JP4183316B2 - Suspension control device for suspended loads - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はクレーンによって吊荷を運搬する際に吊荷の振れ止め制御を行うために前記クレーンに備えた吊荷の振れ止め制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1に示すクレーンでは、トロリー12からロープ13が垂れ下がっており、このロープ13の下端に吊荷14を取り付けた状態でトロリー12がレール11上を走行して吊荷4を運搬するようになっている。
【0003】
このようなクレーンにおいて自動運転を行う場合には、トロリー12を走行させて吊荷14を指示された目標位置まで運搬するのと同時に、トロリー12の走行終了後に吊荷14の振れが残らないようにする吊荷14の振れ止め制御機能をクレーンに組み込む必要がある。
【0004】
そこで、従来はバンバン型の制御装置による吊荷の振れ止め制御が提案されている。即ち、上記のようなクレーンは台車・振り子系としてモデル化することができ、このような台車・振り子系モデルについては、トロリー12の走行加速度を切り替えるバンバン型制御装置により吊荷の振れ止め制御が可能であることが示されている(参考文献「トロリーの最大速度に注目したクレーンの最短時間制御方法」、美多 勉 他、計測自動制御学会論文集VOL.15 No.6 pp.125-130 1979)。
【0005】
このバンバン型制御装置の出力特性を図8に示す。バンバン型制御装置では、図8(a)に示すような走行速度パターンを予め計算しておき、この走行速度パターンにしたがってトロリー12を速度制御することにより、吊荷14の振れ止め制御を行う。図8(b)と図8(c)には、図8(a)に示す走行速度パターンに対応したトロリー12の走行加速度と、ロープ13と吊荷12とからなる振り子の振幅(振れ角)とを示す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のバンバン型制御装置によって吊荷の振れ止め制御を行う場合には、図8(b)に示すようにトロリー12の加速途中及び減速途中にトロリー12の走行加速度を急激に変化させる不連続点が存在する。このため、トロリー12の走行駆動系の応答に遅れが生じ、この応答遅れが誤差要因となって、トロリー12が走行速度パターンにしたがって走行した後に吊荷14の振れが残留するということがしばしば発生する。
【0007】
このことから、上記従来のバンバン型制御装置では走行速度パターン終了後に吊荷14の残留振れを止めるための制御が付加されているが、このことが吊荷14の運搬時間を長くする要因となって荷役効率を低下させるという重大な問題を有していた。
【0008】
従って本発明は上記従来技術に鑑み、トロリー等の走行体の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンを得ることができ、この走行速度パターンに基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる吊荷の振れ止め制御装置を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第1発明の吊荷の振れ止め制御装置は、走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
前記ロープの長さを検出するロープ長検出装置と、
前記走行体の現在位置xOを検出する走行体位置検出装置と、
速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
この制御装置では
基準ロープ長l O に基づいて、次式により基準周期T計算し、
【数29】
この基準周期Tと走行最大速度V max とに基づいて、次式により前記走行体の加速時の基準走行加速度a ko を計算し、
【数30】
この基準走行加速度a ko と、前記基準ロープ長l O と、前記ロープの長さlと、重力加速度gと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν l とに基づいて、次のような前記走行体の加速時の走行加速度a k の式を求め、
【数31】
この走行加速度a k を次式のように積分して、前記走行体の加速時の走行速度V a ( ) を計算し、
【数32】
この走行速度V a ( ) を次式のように積分して、前記走行体の加速に要する加速部走行距離D a を計算するステップ1と、
【数33】
前記基準ロープ長l O に基づいて、次式により基準周期T計算し、
【数34】
この基準周期Tと前記走行最大速度V max とに基づいて、次式により前記走行体の減速時の基準走行加速度a ko を計算し、
【数35】
この基準走行加速度a ko と、前記基準ロープ長l O と、前記ロープの長さlと、重力加速度gと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν l とに基づいて、次のような前記走行体の減速時の走行加速度a k の式を求め、
【数36】
この走行加速度a k を次式のように積分して、前記走行体の減速時の走行速度V d ( ) を計算し、
【数37】
この走行速度V d ( ) を次式のように積分して、前記走行体の減速に要する減速部走行距離D d を計算するステップ2と、
【数38】
前記走行体の走行目標位置P O と前記現在位置x O とに基づいて、次式により前記走行体の全体の走行距離Dを計算し、
D=PO−xO
この全体の走行距離Dと前記加速部走行距離D a と前記減速部走行距離D d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度V max で走行する距離D max を計算し、
max=D−Da−Dd
この距離D max と前記走行最大速度V max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度V max で走行する距離T max を計算し、
【数39】
前記加速時の走行速度V a ( ) と前記減速時の走行速度V d ( ) と前記走行最大速度V max とをつなげることによって、次式のような走行速度パターンv ( ) を計算するステップ 3とを実行し、
【数40】
この走行速度パターンv(t)に基づいて前記速度指令値を前記走行体駆動装置へ出力することを特徴とする。
【0010】
また、第2発明の吊荷の振れ止め制御装置は、第1発明の吊荷の振れ止め制御装置において、
前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0012】
図1は本発明の実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置を備えたクレーンのモデル図、図2は前記吊荷の振れ止め制御装置のブロック図、図3は前記吊荷の振れ止め制御装置の処理を示すフローチャート、図4は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの加速部分の計算方法を表す説明図、図5は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの減速部分の計算方法を表す説明図、図6は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの一定速度部分の計算方法を表す説明図、図7は前記吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【0013】
<構成>
図1に示すクレーンでは、トロリー12からロープ13が垂れ下がっており、このロープ13の下端に吊荷14を取り付けた状態でトロリー12がレール11上を走行して吊荷4を運搬するようになっている。
【0014】
そして、このクレーンにはロープ13の長さ(ロープ長)lを検出するロープ長検出装置17と、トロリー12の現在位置xo を検出するトロリー位置検出装置16と、速度指令値uに基づいてトロリー12の走行速度を制御する機能を有するトロリー駆動装置15と、トロリー駆動装置15へ速度指令値uを出力する制御装置18とを備えており、これらのロープ長検出装置17、トロリー位置検出装置16、トロリー駆動装置15及び制御装置18によって本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置が構成されている。
【0015】
図2に示すように、制御装置18には振れ止めパターン演算部21が設けられており、この振れ止めパターン演算部21では、詳細は後述するが、ロープ長検出装置17で検出したロープ長l及びトロリー位置検出装置16で検出した現在位置xo と、前もって制御装置18に与えられたパラメータである任意の基準ロープ長lo 、トロリー12の走行最大速度Vmax 及びトロリー12の走行目標位置Po とに基づいて、吊荷14の振れ止めに必要なトロリー12の走行速度パターンv(t) を計算し、この走行速度パターンv(t) に基づいて速度指令値uをトロリー駆動装置15へ出力する。
【0016】
