JP2837313B2 - クレーンの振れ止め・位置決め制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、港湾、各種工場等にお
ける荷役作業に用いられるクレーンの振れ止め・位置決
め制御装置に関し、詳しくは、自動運転されるクレーン
の吊り荷の振れ止め及び位置決めを短時間で両立させる
ようにクレーン台車の運転速度を制御する制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図２２は制御対象であるクレーンのモデ
ルを示しており、このクレーン１は、水平方向に移動す
るクレーン台車（トロリー）１ａと、この台車１ａから
巻下がって上下可能な巻上ワイヤロープ２とにより吊り
荷３を移動させて荷役を行うものである。なお、図にお
いて、Ｑは出発位置、Ｒは目標位置、Ｘ_mは出発位置Ｑ
から目標位置Ｒまでの距離である目標位置値、Ｘ_cは出
発位置Ｑから現在位置までの距離検出値である自位置検
出値，Ｘは運転残距離、Ｌは巻上ワイヤロープ長、θは
吊り荷３の振れ角，θ′は振れ角速度を示す。

【０００３】この種のクレーン１の運転制御において
は、（１）台車１ａを自位置から短時間で目標位置Ｒに
移動させ、位置決めすることのほか、（２）台車１ａが
目標位置Ｒに達した際に吊り荷３の振れが止まるように
制御すること、すなわち目標位置Ｒにおいて吊り荷３の
振れ角θが零であることが強く望まれている。このた
め、従来では、例えば図２３に示すような台車１ａの速
度パターン（台車１ａが目標位置Ｒに達した際に吊り荷
３の振れが発生しないように台車１ａを加速、減速、定
速運転させる速度パターン）を事前に計算により求めて
おき、この速度パターンに追従するように台車１ａの速
度Ｖを制御するパターン制御方法が一般的であった。具
体的には上記速度パターンを幾何学的手法や最適制御手
法により事前に計算して求めておき、サーボ系を構成し
て台車１ａの速度をこの速度パターンに追従させるもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記制
御方法では、吊り荷３の振れ角θに対して台車１ａの速
度制御系がいわゆるオープンループになっているため、
初期振れ、突風、制御遅れ時間、振れ周期の計算誤差等
の様々な制御誤差要因に起因する吊り荷３の振れが発生
した場合に、何等これを補正することができず、正確な
振れ止め・位置決め制御が達成できないという問題があ
った。また、速度パターン算出のために多大な演算時間
を要するという欠点があった。

【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、初期振れや突風
等の外乱が存在し、また、振れ周期等に多少の計算誤差
等があっても高精度で吊り荷３の振れを止めると共に、
クレーンを目標位置に正確に位置決めすることが可能で
あり、しかも制御演算を容易化したアクティブなクレー
ン振れ止め・位置決め制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、クレーン台車の自位置検出値、速度
検出値、クレーン台車から巻下がった巻上ワイヤロープ
の振れ角、振れ角速度及び長さの計測値に基づき、出発
位置から目標位置に至るまでの各種速度パターンに応じ
た複数の速度指令値を演算し、これらの速度指令値に従
ってクレーン台車の速度を制御することにより吊り荷の
振れ止め・位置決めを行なう制御装置において、前記振
れ角、振れ角速度の計測値、巻上ワイヤロープ長に基づ
き、ファジィ推論により加速度ファジィ振れ止め加減速
調整量を演算するファジィ振れ止め加減速調整量演算器
と、目標位置に至る最終速度パターンである低速振れ止
め・位置決めパターン開始時における設定速度及び目標
位置までの残距離から算出した減速度と、前記加速度フ
ァジィ振れ止め加減速調整量と、漸次変化する目標位置
までの残距離とに基づき、前記振れ角と角周波数に対す
る振れ角速度との位相平面上の第２象限、第４象限の少
なくとも何れかにおいて前記減速度を前記加速度ファジ
ィ振れ止め加減速調整量にて調整して前記低速振れ止め
・位置決めパターンにおける速度指令値を演算する低速
振れ止め・位置決め速度指令値演算器と、を備えたもの
である。

【０００７】第２の発明は、上記第１の発明が前提とす
る制御装置において、吊り荷の振れ角、振れ角速度の計
測値、巻上ワイヤロープ長に基づいて演算した振れ止め
加減速調整量と、目標位置に至る最終速度パターンであ
る低速振れ止め・位置決めパターン開始時における設定
速度及び目標位置までの残距離から算出した減速度と、
漸次変化する目標位置までの残距離とに基づき、前記振
れ角と角周波数に対する振れ角速度との位相平面上の第
２象限、第４象限の少なくとも何れかにおいては前記振
れ止め加減速調整量を用いてファジィ推論により速度フ
ァジィ振れ止め・位置決め調整量を演算し、この速度フ
ァジィ振れ止め・位置決め調整量から前記低速振れ止め
・位置決めパターンにおける速度指令値を反映するファ
ジィ低速振れ止め・位置決め速度指令値演算器を備えた
ものである。

