい。   The magnitude of the residual vibration is almost equal.

タワークレーンを使った運搬作業において、目標位置までの最大旋回角度はπである。 そこで、旋回角度を大きくした場合、すなわち運搬時間が長くなる場合の目標位置での残留振動の発生を抑制することを確認しておく必要がある。   In carrying work using a tower crane, the maximum turning angle to the target position is π. Therefore, it is necessary to confirm that the occurrence of residual vibration at the target position is suppressed when the turning angle is increased, that is, when the transportation time is increased.

運搬時間が長くなると実機では巻き上げ(下げ)速度を小さく設定することから、巻き上げ(下げ)速度をv =0.0113とした。 When the transport time becomes longer, the hoisting (lowering) speed is set to be smaller in the actual machine, so the hoisting (lowering) speed is set to v * r = 0.113.

運搬時間を長くした場合の振り子の振れ角を図16に示す。   FIG. 16 shows the swing angle of the pendulum when the transport time is increased.

また、図16に示すケースは旋回角度が約πに対応している。   Further, the case shown in FIG. 16 corresponds to a turning angle of about π.

いずれも場合にも目標位置における残留振動の振幅は0.002程度である。   In either case, the amplitude of the residual vibration at the target position is about 0.002.

次に、コンクリートバケットのブーム先端からの無次元相対運動をXY平面に投影したときの軌跡を図17に示す。   Next, FIG. 17 shows a trajectory when the dimensionless relative motion from the boom tip of the concrete bucket is projected onto the XY plane.

ここで、原点はブーム先端位置である。   Here, the origin is the boom tip position.

最大振幅は0.04、目標位置での振幅は約0.002である。   The maximum amplitude is 0.04, and the amplitude at the target position is about 0.002.

例えば、振り子の長さが50mと仮定した場合に、最大振幅は2m、目標位置での残留振幅は0.1mになる。   For example, assuming that the pendulum length is 50 m, the maximum amplitude is 2 m, and the residual amplitude at the target position is 0.1 m.

この振幅はコンクリートバケットの直径が2.0〜2.5mであることを考慮すると実用的には問題のない振幅である。   This amplitude is practically no problem considering that the diameter of the concrete bucket is 2.0 to 2.5 m.

次に、本発明に係る制御方法の妥当性の確認について述べる。   Next, confirmation of the validity of the control method according to the present invention will be described.

前出の表1および図6に示すコンクリート運搬の開始位置とコンクリート打設位置が与えられた場合を例として、前述の「制御方法2」と前述の「制御方法1」との比較を行い本発明の有用性を示す。   Compared with the above-mentioned “Control Method 2” and the above-mentioned “Control Method 1” by taking as an example the case where the concrete transport start position and concrete placement position shown in Table 1 and FIG. The usefulness of the invention is shown.

図6のS点は運搬の開始位置、E点はコンクリート打設位置、DF点は障害物を回避してコンクリート運搬するために設定される位置で、SDFE点を結んだ線より振り子の軌道を高くする必要がある。   In FIG. 6, the point S is the start position of transport, the point E is the concrete placement position, the point DF is a position set to transport the concrete while avoiding obstacles, and the pendulum trajectory from the line connecting the SDFE points. Need to be high.

図18は振り子の軌道を図6に示す軌道にするための旋回および巻き上げ(下げ)の速度パターンである。   FIG. 18 shows a speed pattern of turning and winding (lowering) for changing the pendulum trajectory into the trajectory shown in FIG.

図18の(a)のS点〜P点まで加速し、その後Q点まで定常速度αで運転し、Q点から減速が始めE点で停止する。 It accelerates to point S ~P point (a) of FIG. 18, then operating at a steady rate alpha v to point Q, and stops at point E starting deceleration from the Q point.

巻き上げ(下げ)はS点〜D点まで速度v r1で巻き上げ、D点で巻きを停止する。 The winding (lowering) is performed at a speed v * r1 from the point S to the point D, and the winding is stopped at the point D.

次に、F点で速度v r2で巻き下げを始めコンクリート打設位置E点に到達する。 Next, at the point F, lowering is started at the speed v * r2 , and the concrete pouring position E is reached.