ここで、図3のフローチャートに基づき、振れ止めパターン演算部21で実行される処理について具体的に説明する。図3のフローチャートにおいて、ステップ1〜ステップ3は吊荷14の振れ止めのための走行速度パターンv(t) の計算方法を示しており、ステップ4〜ステップ7はステップ1〜ステップ3において計算した走行速度パターンv(t) にしたがってトロリー12を駆動する手順(速度指令値uを出力する手順)を示している。
【0017】
従って、まず、ステップ1〜ステップ3における走行速度パターンv(t) の計算方法について説明する。
【0018】
[ステップ1]:走行加速時の走行速度パターンの計算
ステップ1では走行速度パターンの加速部分を計算する。
【0019】
まず、ロープ長検出装置17によって現在のロープ長lを検出する。なお、ロープ長を可変とする場合、例えば、トロリー12の加速時にロープ13を図示しない巻き取り装置により巻き取って吊荷14を上昇させるような場合には、このときのロープ長の時間的な変化が予めわかっているものとする。また、計算に使用するパラメータとして、基準ロープ長lo と走行最大速度Vmax とを設定する。
【0020】
計算手順は次の▲1▼〜▲6▼の通りである(図4参照)。
【0021】
▲1▼ トロリー12が走行して吊荷14を運搬するとき(加速時)にロープ長が固定の場合には、ロープ長検出装置17で検出したロープ長lを用いる。トロリー12が走行して吊荷14を運搬するとき(加速時)にロープ長が可変の場合には、時間的に変化するロープ長lを予め計算しておく。
▲2▼ 一方、基準ロープ長lo に基づいて、次の(1)式により基準周期Tを計算する。
【0022】
【数1】
【0023】
▲3▼ 上記▲2▼で計算した基準周期Tと走行最大速度Vmax とに基づいて、次の(2)式によりトロリー12の基準走行加速度akoを計算する。その結果、図4(a)に点線で示すような一定の基準走行加速度akoが得られる。
【0024】
【数2】
【0025】
▲4▼ ここで、ロープ13と吊荷14とからなる実際の振り子(ロープ長lを持つ振り子)とトロリー12とに関する運動方程式は、次の(3)式のように求められる。但し、(3)式において、φは振り子の振れ角、ωは振り子の振れ角速度、gは重力加速度、ak はトロリー12の走行加速度、νl はロープ長変化率である。なお、ロープ長変化率νl はロープ長を可変とした場合のロープ長の単位時間当たりの変化率であり、ロープ長が固定の場合にはゼロとなる。
【0026】
【数3】
【0027】
従って、基準ロープ長lo を持つ仮想振り子とトロリー12とに関する運動方程式は、トロリー12を基準走行加速度akoで基準周期Tだけ加速する場合、次の(4)式のようになる。
【0028】
【数4】
【0029】
この(4)式で基準ロープ長lo を固定とし、基準走行加速度akoを一定とすると、(4)式から、基準ロープ長lo を持つ仮想振り子の振れに関して、次の(5)式のような解が求められる。
【0030】
【数5】
【0031】
即ち、基準ロープ長lo を持つ仮想振り子の基準周期Tの間の振れ角φ及び振れ角速度ωの時間的な変化は図4(c)、図4(d)に示すようになり、基準周期Tが経過した時点では振れ角φ及び振れ角速度ωは何れもゼロとなっている。従って、ロープ長lを持つ実際の振り子の基準周期Tの間の振れ角φ及び振れ角速度ωが上式(5)となるようにトロリー12の走行加速度ak を決めてやれば、吊荷14(実際の振り子)に対して期待通りの振れ止め制御ができるはずである。そこで、上記の(3)式と(4)式の右辺どうしが等しいとして走行加速度ak を求めると、次の(6)式が得られる。
【0032】
【数6】
【0033】
従って、この(6)式により、時間tが0からTまでの加速時の走行加速度ak を求めることができる。即ち、図4(a)に実線で示したように、時間tの経過とともに連続的に変化する加速時の走行加速度ak が得られる。
【0034】
▲5▼ そして、時間tが0からTまでの走行加速度ak を次の(7)式のように積分して、トロリー12の加速時の走行速度va (t) を計算する。かくして、図4(b)に実線で示すような走行速度パターンの加速部分が得られる。つまり、走行速度パターンの加速部分が図4(b)に実線で示すようなパターンに設定されれば、加速時の走行加速度ak は図4(a)に実線で示すように滑らかに変化することになる。
【0035】
【数7】
【0036】
▲6▼ 更に、この走行速度va (t) を次の(8)式のように0からTまで積分して、トロリー12の加速に要する走行距離Da を計算する。
【0037】
【数8】
【0038】
[ステップ2]:走行減速時の走行速度パターンの計算
ステップ2では走行速度パターンの減速部分を計算する。
【0039】
計算に使用するロープ長としてステップ1で検出したロープ長lを用いる。なお、ロープ長を可変とする場合、例えば、トロリー12の減速時にロープ13を図示しない巻き取り装置により巻き戻して吊荷14を下降させるような場合には、このときのロープ長の時間的な変化が予めわかっているものとする。また、ステップ1で設定した基準ロープ長lo と走行最大速度Vmax とをパラメータとして使用する。
【0040】
計算手順は次の▲1▼〜▲6▼の通りである(図5参照)。
【0041】
▲1▼ トロリー12が走行して吊荷14を運搬するとき(減速時)にロープ長が固定の場合には、ステップ1においてロープ長検出装置17で検出したロープ長lを用いる。トロリー12が走行して吊荷14を運搬するとき(減速時)にロープ長が可変の場合には、時間的に変化するロープ長lを予め計算しておく。
▲2▼ 一方、基準ロープ長lo に基づいて、次の(9)式により基準周期Tを計算する。
【0042】
【数9】
【0043】
▲3▼ 上記▲2▼で計算した基準周期Tと走行最大速度Vmax とに基づいて、次の(10)式によりトロリー12の基準走行加速度akoを計算する。その結果、図5(a)に点線で示すような一定の基準走行加速度akoが得られる。なお、同図に示すように、減速時であるため基準走行加速度akoはマイナスとなっている。
【0044】
【数10】
【0045】
▲4▼ 基準ロープ長lo を持つ仮想振り子について、トロリー12を基準走行加速度akoで基準周期Tだけ減速する場合の振れに関する解は、ステップ1と同様の計算により(ステップ1の計算手順▲4▼参照)、次の(11)式のように得られる。
【0046】
【数11】
【0047】
即ち、基準ロープ長lo を持つ仮想振り子の基準周期Tの間の振れ角φ及び振れ角速度ωの時間的な変化は図5(c)、(d)に示すようになり(減速時であるため振り子の振れ方向が図4(c)、(d)に示す加速時の振れ方向とは逆になっている)、基準周期Tが経過した時点では振れ角φ及び振れ角速度ωは何れもゼロとなっている。従って、ロープ長lを持つ実際の振り子がこのような振れとなるために必要なトロリー12の走行加速度ak を、ステップ1と同様の計算により(ステップ1の計算手順▲4▼参照)、次の(12)式のように求める。
【0048】
【数12】
【0049】
この(12)式により、時間tが0からTまでの減速時の走行加速度ak を求めることができる。即ち、図5(a)に実線で示したように、時間tの経過とともに連続的に変化する減速時の走行加速度ak が得られる。なお、同図に示すように、減速時であるため走行加速度ak はマイナスとなっている。
【0050】
▲5▼ そして、時間tが0からTまでの走行加速度ak を次の(13)式のように積分して、トロリー12の減速時の走行速度vd (t) を計算する。かくして、図5(b)に実線で示すような走行速度パターンの加速部分が得られる。つまり、走行速度パターンの減速部分が図5(b)に実線で示すようなパターンに設定されれば、減速時の走行加速度ak は図5(a)に実線で示すように滑らかに変化することになる。
【0051】
【数13】
【0052】
▲6▼ 更に、この走行速度vd (t) を次の(14)式のように0からTまで積分して、トロリー12の減速に要する走行距離Dd を計算する。
【0053】
【数14】
【0054】
[ステップ3]:走行速度パターンの結合(加速部分+減速部分)
ステップ3ではステップ1で計算した走行速度パターンの加速部分(図4(b)参照)と、ステップ2で計算した走行速度パターンの減速部分(図5(b)参照)とを結合して、走行速度パターンv(t) を計算する。
【0055】
入力として、ステップ1で計算した加速側走行速度パターンの時系列データva (t) 、ステップ2で計算した減速側走行速度パターンの時系列データvd (t) 、走行最大速度Vmax 、全体の走行距離D、加速部走行距離Da 及び減速部走行距離Dd を使用し、出力として、走行速度パターンv(t) (速度指令値uの時系列データ)を求める。
【0056】
計算手順は次の▲1▼〜▲4▼の通りである(図6、図7参照)。
【0057】
▲1▼ トロリー12の全体の走行距離Dは、次の(15)式のように、トロリー12の走行目標位置Po と現在位置xo との差より求まる。
【0058】
D=Po −xo ・・・(15)
【0059】
トロリー12が一定の走行最大速度Vmax で走行する距離Dmax は、次の(16)式のように、全体の走行距離Dから加速部走行距離Da と減速部走行距離Dd とを引いた値である(図6参照)。
【0060】
max =D−Da −Dd ・・・(16)
【0061】
▲2▼ トロリー12が走行最大速度Vmax で走行する時間Tmax は、次の(17)式より求めることができる。
