JPH085616B2 - 天井クレーンにおける振れ止め制御方法 - Google Patents

天井クレーンにおける振れ止め制御方法

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JPH085616B2
JPH085616B2 JP63284347A JP28434788A JPH085616B2 JP H085616 B2 JPH085616 B2 JP H085616B2 JP 63284347 A JP63284347 A JP 63284347A JP 28434788 A JP28434788 A JP 28434788A JP H085616 B2 JPH085616 B2 JP H085616B2
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良一 新井
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日立機電工業株式会社
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クレーンの自動制御方法に係り、特に自動
化する際に必要とされる吊荷の振れ制御に好適な天井ク
レーン用の振れ止め制御方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来提案されているプログラム制御方式におけるクレ
ーンの速度パターンは、加速・等速・減速の各区間の始
点・終点で振れ零の条件で算出されるのが一般的で、そ
の一例として特開昭62-259986号公報を挙げる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述の方式によれば起動時に振れのある場合あるいは
制御誤差や外乱により振れが生じた場合には振れ止めを
実現することができないという問題点があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、従来技術の問題点を解決すべく、起動時に
振れのある場合あるいは制御誤差や外乱により振れが生
じた場合に自動的、かつ簡易に振れ止めを達成すること
ができる天井クレーンにおける振れ止め制御方法を提供
することを目的とするものであって、クレーン駆動によ
る振れを零とする基本パターンと、起動時の振れあるい
は制御誤差や外乱による振れを零とする修正パターンと
を合成した速度パターンでクレーンの振れ止めを自動制
御するものである。
以下、本願発明の原理を説明する。
天井クレーンのモデルを単振子モデルと考え、その
時、振れ角が小さくまたロープ長が一定であるとすれば
周知のように次の運動方程式が成立する。
l+gθ=−a ……(1) (g:重力加速度、l:ロープ長、θ:鉛直からのロープ
振れ角、a:クレーン加速度) これを通常よく使われるθ−/ω平面の位相面軌道
で表わし、振れ角及び振れ角速度の一般式を導くと次の
通りとなる。
初期振れ角θ(t0)、初期振れ角速度(t0)とした
とき、t1時においては、 となる。
この(2)、(3)式で第1項は加速度aによる振
れ、すなわちクレーンを駆動することにより生ずる振れ
を示し、第2項は初期の振れ{θ(t0)、(t0)}に
より残る振れを示していることに注目すると、 クレーンの荷振れ=クレーン駆動による振れ +初期振れによる残留振れ であり、したがって、 振れ止め制御=クレーン駆動による振れを零と する制御 +初期振れによる残留振れを零とする制
御 という考え方が成立する。
発明者等は以上の知見により、起動時の振れあるいは
制御誤差や外乱による振れを全く無視し、クレーンの駆
動による振れを加減速を行ない目標位置に到達したとき
に零とする速度パターン(基本パターン)と、起動時の
振れあるいは制御誤差や外乱による振れ、すなわちクレ
ーンの加減速度が零であるときの吊荷の振れを零とする
速度パターン(修正パターン)を合成した速度パターン
でクレーンを制御すれば吊荷の振れ止めが可能であると
の結論に達した。
これに基づき、本発明は、ロープで吊荷を吊り移動す
る天井クレーンのロープ長さ、吊荷の重量等からクレー
ンの実効振れ長さを検出し、クレーンが所定距離移動し
たときのクレーンの加減速により生ずる振れをクレーン
が停止した時に零とする速度パターンを基本パターンと
し、クレーンの加減速度が零であるときの吊荷の振れを
検出し、その振れを零とする速度パターンを修正パター
ンとし、前記基本パターンに修正パターンを付加し、合
成した速度パターンによりクレーンを運行する天井クレ
ーンにおける振れ止め制御方法において、クレーンの加