目標位置での残留振動を抑制するように図18に示す旋回および巻上げ下げの速度パターンを次のようにして求める。   In order to suppress the residual vibration at the target position, the speed pattern of turning and hoisting shown in FIG. 18 is obtained as follows.

まず、S点〜D点、D点〜F点、F点〜E点への時間をt 、t 、t とする。 First, the time from point S to point D, point D to point F, and point F to point E is defined as t * 1 , t * 2 , and t * 3 .

また、S点〜P点の加速時間をT 、P点〜Q点の旋回速度が定常な時間をT ST、Q点〜E点の減速時間をT とすると、図6、図18より旋回角度、巻き上げ(下げ)は数38〜42のような関係が成り立つ。

Figure 2012041180
Figure 2012041180
Figure 2012041180
Figure 2012041180
Figure 2012041180
Also, assuming that the acceleration time from the S point to the P point is T * A , the time during which the turning speed from the P point to the Q point is steady is T * ST , and the deceleration time from the Q point to the E point is T * D , FIG. From FIG. 18, the turning angle and the winding (lowering) are in the relationship of Equations 38-42.
Figure 2012041180
Figure 2012041180
Figure 2012041180
Figure 2012041180
Figure 2012041180

ここに、αSD、αDF、αFEはS点〜D点、D点〜F点、F点〜E点の旋回角度、D SD、D FEはS点〜D点、F点〜E点への巻き上げ(下げ)の長さである。 Here, α SD , α DF , α FE are S-point to D-point, D-point to F-point, F-point to E-point turning angle, D * SD and D * FE are S-point to D-point, F-point to This is the length of winding (lowering) to point E.

旋回速度は吊り荷の巻き上げ(下げ)時において、旋回速度が変化することによる振り子の振れの発生を抑制するため旋回速度を等しくする。   The turning speed is made equal to suppress the occurrence of pendulum shake due to the change in the turning speed when the suspended load is wound (lowered).

したがって、数38、数39から旋回速度αを求め、等しくおき、さらに数41および数42からt 、t を求めて代入すると数43のようになる。

Figure 2012041180
Therefore, when the turning speed α V is obtained from the equations 38 and 39 and set equal to each other, and t * 1 and t * 3 are obtained from the equations 41 and 42 and substituted, the equation 43 is obtained.
Figure 2012041180

数43において巻き上げ(下げ)速度v r1、v r2は未知数である。 In Equation 43, the winding (lowering) speeds v * r1 and v * r2 are unknown numbers.

次に、時間領域で定義された数38〜数43と非線形時間スケールで定義された目標位置において残留振動の発生を抑制する加速パターンを対応させて時間領域での加速パターンを求める。   Next, the acceleration pattern in the time domain is obtained by associating the acceleration pattern that suppresses the occurrence of residual vibration at the target position defined by the nonlinear time scale with the equations 38 to 43 defined in the time domain.

非線形時間スケールで加速時間の終了時刻、減速開始時刻および減速終了時刻を前出の表2に示すようにTφ 、Tφ 、Tφ として、加速パターンを次の手順で求める。
1)巻き上げ(下げ)速度を仮定する。
2)巻上げ下げ速度、S点、E点の振り子の長さ、Tφ =Tφ 、Tφ =Tφ −Tφ から加速および減速時間T 、T を求める。
3)上記2項目を数41が成立するまで繰り返して、v r1、v r2を求める。
4)数41、数42からt 、t を求める。
5)巻き速度が求められているため、Tφ 、Tφ 、Tφ に対応するT 、T 、T を決めることができる。
6)数38からαを求める。
7)運搬開始位置から目標位置までの旋回角度をαTOTとすると、数44から旋回の定常速度の時間T STを求める。