【0062】
【数15】
【0063】
▲3▼ 加速側走行速度パターンの時系列データva (t) と減速側走行速度パターンの時系列データvd (t) とを走行最大速度Vmax でつなげることによって、次の(18)式のような走行速度パターンv(t) を求めることができる。即ち、図7(a)に示すような左右の加減速部と中央の一定速度部とからなる走行速度パターンv(t) が得られる(図4(b)、図5(b)、図6参照)。図7(b)と図7(c)には、図7(a)に示す走行速度パターンv(t) に対応したトロリー12の走行加速度ak と、ロープ13と吊荷12とからなる実際の振り子の振幅(振れ角)φとを示す(図4(a)、図4(c)、図5(a)、図5(c)参照)。
【0064】
【数16】
【0065】
▲4▼ 走行速度パターンv(t) の所要時間は次の(19)式となる。この所要時間2T+Tmax は後述する走行速度パターンの終了判定に用いる。
【0066】
走行速度パターン所要時間=2T+Tmax ・・・(19)
【0067】
以上のように、ステップ1〜ステップ3の処理により、吊荷14の振れ止め制御を行うための走行速度パターンv(t) を計算することができる。
【0068】
次に、この走行速度パターンv(t) にしたがってトロリー12を駆動する手順(速度指令値uを出力する手順)について説明する(ステップ4〜ステップ7)。
【0069】
[ステップ4]:走行速度パターン出力の準備
ステップ4では走行速度パターン出力の準備、即ち、トロリー駆動装置15へ速度指令値uを出力する準備として、時間カウントの初期化を行う。
【0070】
振れ止めパターン演算部21では、刻み時間Δtごとに演算処理が行われるものとする。そして、時間カウントiを用意し、この時間カウントiを増加することにより、次の(20)式に示すように時間tを刻み時間Δtずつ増加させて、時間tの経過を表す。そこで、まず、初期化処理として、次の(21)式に示すように時間カウントiを0に初期化する。
【0071】
t=Δt*i ・・・(20)
i=0 ・・・(21)
【0072】
[ステップ5]:時間カウントを進める
ステップ5では、次の(22)式に示すように、時間カウントiの前回値に1をたすことによって時間カウントiを進める。
【0073】
i=i+1 ・・・(22)
【0074】
[ステップ6]:速度指令値の出力
ステップ6では走行速度パターンv(t) に基づいて速度指令値uをトロリー駆動装置15へ出力する。
【0075】
走行速度パターンv(t) の開始からの経過時間tは上記(20)式のようにt=Δt*iで表されるため、この経過時間tに対応した走行速度パターンv(t) の値を、次の(23)式のように、トロリー12に対する速度指令値uとしてトロリー駆動装置15へ順次出力する。
【0076】
u=v(t) ・・・(23)
【0077】
[ステップ7]:走行速度パターンの終了判定
ステップ7では走行速度パターンv(t) の出力(速度指令値uの出力)の開始からの経過時間tが、走行速度パターンv(t) の所要時間2T+Tmax を超えているか否かを判定する。経過時間tが所要時間2T+Tmax を超えている場合には、走行速度パターン出力を終了させる。経過時間tが所要時間2T+Tmax を超えていない場合には、ステップ5に戻って時間カウントiを進めるとともに、走行速度パターン出力を継続する。
【0078】
なお、具体的には、ステップ1〜ステップ7の処理プログラムを、制御装置18を構成するマイクロコンピュータなどに実装し、このマイクロコンピュータで連続して処理することにより、上記のような走行速度パターンv(t) の計算と、この走行速度パターンv(t) に基づくトロリー12の駆動制御(走行速度制御)、即ち、吊荷14の振れ止め制御とを行うことができる。
【0079】
<作用・効果>
以上のように、本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置では、制御装置18の振れ止めパターン演算部21において、ロープ長検出装置17で検出したロープ長l及びトロリー位置検出装置16で検出した現在位置xo と、前もって与えられた任意の基準ロープ長lo 、走行最大速度Vmax 及び走行目標位置Po とに基づいて、基準ロープ長lo を持つ仮想振り子の1周期分の時間でトロリー12を加減速させたときの前記仮想振り子の状態を計算し、ロープ長検出装置17で検出したロープ長lを持つ実際の振り子が前記仮想振り子の状態に一致するようにトロリー12の走行速度パターンv(t) を計算するとともに、この走行速度パターンv(t) に基づいて速度指令値uをトロリー駆動装置15へ出力する。
【0080】
従って、本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置によれば、図7に示すようにトロリー12の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンv(t) を得ることができ、この走行速度パターンv(t) に基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷14の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる。
【0081】
なお、上記の吊荷の振れ止め制御装置ではロープ長検出装置17を有し、このロープ長検出装置17で検出したロープ長lを用いて走行速度パターンv(t) を計算しているが、走行速度パターンv(t) を計算するためには吊荷14(実際の振り子)の振れ周期もしくは振動数がわかればよい。
【0082】
即ち、具体的な数式は省略するが、吊荷14の振れ周期に基づいて、同振れ周期とロープ長lとの関係式からロープ長lを計算することができ、もしくは吊荷14の振動数に基づいて、同振動数と振れ周期との関係式及び同振れ周期とロープ長lとの関係式からロープ長lを計算することができるため、この計算したロープ長lを上記(3)式に用いればよい。このため、ロープ長検出装置17の代わりに、吊荷14の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えるようにしてもよい。
【0083】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、第1発明の吊荷の振れ止め制御装置は、走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
前記ロープの長さを検出するロープ長検出装置と、
前記走行体の現在位置xOを検出する走行体位置検出装置と、
速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
この制御装置では
基準ロープ長l O に基づいて、次式により基準周期T計算し、
【数41】
この基準周期Tと走行最大速度V max とに基づいて、次式により前記走行体の加速時の基準走行加速度a ko を計算し、
【数42】
この基準走行加速度a ko と、前記基準ロープ長l O と、前記ロープの長さlと、重力加速度gと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν l とに基づいて、次のような前記走行体の加速時の走行加速度a k の式を求め、
【数43】
この走行加速度a k を次式のように積分して、前記走行体の加速時の走行速度V a ( ) を計算し、
【数44】
この走行速度V a ( ) を次式のように積分して、前記走行体の加速に要する加速部走行距離D a を計算するステップ1と、
【数45】
前記基準ロープ長l O に基づいて、次式により基準周期T計算し、
【数46】
この基準周期Tと前記走行最大速度V max とに基づいて、次式により前記走行体の減速時の基準走行加速度a ko を計算し、
【数47】
この基準走行加速度a ko と、前記基準ロープ長l O と、前記ロープの長さlと、重力加速度gと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν l とに基づいて、次のような前記走行体の減速時の走行加速度a k の式を求め、
【数48】
この走行加速度a k を次式のように積分して、前記走行体の減速時の走行速度V d ( ) を計算し、
【数49】
この走行速度V d ( ) を次式のように積分して、前記走行体の減速に要する減速部走行距離D d を計算するステップ2と、
【数50】
前記走行体の走行目標位置P O と前記現在位置x O とに基づいて、次式により前記走行体の全体の走行距離Dを計算し、
D=PO−xO
この全体の走行距離Dと前記加速部走行距離D a と前記減速部走行距離D d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度V max で走行する距離D max を計算し、
max=D−Da−Dd
この距離D max と前記走行最大速度V max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度V max で走行する距離T max を計算し、
【数51】
前記加速時の走行速度V a ( ) と前記減速時の走行速度V d ( ) と前記走行最大速度V max とをつなげることによって、次式のような走行速度パターンv ( ) を計算するステップ 3とを実行し、
