JPH1160152A - 振れ止め装置 - Google Patents
振れ止め装置Info
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- JPH1160152A JPH1160152A JP21840397A JP21840397A JPH1160152A JP H1160152 A JPH1160152 A JP H1160152A JP 21840397 A JP21840397 A JP 21840397A JP 21840397 A JP21840397 A JP 21840397A JP H1160152 A JPH1160152 A JP H1160152A
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- trolley
- primary
- speed
- swing
- displacement
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コンテナクレーン等に適用される吊り荷の振
れ止めについて１次振れの位相遅れをなくした振れ止め
装置を提供する。 【解決手段】 前回のトロリ駆動力指令ｕk-1と前回の
状態推定量vecｘ# k-1/k-1 から今回の状態予測量 vecｘ#
k/k-1 を計算し、今回の状態予測量から計算される今回
の振れ変位予測量ｙ# b と今回実測した振れ変位検出信
号ｙk との偏差を求め、この偏差をもとに今回の状態予
測量を補正して今回の状態推定量とし、今回の状態推定
値から１次振れ変位と速度を計算するという、カルマン
フィルタ理論に基づいて設計した１次振れ検出部を有す
る。
れ止めについて１次振れの位相遅れをなくした振れ止め
装置を提供する。 【解決手段】 前回のトロリ駆動力指令ｕk-1と前回の
状態推定量vecｘ# k-1/k-1 から今回の状態予測量 vecｘ#
k/k-1 を計算し、今回の状態予測量から計算される今回
の振れ変位予測量ｙ# b と今回実測した振れ変位検出信
号ｙk との偏差を求め、この偏差をもとに今回の状態予
測量を補正して今回の状態推定量とし、今回の状態推定
値から１次振れ変位と速度を計算するという、カルマン
フィルタ理論に基づいて設計した１次振れ検出部を有す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンテナクレーン
等に適用される吊り荷等の振れ止め装置に関する。
等に適用される吊り荷等の振れ止め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図８は、従来の吊り荷の振れ止め装置を
備えたコンテナクレーンの全体構成を示しており、クレ
ーン１にはこの上を左右に横行するトロリ２が存在し、
このトロリ２から吊りロープ４にて吊り荷が吊り下げら
れる。一方、このトロリ２は、機械室７内に存在するト
ロリ駆動装置５から導出される駆動ロープ６に結ばれ
る。また、トロリ２上には、吊り具上のマーク９の位置
をとらえるカメラ８及びオペレータにて操作されたトロ
リ目標速度設定を検出するための操作盤１０が存在す
る。なお、機械室７にはトロリ駆動装置５の他に制御装
置１１も存在する。
備えたコンテナクレーンの全体構成を示しており、クレ
ーン１にはこの上を左右に横行するトロリ２が存在し、
このトロリ２から吊りロープ４にて吊り荷が吊り下げら
れる。一方、このトロリ２は、機械室７内に存在するト
ロリ駆動装置５から導出される駆動ロープ６に結ばれ
る。また、トロリ２上には、吊り具上のマーク９の位置
をとらえるカメラ８及びオペレータにて操作されたトロ
リ目標速度設定を検出するための操作盤１０が存在す
る。なお、機械室７にはトロリ駆動装置５の他に制御装
置１１も存在する。
【０００３】このような概略構造を有するコンテナクレ
ーンにあって、制御装置１１には操作盤１０からトロリ
目標速度設定（ノッチ指令信号）１２が入力され、また
トロリ駆動装置５に取付けられたトロリ位置検出器及び
トロリ速度検出器（図示省略）からのトロリ位置検出信
号１４及びトロリ速度検出信号１５がそれぞれ入力され
ると共に、カメラ８によるマーク位置検出に伴う振れ変
位検出信号１３が入力される。
ーンにあって、制御装置１１には操作盤１０からトロリ
目標速度設定（ノッチ指令信号）１２が入力され、また
トロリ駆動装置５に取付けられたトロリ位置検出器及び
