JPH1121077A - クレーン制御装置 - Google Patents
クレーン制御装置Info
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- JPH1121077A JPH1121077A JP17568097A JP17568097A JPH1121077A JP H1121077 A JPH1121077 A JP H1121077A JP 17568097 A JP17568097 A JP 17568097A JP 17568097 A JP17568097 A JP 17568097A JP H1121077 A JPH1121077 A JP H1121077A
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- trolley
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 振れ止め制御及び位置制御の制御精度をより
向上させることが可能なクレーン制御装置を提供するこ
と。 【解決手段】 クレーン１からは、ロープ、ロープ振れ
角、及びロープ振れ角速度等のクレーン状態量が状態量
測定装置２により測定され、これが位置制御装置３、振
れ止め制御装置４、及びモデル学習装置５に出力され
る。位置制御装置３は、図示を省略してある目標位置設
定器から目標位置を入力し、トロリーを目標位置に精度
良く停止させるような速度基準を出力する。振れ止め制
御装置４は、この速度基準を入力し、目標位置において
ロープの振れを防止できるような速度基準を出力する。
そして、モデル学習装置５は状態量測定装置２からの状
態量を入力し、位置制御装置３及び振れ止め制御装置４
に対し学習を行わせる。
向上させることが可能なクレーン制御装置を提供するこ
と。 【解決手段】 クレーン１からは、ロープ、ロープ振れ
角、及びロープ振れ角速度等のクレーン状態量が状態量
測定装置２により測定され、これが位置制御装置３、振
れ止め制御装置４、及びモデル学習装置５に出力され
る。位置制御装置３は、図示を省略してある目標位置設
定器から目標位置を入力し、トロリーを目標位置に精度
良く停止させるような速度基準を出力する。振れ止め制
御装置４は、この速度基準を入力し、目標位置において
ロープの振れを防止できるような速度基準を出力する。
そして、モデル学習装置５は状態量測定装置２からの状
態量を入力し、位置制御装置３及び振れ止め制御装置４
に対し学習を行わせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、港湾等での荷役作
業において使用されるクレーンを制御するためのクレー
ン制御装置に係り、より詳しくは、目標位置でのクレー
ンのロープの振れ止め制御及び位置制御の技術に関する
ものである。
業において使用されるクレーンを制御するためのクレー
ン制御装置に係り、より詳しくは、目標位置でのクレー
ンのロープの振れ止め制御及び位置制御の技術に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】クレーンは、トロリーの水平面内での移
動と、トロリーから垂らしたロープを上昇及び下降させ
ることによって荷役作業を行うためのものである。クレ
ーンの振れ止め制御において重要なことは、目標位置に
おいて吊り荷の振れを速やかに停止させることであり、
クレーンの位置制御において重要なことは、できるだけ
短時間でトロリーを目標位置まで移動させることであ
る。
動と、トロリーから垂らしたロープを上昇及び下降させ
ることによって荷役作業を行うためのものである。クレ
ーンの振れ止め制御において重要なことは、目標位置に
おいて吊り荷の振れを速やかに停止させることであり、
クレーンの位置制御において重要なことは、できるだけ
短時間でトロリーを目標位置まで移動させることであ
る。
【０００３】振れ止め制御は、原理的には、「トロリー
が目標位置の近くまで来た時に吊り荷を相対的に進行方
向に振らせるようにし、目標位置まで振れて静止に近い
状態となっている吊り荷にトロリーを追いつかせて停止
させる」ことによって行われる。
が目標位置の近くまで来た時に吊り荷を相対的に進行方
向に振らせるようにし、目標位置まで振れて静止に近い
状態となっている吊り荷にトロリーを追いつかせて停止
させる」ことによって行われる。
【０００４】従来の振れ止め制御及び位置制御は、例え
ば、トロリーのとるべき速度パターンを事前に求めてお
き、この速度パターンに追従するようにトロリー速度を
制御するものであった。この速度パターンは、終端時刻
において、ロープの振れがゼロになるように演算するこ
とにより得られる。
ば、トロリーのとるべき速度パターンを事前に求めてお
き、この速度パターンに追従するようにトロリー速度を
制御するものであった。この速度パターンは、終端時刻
において、ロープの振れがゼロになるように演算するこ
とにより得られる。
【０００５】クレーンのダイナミクスは、一般にロープ
系とトロリー系との２つの系に分けられる。振れ止め制
御を行うための条件は、以下のようにそれぞれの系を解
析することによって求めることができる。なお、本明細
書では、ある制御量を微分したものを、その制御量を表
す記号の後に「ドット」を付して呼ぶこととする。例え
ば、
系とトロリー系との２つの系に分けられる。振れ止め制
御を行うための条件は、以下のようにそれぞれの系を解
析することによって求めることができる。なお、本明細
書では、ある制御量を微分したものを、その制御量を表
す記号の後に「ドット」を付して呼ぶこととする。例え
ば、
【０００６】
【数１】 である。 （１）ロープ系 トロリーの加速度ｕが一定のとき、軌跡は、〔θドッ
ト〕／ω−θの位相面上で、θ軸上の点ｕ／ｇ（ｇは重
力加速度）を中心とする反時計回り方向の円軌跡とな
る。したがって、ロープ系の振れを止めるため、すなわ