【０００８】

【作用】第１の発明では、吊り荷の振れ角、振れ角速度
の計測値、巻上ワイヤロープ長に基づき、ファジィ推論
により加速度ファジィ振れ止め加減速調整量を算出し、
この加減速調整量を加味して低速位置決め・振れ止めパ
ターンにおける速度指令値を算出する。すなわち、位置
決めを目的とする速度指令値の計算式に、振れ止めを行
う要素としての加速度ファジィ振れ止め加減速調整量を
付加することにより、位置決め及び振れ止めの各々相反
する操作や共通する操作を利用しながら位置決め及び振
れ止めを同時に満足させるように作用する。

【０００９】第２の発明では、低速位置決め・振れ止め
パターンにおける速度指令値自体をファジィ推論による
速度ファジィ振れ止め・位置決め調整量を用いて算出す
るものとし、速度ファジィ振れ止め・位置決め調整量を
速度指令値に直接反映させることにより、調整操作の応
答性を向上させるように作用する。

【００１０】

【実施例】以下、図に沿って各発明の実施例を説明す
る。まず、図１は、第１の発明の実施例を示すブロック
図であり、この実施例の制御装置は、運転残距離演算器
１０、振れ周期演算器２０、速度パターン発生器３０、
振れ止め加減速調整量演算器４０、高速振れ止め速度指
令値演算器５０、ファジィ振れ止め加減速調節量演算器
６０、低速振れ止め・位置決め速度指令値演算器７０、
速度パターン切り替え演算器８０、コントローラ９０、
及び、吊り荷３の振れ角θを検出する振れ角測定器１０
０から構成されている。

【００１１】以下、各構成要素の機能につき詳述する。
運転残距離演算器１０は、台車１ａの自位置検出値Ｘ_c
及び目標位置値Ｘ_mから運転残距離Ｘを算出し、また、
振れ周期演算器２０は、巻上ワイヤロープ長Ｌ及び重力
加速度ｇ（＝９.８〔ｍ／ｓ²〕）から、吊り荷３の振れ
周期ＴをＴ＝２π√（Ｌ／ｇ）なる演算により算出す
る。速度パターン発生器３０は、クレーン運転開始時
に、自位置検出値Ｘ_c、目標位置値Ｘ_m及び振れ周期Ｔか
ら、図２に想像線で示すような基本の速度パターンＰを
決定すると共に、加速パターンにおける加速パターン速
度指令値Ｖ_α（言い換えれば加速度α）及び減速パター
ンにおける減速パターン速度指令値Ｖ_β（言い換えれば
減速度β）を前記振れ周期Ｔ等を考慮して決定し、目標
位置Ｒまでの運転残距離Ｘ_Lを決定する。

【００１２】振れ止め加減速調整量演算器４０は、振れ
角測定器１００により検出した吊り荷３の振れ角θ、振
れ角速度θ′及び巻上げワイヤロープ長Ｌから、図２の
高速振れ止めパターンにおける振れ止め加減速調整量Ｕ
を算出する。高速振れ止め速度指令値演算器５０は、現
在の設定速度Ｖまたは現在の速度検出値Ｖ₀、振れ止め
加減速調整量Ｕ及び演算周期Δｔから、高速振れ止めパ
ターン運転における高速振れ止めパターン速度指令値Ｖ
_Hを算出する。

【００１３】ファジィ振れ止め加減速調整量演算器６０
は、振れ角θ、振れ角速度θ′及び巻上ワイヤロープ長
Ｌから、加速度ファジィ振れ止め加減速調整量Ｕ_fを算
出する。なお、この加減速調整量Ｕ_fを算出するファジ
ィ推論の過程については後述する。低速振れ止め・位置
決め速度指令値演算器７０は、次に述べる速度パターン
切り替え演算器８０からの低速振れ止め・位置決めパタ
ーンにおけるルートパターン減速度β√と、加速度ファ
ジィ振れ止め加減速調整量Ｕ_f及び運転残距離Ｘから、
図２の低速振れ止め・位置決めパターンにおける速度指
令値Ｖ√を算出する。

【００１４】速度パターン切り替え演算器８０は、速度
検出値Ｖ₀、加速パターン速度指令値Ｖ_α、減速パター
ン速度指令値Ｖ_β、低速振れ止め・位置決めパターンの
運転残距離Ｘ_L、運転残距離Ｘ、振れ周期Ｔ、高速振れ
止めパターン速度指令値Ｖ_H、低速振れ止め・位置決め
パターンの運転開始時の設定速度Ｖ_L及び低速振れ止め
・位置決めパターンの速度指令値Ｖ√を入力とし、制御
パターンに従って台車１ａの設定速度ＶをＶ_α，Ｖ_H，
Ｖ_β，Ｖ√に順次切り替えて出力すると共に、前述した
ルートパターン減速度β√を演算器７０に出力する。コ
ントローラ９０は、台車１ａを設定速度Ｖで駆動するよ
うに駆動指令を出力し、また、台車１ａの速度検出値Ｖ
₀、自位置検出値Ｘ_c、巻上げロープ長Ｌを計測して出力
する。