トロリ速度検出器（図示省略）からのトロリ位置検出信
号１４及びトロリ速度検出信号１５がそれぞれ入力され
ると共に、カメラ８によるマーク位置検出に伴う振れ変
位検出信号１３が入力される。
【０００４】カメラ８による振れ変位の検出は、カメラ
８によるマーク９の検出によるのであるが、吊り荷の振
れは、トロリ２を左から右に横行させる場合、トロリ２
の加速によって慣性力にて図１０に示すように吊り荷３
が左側に振れ、また、一定距離移動後トロリ２を減速す
ることによって慣性力にて吊り荷３が右側に振れること
になるので、この横行時のトロリ２の加減速に伴う吊り
荷の振り子運動による振れ（１次振れ）を検出すること
になる。
８によるマーク９の検出によるのであるが、吊り荷の振
れは、トロリ２を左から右に横行させる場合、トロリ２
の加速によって慣性力にて図１０に示すように吊り荷３
が左側に振れ、また、一定距離移動後トロリ２を減速す
ることによって慣性力にて吊り荷３が右側に振れること
になるので、この横行時のトロリ２の加減速に伴う吊り
荷の振り子運動による振れ（１次振れ）を検出すること
になる。
【０００５】制御装置１１への入力は、以上の如くノッ
チ指令信号１２、トロリ位置検出信号１４、トロリ速度
検出信号１５、及び振れ変位検出信号１３があり、これ
らは図９に示す如く、制御装置１１内のＡ／Ｄ変換部１
７に取り込まれ、ノッチ指令、トロリ速度、トロリ位置
はそのまま制御演算部２０に入力される一方、高周波成
分を除去するローパスフィルタ１８を介して１次振れ変
位が制御演算部２０に入力されると共に、更に微分演算
部１９を介して１次振れ速度が制御演算部２０に入力さ
れる。そして、制御演算部２０によりトロリ駆動力指令
を得てＤ／Ａ変換部２１による変換後トロリ駆動力指令
信号１６をトロリ駆動装置５に指令し振れ止めを行なっ
ている。
チ指令信号１２、トロリ位置検出信号１４、トロリ速度
検出信号１５、及び振れ変位検出信号１３があり、これ
らは図９に示す如く、制御装置１１内のＡ／Ｄ変換部１
７に取り込まれ、ノッチ指令、トロリ速度、トロリ位置
はそのまま制御演算部２０に入力される一方、高周波成
分を除去するローパスフィルタ１８を介して１次振れ変
位が制御演算部２０に入力されると共に、更に微分演算
部１９を介して１次振れ速度が制御演算部２０に入力さ
れる。そして、制御演算部２０によりトロリ駆動力指令
を得てＤ／Ａ変換部２１による変換後トロリ駆動力指令
信号１６をトロリ駆動装置５に指令し振れ止めを行なっ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】トロリ２が移動し目標
位置に達した場合には、微小位置決めのためにいわゆる
寸動が行なわれると、吊り荷３は１次振れの他に図１０
（ｂ）に示す吊りロープの伸縮と吊り荷の慣性モーメン
トによる回転運動、いわゆるロッキングが生じる。この
ロッキングは吊り荷の一次振れではないが図１０（ｂ）
の如くマーク９の位置ぶれが生じて微小で高周波な振れ
変位が検出される。
位置に達した場合には、微小位置決めのためにいわゆる
寸動が行なわれると、吊り荷３は１次振れの他に図１０
（ｂ）に示す吊りロープの伸縮と吊り荷の慣性モーメン
トによる回転運動、いわゆるロッキングが生じる。この
ロッキングは吊り荷の一次振れではないが図１０（ｂ）
の如くマーク９の位置ぶれが生じて微小で高周波な振れ
変位が検出される。
【０００７】しかしながら、前述した振れ止め制御は、
１次振れに対して減衰を与える制御であり、ロッキング
までをも含めて減衰を与えるものではなく、この予期し
ない高周波振動に対しては、却って加振してしまいいわ
ゆるスピルオーバが発生する。この高周波振動を抑える
ためにも振れ変位検出信号に対してローパスフィルタ１
８を備えているが、このローパスフィルタの存在は１次
振れに対して位相遅れを発生させ、つまり図１１に示す
ように振れ変位検出信号１３に対してローパスフィルタ
１８後の振れ変位が遅れ、このため振れ止めに時間がか
かるという性能劣化も生じている。
１次振れに対して減衰を与える制御であり、ロッキング
までをも含めて減衰を与えるものではなく、この予期し
ない高周波振動に対しては、却って加振してしまいいわ
ゆるスピルオーバが発生する。この高周波振動を抑える
ためにも振れ変位検出信号に対してローパスフィルタ１
８を備えているが、このローパスフィルタの存在は１次