ち上記軌跡を原点にもっていくためには、最終段階で、
（イ）第２象限で正の加速度ｕで制御するか、あるい
は、（ロ）第４象限で負の加速度ｕで制御するかのいず
れかを行うことになる。但し、あるトロリー速度から減
速して（ｕ＜０）、なおかつ振れも止める場合には、上
記（ロ）の軌跡となるので、以下、（ロ）の場合のみを
考えることとする。
ト〕／ω−θの位相面上で、θ軸上の点ｕ／ｇ（ｇは重
力加速度）を中心とする反時計回り方向の円軌跡とな
る。したがって、ロープ系の振れを止めるため、すなわ
ち上記軌跡を原点にもっていくためには、最終段階で、
（イ）第２象限で正の加速度ｕで制御するか、あるい
は、（ロ）第４象限で負の加速度ｕで制御するかのいず
れかを行うことになる。但し、あるトロリー速度から減
速して（ｕ＜０）、なおかつ振れも止める場合には、上
記（ロ）の軌跡となるので、以下、（ロ）の場合のみを
考えることとする。
【０００７】時刻ｔで軌跡が第４象限にあるとすると、
位置（〔θドット〕／ω，θ0 ）を原点に導くための加
速度ｕ1 は、
位置（〔θドット〕／ω，θ0 ）を原点に導くための加
速度ｕ1 は、
【０００８】
【数２】 となる。
【０００９】このｕ1 の加速度でＴ1 時間だけ走行させ
ると、Ｔ1 秒後にロープの振れを停止させることができ
る。 （２）トロリー系 トロリーの位置をｘ、速度をｘドット、目標位置をｘ
stopとすると、一定加速度で目標位置に停止させるため
の加速度ｕ2 、及び停止までに要する時間Ｔ2 は、
ると、Ｔ1 秒後にロープの振れを停止させることができ
る。 （２）トロリー系 トロリーの位置をｘ、速度をｘドット、目標位置をｘ
stopとすると、一定加速度で目標位置に停止させるため
の加速度ｕ2 、及び停止までに要する時間Ｔ2 は、
【００１０】
【数３】 となる。つまり、ｕ2 の加速度でＴ2 時間だけ走行させ
ると、Ｔ2 秒後にトロリーを目標位置に停止させること
ができる。
ると、Ｔ2 秒後にトロリーを目標位置に停止させること
ができる。
【００１１】したがって、（１），（２）の結果より、
クレーン運転の「最終段階」で、ｕ1 ＝ｕ2 、Ｔ1 ＝Ｔ
2 となるようにクレーンを走行させれば、終端におい
て、良好な振れ止め制御及び位置制御を行うことができ
る。
クレーン運転の「最終段階」で、ｕ1 ＝ｕ2 、Ｔ1 ＝Ｔ
2 となるようにクレーンを走行させれば、終端におい
て、良好な振れ止め制御及び位置制御を行うことができ
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記２
つの式を同時に満足する加速度ｕ、及び時間Ｔの存在は
一般には保障することができない。したがって、実際に
設定する加速度ｕ、及び時間Ｔの誤差が終端時刻におけ
る制御誤差の要因となる。
つの式を同時に満足する加速度ｕ、及び時間Ｔの存在は
一般には保障することができない。したがって、実際に
設定する加速度ｕ、及び時間Ｔの誤差が終端時刻におけ
る制御誤差の要因となる。
【００１３】このクレーンの振れ止め制御は、トロリー
の速度パターンを、幾何学的手法や最適制御手法によっ
て事前に計算して求めておき、トロリーの速度に対して
サーボ系を構成して速度パターンの追従を行わせるもの
である。この振れ止め制御の最大の問題は、ロープの振
れ角に対して制御系がオープンループになっていること
である。このため、初期振れや、ロープの上げ下げ等の
種々の誤差要因が存在した場合には、ロープの振れ角に
対して何等の補正も加えることができないという問題を
有するものであった。
の速度パターンを、幾何学的手法や最適制御手法によっ
て事前に計算して求めておき、トロリーの速度に対して
サーボ系を構成して速度パターンの追従を行わせるもの
である。この振れ止め制御の最大の問題は、ロープの振
れ角に対して制御系がオープンループになっていること
である。このため、初期振れや、ロープの上げ下げ等の
種々の誤差要因が存在した場合には、ロープの振れ角に
対して何等の補正も加えることができないという問題を
有するものであった。
【００１４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、振れ止め制御及び位置制御の制御精度をより向上
させることが可能なクレーン制御装置を提供することを
目的としている。
あり、振れ止め制御及び位置制御の制御精度をより向上
させることが可能なクレーン制御装置を提供することを
目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の発明は、トロリーを水平
面内で移動させることにより、このトロリーから垂下さ
れた吊り荷を目標位置へ搬送するクレーン制御装置にお
いて、ロープ、ロープ振れ角、及びロープ振れ角速度等
のクレーン状態量を測定するクレーン状態量測定装置
と、前記クレーン状態量の測定値に基づいて、前記目標
位置での振れを防止するために最適なトロリー速度基準
を出力する振れ止め制御装置と、を備え、前記最適なト
ロリー速度基準に基づいて、前記トロリーの移動速度を
制御することを特徴とする。
の手段として、請求項１記載の発明は、トロリーを水平
面内で移動させることにより、このトロリーから垂下さ
れた吊り荷を目標位置へ搬送するクレーン制御装置にお
いて、ロープ、ロープ振れ角、及びロープ振れ角速度等
のクレーン状態量を測定するクレーン状態量測定装置
と、前記クレーン状態量の測定値に基づいて、前記目標
位置での振れを防止するために最適なトロリー速度基準
を出力する振れ止め制御装置と、を備え、前記最適なト
ロリー速度基準に基づいて、前記トロリーの移動速度を
制御することを特徴とする。
【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記トロリーを前記目標位置に停止させる
場合に、前記目標位置までの残り距離を逐次演算し、こ
の残り距離が所定値になった時点で、予め設定してある