減速度が零の時のクレーンの振れ角速度及び振幅の振れ
計算を行い、次に測定振れ角の位相、加減速開始位相及
び位相差の修正パターン計算を行ない、修正パターン計
算結果に基づき修正パターンを複数作成し、その中から
最適の修正パターンを選択することを要旨とする。
この場合において、クレーンの加速時には加速形の修
正パターンを、クレーンの減速時には減速形の修正パタ
ーンを選択することが望ましい。
〔実施例〕
次に、第1図を参照して本発明の実施例を説明する。
第1図において、1はクレーンの移動距離及び吊荷の
振れ長さが与えられることにより、最短時間でクレーン
を所望の距離移動させ、かつ所定条件下でクレーン移動
終了時の振れが零となるような速度パターンを発生させ
る基本パターン発生装置、2は振れ止め制御を行なうル
ープ系で、吊荷の振れ角を検出する振れ角検出装置2a
と、加速度を検出する加速度検出装置2cとによりその振
れ角センサの検出量V01とV02により、その振れを止める
速度パターンを発生する修正パターン発生装置2bとから
なっている。ここでV01はt1時のセンサ出力で、V02はt2
時のセンサ出力を表わし、複数回の計測で計測値の差よ
り加速度を算出するようになっている。3は基本パター
ン発生装置1で発生する速度パターンと、修正パターン
発生装置2bで発生する速度パターンを合成して速度制御
信号を出すパターン合成装置、4は前記パターン合成装
置3より出力された速度制御信号の指令によりクレーン
5の電動機5aを制御する制御装置である。5は電動機5a
により駆動されるクレーンで、このクレーン5には一端
にフック等の吊具を有するロープ5bとそれを介して吊荷
5cが吊り下げられている。6はクレーン5の移動距離監
視装置で、距離検出器6aと、その検出量により修正パタ
ーン発生装置2bからの速度パターン出力を制御するスイ
ッチ6bとが付属している。
第2図は、加速度検出機構を付加した制御装置を示
し、第1図の制御装置に対し、加速度計7、整合加算回
路8、加速度検出装置2cが付加されている。また、電動
機5aに対してはインバータ9が付設され、電動機5aの速
度をインバータ制御により行なうようになっている。第
2図において、10は振れ角検出部、11はロープ巻取リー
ル、12は吊具側シーブ、13は検出用ロープ、14はクラブ
である。
次に動作につき説明する。
クレーンの移動距離及び吊荷の振れ長さが設定される
と、クレーンを最短時間で移動させかつ、始動前に吊荷
の振れが零であれば、移動終了時の吊荷の振れも零とす
るような適正制御値を基本パターン発生装置1で速度信
号として発生させ、それをパターン合成装置3に入力す
る。
一方修正パターン発生装置2bでは、クレーンの加速度
が零であるとき、すなわちクレーンが等速時に振れ角検
出装置2aにより検出された吊荷の振れ角信号に基づき、
その振れを制御するような適正制御値を速度信号として
発生しパターン合成装置3へ適宜付加制御的に出力す
る。
これら2つの速度信号はパターン合成装置3により合
成され速度制御信号として制御装置に送られる。制御装
置4では、その制御信号によりクレーンの電動機5aを制
御する。マイコンが基本パターン発生装置1、修正パタ
ーン発生装置2、パターン合成装置3等としての機能を
生ぜしめるべく第3図に示すフローチャートでマイコン
プログラム制御する。
次に各速度パターンを具体的に説明する。
(1)基本パターン このパターンは従来よりプログラム制御方式で採用さ
れているもので、クレーンの移動距離と吊荷の振れ長さ
が特定されることにより決定される。この時加速及び減
速の行程は、初期の振れが零ならば終了時の振れが零に
なるように設定する。これを第4図の線図で説明する。
第4図は速度線図で、代表的な最短時間則による速度
パターンで示した。このパターンでクレーンを運行した
場合の吊荷の振れ状態を示したのが第4図(ロ)、
(ハ)の振れ角線図である。
第4図(ロ)は、初期振れがなく、また制御誤差もな
いすなわち予め設定された条件通りのクレーン運行を行
なった場合の荷振れの振れ角変化を示すもので、加速と
同時に荷が振れ始め、加速終了時に荷は零点に復帰し、
等速区間中は荷振れなしで移動する。減速開始と同時に
再び荷は振れ始め、減速終了(停止)と同時に荷は零点
に復帰し荷振れも停止して、振れ止め制御が実現され
る。
これがこの基本パターンによる振れ止め制御の基本的
な考えであるが、予め設定された条件以外、例えば第4
図(ハ)で示すように、初期に振れのある場合は、等速
区間及び停止後に残留振れが残り、振れ止めを実現でき
ないという欠点がある。
(2)修正パターン このパターンは加減速度が零、すなわち等速時におけ
る実際の吊荷の振れ(振れ角及び振れ角速度)を検出