【００１５】ここで、この種のクレーン１の運転におい
て、吊り荷３の振れが発生する原因としては次のものが
考えられる。 （１）吊り荷３の地切り時において、巻上ワイヤロープ
２が垂直になっていない状態で地切ると初期振れが発生
する。 （２）吊り荷３が突風等の外乱を受けると振れが発生す
る。 （３）吊り荷３を吊る吊り具への巻上ワイヤロープ２の
掛け方は４，６，…掛けと複雑になっており、吊り荷３
の振れ方は理想的な単振り子の振り方と異なっている。 このため、吊り荷３の振れ周期は一般に理論値と一致し
ておらず、補正を加えれば理論値に近づけることは可能
であるが、誤差は残ってしまい、振れ周期で加速した場
合に前記誤差に相当する振れが発生する。

【００１６】本発明では、上記種々の原因による振れが
発生したとしても、以下に説明する図２の速度パターン
に従ってクレーン１を運転することで、吊り荷３の振れ
止め及び位置決めを両立させることができる。また、振
れがなく位置決めが完了している状態で突風等を受け、
これによって振れが発生したとしても、振れ止め・位置
決め修正を行なうことができ、最終的に振れ止め及び位
置決めを両立させることができるものである。

【００１７】図２は、本実施例における速度パターンの
一例を示している。本実施例では、この速度パターンを
実現するように、速度パターン切り替え演算器８０が各
速度指令値Ｖ_α，Ｖ_H，Ｖ_β，Ｖ√を所定のタイミング
で切り替え、設定速度Ｖとして出力するものである。な
お、上記速度指令値Ｖ_α，Ｖ_H，Ｖ_β，Ｖ√のうち、前
述のごとくＶ_α，Ｖ_βは速度パターン発生器３０から、
Ｖ_Hは高速振れ止め速度指令値演算器５０から、また、
Ｖ√は低速振れ止め・位置決め速度指令値演算器７０か
ら各々速度パターン切り替え演算器８０に入力される。

【００１８】図２の速度パターンにおいて、具体的に
は、加速パターン速度指令値Ｖ_αすなわち加速度αで台
車１ａの運転を開始し、所定の加速完了速度に達した時
点ｔ₁で高速振れ止めパターン速度指令値Ｖ_Hに切り替る
と共に、減速パターン速度指令値Ｖ_βすなわち減速度β
及び減速距離を算出する。その後、所定の距離だけ移動
した時点ｔ₂で減速パターンに切り替え、設定速度Ｖを
減速パターン速度指令値Ｖ_βとする。そして、運転残距
離Ｘが低速振れ止め・位置決め運転残距離Ｘ_Lになった
時点ｔ₃で低速振れ止め・位置決め減速度β√を算出
し、かつ加速度ファジィ振れ止め加減速調整量Ｕ_fを付
加した低速振れ止め・位置決めパターンの速度指令値Ｖ
√に切り替える。このような速度パターンに従って台車
１ａの運転を制御することにより、目標位置Ｒに到達す
るまでに吊り荷３の振れを消滅させると共に、時点ｔ₄
において台車１ａを目標位置Ｒに精度よく位置決めする
ことができる。

【００１９】次いで、図２の各パターンにおける設定速
度Ｖの与え方につき詳述する。 （１）加速パターン（０〜ｔ₁） 従来の図２３に示したようなパターン制御で得られる加
速パターン速度指令値Ｖ_αにより台車１ａを運転し、加
速完了時点で吊り荷３の振れが発生しないように加速す
る。厳密には、加速開始時に前述の地切りによる初期振
れがある場合、加速完了時点での振れが初期振れよりも
大きくならないように加速する。例えば、加速時間を吊
り荷３の振れ周期Ｔに一致させる。

【００２０】（２）高速振れ止めパターン（ｔ₁〜ｔ₂） 加速完了時点で前述の原因による残振れがある場合、ま
た、この高速振れ止めパターンによる運転中に突風等の
外乱を受けると振れが発生する。これらの振れを除去す
るために、高速振れ止め速度指令値演算器５０が、数式
１または数式２によって現在の設定速度Ｖまたは速度検
出値Ｖ₀に振れ止め加減速調整量Ｕと演算周期Δｔとの
積を付加して高速振れ止め速度指令値Ｖ_Hを算出し、こ
の速度指令値Ｖ_Hを設定速度Ｖとして台車１ａを加減速
運転する。