振れに対して位相遅れを発生させ、つまり図１１に示す
ように振れ変位検出信号１３に対してローパスフィルタ
１８後の振れ変位が遅れ、このため振れ止めに時間がか
かるという性能劣化も生じている。
【０００８】本発明は、上述の問題に鑑み、１次振れの
位相遅れを無くした振れ止め装置の提供を目的とする。
位相遅れを無くした振れ止め装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次の発明特定事項を有する。 （１）前回のトロリ駆動力指令と前回の状態予測量から
今回の状態予測量を計算し、今回の状態予測量から計算
される今回の振れ変位予測量と今回実測した振れ変位検
出信号との偏差を求め、この偏差をもとに今回の状態予
測量を補正して今回の状態推定量とし、今回の状態推定
値から１次振れ変位と速度を計算するという、カルマン
フィルタ理論に基づいて設計した１次振れ検出部を有す
ることを特徴とする。 （２）前回の状態変位量から今回の状態予測量から計算
し、今回の状態予測量から計算される今回の振れ変位予
測量と今回実測した振れ変位検出信号との偏差を求め、
この偏差をもとに今回の状態予測量を補正して今回の状
態推定量とし、今回の状態推定値から１次振れ変位と速
度を計算するという、カルマンフィルタ理論に基づいて
設計した一次振れ検出部を有し、設計に用いる吊り荷の
振れのダイナミクスは、１次振れとロッキングの固有周
辺と減衰率のみで簡易モデルとすることを特徴とする。
発明は、次の発明特定事項を有する。 （１）前回のトロリ駆動力指令と前回の状態予測量から
今回の状態予測量を計算し、今回の状態予測量から計算
される今回の振れ変位予測量と今回実測した振れ変位検
出信号との偏差を求め、この偏差をもとに今回の状態予
測量を補正して今回の状態推定量とし、今回の状態推定
値から１次振れ変位と速度を計算するという、カルマン
フィルタ理論に基づいて設計した１次振れ検出部を有す
ることを特徴とする。 （２）前回の状態変位量から今回の状態予測量から計算
し、今回の状態予測量から計算される今回の振れ変位予
測量と今回実測した振れ変位検出信号との偏差を求め、
この偏差をもとに今回の状態予測量を補正して今回の状
態推定量とし、今回の状態推定値から１次振れ変位と速
度を計算するという、カルマンフィルタ理論に基づいて
設計した一次振れ検出部を有し、設計に用いる吊り荷の
振れのダイナミクスは、１次振れとロッキングの固有周
辺と減衰率のみで簡易モデルとすることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】ここで、図１〜図８を参照して本
発明の実施の形態の一例を説明する。図１はコンテナク
レーンの全体構成であり図８と変りがないが制御装置１
１内部の構成は、図２に示すように変っており、図９の
ローパスフィルタ１８及び微分演算部１９の代りに１次
振れ検出部２２が存在する。なお、図１，図２にて図
８，図９と同一部分には同符号を付す。この図２におけ
る１次振れ検出部２２では、カルマンフィルタに基づく
１次振れ検出を行なっており、状態推定値によりロッキ
ング成分を除去して位相遅れなく１次振れ変位や１次振
れ速度を得るものである。なお、図２において、Ａ／Ｄ
変換部１７は、アナログ信号をディジタル信号に変換し
て数値データ化するものであり、また、１次振れ検出部
２２による１次振れ変位や１次振れ速度が入力され、ま
た、ノッチ指令やトロリ速度、トロリ位置がそのまま入
力される制御演算部２０では、例えば最適制御の演算が
行なわれトロリ駆動力指令が算出される。また、Ｄ／Ａ
変換部２１ではトロリ駆動力指令がアナログ信号に変換
され、トロリ駆動装置５に入力してトロリを駆動し振れ
止めが行なわれる。
発明の実施の形態の一例を説明する。図１はコンテナク
レーンの全体構成であり図８と変りがないが制御装置１
１内部の構成は、図２に示すように変っており、図９の
ローパスフィルタ１８及び微分演算部１９の代りに１次
振れ検出部２２が存在する。なお、図１，図２にて図
８，図９と同一部分には同符号を付す。この図２におけ
る１次振れ検出部２２では、カルマンフィルタに基づく
１次振れ検出を行なっており、状態推定値によりロッキ
ング成分を除去して位相遅れなく１次振れ変位や１次振
れ速度を得るものである。なお、図２において、Ａ／Ｄ
変換部１７は、アナログ信号をディジタル信号に変換し
て数値データ化するものであり、また、１次振れ検出部