減速パターンに基づく減速制御を開始する位置制御装
置、を備えたことを特徴とする。
明において、前記トロリーを前記目標位置に停止させる
場合に、前記目標位置までの残り距離を逐次演算し、こ
の残り距離が所定値になった時点で、予め設定してある
減速パターンに基づく減速制御を開始する位置制御装
置、を備えたことを特徴とする。
【００１７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記トロリーを前記目標位置に停止させる
場合に、トロリーの現在位置を演算すると共に、現在位
置についてのフィードバック信号を入力し、このトロリ
ーの現在位置についての演算値とフィードバック値との
偏差がゼロとなるようなトロリー速度基準を出力する位
置制御装置、を備えたことを特徴とする。
明において、前記トロリーを前記目標位置に停止させる
場合に、トロリーの現在位置を演算すると共に、現在位
置についてのフィードバック信号を入力し、このトロリ
ーの現在位置についての演算値とフィードバック値との
偏差がゼロとなるようなトロリー速度基準を出力する位
置制御装置、を備えたことを特徴とする。
【００１８】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれかに記載の発明において、前記振れ止め制御装置
を含むクレーンモデルと、前回の運転結果に基づく学習
を前記クレーンモデルに行わせるモデル学習装置と、を
備えたことを特徴とする。
いずれかに記載の発明において、前記振れ止め制御装置
を含むクレーンモデルと、前回の運転結果に基づく学習
を前記クレーンモデルに行わせるモデル学習装置と、を
備えたことを特徴とする。
【００１９】請求項５記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれかに記載の発明において、前記振れ止め制御装置
を含むクレーンモデルと、起動時の運転結果に基づく学
習を前記クレーンモデルに行わせるモデル学習装置と、
を備えたことを特徴とする。
いずれかに記載の発明において、前記振れ止め制御装置
を含むクレーンモデルと、起動時の運転結果に基づく学
習を前記クレーンモデルに行わせるモデル学習装置と、
を備えたことを特徴とする。
【００２０】請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の
いずれかに記載の発明において、前記位置制御装置は、
前記クレーン状態量を入力し、モデル予測制御理論を用
いて前記トロリー速度基準を演算するものである、こと
を特徴とする。
いずれかに記載の発明において、前記位置制御装置は、
前記クレーン状態量を入力し、モデル予測制御理論を用
いて前記トロリー速度基準を演算するものである、こと
を特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づき説明する。図１は本発明の実施形態の構成を示すブ
ロック図である。この図に示すように、クレーン１を制
御する装置は、状態量測定装置２、位置制御装置３、振
れ止め制御装置４、及びモデル学習装置５により構成さ
れている。
づき説明する。図１は本発明の実施形態の構成を示すブ
ロック図である。この図に示すように、クレーン１を制
御する装置は、状態量測定装置２、位置制御装置３、振
れ止め制御装置４、及びモデル学習装置５により構成さ
れている。
【００２２】クレーン１は、トロリー、ロープ、速度制
御装置、アクチュエータ等の部材及び機器により構成さ
れている。そして、クレーン１からは、ロープ、ロープ
振れ角、及びロープ振れ角速度等のクレーン状態量が状
態量測定装置２により測定され、これが位置制御装置
３、振れ止め制御装置４、及びモデル学習装置５に出力
されるようになっている。位置制御装置３は、図示を省
略してある目標位置設定器から目標位置を入力し、トロ
リーを目標位置に精度良く停止させるような速度基準を
出力する。振れ止め制御装置４は、この速度基準を入力
し、目標位置においてロープの振れを防止できるような
速度基準を出力する。そして、モデル学習装置５は状態
量測定装置２からの状態量を入力し、位置制御装置３及
び振れ止め制御装置４に対し学習を行わせるようになっ
ている。
御装置、アクチュエータ等の部材及び機器により構成さ
れている。そして、クレーン１からは、ロープ、ロープ
振れ角、及びロープ振れ角速度等のクレーン状態量が状
態量測定装置２により測定され、これが位置制御装置
３、振れ止め制御装置４、及びモデル学習装置５に出力
されるようになっている。位置制御装置３は、図示を省
略してある目標位置設定器から目標位置を入力し、トロ
リーを目標位置に精度良く停止させるような速度基準を
出力する。振れ止め制御装置４は、この速度基準を入力
し、目標位置においてロープの振れを防止できるような
速度基準を出力する。そして、モデル学習装置５は状態
量測定装置２からの状態量を入力し、位置制御装置３及
び振れ止め制御装置４に対し学習を行わせるようになっ
ている。
【００２３】図２（ａ）は、クレーンのトロリー、ロー
プ、及び吊り荷を２次平面内に示した説明図であり、図
２（ｂ）は図２（ａ）における各符号の内容及び単位を
示した図表である。また、図３は、本発明による振れ止
め制御の概念を示すブロック図である。図３において、
クレーン１からロープ長ｌ、ロープ昇降速度ｌドット、
ロープ振れ角θ、ロープ振れ角速度θドットが振れ止め
制御装置４に入力されるようになっている。ロープ振れ
角θ及びロープ振れ角速度θドットは、それぞれゲイン
設定器６，７によりフィードバックゲインが乗ぜられた
後、加算器８により加算され、加算器９に送られる。加
算器９は、この加算器８からの信号と、トロリー速度目
標パターンＶT PTN との偏差をトロリー速度基準ＶT
REF としてクレーン１に出力するようになっている。
プ、及び吊り荷を２次平面内に示した説明図であり、図
２（ｂ）は図２（ａ）における各符号の内容及び単位を