Figure 2012041180
8)巻き上げを停止する時間はt =T +T ST+T −t −t となる。
9)t 、t 、t から数45を適用して求めたTφt とTφ が一致することを確認する。
Figure 2012041180
End time of acceleration time nonlinear time scale, as T φ P, T φ Q, T φ E as shown in Table 2, supra deceleration start time and deceleration end time, obtaining the acceleration pattern the following procedure.
1) Assuming a hoisting (lowering) speed.
Request 2) winding up or down speed, S point, the length of the pendulum of the point E, T φ A = T φ P , T φ D = T φ E -T φ Q acceleration and deceleration times from T * A, the T * D .
3) The above two items are repeated until Equation 41 is established to obtain v * r1 and v * r2 .
4) Find t * 1 and t * 3 from Equations 41 and 42.
Since 5) winding speed is sought, T φ P, T φ Q , corresponding to T φ E T * P, can be determined T * Q, T * E.
6) Obtain α V from Equation 38.
7) If the turning angle from the transport start position to the target position is α TOT , the time T * ST of the steady turning speed is obtained from Equation 44.
Figure 2012041180
8) The time for stopping the winding is t * 2 = T * A + T * ST + T * D- t * 1- t * 3 .
9) t * 1, t * 2, t * 3 T were determined by applying the number 45 from .phi.t E and T phi E is confirmed consistencies.
Figure 2012041180

以上の方法で求めた旋回の加速入力パターンを入力した場合の振り子の軌道を図19に示す。   FIG. 19 shows a pendulum trajectory when a turning acceleration input pattern obtained by the above method is input.

振り子はSDFEの上部を通り障害物を回避する軌道になっている。   The pendulum is in a trajectory that passes over the SDFE and avoids obstacles.

本発明に係る「制御方法1」と従来の「制御方法2」を適用した場合の振り子の運動を比較したものを図20、図21に示す。   FIG. 20 and FIG. 21 show a comparison of the movement of the pendulum when the “control method 1” according to the present invention and the conventional “control method 2” are applied.

図22、図23は、図20、図21の120s〜180sの区間を拡大した図である。 図中の一点鎖線は目標位置を示している。   22 and 23 are enlarged views of 120s to 180s in FIGS. The alternate long and short dash line in the figure indicates the target position.

X方向では目標位置が63.508mに対して、制御方法2の場合は62.8〜64m、「制御方法1」の場合は63.4〜63.9m、Y方向では目標位置が24.191mに対して、「制御方法2」の場合は23.8〜24.8m、制御方法1の場合は23.2〜23.7m間を振動している。   The target position in the X direction is 63.508 m, the control method 2 is 62.8 to 64 m, the “control method 1” is 63.4 to 63.9 m, and the Y direction is the target position 24.191 m. On the other hand, in the case of the “control method 2”, it vibrates between 23.8 to 24.8 m, and in the case of the control method 1, it vibrates between 23.2 to 23.7 m.

「制御方法2」では、X方向の振幅が1.2m、Y方向の振幅が1.0mであるのに対して、「制御方法1」では、それぞれ0.5m、0.3mに低減していることが分かる。   In “Control Method 2”, the amplitude in the X direction is 1.2 m and the amplitude in the Y direction is 1.0 m, whereas in “Control Method 1”, the amplitude is reduced to 0.5 m and 0.3 m, respectively. I understand that.

したがって、通常のコンクリートバケットの直径が2.0m〜2.5mであることを考慮すると、コンクリート打設位置に到達すると同時にコンクリート打設ができるため、従来法と比べて大幅なコンクリート打設位置での時間ロスが少なくなり「制御方法1」の利用によりサイクルタイムの短縮が可能になるという優れた効果を奏する。   Therefore, considering that the diameter of a normal concrete bucket is 2.0 m to 2.5 m, the concrete can be placed at the same time as reaching the concrete placing position. The time loss is reduced, and the use of “control method 1” has an excellent effect that the cycle time can be shortened.

ここで、図24、図25を参照して、本実施の形態に係るクレーンCの構成例について説明する。   Here, with reference to FIG. 24 and FIG. 25, the structural example of the crane C which concerns on this Embodiment is demonstrated.