２２による１次振れ変位や１次振れ速度が入力され、ま
た、ノッチ指令やトロリ速度、トロリ位置がそのまま入
力される制御演算部２０では、例えば最適制御の演算が
行なわれトロリ駆動力指令が算出される。また、Ｄ／Ａ
変換部２１ではトロリ駆動力指令がアナログ信号に変換
され、トロリ駆動装置５に入力してトロリを駆動し振れ
止めが行なわれる。
【００１１】さて、ここで図４により吊り荷の振れにつ
いての解析を行なう。図４は、トロリ２及び吊り荷３を
振動方向と垂直な方向からみたときの図であり、図４
（ａ）は、静止時（平衡状態）を示し、ここではロープ
長ｌ1(ｍ）、吊り荷上面から吊り荷重心Ｇまでの距離ｌ
2(ｍ)、ロープ間距離ｄ(ｍ)である。図４(ｂ)は、１次
振れとロッキングとが合成された非平衡状態を示し、こ
こでトロリ質量ｍ(kg)、吊り荷の質量Ｍ(kg)、その慣性
モーメントＩ(kgm2)、線分ＯＰ及び吊り荷の中心線が鉛
直下方となす角θ1 ，θ2 (rad）、平衡状態に対する左
右のロープの伸び量ｚ1 ，ｚ2(ｍ）、左右各々のロープ
のバネ定数Ｋ(N/m) である。
いての解析を行なう。図４は、トロリ２及び吊り荷３を
振動方向と垂直な方向からみたときの図であり、図４
（ａ）は、静止時（平衡状態）を示し、ここではロープ
長ｌ1(ｍ）、吊り荷上面から吊り荷重心Ｇまでの距離ｌ
2(ｍ)、ロープ間距離ｄ(ｍ)である。図４(ｂ)は、１次
振れとロッキングとが合成された非平衡状態を示し、こ
こでトロリ質量ｍ(kg)、吊り荷の質量Ｍ(kg)、その慣性
モーメントＩ(kgm2)、線分ＯＰ及び吊り荷の中心線が鉛
直下方となす角θ1 ，θ2 (rad）、平衡状態に対する左
右のロープの伸び量ｚ1 ，ｚ2(ｍ）、左右各々のロープ
のバネ定数Ｋ(N/m) である。
【００１２】図４（ｂ）にて、いま、吊り荷の重心Ｇは
点Ｐ（Ｃ，Ｄの中央）の真下にあるものとし、ロープの
伸縮ｚ1 ，ｚ2 はロープ長ｌ1 や距離ｌ2 に比べて微小
であってθ1 ，θ2 は共に小さな値をとるとすれば、振
動時のＯＰの長さｌ10は次式（１）となる。 ｌ10＝ｌ1 ＋（ｚ1 ＋ｚ2 ）／２ ・・・・・（１） また、吊り荷の重心Ｇの座標（ｘG ，ｙG ）は次式
（２）となる。 ｘG ＝ｘ＋ｌ10 sinθ1 ＋ｌ2 sinθ2 ｙG ＝−ｌ10 cosθ1 ＋ｌ2 cosθ2 ・・・・・（２） この図４（ｂ）に示す状態での運動エネルギＴは次式
［数１］となり、また図４（ａ）の平衡状態を基準とす
るポテンシャルエネルギＶは次式［数２］となる。
点Ｐ（Ｃ，Ｄの中央）の真下にあるものとし、ロープの
伸縮ｚ1 ，ｚ2 はロープ長ｌ1 や距離ｌ2 に比べて微小
であってθ1 ，θ2 は共に小さな値をとるとすれば、振
動時のＯＰの長さｌ10は次式（１）となる。 ｌ10＝ｌ1 ＋（ｚ1 ＋ｚ2 ）／２ ・・・・・（１） また、吊り荷の重心Ｇの座標（ｘG ，ｙG ）は次式
（２）となる。 ｘG ＝ｘ＋ｌ10 sinθ1 ＋ｌ2 sinθ2 ｙG ＝−ｌ10 cosθ1 ＋ｌ2 cosθ2 ・・・・・（２） この図４（ｂ）に示す状態での運動エネルギＴは次式
［数１］となり、また図４（ａ）の平衡状態を基準とす
るポテンシャルエネルギＶは次式［数２］となる。
【数１】
【数２】
【００１３】ここで、Ｚ＝（ｚ1 ＋ｚ2 ）／２とおき、
θ1 ，θ2 は微小であるのでθ2 ＝（ｚ1 −ｚ2 ）／ｄ
となる。この結果、吊り荷の振動力学系の一般化座標と
してθ1 θ2 ｚが採用でき、またこの系にはトロリ駆動
力ｕが作用しているので、トロリ吊り荷系のダイナミッ
クスは次式［数３］によるラグランジェの運動方程式に
て表わすことができる。なお、本書では ’は１階微分
を現す。
θ1 ，θ2 は微小であるのでθ2 ＝（ｚ1 −ｚ2 ）／ｄ
となる。この結果、吊り荷の振動力学系の一般化座標と
してθ1 θ2 ｚが採用でき、またこの系にはトロリ駆動
力ｕが作用しているので、トロリ吊り荷系のダイナミッ
クスは次式［数３］によるラグランジェの運動方程式に
て表わすことができる。なお、本書では ’は１階微分
を現す。
【数３】
【００１４】上記［数３］の式中にて２次以上の微小項
を無視すると次式［数４］が得られる。本式にて ”は
２階微分を現す。
を無視すると次式［数４］が得られる。本式にて ”は
２階微分を現す。
【数４】
【００１５】この［数４］において、ｘ1 ＝ｘ，ｘ2 ＝
ｘ' ，ｘ3 ＝θ1 ，ｘ4 ＝θ'1，ｘ 5 ＝θ2 ，ｘ6 ＝