示した図表である。また、図３は、本発明による振れ止
め制御の概念を示すブロック図である。図３において、
クレーン１からロープ長ｌ、ロープ昇降速度ｌドット、
ロープ振れ角θ、ロープ振れ角速度θドットが振れ止め
制御装置４に入力されるようになっている。ロープ振れ
角θ及びロープ振れ角速度θドットは、それぞれゲイン
設定器６，７によりフィードバックゲインが乗ぜられた
後、加算器８により加算され、加算器９に送られる。加
算器９は、この加算器８からの信号と、トロリー速度目
標パターンＶT PTN との偏差をトロリー速度基準ＶT
REF としてクレーン１に出力するようになっている。
【００２４】この図に基づき、まず、本発明に係る振れ
止め制御の原理につき説明する。クレーンを２次元振り
子とみなして振り子の運動方程式を導くと、ロープの振
れ角加速度θツードットは、下式（１）のように表され
る。ここで、トロリー速度が１次遅れ系となるように制
御できるとすれば、トロリー速度基準ＶT REF に対し
て、実際のトロリー速度ＶT は（２）式のような伝達関
数方程式で表される。なお、（２）式中のＳはラプラス
演算子である。そして、トロリー速度系の時定数ＴT が
ほぼゼロに等しく無視できるような場合、（１）式は
（３）式のように表される。（３）式中の固有角周波数
ω〔rad/s 〕及び減衰係数ζ〔−〕は（４）式により表
され、ωと振れ周期Ｔとは ω＝２π／Ｔ の関係にあ
る。
止め制御の原理につき説明する。クレーンを２次元振り
子とみなして振り子の運動方程式を導くと、ロープの振
れ角加速度θツードットは、下式（１）のように表され
る。ここで、トロリー速度が１次遅れ系となるように制
御できるとすれば、トロリー速度基準ＶT REF に対し
て、実際のトロリー速度ＶT は（２）式のような伝達関
数方程式で表される。なお、（２）式中のＳはラプラス
演算子である。そして、トロリー速度系の時定数ＴT が
ほぼゼロに等しく無視できるような場合、（１）式は
（３）式のように表される。（３）式中の固有角周波数
ω〔rad/s 〕及び減衰係数ζ〔−〕は（４）式により表
され、ωと振れ周期Ｔとは ω＝２π／Ｔ の関係にあ
る。
【００２５】
【数４】 本発明の振れ止め制御装置４では、振れ角フィードバッ
クによる振れ止め制御を行う。すなわち、振れ角θ及び
振れ角速度θドットをトロリー速度基準ＶT RE F にフィ
ードバックするようにしている。したがって、トロリー
速度基準ＶT RE F は、（５）式のように表される。
（５）式中のＶT PTN はトロリー速度目標パターンであ
る。（５）式及び（３）式により、トロリー速度系の時
定数ＴT が無視できる場合の閉ループ系は（６）式によ
り表されることになる。なお、時定数ＴT がゼロでな
く、無視できない場合であっても、ＴT ＜２π／ωであ
れば、系の応答波形の差は小さいものである。
クによる振れ止め制御を行う。すなわち、振れ角θ及び
振れ角速度θドットをトロリー速度基準ＶT RE F にフィ
ードバックするようにしている。したがって、トロリー
速度基準ＶT RE F は、（５）式のように表される。
（５）式中のＶT PTN はトロリー速度目標パターンであ
る。（５）式及び（３）式により、トロリー速度系の時
定数ＴT が無視できる場合の閉ループ系は（６）式によ
り表されることになる。なお、時定数ＴT がゼロでな
く、無視できない場合であっても、ＴT ＜２π／ωであ
れば、系の応答波形の差は小さいものである。
【００２６】（６）式を一般的な２次系の式で表すと
（７）式のようになる。（７）式中のωc は所望固有角
周波数〔rad/s 〕であり、ζc は所望減衰係数〔−〕で
ある。このωc ，ζc は（８）式により表される。そし
て、フィードバックゲインは（８）式から得られる
（９）式により演算する。
（７）式のようになる。（７）式中のωc は所望固有角
周波数〔rad/s 〕であり、ζc は所望減衰係数〔−〕で
ある。このωc ，ζc は（８）式により表される。そし
て、フィードバックゲインは（８）式から得られる
（９）式により演算する。
【００２７】
【数５】 また、トロリー速度目標パターンＶT PTN から振れ角θ
までの伝達関数方程式は（１０）式のように表され、ト
ロリー速度目標パターンＶT PTN からトロリー速度基準
ＶT REF までの伝達関数方程式は（１１）式により表さ
れる。なお、本実施形態において、振れ角速度θドット
が測定できない場合は、オブザーバ等で推定することが
可能である。そして、最も簡単な推定では時間差分を用
いることができる。
までの伝達関数方程式は（１０）式のように表され、ト
ロリー速度目標パターンＶT PTN からトロリー速度基準
ＶT REF までの伝達関数方程式は（１１）式により表さ
れる。なお、本実施形態において、振れ角速度θドット
が測定できない場合は、オブザーバ等で推定することが
可能である。そして、最も簡単な推定では時間差分を用
いることができる。
【００２８】
【数６】 図４は、本実施形態における振れ止め制御の概略動作を
示すフローチャートである。この図において、所望の固
有角周波数ωc 及び所望の減衰係数ζc が設定された
後、ロープ長ｌ及びロープ昇降速度ｌドットの測定が行
われる（ステップ１，２）。次いで、（４）式により固
有角周波数ω及び減衰係数ζが計算されると共に、
（９）式によりフィードバックゲインが計算される（ス
テップ３，４）。
示すフローチャートである。この図において、所望の固
有角周波数ωc 及び所望の減衰係数ζc が設定された
後、ロープ長ｌ及びロープ昇降速度ｌドットの測定が行
われる（ステップ１，２）。次いで、（４）式により固
有角周波数ω及び減衰係数ζが計算されると共に、
（９）式によりフィードバックゲインが計算される（ス
テップ３，４）。
【００２９】そして、トロリー速度目標パターンＶT
PTN の設定が行われた後（ステップ５）、ロープの振れ