図24は、本発明の実施の一形態に係るブーム式のクレーンの駆動制御装置の要部ブロック図である。また、クレーンは、駆動制御装置を除き図1に示すコンクリート打設設備に用いたクレーンCと同一の構成をしている。なお、同一構成部については同一符号を付して説明を省略する。   FIG. 24 is a principal block diagram of a drive control device for a boom type crane according to an embodiment of the present invention. Further, the crane has the same configuration as the crane C used in the concrete placing facility shown in FIG. 1 except for the drive control device. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure part and description is abbreviate | omitted.

図24において、11は運搬開始地点、目的地点の3次元座標等のデータを入力するデータ入力部、12はデータ入力部11の出力に基づいて、図1に示すブーム105の旋回角度、起伏角度等を演算する演算部、13は演算部12の出力に基づいて、ブーム5の旋回・起伏等を制御するマイクロコンピュータ等で構成される制御部、14は制御部13の制御信号に基づいてブーム105を旋回させる駆動手段としてのブーム旋回モータ、15は制御部13の制御信号に基づいて、ブーム105を起伏させるブーム起伏モータ、16は制御部13の制御信号に基づいて、図1に示す吊荷としてのバケット103を吊り下げるワイヤ104の巻上げ/巻降ろしを行うワイヤ巻取りモータである。   24, 11 is a data input unit for inputting data such as a transportation start point and a three-dimensional coordinate of a destination point, and 12 is a turning angle and a undulation angle of the boom 105 shown in FIG. 1 based on the output of the data input unit 11. And the like. 13 is a control unit composed of a microcomputer or the like for controlling the turning and undulation of the boom 5 based on the output of the calculation unit 12, and 14 is a boom based on the control signal of the control unit 13. A boom turning motor as a driving means for turning 105, 15 is a boom raising / lowering motor for raising / lowering the boom 105 based on a control signal of the control unit 13, and 16 is a suspension shown in FIG. 1 based on a control signal of the control unit 13. This is a wire winding motor that winds / unwinds a wire 104 that suspends a bucket 103 as a load.

データ入力部11、演算部12、制御部13、ブーム旋回モータ14、ブーム起伏モータ15およびワイヤ巻取りモータ16で駆動制御装置300を構成している。   The data input unit 11, the calculation unit 12, the control unit 13, the boom turning motor 14, the boom hoisting motor 15, and the wire winding motor 16 constitute a drive control device 300.

また、図25はクレーンCの旋回動作(旋回中心O、旋回角度θ)を上方から見た平面図である。   FIG. 25 is a plan view of the turning operation (turning center O, turning angle θ) of the crane C as viewed from above.

図24の(a)〜(c)には、本実施の形態に係るクレーンによる運搬パターン(ケース1〜3)を示す。   24A to 24C show transport patterns (cases 1 to 3) by the crane according to the present embodiment.

次に、図27のフローチャートを参照して、駆動制御装置300で実行される算出処理の処理手順について説明する。   Next, a processing procedure of calculation processing executed by the drive control device 300 will be described with reference to the flowchart of FIG.

この処理が開始されると、まずステップS10で、巻き上げ(下げ)速度を仮定してステップS11に移行する。   When this process is started, first, in step S10, assuming a winding (lowering) speed, the process proceeds to step S11.

ステップS11では、巻上げ下げ速度、S点、E点の振り子の長さ,Tφ =Tφ 、Tφ =Tφ −Tφ から加速および減速時間T 、T を求めてからステップS12に移行する。 In step S11, the take-up and down speed, S point, the length of the pendulum of the point E, T φ A = T φ P , T φ D = T φ E -T φ Q acceleration and deceleration times from T * A, T * D Is obtained and then the process proceeds to step S12.

ステップS12では、上記2項目を数43が成立するまで繰り返してv r1、v r2を求めてステップS13に移行する。 In step S12, the above two items are repeated until Equation 43 is established, and v * r1 and v * r2 are obtained, and the process proceeds to step S13.

ステップS13では、数41、数42からt 、t を求めてステップS14に移行する。 In step S13, t * 1 and t * 3 are obtained from equations 41 and 42, and the process proceeds to step S14.