θ'2，ｘ7 ＝ｚ，ｘ8 ＝ｚ' にて定義される状態ベクト
ルvecｘ＝［ｘ1 ｘ2 ｘ3 ｘ4 ｘ5 ｘ6 ｘ7 ｘ8 ］T に
ついて微分方程式の形をとると次式［数５］となる。以
下、本書ではベクトル表示にはvec を付す。
ｘ' ，ｘ3 ＝θ1 ，ｘ4 ＝θ'1，ｘ 5 ＝θ2 ，ｘ6 ＝
θ'2，ｘ7 ＝ｚ，ｘ8 ＝ｚ' にて定義される状態ベクト
ルvecｘ＝［ｘ1 ｘ2 ｘ3 ｘ4 ｘ5 ｘ6 ｘ7 ｘ8 ］T に
ついて微分方程式の形をとると次式［数５］となる。以
下、本書ではベクトル表示にはvec を付す。
【数５】
【００１６】
【数６】
【数７】
【００１７】この［数５］［数６］［数７］がトロリ・
吊り荷系のダイナミックスであるが、実際上［数４］を
導出する際の近似誤差や若干の空気抵抗などの影響があ
るために、平均値ゼロで分散値σi 2 （ｉ＝１〜４）が
適切な値の白色ガウス雑音ｗi(t) （ｉ＝１〜４）を加
えて［数５］では表現できない部分を補正する。つま
り、次の［数８］に示すダイナミックスを採用する。
吊り荷系のダイナミックスであるが、実際上［数４］を
導出する際の近似誤差や若干の空気抵抗などの影響があ
るために、平均値ゼロで分散値σi 2 （ｉ＝１〜４）が
適切な値の白色ガウス雑音ｗi(t) （ｉ＝１〜４）を加
えて［数５］では表現できない部分を補正する。つま
り、次の［数８］に示すダイナミックスを採用する。
【数８】
【００１８】マーク９の観測については、カメラにより
点Ｐのｘ座標ｘP を観測することになり次式を得る。 ｘP ＝ｌ10 sinθ1 ＝（ｌ1 ＋ｚ） sinθ1 ≒ｌ1 θ2 ・・・（３） ここで、観測量ｘP をｙとし、 vecＨを次の定数ベクト
ルまたは定数値とし、観測雑音νk としたとき、次の
［数９］となる。
点Ｐのｘ座標ｘP を観測することになり次式を得る。 ｘP ＝ｌ10 sinθ1 ＝（ｌ1 ＋ｚ） sinθ1 ≒ｌ1 θ2 ・・・（３） ここで、観測量ｘP をｙとし、 vecＨを次の定数ベクト
ルまたは定数値とし、観測雑音νk としたとき、次の
［数９］となる。
【数９】
【００１９】以上の結果、１次振れ検出は、ダイナミッ
クス及び観測方程式が前式（５）（６）にて与えられる
線形動的システムの状態推定問題に帰着できることにな
り、システムが線形であるので（５）式の観測雑音νk
の白色性を仮定すれば、状態指定にカルマンフィルタを
適用することができる。演算式を書き表すと次の［数１
０］になる。
クス及び観測方程式が前式（５）（６）にて与えられる
線形動的システムの状態推定問題に帰着できることにな
り、システムが線形であるので（５）式の観測雑音νk
の白色性を仮定すれば、状態指定にカルマンフィルタを
適用することができる。演算式を書き表すと次の［数１
０］になる。
【数１０】
【００２０】この結果、図２にて示す１次振れ検出部２
２では、カルマンフィルタの理論に基づき図３に示すブ
ロックを構成することになる。すなわち、トロリ駆動力
指令信号ｕk-1 （ｋ−１時刻の指令）とＡ／Ｄ変換後の
振れ変位検出信号ｙk と、そして、ｋ−１時刻の状態推
定量 vecｘ# k-1/k-1 によりｋ時刻の状態推定量vecｘ #
k/k を求めるものである。図３によれば、トロリ駆動力
指令信号ｕk-1 に定数ｇを掛け、 vecｘ# k-1/k-1 に定
数 vecＦを掛けたものを加え合せて vecｘ# k/k- 1 を得
ており、他方、Ａ／Ｄ変換後の振れ変位検出信号ｙk と
ｙ# k との差分を採り、この差分に定数 vecＫk を掛け
たものに前記 vecｘ# k/k-1を加えて vecｘ # k/k を得る
ものである。つまり、次式［数１１］となる。
２では、カルマンフィルタの理論に基づき図３に示すブ
ロックを構成することになる。すなわち、トロリ駆動力
指令信号ｕk-1 （ｋ−１時刻の指令）とＡ／Ｄ変換後の
振れ変位検出信号ｙk と、そして、ｋ−１時刻の状態推
定量 vecｘ# k-1/k-1 によりｋ時刻の状態推定量vecｘ #
k/k を求めるものである。図３によれば、トロリ駆動力
指令信号ｕk-1 に定数ｇを掛け、 vecｘ# k-1/k-1 に定
数 vecＦを掛けたものを加え合せて vecｘ# k/k- 1 を得
ており、他方、Ａ／Ｄ変換後の振れ変位検出信号ｙk と
ｙ# k との差分を採り、この差分に定数 vecＫk を掛け
たものに前記 vecｘ# k/k-1を加えて vecｘ # k/k を得る