【００２１】

【数１】Ｖ_H＝Ｖ＋Ｕ・Δｔ

【００２２】

【数２】Ｖ_H＝Ｖ₀＋Ｕ・Δｔ

【００２３】図３〜図６は、振れ止め加減速調整量Ｕ₁
〜Ｕ₄を加えた場合の振れ止め効果を説明するための位
相平面図及びクレーンの状態説明図である。これらの図
において、位相平面の縦軸はθ′／ω（ω＝√（ｇ／
Ｌ））、横軸は振れ角θ、〜は振れ象限、Ａは加減
速調整量Ｕがない場合の振れ軌跡、Ｂは加減速調整量Ｕ
を加えた場合の振れ軌跡、Ｈは各象限において加減速調
整量Ｕ₁〜Ｕ₄をそれぞれ加えた場合の最終的な振れ軌跡
である。

【００２４】さて、各図の右側に示すように、台車１ａ
は図の右方向に速度Ｖで移動しており、吊り荷３は、図
３→図４→図５→図６に示す順序で左右に振れているも
のとする。図３は振れ第１象限において台車１ａに振
れ止め用の大きな加速調整量Ｕ₁（Ｕ₁＝＋Ｋ，Ｋ：定
数）を加えた場合を示しており、矢印Ｈに示すごとく、
吊り荷３の振れは減少する。同様にして、図４は振れ第
４象限においてほどよい減速調整量Ｕ₄（Ｕ₄＝（−ｇ
／２θ){θ²＋(θ′／ω)²}）を加えた場合、図５は振
れ第３象限において大きな減速調整量Ｕ₃（Ｕ₃＝−
Ｋ）を加えた場合、図６は振れ第２象限においてほど
よい加速調整量Ｕ₂（Ｕ₂＝（＋ｇ／２θ){θ²＋(θ′／
ω)²}）を加えた場合をそれぞれ示している。なお、振
れ第１及び第３象限，における加減速調整量Ｕ₁，
Ｕ₃の定数Ｋは、必ずしも固定値でなくてもよく、制御
にマッチングする値であればよい。このようにして、振
れ止め加減速調整量Ｕを付加した高速振れ止めパターン
の速度指令値Ｖ_Hに従って台車１ａを駆動することによ
り、高速領域での吊り荷３の振れ止めを行なうことがで
きる。

【００２５】（３）減速パターン（ｔ₂〜ｔ₃） 従来の図２３に示したようなパターン制御により得られ
る減速パターン速度指令値Ｖ_βにより台車１ａを運転
し、減速完了時点において吊り荷３の振れが発生しない
ように減速する。例えば、減速時間を吊り荷３の振れ周
期Ｔに合わせる。

【００２６】（４）低速振れ止め・位置決めパターン
（ｔ₃〜ｔ₄） 減速完了時点で前述した原因による残振れがある場合、
または、この低速振れ止め・位置決めパターンによる運
転中に突風等の外乱を受けると、吊り荷３に振れが発生
する。これらの振れを除去し、また、目標位置Ｒに精度
よく位置決めするために、次の数式３に示す速度指令値
Ｖ√を設定速度Ｖとして台車１ａを運転する。

【００２７】

【数３】 Ｖ√＝−Ｓｉｇｎ｛（β√）＋Ｕ_f｝・√｛２・|（β√）＋Ｕ_f|・|Ｘ|｝

【００２８】数式３において、速度指令値Ｖ√〔ｍ／
ｓ〕は、 Ｖ√（ｔ）＞０の時：台車１ａが正転（図３の台車１ａ
の移動）方向に移動 Ｖ√（ｔ）＜０の時：台車１ａが逆転方向に移動 するものとする。 Ｓｉｇｎ｛（β√）＋Ｕ_f｝は｛（β√）＋Ｕ_f｝の符号
（正負）を意味しており、 ｛（β√）＋Ｕ_f｝＞０の時：Ｓｉｇｎ｛（β√）＋
Ｕ_f｝は＋（正）よってＶ√（ｔ）の符号は− ｛（β√）＋Ｕ_f｝＝０の時：Ｖ√（ｔ）はゼロ ｛（β√）＋Ｕ_f｝＜０の時：Ｓｉｇｎ｛（β√）＋
Ｕ_f｝は−（負）よってＶ√（ｔ）の符号は＋ であるとする。また、β√はルートパターン減速度（低
速振れ止め・位置決めパターンにおける減速度）〔ｍ／
ｓ²〕であり、次の数式４によって求めた値である。