【数52】
この走行速度パターンv(t)に基づいて前記速度指令値を前記走行体駆動装置へ出力することを特徴とする。
【0084】
従って、この第1発明の吊荷の振れ止め制御装置によれば、走行体の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンを得ることができ、この走行速度パターンに基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる。
【0085】
また、第2発明の吊荷の振れ止め制御装置は、第1発明の吊荷の振れ止め制御装置において、
前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする。
【0086】
従って、この第2発明の吊荷の振れ止め制御装置によれば、ロープ長検出装置の代わりに、実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えることにより、上記第1発明の吊荷の振れ止め制御装置と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置を備えたクレーンのモデル図である。
【図2】前記吊荷の振れ止め制御装置のブロック図である。
【図3】前記吊荷の振れ止め制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図4】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの加速部分の計算方法を表す説明図である。
【図5】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの減速部分の計算方法を表す説明図である。
【図6】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの一定速度部分の計算方法を表す説明図である。
【図7】前記吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【図8】従来の吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【符号の説明】
11 レール
12 トロリー
13 ロープ
14 吊荷
15 トロリー駆動装置
16 トロリー位置検出装置
17 ロープ長検出装置
18 制御装置
21 振れ止めパターン演算部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a suspension control device for a suspended load provided in the crane for performing suspension control of the suspended load when the suspended load is transported by the crane.
[0002]
[Prior art]
In the crane shown in FIG. 1, the rope 13 hangs down from the trolley 12, and the trolley 12 travels on the rail 11 and carries the suspended load 4 with the suspended load 14 attached to the lower end of the rope 13. ing.
[0003]
When performing automatic operation in such a crane, the trolley 12 is moved to transport the suspended load 14 to the designated target position, and at the same time, the suspended load 14 does not remain shaken after the trolley 12 has finished traveling. It is necessary to incorporate a steady-state control function of the suspended load 14 into the crane.
[0004]
Thus, conventionally, suspension control of a suspended load by a bang-bang type control device has been proposed. That is, the crane as described above can be modeled as a trolley / pendulum system. With respect to such a trolley / pendulum system model, suspension control of the suspended load is performed by a bang-bang control device that switches the traveling acceleration of the trolley 12. It has been shown that this is possible (references: “Shortest time control method for cranes focusing on maximum speed of trolley”, Tsutomu Mita et al., Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers VOL.15 No.6 pp.125-130 1979).
[0005]
The output characteristics of this bang-bang control device are shown in FIG. In the bang-bang type control device, the traveling speed pattern as shown in FIG. 8A is calculated in advance, and the trolley 12 is controlled in accordance with the traveling speed pattern, thereby performing the steady control of the suspended load 14. 8 (b) and 8 (c) show the traveling acceleration of the trolley 12 corresponding to the traveling speed pattern shown in FIG. 8 (a), and the amplitude (swing angle) of the pendulum composed of the rope 13 and the suspended load 12. It shows.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the suspension control of the suspended load is performed by the conventional bang-bang type control device, the traveling acceleration of the trolley 12 is suddenly changed during the acceleration and deceleration of the trolley 12 as shown in FIG. There are discontinuities. For this reason, there is a delay in the response of the traveling drive system of the trolley 12, and this response delay often causes an error, and the swing of the suspended load 14 remains after the trolley 12 travels according to the traveling speed pattern. To do.
[0007]
For this reason, in the conventional bang-bang type control device, control for stopping the residual swing of the suspended load 14 after the traveling speed pattern is finished is added, which is a factor for increasing the transport time of the suspended load 14. As a result, there was a serious problem of reducing the cargo handling efficiency.