ものである。つまり、次式［数１１］となる。
【数１１】
【００２１】ここで、 vecｘ# k-1/k-1 は前回時刻で求
めた vecｘ# k/k のことであり、ゼロ時刻の vecｘ# 0/0
［００００００００］とするとき１時刻以降は毎時刻前
回値から求まる。また、添字ｋ／ｋ−１はｋ−１時刻の
データ vecｘ# k-1/k-1 、ｕk -1 をもとにしたｋ時刻の
状態予測量の意味、添字ｋ／ｋはｋ時刻のデータｙkを
もとに補正したｋ時刻の状態推定量である。状態推定量
vecｘ# k/k は vecｘ# k/k ＝［ｘ ｘ' θ1 θ'1 θ2
θ'2 ｚ ｚ' ］T であり、ｘ ｘ' はトロリ位置と速
度、θ1 θ'1は１次振れの角度と角速度、θ2 θ'2はロ
ッキングの角度と角速度、ｚ ｚ' は左右のロープの伸
び量ｚ1 ｚ2 の平均値（ｚ1 ＋ｚ2 ）／２とその変化速
度である。
めた vecｘ# k/k のことであり、ゼロ時刻の vecｘ# 0/0
［００００００００］とするとき１時刻以降は毎時刻前
回値から求まる。また、添字ｋ／ｋ−１はｋ−１時刻の
データ vecｘ# k-1/k-1 、ｕk -1 をもとにしたｋ時刻の
状態予測量の意味、添字ｋ／ｋはｋ時刻のデータｙkを
もとに補正したｋ時刻の状態推定量である。状態推定量
vecｘ# k/k は vecｘ# k/k ＝［ｘ ｘ' θ1 θ'1 θ2
θ'2 ｚ ｚ' ］T であり、ｘ ｘ' はトロリ位置と速
度、θ1 θ'1は１次振れの角度と角速度、θ2 θ'2はロ
ッキングの角度と角速度、ｚ ｚ' は左右のロープの伸
び量ｚ1 ｚ2 の平均値（ｚ1 ＋ｚ2 ）／２とその変化速
度である。
【００２２】図３に戻り、推定量ｙ# k は定数 vecＨと
vecｘ# k/k-1とから求めており、vecｘ# k/k-1 は１時刻
前のデータを出力するｚ-1にて得ている。求められた v
ecｘ# k/k からｋ時刻の１次振れ変位ｄk と１次振れ速
度ｄ'k からなるｄk は次式より求まる。 vecｄk ＝ vecＴ vecｘ# k/k この場合、 vecＴは次の［数１２］に示す定数行列で、
式もｌ1 はロープ長である。
vecｘ# k/k-1とから求めており、vecｘ# k/k-1 は１時刻
前のデータを出力するｚ-1にて得ている。求められた v
ecｘ# k/k からｋ時刻の１次振れ変位ｄk と１次振れ速
度ｄ'k からなるｄk は次式より求まる。 vecｄk ＝ vecＴ vecｘ# k/k この場合、 vecＴは次の［数１２］に示す定数行列で、
式もｌ1 はロープ長である。
【数１２】
【００２３】図５は図３に示す１次振れ検出部２２を図
２に用いた場合の振れ止め結果であり、上段は振れ変位
検出信号、中段は１次振れ検出部２２により検出した１
次振れ変位であり、この中段波形から判明するように１
次振れ検出開始時の最初の数秒間を除きロッキング成分
は略完全に除去できておりしかも位相遅れなく検出でき
ており、この結果振れ止めを開始した１０秒時点より１
次振れが速やかに収速する。
２に用いた場合の振れ止め結果であり、上段は振れ変位
検出信号、中段は１次振れ検出部２２により検出した１
次振れ変位であり、この中段波形から判明するように１
次振れ検出開始時の最初の数秒間を除きロッキング成分
は略完全に除去できておりしかも位相遅れなく検出でき
ており、この結果振れ止めを開始した１０秒時点より１
次振れが速やかに収速する。
【００２４】図３に示す構成は、トロリ駆動力指令信号
１６を１次振れ検出部２２に戻してカルマンフィルタの
白色雑音入力ｕk-1 としたものであるが、図６はこの入
力を用いないいわゆる簡易モデル型の例を示している。
本例における理論解析を示すに、実験によると、振れ変
位検出信号は長周期波（１次振れ）と短周期波（ロッキ
ング）の２つの正弦波の１次結合で表されるため、これ
らの成分をそれぞれｄ1 ，ｄ2 、対応する角周波数をω
1 ，ω2 、対応する減衰率をζ1 ，ζ2 とすれば、
ｄ1 ，ｄ2 は次の微分方程式を満たす。 ｄ"i ＝−２ζi ωi ｄ'i −ωi 2 ｄi （ｉ＝１，２） また、振れ変位検出信号には風外乱等で定常成分が加わ
り、これをｄ3 とする。 ｄ"3 ≒０ いまｘ1 ＝ｄ1 ，ｘ2 ＝ｄ'1，ｘ3 ＝ｄ2 ，ｘ4 ＝
ｄ'2，ｘ5 ＝ｄ3 ，ｘ6 ＝ｄ3 なる状態方程式を定義す
れば信号のダイナミクスは次式［数１３］のように表さ