角θの測定（ステップ６）、及び振れ角速度θドットの
測定又は推定が行われ（ステップ７）、（５）式を用い
てトロリー速度基準ＶT REF の計算が行われる（ステッ
プ８）。ステップ８の後ステップ５に戻り、このような
計算が、トロリーが目標位置に到着するまで繰り返し行
われる。なお、ロープを昇降動させず、単にトロリーを
水平方向に移動する場合は、ステップ８の後、ステップ
５に戻るようにする。
PTN の設定が行われた後（ステップ５）、ロープの振れ
角θの測定（ステップ６）、及び振れ角速度θドットの
測定又は推定が行われ（ステップ７）、（５）式を用い
てトロリー速度基準ＶT REF の計算が行われる（ステッ
プ８）。ステップ８の後ステップ５に戻り、このような
計算が、トロリーが目標位置に到着するまで繰り返し行
われる。なお、ロープを昇降動させず、単にトロリーを
水平方向に移動する場合は、ステップ８の後、ステップ
５に戻るようにする。
【００３０】図５は、図３の構成に位置制御装置３を付
加したものであり、本発明による位置制御の概念を示す
ブロック図である。図５における位置制御装置３は、ク
レーンモデル１０、加算器１１，１３、及びゲイン設定
器１２を有している。また、クレーン１の実際のトロリ
ー速度ＶT は積分器１４により積分されてトロリー位置
Ｘとなり、このトロリー位置Ｘが位置制御装置３に入力
されるようになっている。クレーンモデル１０は、トロ
リー速度目標パターンＶT PTN の入力に基づきトロリー
位置ＸPTN を加算器１１に出力し、加算器１１はこのト
ロリー位置ＸPT N と積分器１４からの実際のトロリー位
置Ｘとの偏差をゲイン設定器１２に出力する。ゲイン設
定器１２は、この偏差信号にゲイン定数を乗じて加算器
１３に出力する。加算器１３は、この偏差信号とトロリ
ー速度目標パターンＶT PTN との加算信号を基準信号Ｖ
C REF として振れ止め制御装置４の加算器９に出力する
ようになっている。
加したものであり、本発明による位置制御の概念を示す
ブロック図である。図５における位置制御装置３は、ク
レーンモデル１０、加算器１１，１３、及びゲイン設定
器１２を有している。また、クレーン１の実際のトロリ
ー速度ＶT は積分器１４により積分されてトロリー位置
Ｘとなり、このトロリー位置Ｘが位置制御装置３に入力
されるようになっている。クレーンモデル１０は、トロ
リー速度目標パターンＶT PTN の入力に基づきトロリー
位置ＸPTN を加算器１１に出力し、加算器１１はこのト
ロリー位置ＸPT N と積分器１４からの実際のトロリー位
置Ｘとの偏差をゲイン設定器１２に出力する。ゲイン設
定器１２は、この偏差信号にゲイン定数を乗じて加算器
１３に出力する。加算器１３は、この偏差信号とトロリ
ー速度目標パターンＶT PTN との加算信号を基準信号Ｖ
C REF として振れ止め制御装置４の加算器９に出力する
ようになっている。
【００３１】次に、本発明に係る位置制御の原理につき
説明する。本発明において行われる位置制御は、距離と
速度との関係式から目標速度パターンを計算する、フィ
ードフォワード的な「距離ベースによる制御」と、位置
をフィードバックして目標速度を計算する「位置フィー
ドバックによる制御」とに分けられる。以下、この２つ
の制御を別個に説明する。 （１）距離ベースによる停止位置制御 時刻ゼロ（初期速度＝走行速度ＶT RUN ）から減速が終
了するまでの間の時間Ｔdec を一定減速度で減速した場
合の目標速度ＶT PTN （減速パターン）は（１２）式で
表される。そして、実際のトロリー速度ＶT は、この目
標速度ＶT PTNのＴdelay 時間遅れ（ここでは、速度制
御系の遅れＴT も含める。）として、（１３）式のよう
に近似できるものとする。この（１３）式のトロリー速
度ＶT は、Ｔdec ，Ｔdelay により表される各区間毎に
（１４）式のように表すことができる。また、トロリー
速度を時間積分すればトロリー位置になるので、（１
４）式から（１５）式のように表されるトロリー位置Ｘ
を得ることができる。したがって、トロリー速度ＶT が
ゼロとなる時刻（Ｔdec ＋Ｔdelay ）での位置Ｘ
STOPは、（１６）式により求めることができる。
説明する。本発明において行われる位置制御は、距離と
速度との関係式から目標速度パターンを計算する、フィ
ードフォワード的な「距離ベースによる制御」と、位置
をフィードバックして目標速度を計算する「位置フィー
ドバックによる制御」とに分けられる。以下、この２つ
の制御を別個に説明する。 （１）距離ベースによる停止位置制御 時刻ゼロ（初期速度＝走行速度ＶT RUN ）から減速が終
了するまでの間の時間Ｔdec を一定減速度で減速した場
合の目標速度ＶT PTN （減速パターン）は（１２）式で
表される。そして、実際のトロリー速度ＶT は、この目
標速度ＶT PTNのＴdelay 時間遅れ（ここでは、速度制
御系の遅れＴT も含める。）として、（１３）式のよう
に近似できるものとする。この（１３）式のトロリー速
度ＶT は、Ｔdec ，Ｔdelay により表される各区間毎に
（１４）式のように表すことができる。また、トロリー
速度を時間積分すればトロリー位置になるので、（１
４）式から（１５）式のように表されるトロリー位置Ｘ
を得ることができる。したがって、トロリー速度ＶT が
ゼロとなる時刻（Ｔdec ＋Ｔdelay ）での位置Ｘ
STOPは、（１６）式により求めることができる。
【００３２】
【数７】 上記のようにトロリー速度がゼロになる位置ＸSTOPを求
めることができるので、外乱等がない場合は、位置Ｘ
STOPまでの残り距離に対応する時点で減速を開始すれ
ば、目標位置に停止できることがわかる。但し、振れ止
め制御を行う場合は、振れ止め制御を行わない場合に比
べてＴdelay だけ早く減速を開始する必要がある。
めることができるので、外乱等がない場合は、位置Ｘ
STOPまでの残り距離に対応する時点で減速を開始すれ