【００２９】

【数４】β√＝Ｖ_L ²／２Ｘ_L

【００３０】更に、数式３において、Ｕ_fは前述のごと
くファジィ振れ止め加減速調整量演算器６０によって算
出される加速度ファジィ振れ止め加減速調整量〔ｍ／ｓ
²〕であり、吊り荷３の振れ角θとθ′／ω（ω＝√
（ｇ／Ｌ））とから決まる値であって後述の理由により
振れ第１及び第３象限，における値をゼロとしたも
のである。なお、その他の記号については既述してある
ので説明を省略する。

【００３１】以下に、前記数式３の導出過程を説明す
る。まず、一般的に、速度Ｖと減速度β及び時間ｔとの
間には数式５が、また、距離Ｘと減速度β及び時間ｔと
の間には数式６がそれぞれ成立し、これらの式からｔを
消去すると、数式７が得られる。

【００３２】

【数５】Ｖ＝β・ｔ

【００３３】

【数６】Ｘ＝（１／２）・β・ｔ²

【００３４】

【数７】Ｖ＝√（２・β・Ｘ）

【００３５】この数式７は、図７に示すように、移動す
る物体が目標位置Ｒに対して近付いていけば速度Ｖも収
束することを示している。ここで、仮りに目標位置Ｒを
通り過ぎてしまった場合を考えると、数式７は数式８の
ようになる。この場合も含めて、正負両範囲にわたる距
離Ｘ及び速度Ｖの関係を示したのが図８である。

【００３６】

【数８】Ｖ＝−√（２・β・Ｘ）

【００３７】従って、数式７及び数式８は、距離Ｘの符
号（Ｓｉｇｎ（Ｘ））に着目すれば数式９により、ま
た、減速度βの符号（Ｓｉｇｎ（β））に着目すれば数
式１０により表すことができる。

【００３８】

【数９】Ｖ＝Ｓｉｇｎ（Ｘ）√（２・|β|・|Ｘ|）

【００３９】

【数１０】Ｖ＝−Ｓｉｇｎ（β）√（２・|β|・|Ｘ|）

【００４０】ここで、振れ止めに必要な加速度ファジィ
振れ止め加減速調整量Ｕ_fをβ部分に付加すると、各々
数式１１、数式１２が得られる。

【００４１】

【数１１】 Ｖ＝Ｓｉｇｎ（Ｘ）√（２・|β＋Ｕ_f|・|Ｘ|）

【００４２】

【数１２】 Ｖ＝−Ｓｉｇｎ（β＋Ｕ_f）√（２・|β＋Ｕ_f|・|Ｘ|）

【００４３】この数式１２を前述の低速振れ止め・位置
決めパターンにあてはめ、Ｖ，βをそれぞれＶ√，β√
に置き換えることにより、先の数式３を導出することが
できる。

【００４４】さて、前記数式３は非線形な方程式である
ため、この数式の意味するところを表１（正転時）及び
表２（逆転時）の制御マトリクスに示す。これらの表に
おいて、ルートパターン減速度β√及び加減速調整量Ｕ
_fの符号付けは図９、図１０のとおりとした。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】ここで、加速度ファジィ振れ止め加減速調
整量Ｕ_fを算出する演算器６０は、例えば図１１に示す
振れ角θについての前件部メンバーシップ関数、図１２
に示すθ′／ωについての前件部メンバーシップ関数、
及び、図１３に示す加減速調整量Ｕ_fについての後件部
メンバーシップ関数と、表３に示す制御規則とに基づ
き、ファジィ推論を行なって最適な加減速調整量Ｕ_fを
算出する。

【００４８】図１０に示すように振れ止め制御を行なう
場合、振れ第１象限及び第３象限において最大加
速、最大減速を行えばよいが、本発明では吊り荷３の位
置決めに悪影響を与えてしまうので、これらの象限，
では加速度ファジィ振れ止め加減速調整量Ｕ_fをゼロ
としている。この結果、例えばＵ_fが負の値である時、
（β√＋Ｕ_f）が正ならば、速度指令値Ｖ√を負とす
る。これは、前回の速度指令値Ｖ√が正の時には、振れ
止め制御方向と逆方向の減速を行うことになる。しか
し、先に述べたように振れ第１象限及び第３象限に
おいてＵ_fがゼロとなる場合が生まれ、（β√＋Ｕ_f）内
の加速度の絶対値は小さくなる。これは、加減速調整量
Ｕ_fに注目してみると、振れ止めに反した加減速調整量
Ｕ_fを伴う速度指令値Ｖ√を出力した後に実際の速度が
小さくなり、振れ止めに適した加減速調整量Ｕ_fが算出
される特性をもつものとなっている。

【００４９】例えば、正転時の振れが第４象限から第
３象限になった時、表１の制御マトリクスから明らか
なように、速度指令値Ｖ√は、Ｖ√＝＋√（２・｜Ｂ
√＋Ｕ_f｜・｜Ｘ｜）からＶ√＝＋√（２・｜Ｂ√｜
・｜Ｘ｜）へと変化する。従って、これらの差を時間微
分すれば、ｄ（Ｖ√−Ｖ√）／ｄｔ＜０となり、振
れ止めに有効な減速度を得ることができる。