れる。
１６を１次振れ検出部２２に戻してカルマンフィルタの
白色雑音入力ｕk-1 としたものであるが、図６はこの入
力を用いないいわゆる簡易モデル型の例を示している。
本例における理論解析を示すに、実験によると、振れ変
位検出信号は長周期波（１次振れ）と短周期波（ロッキ
ング）の２つの正弦波の１次結合で表されるため、これ
らの成分をそれぞれｄ1 ，ｄ2 、対応する角周波数をω
1 ，ω2 、対応する減衰率をζ1 ，ζ2 とすれば、
ｄ1 ，ｄ2 は次の微分方程式を満たす。 ｄ"i ＝−２ζi ωi ｄ'i −ωi 2 ｄi （ｉ＝１，２） また、振れ変位検出信号には風外乱等で定常成分が加わ
り、これをｄ3 とする。 ｄ"3 ≒０ いまｘ1 ＝ｄ1 ，ｘ2 ＝ｄ'1，ｘ3 ＝ｄ2 ，ｘ4 ＝
ｄ'2，ｘ5 ＝ｄ3 ，ｘ6 ＝ｄ3 なる状態方程式を定義す
れば信号のダイナミクスは次式［数１３］のように表さ
れる。
【数１３】
【００２５】ただし、 vecｘ＝［ｘ1 ｘ2 ｘ3 ｘ4 ｘ5
ｘ6 ］T である。なお、［数１３］で完全なモデリング
が行なわれるわけではないので、モデリング誤差を白色
ガウス雑音で表せば、次の式［数１４］を得る。
ｘ6 ］T である。なお、［数１３］で完全なモデリング
が行なわれるわけではないので、モデリング誤差を白色
ガウス雑音で表せば、次の式［数１４］を得る。
【数１４】
【００２６】［数１４］式中ｗ1 ｗ2 ｗ3 はそれぞれ長
周期成分ｄ1 、短周期成分ｄ2 、定常成分ｄ3 のモデリ
ング誤差を補償する雑音である。それぞれ、平均値がゼ
ロ、分散がσ1 2 ，σ2 2 ，σ3 2 の互いの独立な白色ガ
ウス雑音とする。他方、カメラにより点Ｐのｘ座標ｘP
にて観測される出力、すなわち、水平方向変位ｘP は前
述の状態でベクトルを用いると次のようになる。 ｘP ＝ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ＝［１０１０１０］ vecｘ ここで、観測量ｘP をｙとし、 vecＨを定数ベクトル、
観測雑音νk とするとき、次式［数１５］となる。
周期成分ｄ1 、短周期成分ｄ2 、定常成分ｄ3 のモデリ
ング誤差を補償する雑音である。それぞれ、平均値がゼ
ロ、分散がσ1 2 ，σ2 2 ，σ3 2 の互いの独立な白色ガ
ウス雑音とする。他方、カメラにより点Ｐのｘ座標ｘP
にて観測される出力、すなわち、水平方向変位ｘP は前
述の状態でベクトルを用いると次のようになる。 ｘP ＝ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ＝［１０１０１０］ vecｘ ここで、観測量ｘP をｙとし、 vecＨを定数ベクトル、
観測雑音νk とするとき、次式［数１５］となる。
【数１５】
【００２７】この１次振れの簡易手法による検出は、ダ
イナミックス及び観測方程式が前式（８）（９）式で与
えられる線形動的システムの状態推定問題に帰着できる
ことになり、システムが線形であるので、（８）式の観
測雑音νk の白色性を仮定すれば、状態推定にカルマン
フィルタを適用することができる。演算式を書き表すと
次の［数１６］になる。
イナミックス及び観測方程式が前式（８）（９）式で与
えられる線形動的システムの状態推定問題に帰着できる
ことになり、システムが線形であるので、（８）式の観
測雑音νk の白色性を仮定すれば、状態推定にカルマン
フィルタを適用することができる。演算式を書き表すと
次の［数１６］になる。
【数１６】
【００２８】この結果、図２に示す１次振れ検出部２２
では、カルマンフィルタの理論に基づき、図６に示すブ
ロックを構成することになる。すなわち、図２に示すよ
うにトロリ駆動力指令信号がなく、Ａ／Ｄ変換後の振れ
変位検出信号ｙk とｋ−１時刻の状態推定量 vecｘ#
k-1/k-1 よりｋ時刻の状態推定量 vecｘ# k/k を求める
ものである。図６の説明については、図３の説明と同様
であるのでその説明を省略するが、次式［数１７］をブ
ロック化したものである。
では、カルマンフィルタの理論に基づき、図６に示すブ
ロックを構成することになる。すなわち、図２に示すよ
うにトロリ駆動力指令信号がなく、Ａ／Ｄ変換後の振れ
変位検出信号ｙk とｋ−１時刻の状態推定量 vecｘ#
k-1/k-1 よりｋ時刻の状態推定量 vecｘ# k/k を求める
ものである。図６の説明については、図３の説明と同様