ば、目標位置に停止できることがわかる。但し、振れ止
め制御を行う場合は、振れ止め制御を行わない場合に比
べてＴdelay だけ早く減速を開始する必要がある。
【００３３】外乱等がある場合は、目標速度を現在位置
の関数とする必要があるので、（１５）式から時刻ｔを
消去する。これにより、（１７）式が得られる。そし
て、（１７）式から、（１８）式、（１９）式、（２
０）式に示すような各区間毎のトロリー速度ＶT PTN を
得ることができる。
の関数とする必要があるので、（１５）式から時刻ｔを
消去する。これにより、（１７）式が得られる。そし
て、（１７）式から、（１８）式、（１９）式、（２
０）式に示すような各区間毎のトロリー速度ＶT PTN を
得ることができる。
【００３４】
【数８】 なお、上記の距離ベースによる位置制御では、減速開始
時点から時間Ｔdec までしか制御がかからないので、オ
ーバーランした場合（Ｘ＞ＸSTOP）には対処することが
できない。これを解決するには、設定した停止位置から
ある距離だけ手前で停止させるように減速を開始し、そ
の減速パターンを、停止位置近傍での速度が一定クリー
プ速度、一定減速度、一定ジャーク（減速度の微分）、
あるいはこれらの組合せとなるようなパターンとする必
要がある。 （２）位置フィードバックによる位置制御 位置フィードバックによる位置制御では、演算位置と現
在位置との偏差をゼロにするため、演算位置パターンを
計算する必要がある。簡単な演算位置パターンは、振れ
止め制御を含むクレーンモデルを用いて計算する。但
し、演算位置パターンは予め与えておくものとする。
時点から時間Ｔdec までしか制御がかからないので、オ
ーバーランした場合（Ｘ＞ＸSTOP）には対処することが
できない。これを解決するには、設定した停止位置から
ある距離だけ手前で停止させるように減速を開始し、そ
の減速パターンを、停止位置近傍での速度が一定クリー
プ速度、一定減速度、一定ジャーク（減速度の微分）、
あるいはこれらの組合せとなるようなパターンとする必
要がある。 （２）位置フィードバックによる位置制御 位置フィードバックによる位置制御では、演算位置と現
在位置との偏差をゼロにするため、演算位置パターンを
計算する必要がある。簡単な演算位置パターンは、振れ
止め制御を含むクレーンモデルを用いて計算する。但
し、演算位置パターンは予め与えておくものとする。
【００３５】トロリー位置ＸPTN は、下式（２１）のよ
うに表される。但し、ここでは速度制御系の遅れは無視
するものとする。そして、演算位置ＸPTN と実際のトロ
リー位置Ｘとの偏差をフィードバックするようにすれ
ば、トロリー速度基準ＶT REFは下式（２２）のように
表される。（２２）式は最も簡単な比例制御の式であ
り、位置偏差がない場合は振れ止め制御の場合と同一の
式となる。（２２）式は、（２３）式のように変形する
ことができる。ここで、ＶC REF は、図５に示されてい
るように、振れ止め制御を行う前の段階で加算器１３か
ら出力される中間的な速度基準である。
うに表される。但し、ここでは速度制御系の遅れは無視
するものとする。そして、演算位置ＸPTN と実際のトロ
リー位置Ｘとの偏差をフィードバックするようにすれ
ば、トロリー速度基準ＶT REFは下式（２２）のように
表される。（２２）式は最も簡単な比例制御の式であ
り、位置偏差がない場合は振れ止め制御の場合と同一の
式となる。（２２）式は、（２３）式のように変形する
ことができる。ここで、ＶC REF は、図５に示されてい
るように、振れ止め制御を行う前の段階で加算器１３か
ら出力される中間的な速度基準である。
【００３６】
【数９】 比例制御で位置制御できるかどうかを確認するため、ま
ず、振れ止め制御系を含めたクレーンモデルは、（２
４）式で近似できるものとする（少なくとも、Ｓ／３＜
ｊωの低周波数領域では成り立つ。）。（２４）式よ
り、閉ループ系における位置Ｘは（２５）式となる。
（２５）式より、時定数＝１／ｆx （角周波数ｆｘ）で
位置制御できることがわかる。但し、フィードバックゲ
インは、近似が成り立つ（２６）式の範囲でしか設定す
ることができない。この位置フィードバックでは、加速
開始から停止までを制御することができる。また、制御
性能を良くするには、振れ止め制御を含むクレーンモデ
ルがポイントととなる（モデルの精度が良ければ、位置
偏差を小さくすることができる。）。
ず、振れ止め制御系を含めたクレーンモデルは、（２
４）式で近似できるものとする（少なくとも、Ｓ／３＜
ｊωの低周波数領域では成り立つ。）。（２４）式よ
り、閉ループ系における位置Ｘは（２５）式となる。
（２５）式より、時定数＝１／ｆx （角周波数ｆｘ）で
位置制御できることがわかる。但し、フィードバックゲ
インは、近似が成り立つ（２６）式の範囲でしか設定す
ることができない。この位置フィードバックでは、加速
開始から停止までを制御することができる。また、制御
性能を良くするには、振れ止め制御を含むクレーンモデ
ルがポイントととなる（モデルの精度が良ければ、位置
偏差を小さくすることができる。）。
【００３７】
【数１０】 なお、簡単な比例制御の場合には、位置制御の応答を速
くすることができない。しかし、より高度な（応答の速
い）制御を行うには、未来目標値のフィードフォワード
も可能なモデル予測制御を用いることができる（モデル
予測制御理論については、「ディジタルコントロール」
（コロナ社刊、現代制御シリーズ５，１９８９）参
照）。
くすることができない。しかし、より高度な（応答の速
い）制御を行うには、未来目標値のフィードフォワード
も可能なモデル予測制御を用いることができる（モデル
予測制御理論については、「ディジタルコントロール」
（コロナ社刊、現代制御シリーズ５，１９８９）参
照）。
【００３８】次に、振れ止め制御を含むクレーンモデル
についての学習につき説明する。このモデル学習は、例
えば、過去の運転結果に基づき行うことができる。距離