し、その振れを抑止するに必要な制御量を発生させるた
めの速度パターンで、これは振れ検出量と振れ長さによ
り、その制御量及び制御タイミングが特定される。これ
を第5図の線図で説明すると、図において、時刻t=0
の時の振れ(θt=0、t=0)を検出したとする
と、その振れを抑止する制御パターンは第5図(イ)の
如く周期的に作成することができ、それらの内いずれか
1つを選択的に実施すれば振れを抑止できる。第5図
(ロ)は、第5図(イ)で示した4種のパターンを夫々
実施した場合に夫々のパターン終了時に振れが零に振り
止めされる様子を示している。
(3)合成パターン 前述の基本パターンと修正パターンを合成したものが
合成パターンである。この合成パターンにてクレーンを
運行し、初期に振れのある場合、その加速区間で振れ止
め制御を行なう例を第6図にて説明する。
第6図において、(イ)は速度線図、(ロ)は振れ角
線図を示す。第6図(イ)で(A)は基本パターン、
(B)は時刻t1点で振れを検出した場合の修正パター
ン、また(A)+(B)が実際にクレーンを運航する合
成パターンを各々に示している。第6図(ロ)のように
クレーン始動前に振れがある場合には、先に説明した通
りクレーンが等速区間に入っても、基本パターン(A)
のみでは破線で示す振れが残ってしまう。一方合成パタ
ーンで運航した場合には実際の振れ角線図で示す通り、
加速終了と共に振れが零に抑止される。
修正パターンを基本パターンに付加する機会は、第5
図(イ)に示す如く周期的に何度も与えることが可能で
ある。従って、制御の限界があるときはその限界を越え
ない範囲で、運転状態により都合の良いときに何れかを
選択すればよい。
また、加速時には加速形の修正パターン(第5図
(イ)の1又は3)を基本パターンに付加することによ
って走行時間の短縮が図ることができ、減速時には減速
形の修正パターン(第5図(イ)の2又は4)を基本パ
ターンに付加することによってクレーンのオーバーラン
を防止することができる。
また、加速度が零の時に修正を実施すれば、その結果
が補正フィードバックされるので、数回の繰り返しが可
能である。
更に、インバータ制御によりクレーンの電動機の速度
制御を行なった場合には、定格速度を越える速度で修正
パターンを付加することが可能であり、この場合には、
修正パターンを与える機会の選択幅が増大し、より短時
間で振れ止めができる。
第7図は基本パターンを、クレーンの目的地までの移
動距離に応じて判定式により、短距離モード、中距離モ
ード、長距離モードの3つに分け、夫々のモードに応じ
て第8図〜第10図に示す振れ止めパターンを作成し、そ
の振れ止めパターンに従ってクレーンを運転する場合の
基本パターン作成の手順を示す実施例である。
第7図において、下記によりまず基本計算を行なう。
固有角速度 周期 直線加減速限界時間 移動距離限界値 ここで、Lefは実効振れ長さを表わし、実際の吊荷の
振れ周期に関係する振り子長さでロープ長、吊具、吊荷
の大きさ、重量等から計算する値である。asetは設定加
速度を、vlatは定格速度を表わす。また、Ssetは移動設
定距離を表わし、目標位置までの距離に対し、振れ修正
やクレーン速度制御誤差修正のための余裕距離を考慮し
たクレーンの移動目標距離である。
次に、目的地までの設定された移動設定距離Ssetと移
動距離限界値SB01との比較を行ない、Sset≧SB01の場合
は、長距離モードと判定する。Sset≧SB01でない場合
は、次にSsetとSB02との比較を行ない、Sset≦SB02の場
合は、短距離モードと判定する。そして、Sset≦SB02で
ない場合は、中距離モードと判定する。
短距離モードと判定した場合は、第8図(A)に示す
振れ止めパターンに従ってクレーンを運転する。第8図
(B)はこの場合のθ−/ω平面の位相面軌道で表わ
した図である。
中距離モードと判定した場合は、第9図(A)に示す
振れ止めパターンに従ってクレーンを運転する。第9図
(B)はこの場合のθ−/ω平面の位相面軌道で表わ
した図である。
長距離モードと判定した場合は、第10図(A)に示す
振れ止めパターンに従ってクレーンを運転する。第10図
(B)はこの場合のθ−/ω平面の位相面軌道で表わ
した図である。
第11図は修正パターンを、クレーンが停止を含む加速
度が零の時に、振れ角を測定し、その測定結果に基づき
振れ角速度及び振幅の振れ計算を行ない、次に測定振れ
角の位相、加減速開始位相及び位相差の計算を行ない、
複数作成し、いずれかのパターンを選択し、基本パター
ンに付加して振れ止め制御を行なう場合の修正パターン
作成の手順を示す実施例である。