【００５０】また、上述した振れ止めと同様に、振れ第
１象限及び第３象限の加速度ファジィ振れ止め加減
速調整量Ｕ_fをゼロとしているため、本発明では位置決
めに適した制御と適さない制御とが交互に行われる特性
を持つものとなっている。しかし、目標位置Ｒまでの距
離が小さくなれば速度も小さくなるという性格上、位置
決めに適した制御が優位となり、高精度に位置決めを行
うことができる。

【００５１】図１４、図１５は、上述した低速振れ止め
・位置決めパターンにおける速度指令値Ｖ√により台車
１ａの運転を制御し、その際の振れ止め及び位置決めが
どのようになるかを実証したシミュレーションテストの
結果である。図１４は距離Ｘ（Ｘ_L），速度検出値Ｖ₀，
台車１ａに与える実際の加速度Ｕ_f0，加減速調整量
Ｕ_f，ルートパターン減速度β√，振れ角θ及びθ′／
ωの時間的変化を、また、図１５はθ及びθ′／ωの関
係を位相平面上で表したものである。

【００５２】シミュレーションテストの条件は次のとお
りである。 （１）目標位置の手前０.２０３ｍから、吊り荷３の振
れが振れ角θ＝０.０３４９〔ｒａｄ〕（２度）、振れ
角速度θ′＝０の状態からルートパターン減速度β√＝
０.０１６９〔ｍ／ｓ²〕として、振れ止め・位置決め制
御を行なわせた。 （２）シミュレーション上、下記の制約を付加した。 制御プロセッサの演算遅れ、コントローラの制御遅れ
等を考慮して、１次遅れを０.２〔ｓ〕とした。 コントローラには制御能力の限界があることを考慮し
て、加速度調整リミットを±０.２５〔ｍ／ｓ²〕とし
た。

【００５３】シミュレーションテストの結果として、図
１４の振れ角θの変化から明らかなように、振れ周期Ｔ
＝２×３.１４×√（６／９.８）＝４.９１〔ｓ〕の約
２周期分の時間である９〔ｓ〕程度で精度よく振れ止め
を行なうことができた。振れ角θ及び振れ角速度θ′の
ゼロへの収束は、図１５からも明らかである。同時に、
図１４における距離Ｘの変化から、目標位置Ｒに対して
最大で５.２〔ｃｍ〕程度の振幅で約２．５周期振動し
た後に収束しており、高精度な位置決めが行なわれてい
ることが判る。

【００５４】次に、図１６は第２の発明の実施例を示す
ブロック図である。この実施例では、図１の実施例にお
けるファジィ振れ止め加減速調節量演算器６０と低速振
れ止め・位置決め速度指令値演算器７０とを一体化して
ファジィ低速振れ止め・位置決め速度指令値演算器７
０′とすると共に、加速度ファジィ振れ止め加減速調節
量Ｕ_fに代えて振れ止め加減速調節量演算器４０からの
振れ止め加減速調節量Ｕをβ√，Ｘと共に演算器７０′
に入力し、低速振れ止め・位置決めパターンにおける速
度指令値Ｖ√をファジィ推論により演算するようにした
ものである。すなわちこの実施例は、上記速度指令値Ｖ
√の演算式が図１の実施例とは異なっており、ファジィ
低速振れ止め・位置決め速度指令値演算器７０′では数
式１３に従って速度指令値Ｖ√が算出される。

【００５５】

【数１３】Ｖ√＝−Ｓｉｇｎ｛（β√）＋Ｕ｝・Ｖ_f

【００５６】数式１３において、速度指令値Ｖ√〔ｍ／
ｓ〕は前記同様に、 Ｖ√（ｔ）＞０の時：台車１ａが正転方向に移動 Ｖ√（ｔ）＜０の時：台車１ａが逆転方向に移動 するものとする。 Ｓｉｇｎ｛（β√）＋Ｕ｝は｛（β√）＋Ｕ｝の符号を
意味しており、 ｛（β√）＋Ｕ｝＞０の時：Ｓｉｇｎ｛（β√）＋Ｕ｝
は＋（正）よってＶ√（ｔ）の符号は− ｛（β√）＋Ｕ｝＝０の時：Ｖ√（ｔ）はゼロ ｛（β√）＋Ｕ｝＜０の時：Ｓｉｇｎ｛（β√）＋Ｕ｝
は−（負）よってＶ√（ｔ）の符号は＋ であるとする。また、β√は前記数式４によるルートパ
ターン減速度〔ｍ／ｓ²〕である。Ｕは振れ角θとθ′
／ω（ω＝√（ｇ／Ｌ））とから決まる振れ止め加減速
調整量〔ｍ／ｓ²〕であり、Ｕ_fと同様に振れ第１象限
及び第３象限の値をゼロとしたものである。