[0008]
Therefore, in view of the above prior art, the present invention can obtain a traveling speed pattern having no discontinuity in traveling acceleration during acceleration and deceleration of a traveling body such as a trolley, and a traveling drive system based on the traveling speed pattern. It is an object of the present invention to provide a suspended load steadying control device capable of performing highly accurate steadying control with little residual swing of a suspended load due to the following performance of the suspended load.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The suspension control device for a suspended load according to the first aspect of the present invention that solves the above-described problem is configured to attach a suspended load to a lower end of a rope that hangs down from a traveling body and transport the suspended load to a target position by traveling of the traveling body. A crane that controls the suspension of the suspended load when the crane carries the suspended load,
A rope length detection device for detecting the length l of the rope;
A traveling body position detecting device for detecting a current position x O of the traveling body;
A traveling body drive device having a function of controlling the traveling speed of the traveling body based on a speed command value;
A control device that outputs the speed command value to the traveling body drive device;
In this control device ,
Based on the reference rope length l O , the reference period T is calculated by the following formula,
[Expression 29]
Based on the reference period T and the maximum traveling speed V max , a reference traveling acceleration a ko at the time of acceleration of the traveling body is calculated by the following equation:
[30]
And the reference travel acceleration a ko, with the reference rope length l O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu l On the basis of the following equation for the acceleration of acceleration a k when the traveling body is accelerated ,
[31]
The traveling acceleration a k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V a ( t ) when the traveling body is accelerated ,
[Expression 32]
Step 1 for integrating the travel speed V a ( t ) as follows to calculate an acceleration travel distance D a required for acceleration of the traveling body ;
[Expression 33]
Based on the reference rope length l O, the reference period T is calculated by the following equation,
[Expression 34]
Based on this reference period T and the maximum traveling speed V max , a reference traveling acceleration a ko at the time of deceleration of the traveling body is calculated by the following equation:
[Expression 35]
And the reference travel acceleration a ko, with the reference rope length l O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu l On the basis of the following formula for the traveling acceleration a k when the traveling body decelerates ,
[Expression 36]
The traveling acceleration a k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V d ( t ) when the traveling body decelerates ,
[Expression 37]
Step 2 for integrating the traveling speed V d ( t ) as shown in the following formula to calculate a deceleration portion traveling distance D d required for deceleration of the traveling body ;
[Formula 38]
Wherein on the basis of the target travel location P O of the running body the current position x O, the travel distance D of the whole of the traveling body calculated by the following equation,
D = P O −x O
Based the travel distance D of the whole and the accelerator travel distance D a in said speed reduction unit travel distance D d, and calculates the distance D max for the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V max,
D max = D−D a −D d
This distance on the basis of the D max and the running maximum velocity V max, and calculate the distance T max of the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V max,
[39]
By connecting the travel speed V a ( t ) during acceleration, the travel speed V d ( t ) during deceleration, and the maximum travel speed V max , a travel speed pattern v ( t ) as shown in the following equation is calculated. Step 3 is performed,
[Formula 40]
The speed command value is output to the traveling body drive device based on the traveling speed pattern v (t).
[0010]
The suspended load steadying control device of the second invention is the suspended load steadying control device of the first invention,
Instead of the rope length detection device, a device for detecting a swing period or frequency of the actual pendulum is provided.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a model diagram of a crane provided with a suspended load steadying control device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the suspended load steadying control device, and FIG. 3 is a suspended load steadying device. FIG. 4 is a flow chart showing the processing of the control device, FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method for calculating the acceleration portion of the traveling speed pattern in the suspended load steadying control device, and FIG. 5 is a diagram of the traveling speed pattern in the suspended load steadying control device. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a calculation method of a deceleration portion, FIG. 6 is an explanatory diagram showing a calculation method of a constant speed portion of a traveling speed pattern in the suspended load steadying control device, and FIG. 7 is an output of the suspended load steadying control device. It is explanatory drawing showing a characteristic.
[0013]
<Configuration>
In the crane shown in FIG. 1, the rope 13 hangs down from the trolley 12, and the trolley 12 travels on the rail 11 and carries the suspended load 4 with the suspended load 14 attached to the lower end of the rope 13. ing.
[0014]
This crane has a rope length detection device 17 for detecting the length of the rope 13 (rope length) l, a trolley position detection device 16 for detecting the current position x o of the trolley 12, and a speed command value u. A trolley driving device 15 having a function of controlling the traveling speed of the trolley 12 and a control device 18 that outputs a speed command value u to the trolley driving device 15 are provided. These rope length detection device 17 and trolley position detection device 16, the trolley drive device 15 and the control device 18 constitute the suspension control device for suspended loads according to the present embodiment.
[0015]
As shown in FIG. 2, the control device 18 is provided with a steady-state pattern calculation unit 21, which will be described in detail later, but the rope length l detected by the rope-length detection device 17. And the current position x o detected by the trolley position detection device 16, an arbitrary reference rope length l o which is a parameter given to the control device 18 in advance, the maximum travel speed V max of the trolley 12, and the travel target position P of the trolley 12. Based on o , the traveling speed pattern v (t) of the trolley 12 necessary for steadying the suspended load 14 is calculated, and the speed command value u is transmitted to the trolley driving device 15 based on the traveling speed pattern v (t). Output.
[0016]
Here, based on the flowchart of FIG. 3, the process performed by the steadying pattern calculation part 21 is demonstrated concretely. In the flowchart of FIG. 3, Step 1 to Step 3 show the calculation method of the traveling speed pattern v (t) for steadying the suspended load 14, and Step 4 to Step 7 are calculated in Step 1 to Step 3. The procedure for driving the trolley 12 according to the traveling speed pattern v (t) (the procedure for outputting the speed command value u) is shown.
[0017]
Therefore, first, a method of calculating the traveling speed pattern v (t) in Step 1 to Step 3 will be described.
[0018]
[Step 1]: Calculation of travel speed pattern during travel acceleration In step 1, the acceleration portion of the travel speed pattern is calculated.
[0019]
First, the current rope length l is detected by the rope length detector 17. When the rope length is variable, for example, when the rope 13 is wound up by a winding device (not shown) during acceleration of the trolley 12 and the suspended load 14 is raised, the rope length at this time It is assumed that the change is known in advance. Further, the reference rope length l o and the traveling maximum speed V max are set as parameters used for the calculation.
[0020]
The calculation procedure is as follows (1) to (6) (see FIG. 4).
[0021]
(1) When the rope length is fixed when the trolley 12 travels and carries the suspended load 14 (during acceleration), the rope length l detected by the rope length detector 17 is used. When the rope length is variable when the trolley 12 travels and carries the suspended load 14 (acceleration), the rope length l that changes with time is calculated in advance.
(2) On the other hand, based on the reference rope length l o , the reference period T is calculated by the following equation (1).
[0022]
[Expression 1]
[0023]
(3) Based on the reference cycle T and the maximum travel speed V max calculated in (2) above, the reference travel acceleration a ko of the trolley 12 is calculated by the following equation (2). As a result, a constant reference running acceleration a ko as shown by a dotted line in FIG.
[0024]
[Expression 2]
[0025]
(4) Here, the equation of motion relating to the trolley 12 and the actual pendulum (the pendulum having the rope length l) composed of the rope 13 and the suspended load 14 is obtained as the following equation (3). In Equation (3), φ is the pendulum swing angle, ω is the pendulum swing angular velocity, g is the gravitational acceleration, a k is the travel acceleration of the trolley 12, and ν l is the rope length change rate. The rope length change rate ν l is the rate of change of the rope length per unit time when the rope length is variable, and is zero when the rope length is fixed.
[0026]
[Equation 3]
[0027]
Therefore, the equation of motion regarding the virtual pendulum having the reference rope length l o and the trolley 12 is expressed by the following equation (4) when the trolley 12 is accelerated by the reference period T with the reference travel acceleration a ko .
[0028]
[Expression 4]
[0029]
Assuming that the reference rope length l o is fixed and the reference running acceleration a ko is constant in this equation (4), the following equation (5) is derived from the equation (4) regarding the swing of the virtual pendulum having the reference rope length l o. Such a solution is required.