第7図において、測定した振れ角センサの出力V01とV
02により、 振れ中心角 振れ角 を計算する。
次に、(10)及び(11)式より振れ計算を次式により
行なう。
振れ角 振れ角速度 振幅 次に(12)〜(13)式により修正パターン計算を次式
により行なう。
測定振れ角の位相 ここで、t0≧0の場合は(14)式での を、t0<0の場合は とする。
加減速開始位相 位相差(待時間) tR13=tR12-tR11 ……(17) 加減速時間 次に、(13)〜(18)の計算結果と表1に示す各条件
に基づき第12図に示す修正パターンを、本実施例では4
種類作成する場合を示す。
なお、修正パターンは実施例は4種類としたが、種類
はこの数に限定されることがないのは勿論である。
また、本実施例ではクレーンの動作は一方向として説
明したが、これはクレーンの横行及び走行を同時に動作
するときも同様に夫々の方向に一方向のものを適用し、
組み合わせて横行及び走行動作を同時に適用できるのは
勿論である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、天井クレーンの振れ止め制御に際
し、基本パターンに最適の修正パターンを付加すること
により、従来のプログラム制御において欠点とされてい
た起動時に振れのある場合あるいは制御誤差や外乱によ
り振れが生じた場合のクレーンの振れ止め制御を自動制
御によって迅速、確実に、かつ容易に行ない得る効果が
ある。
特に、加速時には基本パターンに加速形の修正パター
ンを付加することによって走行時間の短縮を図ることが
でき、また、減速時には基本パターンに減速形の修正パ
ターンを付加することによってクレーンのオーバーラン
を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施するための天井クレーンにおけ
る振れ止め制御装置の機構を示すブロック図、第2図は
加速度検出機構を付加した同様のブロック図である。 第3図は、本発明の振れ止め制御を行なうためのマイコ
ンプログラムの一例を示すフローチャートである。 第4図乃至第6図は、本発明に振れ止め制御を示す説明
図で、第4図は基本パターンを示し、(イ)は速度線
図、(ロ)、(ハ)は吊荷の振れの振れ角線図で、
(ロ)は初期振れ角が無い場合、(ハ)は初期振れ角が
ある場合である。 第5図は修正パターンを示し、(イ)は速度線図、
(ロ)は振れ角線図である。 第6図は合成パターンを示し、(イ)は速度線図、
(ロ)は振れ角線図である。 第7図は基本パターン作成の手順を示す実施例で、第8
図は短距離パターンを、第9図は中距離パターンを、第
10図は長距離パターンの実施例を示す。 第11図は修正パターン作成の手順を示す実施例で、第12
図は修正パターンの説明図である。 1は基本パターン発生装置、2は振れ止め制御ループ
系、2aは振れ角検出装置、2bは修正パターン発生装置、
3はパターン合成装置、7は加速度計、10は振れ角検出
部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ロープで吊荷を吊り移動する天井クレーン
    のロープ長さ、吊荷の重量等からクレーンの実効振れ長
    さを検出し、クレーンが所定距離移動したときのクレー
    ンの加減速により生ずる振れをクレーンが停止した時に
    零とする速度パターンを基本パターンとし、クレーンの
    加減速度が零であるときの吊荷の振れを検出し、その振
    れを零とする速度パターンを修正パターンとし、前記基
    本パターンに修正パターンを付加し、合成した速度パタ
    ーンによりクレーンを運行する天井クレーンにおける振
    れ止め制御方法において、クレーンの加減速度が零の時
    のクレーンの振れ角速度及び振幅の振れ計算を行い、次
    に測定振れ角の位相、加減速開始位相及び位相差の修正
    パターン計算を行ない、修正パターン計算結果に基づき
    修正パターンを複数作成し、その中から最適の修正パタ
    ーンを選択することを特徴とする天井クレーンにおける
    振れ止め制御方法。
  2. 【請求項2】クレーンの加速時には加速形の修正パター
    ンを、クレーンの減速時には減速形の修正パターンを選
    択することを特徴とする請求項1記載の天井クレーンに
    おける振れ止め制御方法。
JP63284347A 1988-11-10 1988-11-10 天井クレーンにおける振れ止め制御方法 Expired - Lifetime JPH085616B2 (ja)

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