【００５７】更に、数式１３においてＶ_fは速度ファジ
ィ振れ止め・位置決め調整量〔ｍ／ｓ〕であり、既に明
らかなようにＶ√＝±Ｖ_fまたは０となるから、ファジ
ィ低速振れ止め・位置決め速度指令値演算器７０′は、
低速振れ止め・位置決めパターンにおける速度指令値Ｖ
√自体をファジィ推論により算出することとなる。ファ
ジィ低速振れ止め・位置決め速度指令値演算器７０′で
は、例えば図１７に示す加速度の絶対値｜β√＋Ｕ｜に
ついての前件部メンバーシップ関数、図１８に示す運転
残距離Ｘについての前件部メンバーシップ関数、及び、
図１９に示す速度ファジィ振れ止め・位置決め調整量
（速度指令値）Ｖ_fについての後件部メンバーシップ関
数と、表４に示す制御規則とに基づき、ファジィ推論を
行なって速度ファジィ振れ止め・位置決め調整量Ｖ_fを
算出する。そして、|β√＋Ｕ｜の符号に応じた速度指
令値Ｖ√を速度パターン切り替え演算器８０に出力す
る。

【００５８】

【表４】

【００５９】図２０、図２１は、この実施例について前
記と同一条件によりシミュレーションテストを行なった
結果であり、先の図１４、図１５にそれぞれ対応してい
る。この実施例においても、図２０の振れ角θの変化か
ら約８〔ｓ〕程度で精度よく振れ止めができると共に、
位置決めについても、図２０の距離Ｘの変化から、目標
位置Ｒに対し最大で６.７〔ｃｍ〕の振幅で約２周期の
振動により収束しており、正確な位置決めが行なわれて
いる。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように第１の発明では、低速
位置決め・振れ止めパターンにおける速度指令値の算出
にファジィ推論による加速度ファジィ振れ止め加減速調
整量を加味し、また、第２の発明では、同パターンにお
ける速度指令値自体をファジィ推論による速度ファジィ
振れ止め・位置決め調整量を用いて決定するようにした
ものである。

【００６１】このため、初期振れや残振れ、突風等の外
乱要因が存在する場合にも、これらを解消するような加
速度ファジィ振れ止め加減速調整量または速度ファジィ
振れ止め・位置決め調整量を生成して速度指令値を算出
することにより、高精度で吊り荷の振れを止めることが
できると共にクレーン台車を目標位置に正確に位置決め
することができる。特に、速度制御にファジィ推論を用
いることにより、クレーンの設計技術者等が経験により
得た知識をメンバーシップ関数や制御規則に反映させる
ことで、クレーンシステム自体が持つ特性に整合した最
適な制御システムを実現することができ、より的確なき
めの細かい振れ止め・位置決め制御を行うことができ
る。

【００６２】また、第１の発明では振れ止めの加減速調
整量をファジィ推論を用いて算出することにより、加速
度の制限及び微調整が容易に行なえ、クレーンシステム
の特性に合わせた制御システムを構成することができ
る。更に、第２の発明では第１の発明に比べて制御シス
テムを簡略化できると共に、ルート演算を含めた演算を
ファジィ推論して速度指令値自体を算出することによ
り、調整結果が顕著に現れるシステムの実現が可能にな
り、微調整が容易になる。 なお、第１及び第２の発明
は、クレーン台車が二次元（Ｘ−Ｙ）平面を移動するシ
ステムにも容易に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】図１の実施例における振れ止め・位置決め速度
パターン図である。