[0030]
[Equation 5]
[0031]
That is, the temporal change of the swing angle φ and the swing angular velocity ω during the reference period T of the virtual pendulum having the reference rope length l o is as shown in FIGS. 4 (c) and 4 (d). At the time when T has elapsed, both the deflection angle φ and the deflection angular velocity ω are zero. Therefore, if the traveling acceleration ak of the trolley 12 is determined so that the swing angle φ and the swing angular velocity ω during the reference period T of the actual pendulum having the rope length l are expressed by the above equation (5), the suspended load 14 The anti-sway control as expected for (actual pendulum) should be possible. Therefore, when the traveling acceleration ak is obtained assuming that the right sides of the above expressions (3) and (4) are equal, the following expression (6) is obtained.
[0032]
[Formula 6]
[0033]
Therefore, the traveling acceleration a k at the time of acceleration from time t to 0 to T can be obtained from this equation (6). That is, as shown by a solid line in FIG. 4A, a running acceleration ak during acceleration that changes continuously with the passage of time t is obtained.
[0034]
{Circle over (5)} Then, the traveling acceleration a k from time 0 to T is integrated as shown in the following equation (7) to calculate the traveling speed v a (t) when the trolley 12 is accelerated. Thus, an acceleration portion of the traveling speed pattern as shown by the solid line in FIG. 4B is obtained. That is, if the acceleration portion of the travel speed pattern is set to a pattern as shown by a solid line in FIG. 4B, the travel acceleration ak during acceleration changes smoothly as shown by a solid line in FIG. It will be.
[0035]
[Expression 7]
[0036]
(6) Further, the travel speed v a (t) is integrated from 0 to T as shown in the following equation (8) to calculate the travel distance D a required for acceleration of the trolley 12.
[0037]
[Equation 8]
[0038]
[Step 2]: Calculation of traveling speed pattern at the time of traveling deceleration In step 2, the deceleration portion of the traveling speed pattern is calculated.
[0039]
The rope length l detected in step 1 is used as the rope length used for the calculation. When the rope length is variable, for example, when the rope 13 is rewound by a winding device (not shown) when the trolley 12 is decelerated and the suspended load 14 is lowered, the time of the rope length at this time It is assumed that the change is known in advance. Further, the reference rope length l o and the traveling maximum speed V max set in step 1 are used as parameters.
[0040]
The calculation procedure is as follows (1) to (6) (see FIG. 5).
[0041]
(1) When the rope length is fixed when the trolley 12 travels and carries the suspended load 14 (at the time of deceleration), the rope length l detected by the rope length detector 17 in step 1 is used. When the rope length is variable when the trolley 12 travels and carries the suspended load 14 (at the time of deceleration), the rope length l that changes with time is calculated in advance.
(2) On the other hand, based on the reference rope length l o , the reference period T is calculated by the following equation (9).
[0042]
[Equation 9]
[0043]
(3) Based on the reference cycle T and the maximum travel speed V max calculated in (2) above, the reference travel acceleration a ko of the trolley 12 is calculated by the following equation (10). As a result, a constant reference running acceleration a ko as shown by a dotted line in FIG. As shown in the figure, since the vehicle is decelerating, the reference travel acceleration a ko is negative.
[0044]
[Expression 10]
[0045]
(4) For a virtual pendulum having a reference rope length l o , the solution related to the shake when the trolley 12 is decelerated by the reference travel acceleration a ko by the reference period T is calculated by the same calculation as in Step 1 (the calculation procedure of Step 1) 4)), the following equation (11) is obtained.
[0046]
## EQU11 ##
[0047]
That is, temporal changes in the swing angle φ and the swing angular velocity ω during the reference period T of the virtual pendulum having the reference rope length l o are as shown in FIGS. 5C and 5D (during deceleration). Therefore, the swing direction of the pendulum is opposite to the swing direction during acceleration shown in FIGS. 4C and 4D), and the swing angle φ and the swing angular velocity ω are both zero when the reference period T has elapsed. It has become. Therefore, the travel acceleration ak of the trolley 12 necessary for the actual pendulum having the rope length l to have such a swing is calculated by the same calculation as in step 1 (see calculation procedure (4) in step 1). (12).
[0048]
[Expression 12]
[0049]
From this equation (12), the traveling acceleration ak during deceleration from time t to 0 to T can be obtained. That is, as shown by a solid line in FIG. 5A, a traveling acceleration ak during deceleration that changes continuously with the passage of time t is obtained. As shown in the figure, the traveling acceleration ak is negative because the vehicle is decelerating.
[0050]
{Circle over (5)} Then, the running acceleration v d (t) when the trolley 12 is decelerated is calculated by integrating the running acceleration a k from time 0 to T as shown in the following equation (13). Thus, an acceleration portion of the traveling speed pattern as shown by the solid line in FIG. 5B is obtained. That is, if the deceleration portion of the traveling speed pattern is set to a pattern as shown by a solid line in FIG. 5B, the traveling acceleration ak during deceleration changes smoothly as shown by a solid line in FIG. It will be.
[0051]
[Formula 13]
[0052]
(6) Further, the travel speed v d (t) is integrated from 0 to T as shown in the following equation (14) to calculate the travel distance D d required for the trolley 12 to decelerate.
[0053]
[Expression 14]
[0054]
[Step 3]: Combination of travel speed patterns (acceleration part + deceleration part)
In step 3, the acceleration portion of the traveling speed pattern calculated in step 1 (see FIG. 4B) and the deceleration portion of the traveling speed pattern calculated in step 2 (see FIG. 5B) are combined to travel. Calculate the velocity pattern v (t).
[0055]
As input, time series data v a (t) of acceleration side traveling speed pattern calculated in step 1, time series data v d (t) of deceleration side traveling speed pattern calculated in step 2, traveling maximum speed V max , overall The travel speed pattern v (t) (time series data of the speed command value u) is obtained as an output using the travel distance D, the acceleration travel distance D a and the deceleration travel distance D d .
[0056]
The calculation procedure is as follows (1) to (4) (see FIGS. 6 and 7).
[0057]
(1) The total travel distance D of the trolley 12 is obtained from the difference between the travel target position P o of the trolley 12 and the current position x o as in the following equation (15).
[0058]
D = P o −x o (15)
[0059]
The distance D max trolley 12 travels at a constant running maximum velocity V max, as shown in the following equation (16), minus the acceleration unit travel distance D a from the total travel distance D and the speed reduction unit travel distance D d (See FIG. 6).
[0060]
D max = D−D a −D d (16)
[0061]
(2) The time T max during which the trolley 12 travels at the maximum travel speed V max can be obtained from the following equation (17).
[0062]
[Expression 15]
[0063]
(3) By connecting the time series data v a (t) of the acceleration side travel speed pattern and the time series data v d (t) of the deceleration side travel speed pattern at the travel maximum speed V max , the following equation (18) A traveling speed pattern v (t) as shown below can be obtained. That is, a traveling speed pattern v (t) composed of left and right acceleration / deceleration parts and a central constant speed part as shown in FIG. 7A is obtained (FIGS. 4B, 5B, and 6). reference). 7 (b) and 7 (c) show the actual travel acceleration ak of the trolley 12 corresponding to the travel speed pattern v (t) shown in FIG. 7 (a), the rope 13 and the suspended load 12. (Refer to FIG. 4A, FIG. 4C, FIG. 5A, and FIG. 5C).