ステップS14では、巻き速度が求められているので、Tφ 、Tφ 、Tφ に対応するT 、T 、T を決めてステップS15に移行する。 In step S14, since the winding speed is demanded, T φ P, T φ Q , T φ T * P corresponding to E, T * Q, decide T * E proceeds to step S15.

ステップS15では、数38からαを求めてステップS16に移行する。 In step S15, seeking a few 38 alpha V proceeds to step S16.

ステップS16では、運搬開始位置から目標位置までの旋回角度をαTOTとすると、数42から旋回の定常速度の時間T STを求めてステップS17に移行する。 In step S16, if the turning angle from the transport start position to the target position is α TOT , the time T * ST of the steady turning speed is obtained from equation 42, and the process proceeds to step S17.

ステップS17では、巻き上げを停止する時間をt =T +T ST+T −t −t と算出してステップS18に移行する。 In step S17, the time for stopping the winding is calculated as t * 2 = T * A + T * ST + T * D- t * 1- t * 3, and the process proceeds to step S18.

ステップS18では、t 、t 、t から数45を適用して求めたTφt とTφ が一致することを確認して処理を終了する。 In step S18, t * 1, t * 2, t * 3 T were determined by applying the number 45 from .phi.t E and T phi E is finished check and process to be consistent.

以上述べたように、本発明によれば、タワークレーンを対象として吊り荷ロープ長が変動する場合に、目標位置に到達後の残留振動の振幅が低く抑えることが可能な旋回の加速方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a turning acceleration method capable of suppressing the amplitude of residual vibration after reaching the target position when the length of the suspended load rope varies for a tower crane. can do.

このように、吊り荷ロープ長が一定の加速入力パターンを非線形時間スケールを適用して、吊り荷ロープ長が変動する場合の加速入力パターンに変換した加速入力パターンを用いることにより、コンクリート打設位置での残留振動を抑制するオープンループによる制御が可能になる。   In this way, by using the acceleration input pattern converted to the acceleration input pattern when the suspension rope length fluctuates by applying a nonlinear time scale to the acceleration input pattern with a constant suspension rope length, the concrete placement position Control by an open loop that suppresses residual vibration in the case becomes possible.

また、本発明に係る制御方法を適用した場合に、目標位置での残留振動の発生が抑制できることを実験的に妥当性を確認した解析モデルを使ったシミュレーションにより確認することができた。   Moreover, when the control method according to the present invention was applied, it was confirmed by simulation using an analysis model that was experimentally confirmed that the occurrence of residual vibration at the target position could be suppressed.

上述の導出過程から分かるように吊り荷ロープ長の様々な巻上げ下げパターンに対して提案する旋回加速パターンを容易に短時間で設定可能であり、タワークレーンを使ったコンクリート打設工事の安全性および省力化に寄与することができる。   As can be seen from the above derivation process, the proposed turning acceleration pattern for various hoisting and lowering patterns of the suspended rope length can be set easily and in a short time, and the safety of concrete placement work using a tower crane and This can contribute to labor saving.

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not limited to the disclosed technology. Should not be considered. That is, the technical scope of the present invention should not be construed restrictively based on the description in the above embodiment, but should be construed according to the description of the scope of claims. All modifications that fall within the scope of the claims and the equivalent technology are included.

また、プログラムを用いる場合には、ネットワークを介して提供し、或いはCD−ROM等の記録媒体に格納して提供することが可能である。   When using a program, it can be provided via a network or stored in a recording medium such as a CD-ROM.

即ち、画像処理プログラムを含む所定のプログラムを記録媒体としてのハードディスク等の記憶装置に記録する場合に限らず、当該所定のプログラムを次のようにして提供することも可能である。   That is, the predetermined program including the image processing program is not limited to being recorded in a storage device such as a hard disk as a recording medium, and the predetermined program can be provided as follows.

例えば、所定のプログラムをROMに格納しておき、CPUが、この所定のプログラムをこのROMから主記憶装置へローディングして実行するようにしてもよい。   For example, a predetermined program may be stored in the ROM, and the CPU may load the predetermined program from the ROM to the main storage device and execute it.