【図３】振れ止め加減速調整量を加えた場合の振れ止め
効果を説明するための位相平面図及びクレーンの状態説
明図である。

【図４】振れ止め加減速調整量を加えた場合の振れ止め
効果を説明するための位相平面図及びクレーンの状態説
明図である。

【図５】振れ止め加減速調整量を加えた場合の振れ止め
効果を説明するための位相平面図及びクレーンの状態説
明図である。

【図６】振れ止め加減速調整量を加えた場合の振れ止め
効果を説明するための位相平面図及びクレーンの状態説
明図である。

【図７】低速振れ止め・位置決めパターンにおける速度
指令値の導出過程を説明するための図である。

【図８】低速振れ止め・位置決めパターンにおける速度
指令値の導出過程を説明するための図である。

【図９】ルートパターン減速度β√の符号付けを説明す
るための図である。

【図１０】加速度ファジィ振れ止め加減速調整量Ｕ_fの
符号付けを説明するための図である。

【図１１】ファジィ振れ止め加減速調整量演算器におけ
る前件部メンバーシップ関数を示す図である。

【図１２】ファジィ振れ止め加減速調整量演算器におけ
る前件部メンバーシップ関数を示す図である。

【図１３】ファジィ振れ止め加減速調整量演算器におけ
る後件部メンバーシップ関数を示す図である。

【図１４】図１の実施例による低速振れ止め・位置決め
シミュレーションの結果を示す図である。

【図１５】図１の実施例による低速振れ止め・位置決め
シミュレーションの結果を示す図である。

【図１６】第２の発明の実施例を示すブロック図であ
る。

【図１７】ファジィ低速振れ止め・位置決め速度指令値
演算器における前件部メンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図１８】ファジィ低速振れ止め・位置決め速度指令値
演算器における前件部メンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図１９】ファジィ低速振れ止め・位置決め速度指令値
演算器における後件部メンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図２０】図１６の実施例による低速振れ止め・位置決
めシミュレーションの結果を示す図である。

【図２１】図１６の実施例による低速振れ止め・位置決
めシミュレーションの結果を示す図である。

【図２２】クレーンのモデルを示す図である。

【図２３】従来のパターン制御における振れ止め・位置
決め速度のパターン図である。

【符号の説明】

１ クレーン １ａ クレーン台車 ２ 巻上ワイヤロープ ３ 吊り荷 １０ 運転残距離演算器 ２０ 振れ周期演算器 ３０ 速度パターン発生器 ４０ 振れ止め加減速調整量演算器 ５０ 高速振れ止め速度指令値演算器 ６０ ファジィ振れ止め加減速調整量演算器 ７０ 低速振れ止め・位置決め速度指令値演算器 ７０′ ファジィ低速振れ止め・位置決め速度指令値演
算器 ８０ 速度パターン切り替え演算器 ９０ コントローラ １００ 振れ角測定器

【表３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入江 康文 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川鉄鉄構工業株式会社内 (72)発明者 伊藤 潤 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 右田 博久 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 乳井 直樹 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−218290（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−313299（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B66C 13/00 - 15/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クレーン台車の自位置検出値、速度検出
   値、クレーン台車から巻下がった巻上ワイヤロープの振
   れ角、振れ角速度及び長さの計測値に基づき、出発位置
   から目標位置に至るまでの各種速度パターンに応じた複
   数の速度指令値を演算し、これらの速度指令値に従って
   クレーン台車の速度を制御することにより吊り荷の振れ
   止め・位置決めを行なう制御装置において、 前記振れ角、振れ角速度の計測値、巻上ワイヤロープ長
   に基づき、ファジィ推論により加速度ファジィ振れ止め
   加減速調整量を演算するファジィ振れ止め加減速調整量
   演算器と、 目標位置に至る最終速度パターンである低速振れ止め・
   位置決めパターン開始時における設定速度及び目標位置
   までの残距離から算出した減速度と、前記加速度ファジ
   ィ振れ止め加減速調整量と、漸次変化する目標位置まで
   の残距離とに基づき、前記振れ角と角周波数に対する振
   れ角速度との位相平面上の第２象限、第４象限の少なく
   とも何れかにおいて前記減速度を前記加速度ファジィ振
   れ止め加減速調整量にて調整して前記低速振れ止め・位
   置決めパターンにおける速度指令値を演算する低速振れ
   止め・位置決め速度指令値演算器と、 を備えたことを特徴とするクレーンの振れ止め・位置決
   め制御装置。
2. 【請求項２】 クレーン台車の自位置検出値、速度検出
   値、クレーン台車から巻下がった巻上ワイヤロープの振
   れ角、振れ角速度及び長さの計測値に基づき、出発位置
   から目標位置に至るまでの各種速度パターンに応じた複
   数の速度指令値を演算し、これらの速度指令値に従って
   クレーン台車の速度を制御することにより吊り荷の振れ
   止め・位置決めを行なう制御装置において、 前記振れ角、振れ角速度の計測値、巻上ワイヤロープ長
   に基づいて演算した振れ止め加減速調整量と、目標位置
   に至る最終速度パターンである低速振れ止め・位置決め
   パターン開始時における設定速度及び目標位置までの残
   距離から算出した減速度と、漸次変化する目標位置まで
   の残距離とに基づき、前記振れ角と角周波数に対する振
   れ角速度との位相平面上の第２象限、第４象限の少なく
   とも何れかにおいては前記振れ止め加減速調整量を用い
   てファジィ推論により速度ファジィ振れ止め・位置決め
   調整量を演算し、この速度ファジィ振れ止め・位置決め
   調整量から前記低速振れ止め・位置決めパターンにおけ
   る速度指令値を反映するファジィ低速振れ止め・位置決
   め速度指令値演算器を備えたことを特徴とするクレーン
   の振れ止め・位置決め制御装置。