ベースによる位置制御では、速度基準ＶC REF からトロ
リー速度ＶT までの速度の時間遅れＴdelay を学習し、
位置フィードバックによる位置制御では、速度基準ＶC
REF からトロリー位置Ｘ（又はトロリー速度ＶT ）まで
の伝達関数（固有角周波数ω、減衰係数ζ等のパラメー
タ）を学習する。
についての学習につき説明する。このモデル学習は、例
えば、過去の運転結果に基づき行うことができる。距離
ベースによる位置制御では、速度基準ＶC REF からトロ
リー速度ＶT までの速度の時間遅れＴdelay を学習し、
位置フィードバックによる位置制御では、速度基準ＶC
REF からトロリー位置Ｘ（又はトロリー速度ＶT ）まで
の伝達関数（固有角周波数ω、減衰係数ζ等のパラメー
タ）を学習する。
【００３９】モデル学習は、前回の停止又は起動時のト
ロリー速度基準ＶC REF とトロリー位置Ｘ（又はトロリ
ー速度ＶT ）の実績データから、最小二乗法等でモデル
のパラメータを学習する。あるいは、今回の起動時のみ
の実績データから学習を行い、以降の制御を行うように
することもできる。なお、パラメータの学習に用いられ
る式としては、例えば、（２７）式がある。
ロリー速度基準ＶC REF とトロリー位置Ｘ（又はトロリ
ー速度ＶT ）の実績データから、最小二乗法等でモデル
のパラメータを学習する。あるいは、今回の起動時のみ
の実績データから学習を行い、以降の制御を行うように
することもできる。なお、パラメータの学習に用いられ
る式としては、例えば、（２７）式がある。
【００４０】
【数１１】 上述した実施形態によれば、ロープ長、ロープ昇降速
度、ロープ振れ角度、及び振れ角速度等のクレーン状態
量の測定を行う状態量測定装置と、ロープ長及びロープ
昇降速度に基づき振れ止め速度制御指令を演算する振れ
止め制御装置とを有する構成となっているので、初期振
れやロープの上げ下げ等による外乱の存在下でも、精度
の良好な振れ止め制御を行うことができる。
度、ロープ振れ角度、及び振れ角速度等のクレーン状態
量の測定を行う状態量測定装置と、ロープ長及びロープ
昇降速度に基づき振れ止め速度制御指令を演算する振れ
止め制御装置とを有する構成となっているので、初期振
れやロープの上げ下げ等による外乱の存在下でも、精度
の良好な振れ止め制御を行うことができる。
【００４１】また、振れ止め制御を含むクレーンモデル
を用いて目標位置に停止するための速度制御基準を演算
する位置制御装置を有しているので、目標位置への停止
制御を精度良く行うことができる。
を用いて目標位置に停止するための速度制御基準を演算
する位置制御装置を有しているので、目標位置への停止
制御を精度良く行うことができる。
【００４２】さらに、前回の停止結果又は起動結果に基
づきクレーンモデルを学習するモデル学習装置を有して
いるので、精度の良好なクレーンモデルを得ることがで
きる。
づきクレーンモデルを学習するモデル学習装置を有して
いるので、精度の良好なクレーンモデルを得ることがで
きる。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、振れ止
め制御及び位置制御の制御精度をより向上させることが
可能なクレーン制御装置を実現することができる。
め制御及び位置制御の制御精度をより向上させることが
可能なクレーン制御装置を実現することができる。
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】クレーンのトロリー、ロープ、及び吊り荷を２
次平面内に示した説明図及び図表。
次平面内に示した説明図及び図表。
【図３】本発明による振れ止め制御の概念を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図４】本発明の実施形態における振れ止め制御の概略
動作を示すフローチャート。
動作を示すフローチャート。
【図５】本発明による位置制御の概念を示すブロック
図。
図。
１ クレーン ２ 状態量測定装置 ３ 位置制御装置 ４ 振れ止め制御装置 ５ モデル学習装置 ６ ゲイン設定器 ７ ゲイン設定器 ８ 加算器 ９ 加算器 １０ クレーンモデル １１ 加算器 １２ ゲイン設定器 １３ 加算器 １４ 積分器
Claims (6)
- 【請求項１】トロリーを水平面内で移動させることによ
り、このトロリーから垂下された吊り荷を目標位置へ搬
送するクレーン制御装置において、 ロープ、ロープ振れ角、及びロープ振れ角速度等のクレ
ーン状態量を測定するクレーン状態量測定装置と、 前記クレーン状態量の測定値に基づいて、前記目標位置
での振れを防止するために最適なトロリー速度基準を出
力する振れ止め制御装置と、 を備え、前記最適なトロリー速度基準に基づいて、前記
トロリーの移動速度を制御することを特徴とするクレー
ン制御装置。 - 【請求項２】請求項１記載のクレーン制御装置におい
て、 前記トロリーを前記目標位置に停止させる場合に、前記
目標位置までの残り距離を逐次演算し、この残り距離が
所定値になった時点で、予め設定してある減速パターン
に基づく減速制御を開始する位置制御装置、を備えたこ
とを特徴とするクレーン制御装置。 - 【請求項３】請求項１記載のクレーン制御装置におい
て、 前記トロリーを前記目標位置に停止させる場合に、トロ
リーの現在位置を演算すると共に、現在位置についての
フィードバック信号を入力し、このトロリーの現在位置
についての演算値とフィードバック値との偏差がゼロと
なるようなトロリー速度基準を出力する位置制御装置、 を備えたことを特徴とするクレーン制御装置。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載のクレー
ン制御装置において、 前記振れ止め制御装置を含むクレーンモデルと、 前回の運転結果に基づく学習を前記クレーンモデルに行
