JP5449689B2 - クレーンの振れ角制御装置 - Google Patents
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Description
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、クレーンの物理モデル化誤差や外乱などの影響を受けにくい高性能な振れ角制御を行うことが可能な振れ角制御装置を提供することにある。
この構成によれば、振れ角制御装置の振れ角推定手段は、振れ角検出手段により検出された吊り荷の実際の振れ角を用いてオブザーバによる推定演算を補正することができるため、クレーンの物理モデル化誤差や外乱などの影響を受けにくい高性能な振れ角制御を行うことが可能となる。さらに、この構成によれば、第1のオブザーバおよび第2のオブザーバは、振れ角検出手段により検出された振れ角に基づいて、推定演算に用いる状態量を補正することができるため、クレーンの物理モデル化誤差や外乱などの影響を受けにくい高性能な振れ角制御を行うことが可能となる。さらに、この構成によれば、振れ角の検出異常時にも堅牢な振れ止め制御を実現することができる。
この構成によれば、振れ角検出手段による検出遅れがあっても、該検出遅れを補償するように状態量を補正することができるため、検出遅れの影響を受けにくい高性能な振れ角制御を行うことが可能となる。
図1は、コンテナクレーンの全体概略構成を示す図である。図1に示されるコンテナクレーン10は、岸壁に停泊しているコンテナ船11から荷役12の陸揚げを行う場合に用いられるものである。コンテナクレーン10は、岸壁13とコンテナ船11との間にガータ9が架設されており、このガータ9に沿ってトロリ14が支持される。トロリ14は、電気室17内に設置された図示せぬモータ駆動装置によって駆動され、ガータ9上を横行する。このトロリ14にはロープ15を介してスプレッダ16が吊り下げられており、スプレッダ16は荷役12を掴持することができるようになっており、掴持している場合のクレーン吊り荷はスプレッダ16および荷役12となり、掴持していない場合はスプレッダ16のみとなる。
なお、本実施形態における振れ角検出器は、例えば、トロリ14に取り付けられ、スプレッダ16および荷役12の振動の様子を撮像する撮像装置などである。この撮像装置としては、例えば、CCDカメラなどが挙げられる。
なお、全ての演算は、CPU(Central Processing Unit)やマイクロコンピュータなどの計算機にてデジタル制御されるものとする。
ここで、オブザーバの原理に関して説明する。図1におけるコンテナクレーン10の運動を簡単化したモデルを図4に示す。ここで、Mはトロリ14の質量、mは荷役12およびスプレッダ16を合算した吊り荷の質量、Lはロープ長、θは振れ角、xはトロリ14の基準位置からの移動量である。
z(k+1)=Az(k)+Bu(k) (7)
y=Cz(k) (8)
次に、第1オブザーバ24の動作について説明する。図5は、第1オブザーバ24のオブザーバ演算の動作タイミングと実行内容について示す図である。第1オブザーバ24のサンプリング周期TSは、振れ止め制御器19がデジタル制御される場合のサンプリング周期と同じ周期とし、第2オブザ一バ25のサンプリング周期よりも短い周期で実行されタイミングが同期するものとする。第1オブザーバ24は、通常は前述したトルク指令τrと電動機速度ωtから推定振れ角
なお、振れ角検出器22で検出した検出振れ角θtが異常な値と判断できる場合は、第1オブザーバ24および第2オブザーバ25を、通常のオブザーバ演算とする。つまり、振れ角検出器22で検出した検出振れ角θtが正常と判断され得る所定の範囲内にない場合、第1オブザーバ24が通常通り電動機速度ωtとトルク指令τrとに基づいて推定を行う。これにより、検出異常時にも堅牢に推定振れ角
以上説明したように、振れ角検出器22から得られた振れ角θtを用いて、振れ角推定器23での演算を補正することによって、クレーンの物理モデル化誤差や、外乱などの影響に堅牢な振れ止め制御が実現できる。さらに、振れ角検出器22の検出遅れを考慮して、振れ角推定器23での演算を補正すれば、さらに高精度な振れ止め制御を実現することができる。さらに、検出振れ角θtが異常な値と判断できる場合は、第1オブザーバ24および第2オブザーバ25が通常のオブザーバ演算を行うことで、検出異常時にも堅牢な振れ止め制御を実現することができる。このように、振れ角検出器22の検出遅れやエラーを考慮しつつ、クレーンの物理モデル化誤差や外乱にロバストな振れ止め制御が可能となる。
10 コンテナクレーン
11 コンテナ船
12 荷役
13 岸壁
14 トロリ
15 ロープ
16 スプレッダ
17 電気室
18 トラック
19 振れ止め制御器
20 速度制御器
21 電動機駆動装置
22 クレーン実機
22 振れ角検出器
23 振れ角推定器
24 第1オブザーバ
25 第2オブザ一バ
Claims (2)
- クレーンのトロリから垂らしたロープで懸垂された吊り荷の振れ角を負帰還することにより、振れ角を零に収束させる振れ止め制御を行う振れ止め制御手段を備えたクレーンの振れ角制御装置において、
吊り荷の振れ角を含むクレーンの状態を、オブザーバによる推定演算を用いて推定する振れ角推定手段と、
吊り荷の実際の振れ角を検出する振れ角検出手段と、
前記トロリを駆動する電動機の電動機速度を制御するためにトルク指令を出力する速度制御器と、
前記トルク指令に基づき電動機を駆動する電動機駆動装置と、を備え、
前記振れ角推定手段は、前記振れ角検出手段により検出された振れ角に基づいて前記オブザーバによる推定演算を補正したうえで、前記振れ角の推定を行い、
前記振れ止め制御手段は、前記トロリへの速度指令および前記振れ角推定手段により推定された前記吊り荷の推定振れ角に基づいて、吊り荷の振れ角を零に収束させつつ、トロリの速度を速度指令で指令された速度にするように制御し、
前記振れ角推定手段は、第1のオブザーバと第2のオブザーバとをさらに備え、
前記第2のオブザーバは、前記振れ角検出手段により検出された振れ角に基づいて前記推定演算に用いる状態量を補正し、
前記第1のオブザーバは、前記第2のオブザーバにより補正された状態量に基づいて前記推定演算を行い、
前記振れ角検出手段で検出した検出振れ角が正常と判断され得る所定の範囲内にない場合、前記第2のオブザーバが前記推定演算に用いる状態量の補正を行わずに、前記第1のオブザーバが、前記第2のオブザーバにより補正された状態量に基づいて前記推定演算を行うことなく、前記電動機速度と前記トルク指令とに基づいて前記推定演算を行うことにより、検出異常時にも堅牢に推定振れ角を得ることを特徴とするクレーンの振れ角制御装置。 - 前記第2のオブザーバは、前記振れ角検出手段による検出遅れがある場合に、該検出遅れを補償するように前記状態量を補正することを特徴とする請求項1に記載のクレーンの振れ角制御装置。
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