また、前記所定のプログラムを、DVD−ROM、CD−ROM、MO(光磁気ディスク)、フレキシブルディスク、などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布するようにしてもよい。   Further, the predetermined program may be stored and distributed in a computer-readable recording medium such as a DVD-ROM, CD-ROM, MO (magneto-optical disk), or flexible disk.

本発明によるクレーンの制御方法は、ダムの施工に適用されるタワークレーンやその他のクレーンに適用することができる。   The crane control method according to the present invention can be applied to tower cranes and other cranes applied to dam construction.

101 コンクリート混練プラント
102 トランスファーカー
103 コンクリートバケット
104 ワイヤ(ロープ)
105 ブーム
200 ダム堤体
300 駆動制御装置
101 Concrete kneading plant 102 Transfer car 103 Concrete bucket 104 Wire (rope)
105 Boom 200 Dam Dam Body 300 Drive Control Device

Claims (4)

ブームを旋回させ、ワイヤの長さを変動させつつ、当該ワイヤで吊った吊荷を運搬開始位置から目標位置まで運搬するクレーンについて、前記ブームの旋回に伴なう前記目標位置における前記吊荷の残留振動を収束させる振れ止め制御を行うクレーンの制御方法であって、
前記ブームの旋回半径を一定として、加速区間、等角速度区間、減速区間の順で旋回させる運搬過程を有し、
当該運搬過程において、前記運搬開始位置から前記目標位置までに要する運搬時間の1/2の時刻で対称(折り返した場合に等しくなる対称関係)となるように座標変換を行うと共に、前記ワイヤの長さの変動および前記吊荷の昇降速度の変化に応じて算出される旋回加速、減速パターンに基づいて、旋回速度の加減速制御を行うことを特徴とするクレーンの制御方法。
A crane that pivots a boom and changes the length of the wire while transporting a suspended load suspended from the wire from a conveyance start position to a target position. A crane control method that performs steady rest control to converge residual vibration,
The boom has a constant turning radius, and has a transportation process of turning in the order of an acceleration section, a constant angular speed section, and a deceleration section,
In the transporting process, coordinate conversion is performed so that it is symmetric (a symmetric relationship that is equal when folded) at a time half of the transporting time required from the transport start position to the target position, and the length of the wire A crane control method, wherein acceleration / deceleration control of a turning speed is performed on the basis of a turning acceleration / deceleration pattern calculated according to a change in height and a change in a lifting speed of the suspended load.
前記旋回速度の加減速制御を行う際に、前記クレーンが有する固有周期が変化しないように時間尺度を設定し、旋回速度の加減速を変換することを特徴とする請求項1に記載のクレーンの制御方法。   2. The crane according to claim 1, wherein when performing acceleration / deceleration control of the turning speed, a time scale is set so that the natural period of the crane does not change, and acceleration / deceleration of the turning speed is converted. Control method. 前記等角速度区間における旋回速度に基づいて前記旋回加速、減速パターンを一義的に決定することを特徴とする請求項1または請求項2の何れかに記載のクレーンの制御方法。   3. The crane control method according to claim 1, wherein the turning acceleration / deceleration pattern is uniquely determined based on a turning speed in the equiangular speed section. 4. 前記ブームのX軸からの角度(旋回角度)をα、前記旋回速度をdα/dt、振り子のX軸からの方向角をΨ、吊荷の振れ角をθ、B点(ブームの先端)とO点(旋回中心)の水平距離でクレーンの旋回半径をr、吊荷ロープ長をlとした場合に、
当該αを次式に代入して、
Figure 2012041180
Figure 2012041180
前記旋回加速、減速パターンを算出することを特徴とする請求項3に記載のクレーンの制御方法。
The angle of the boom from the X axis (turning angle) is α, the turning speed is dα / dt, the direction angle of the pendulum from the X axis is ψ, the swing angle of the suspended load is θ, and point B (the tip of the boom) When the turning radius of the crane is r and the suspended rope length is l at the horizontal distance of point O (turning center),
Substituting the α into the following equation,
Figure 2012041180
Figure 2012041180
The crane control method according to claim 3, wherein the turning acceleration and deceleration patterns are calculated.
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