[0064]
[Expression 16]
[0065]
(4) The required time for the traveling speed pattern v (t) is given by the following equation (19). This required time 2T + Tmax is used for determining the end of a travel speed pattern, which will be described later.
[0066]
Traveling speed pattern required time = 2T + T max (19)
[0067]
As described above, the traveling speed pattern v (t) for performing the steadying control of the suspended load 14 can be calculated by the processing of Step 1 to Step 3.
[0068]
Next, a procedure for driving the trolley 12 according to the traveling speed pattern v (t) (a procedure for outputting the speed command value u) will be described (steps 4 to 7).
[0069]
[Step 4]: Preparation for traveling speed pattern output In Step 4, the time count is initialized as preparation for traveling speed pattern output, that is, preparation for outputting the speed command value u to the trolley driving device 15.
[0070]
It is assumed that the steadying pattern calculation unit 21 performs calculation processing for each step time Δt. Then, a time count i is prepared, and by increasing the time count i, the time t is increased in increments of time Δt as shown in the following equation (20) to indicate the passage of time t. Therefore, first, as an initialization process, the time count i is initialized to 0 as shown in the following equation (21).
[0071]
t = Δt * i (20)
i = 0 (21)
[0072]
[Step 5]: In step 5 in which the time count is advanced, as shown in the following equation (22), the time count i is advanced by adding 1 to the previous value of the time count i.
[0073]
i = i + 1 (22)
[0074]
[Step 6]: Output of the speed command value In Step 6, the speed command value u is output to the trolley driving device 15 based on the traveling speed pattern v (t).
[0075]
Since the elapsed time t from the start of the travel speed pattern v (t) is represented by t = Δt * i as in the above equation (20), the value of the travel speed pattern v (t) corresponding to this elapsed time t. Are sequentially output to the trolley driving device 15 as a speed command value u for the trolley 12 as shown in the following equation (23).
[0076]
u = v (t) (23)
[0077]
[Step 7]: Travel speed pattern end determination In step 7, the elapsed time t from the start of the output of the travel speed pattern v (t) (output of the speed command value u) is the required time of the travel speed pattern v (t). It is determined whether or not 2T + Tmax is exceeded. When the elapsed time t exceeds the required time 2T + Tmax , the traveling speed pattern output is ended. If the elapsed time t does not exceed the required time 2T + Tmax , the process returns to step 5 to advance the time count i and continue to output the traveling speed pattern.
[0078]
Specifically, the processing program of step 1 to step 7 is mounted on a microcomputer or the like that constitutes the control device 18, and is continuously processed by this microcomputer, whereby the traveling speed pattern v as described above is obtained. Calculation of (t) and drive control (travel speed control) of the trolley 12 based on the travel speed pattern v (t), that is, steadying control of the suspended load 14 can be performed.
[0079]
<Action and effect>
As described above, in the suspended load steadying control device according to the present embodiment, the rope length l detected by the rope length detection device 17 and the trolley position detection device 16 in the steadying pattern calculation unit 21 of the control device 18 are used. Based on the detected current position x o and an arbitrary reference rope length l o given in advance, the maximum travel speed V max and the target travel position P o , one cycle of the virtual pendulum having the reference rope length l o The state of the virtual pendulum when the trolley 12 is accelerated / decelerated over time is calculated, and the actual pendulum having the rope length l detected by the rope length detection device 17 matches the state of the virtual pendulum. A travel speed pattern v (t) is calculated, and a speed command value u is output to the trolley driving device 15 based on the travel speed pattern v (t).
[0080]
Therefore, according to the suspension control apparatus for suspended loads according to the present embodiment, the traveling speed pattern v (t) having no discontinuity in traveling acceleration during the acceleration and deceleration of the trolley 12 as shown in FIG. Based on this traveling speed pattern v (t), highly accurate steadying control can be performed with little residual vibration of the suspended load 14 resulting from the followability of the traveling drive system.
[0081]
The hanging load steadying control device has the rope length detection device 17 and calculates the traveling speed pattern v (t) using the rope length l detected by the rope length detection device 17. In order to calculate the traveling speed pattern v (t), it is only necessary to know the swing period or frequency of the suspended load 14 (actual pendulum).
[0082]
That is, although a specific mathematical formula is omitted, the rope length l can be calculated from the relational expression between the swing period and the rope length l based on the swing period of the suspended load 14, or the frequency of the suspended load 14 can be calculated. Therefore, the rope length l can be calculated from the relational expression between the same frequency and the swing period and the relational expression between the swing period and the rope length l. Can be used. For this reason, you may make it provide the apparatus which detects the swing period or frequency of the suspended load 14 instead of the rope length detection apparatus 17. FIG.
[0083]
【The invention's effect】
As described above in detail with the embodiment of the invention, the suspension control device for the suspended load according to the first invention attaches the suspended load to the lower end of the rope hanging from the traveling body, and attaches this suspended load to the traveling body. In the crane configured to convey to the target position by traveling, the suspended load steadying control device for performing the steadying control of the suspended load when the suspended load is transported by the crane,
A rope length detection device for detecting the length l of the rope;
A traveling body position detecting device for detecting a current position x O of the traveling body;
A traveling body drive device having a function of controlling the traveling speed of the traveling body based on a speed command value;
A control device that outputs the speed command value to the traveling body drive device;
In this control device ,
Based on the reference rope length l O , the reference period T is calculated by the following formula,
[Expression 41]
Based on the reference period T and the maximum traveling speed V max , a reference traveling acceleration a ko at the time of acceleration of the traveling body is calculated by the following equation:
[Expression 42]
And the reference travel acceleration a ko, with the reference rope length l O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu l On the basis of the following equation for the acceleration of acceleration a k when the traveling body is accelerated ,
[Equation 43]
The traveling acceleration a k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V a ( t ) when the traveling body is accelerated ,
(44)
Step 1 for integrating the travel speed V a ( t ) as follows to calculate an acceleration travel distance D a required for acceleration of the traveling body ;
[Equation 45]
Based on the reference rope length l O, the reference period T is calculated by the following equation,
[Equation 46]
Based on this reference period T and the maximum traveling speed V max , a reference traveling acceleration a ko at the time of deceleration of the traveling body is calculated by the following equation:
[Equation 47]
And the reference travel acceleration a ko, with the reference rope length l O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu l On the basis of the following formula for the traveling acceleration a k when the traveling body decelerates ,
[Formula 48]
The traveling acceleration a k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V d ( t ) when the traveling body decelerates ,
[Equation 49]
Step 2 for integrating the traveling speed V d ( t ) as shown in the following formula to calculate a deceleration portion traveling distance D d required for deceleration of the traveling body ;
[Equation 50]
Wherein on the basis of the target travel location P O of the running body the current position x O, the travel distance D of the whole of the traveling body calculated by the following equation,
D = P O −x O
Based the travel distance D of the whole and the accelerator travel distance D a in said speed reduction unit travel distance D d, and calculates the distance D max for the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V max,
D max = D−D a −D d
This distance on the basis of the D max and the running maximum velocity V max, and calculate the distance T max of the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V max,
[Formula 51]
By connecting the travel speed V a ( t ) during acceleration, the travel speed V d ( t ) during deceleration, and the maximum travel speed V max , a travel speed pattern v ( t ) as shown in the following equation is calculated. Step 3 is performed,
[Formula 52]
The speed command value is output to the traveling body drive device based on the traveling speed pattern v (t).