わせるモデル学習装置と、 を備えたことを特徴とするクレーン制御装置。 - 【請求項５】請求項１乃至３のいずれかに記載のクレー
ン制御装置において、 前記振れ止め制御装置を含むクレーンモデルと、 起動時の運転結果に基づく学習を前記クレーンモデルに
行わせるモデル学習装置と、 を備えたことを特徴とするクレーン制御装置。 - 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載のクレー
ン制御装置において、 前記位置制御装置は、前記クレーン状態量を入力し、モ
デル予測制御理論を用いて前記トロリー速度基準を演算
するものである、 ことを特徴とするクレーン制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17568097A JPH1121077A (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | クレーン制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17568097A JPH1121077A (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | クレーン制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1121077A true JPH1121077A (ja) | 1999-01-26 |
Family
ID=16000366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17568097A Pending JPH1121077A (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | クレーン制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1121077A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100485439B1 (ko) * | 2001-10-19 | 2005-04-27 | 가부시키가이샤 다이후쿠 | 현수 반송설비와 그 학습장치 |
| JP2007254082A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Liebherr-Werk Nenzing Gmbh | 吊り荷揺動減衰装置と軌道設定装置とによりクレーン又はバガーで吊り荷ロープに吊り下げられている吊り荷を自動的に積み替える方法 |
| JP2008202719A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Toyohashi Univ Of Technology | 時変形システムに対する振動抑制制御入力決定方法、搬送システム、および時変形システムに対する振動抑制制御入力演算プログラム |
| JP2020152532A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 株式会社タダノ | クレーン |
| JP2020152529A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 株式会社タダノ | クレーン |
| WO2021171720A1 (ja) * | 2020-02-28 | 2021-09-02 | 日立造船株式会社 | 情報処理装置、制御システム、制御変数決定方法、および制御変数決定プログラム |
| CN115402933A (zh) * | 2022-11-01 | 2022-11-29 | 河南豫中起重集团有限公司 | 基于工业大数据及工业物联网的防摇起重机 |
-
1997
- 1997-07-01 JP JP17568097A patent/JPH1121077A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100485439B1 (ko) * | 2001-10-19 | 2005-04-27 | 가부시키가이샤 다이후쿠 | 현수 반송설비와 그 학습장치 |
| JP2007254082A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Liebherr-Werk Nenzing Gmbh | 吊り荷揺動減衰装置と軌道設定装置とによりクレーン又はバガーで吊り荷ロープに吊り下げられている吊り荷を自動的に積み替える方法 |
| JP2008202719A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Toyohashi Univ Of Technology | 時変形システムに対する振動抑制制御入力決定方法、搬送システム、および時変形システムに対する振動抑制制御入力演算プログラム |
| JP2020152532A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 株式会社タダノ | クレーン |
| JP2020152529A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 株式会社タダノ | クレーン |
| WO2021171720A1 (ja) * | 2020-02-28 | 2021-09-02 | 日立造船株式会社 | 情報処理装置、制御システム、制御変数決定方法、および制御変数決定プログラム |
| CN115402933A (zh) * | 2022-11-01 | 2022-11-29 | 河南豫中起重集团有限公司 | 基于工业大数据及工业物联网的防摇起重机 |
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