[0084]
Therefore, according to the suspended load steadying control device of the first aspect of the present invention, it is possible to obtain a traveling speed pattern having no discontinuity in traveling acceleration during acceleration and deceleration of the traveling body. Based on this, it is possible to perform high-accuracy steady-state control with little residual vibration of the suspended load due to the followability of the traveling drive system.
[0085]
The suspended load steadying control device of the second invention is the suspended load steadying control device of the first invention,
Instead of the rope length detection device, a device for detecting a swing period or frequency of the actual pendulum is provided.
[0086]
Therefore, according to the suspended load steadying control device of the second aspect of the present invention, a device for detecting the actual swing period or frequency of the pendulum is provided in place of the rope length detection device, so that the suspension of the first aspect of the present invention is provided. The same effect as the load steadying control device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a model diagram of a crane provided with a suspended load steadying control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of the hanging load steadying control device.
FIG. 3 is a flowchart showing processing of the hanging load steadying control device.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a calculation method of an acceleration portion of a traveling speed pattern in the hanging load steadying control device.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a calculation method of a deceleration portion of a traveling speed pattern in the hanging load steadying control device.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a calculation method of a constant speed portion of a traveling speed pattern in the hanging load steadying control device.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing output characteristics of the hanging load steadying control device.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing output characteristics of a conventional hanging load steadying control device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Rail 12 Trolley 13 Rope 14 Hanging load 15 Trolley drive device 16 Trolley position detection device 17 Rope length detection device 18 Control device 21 Stabilization pattern calculation part

Claims (2)

  1. 走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
    前記ロープの長さを検出するロープ長検出装置と、
    前記走行体の現在位置xOを検出する走行体位置検出装置と、
    速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
    この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
    この制御装置では
    基準ロープ長l O に基づいて、次式により基準周期T計算し、
    この基準周期Tと走行最大速度V max とに基づいて、次式により前記走行体の加速時の基準走行加速度a ko を計算し、
    この基準走行加速度a ko と、前記基準ロープ長l O と、前記ロープの長さlと、重力加速度gと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν l とに基づいて、次のような前記走行体の加速時の走行加速度a k の式を求め、
    この走行加速度a k を次式のように積分して、前記走行体の加速時の走行速度V a ( ) を計算し、
    この走行速度V a ( ) を次式のように積分して、前記走行体の加速に要する加速部走行距離D a を計算するステップ1と、
    前記基準ロープ長l O に基づいて、次式により基準周期T計算し、
    この基準周期Tと前記走行最大速度V max とに基づいて、次式により前記走行体の減速時の基準走行加速度a ko を計算し、
    この基準走行加速度a ko と、前記基準ロープ長l O と、前記ロープの長さlと、重力加速度gと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν l とに基づいて、次のような前記走行体の減速時の走行加速度a k の式を求め、
    この走行加速度a k を次式のように積分して、前記走行体の減速時の走行速度V d ( ) を計算し、
    この走行速度V d ( ) を次式のように積分して、前記走行体の減速に要する減速部走行距離D d を計算するステップ2と、
    前記走行体の走行目標位置P O と前記現在位置x O とに基づいて、次式により前記走行体の全体の走行距離Dを計算し、
    D=PO−xO
    この全体の走行距離Dと前記加速部走行距離D a と前記減速部走行距離D d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度V max で走行する距離D max を計算し、
    max=D−Da−Dd
    この距離D max と前記走行最大速度V max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度V max で走行する距離T max を計算し、
    前記加速時の走行速度V a ( ) と前記減速時の走行速度V d ( ) と前記走行最大速度V max とをつなげることによって、次式のような走行速度パターンv ( ) を計算するステップ 3とを実行し、
    この走行速度パターンv(t)に基づいて前記速度指令値を前記走行体駆動装置へ出力することを特徴とする吊荷の振れ止め制御装置。
    In a crane configured to attach a suspended load to the lower end of a rope hanging from the traveling body and transport the suspended load to a target position by traveling of the traveling body, the suspended load is transported when the suspended load is transported by the crane. An anti-sway control device for suspended loads that performs anti-sway control of
    A rope length detection device for detecting the length l of the rope;
    A traveling body position detecting device for detecting a current position x O of the traveling body;
    A traveling body drive device having a function of controlling the traveling speed of the traveling body based on a speed command value;
    A control device that outputs the speed command value to the traveling body drive device;
    In this control device ,
    Based on the reference rope length l O , the reference period T is calculated by the following formula,
    Based on the reference period T and the maximum traveling speed V max , a reference traveling acceleration a ko at the time of acceleration of the traveling body is calculated by the following equation:
    And the reference travel acceleration a ko, with the reference rope length l O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu l On the basis of the following equation for the acceleration of acceleration a k when the traveling body is accelerated ,
    The traveling acceleration a k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V a ( t ) when the traveling body is accelerated ,
    Step 1 for integrating the travel speed V a ( t ) as follows to calculate an acceleration travel distance D a required for acceleration of the traveling body ;
    Based on the reference rope length l O, the reference period T is calculated by the following equation,
    Based on this reference period T and the maximum traveling speed V max , a reference traveling acceleration a ko at the time of deceleration of the traveling body is calculated by the following equation:
    And the reference travel acceleration a ko, with the reference rope length l O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu l On the basis of the following formula for the traveling acceleration a k when the traveling body decelerates ,
    The traveling acceleration a k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V d ( t ) when the traveling body decelerates ,
    Step 2 for integrating the traveling speed V d ( t ) as shown in the following formula to calculate a deceleration portion traveling distance D d required for deceleration of the traveling body ;
    Wherein on the basis of the target travel location P O of the running body the current position x O, the travel distance D of the whole of the traveling body calculated by the following equation,
    D = P O −x O
    Based the travel distance D of the whole and the accelerator travel distance D a in said speed reduction unit travel distance D d, and calculates the distance D max for the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V max,
    D max = D−D a −D d
    This distance on the basis of the D max and the running maximum velocity V max, and calculate the distance T max of the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V max,
    By connecting the travel speed V a ( t ) during acceleration, the travel speed V d ( t ) during deceleration, and the maximum travel speed V max , a travel speed pattern v ( t ) as shown in the following equation is calculated. Step 3 is performed,
    A suspended load steadying control device that outputs the speed command value to the traveling body driving device based on the traveling speed pattern v (t).
  2. 請求項1に記載する吊荷の振れ止め制御装置において、
    前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする吊荷の振れ止め制御装置。
    In the suspended load steadying control device according to claim 1,
    Instead of the rope length detection device, a suspended load steadying control device comprising a device for detecting a swing period or frequency of the actual pendulum.
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