であるのでその説明を省略するが、次式［数１７］をブ
ロック化したものである。
【数１７】
【００２９】ここで、状態推定量 vecｘ# k/k は vecｘ#
k/k ＝［ｄ1 ｄ' ｄ2 ｄ'2 ｄ3 ｄ'3］T であり、ｄ1
ｄ'1は１次振れの変位と速度、ｄ2 ，ｄ'2はロッキング
の変位と速度、ｄ3 ，ｄ'3は風外乱等による振れの定常
成分の変位と速度である。そして、ｋ時刻の１次振れ変
位ｄ1kと１次振れ速度ｄ'1kからなる vecｄ1kは次式よ
り求まる。 vecｄ1k＝ vecＴ vecｘ# k/k この場合、 vecＴは次式［数１８］に示す定数行列であ
る。
k/k ＝［ｄ1 ｄ' ｄ2 ｄ'2 ｄ3 ｄ'3］T であり、ｄ1
ｄ'1は１次振れの変位と速度、ｄ2 ，ｄ'2はロッキング
の変位と速度、ｄ3 ，ｄ'3は風外乱等による振れの定常
成分の変位と速度である。そして、ｋ時刻の１次振れ変
位ｄ1kと１次振れ速度ｄ'1kからなる vecｄ1kは次式よ
り求まる。 vecｄ1k＝ vecＴ vecｘ# k/k この場合、 vecＴは次式［数１８］に示す定数行列であ
る。
【数１８】
【００３０】図７は、図６に示す１次振れ検出部２２を
図２に用いた場合の振れ止め結果であり、１次振れ検出
開始時の最初の数秒間を除いては、ロッキング成分はほ
ぼ完全に除去できており、かつ位相遅れなく検出できて
いる。これにより、振れ止めを開始した１０秒地点よ
り、１次振れは速やかに収束している。また、本例で
は、１次振れとロッキングの角周波数ω1 ，ω2 だけを
未知パラメータにするだけでよく、図３の例に比べて未
知パラメータ数を低減化できる。ちなみに、図３の例に
おける未知パラメータは、吊りロープ長、吊り荷の重心
位置、吊り荷の質量、慣性モーメント、吊りロープのバ
ネ定数であり、これらは吊り荷の巻上げ下げや吊り荷の
内容物により変化するものである。
図２に用いた場合の振れ止め結果であり、１次振れ検出
開始時の最初の数秒間を除いては、ロッキング成分はほ
ぼ完全に除去できており、かつ位相遅れなく検出できて
いる。これにより、振れ止めを開始した１０秒地点よ
り、１次振れは速やかに収束している。また、本例で
は、１次振れとロッキングの角周波数ω1 ，ω2 だけを
未知パラメータにするだけでよく、図３の例に比べて未
知パラメータ数を低減化できる。ちなみに、図３の例に
おける未知パラメータは、吊りロープ長、吊り荷の重心
位置、吊り荷の質量、慣性モーメント、吊りロープのバ
ネ定数であり、これらは吊り荷の巻上げ下げや吊り荷の
内容物により変化するものである。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、今
回の振れ変位検出信号と今回の振れ変位予測量との差分
から今回の１次振れの変位と速度の推定値をカルマンフ
ィルタの理論に基づき得る１次振れ検出部を有すること
により、１次振れおよびロッキングによる振れを検出で
きてしかも短時間による振れ止めが可能となった。ま
た、前回のトロリ駆動力指令を入力しない場合には、未
知パラメータ数の低減化を達成することができる。
回の振れ変位検出信号と今回の振れ変位予測量との差分
から今回の１次振れの変位と速度の推定値をカルマンフ
ィルタの理論に基づき得る１次振れ検出部を有すること
により、１次振れおよびロッキングによる振れを検出で
きてしかも短時間による振れ止めが可能となった。ま
た、前回のトロリ駆動力指令を入力しない場合には、未
知パラメータ数の低減化を達成することができる。
【図１】コンテナクレーンの全体構成図。
【図２】吊り荷の振れ止め装置のシステム構成図。
【図３】１次振れ検出部のブロック線図。
【図４】振れに関する各種変数を示した図。
【図５】吊り荷の振れ止め波形図。
【図６】１次振れ検出部の変形例のブロック線図。
【図７】図６による吊り荷の振れ止め波形図。
【図８】従来のコンテナクレーンの全体構成図。
【図９】吊り荷の振れ止め装置のシステム構成図。
【図１０】１次振れとロッキングの説明図。
【図１１】従来の吊り荷の振れ止め波形図。
１１ 制御装置 １３ 振れ変位検出信号 １６ トロリ駆動力指令信号 ２２ １次振れ検出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 進 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 吊り荷をロープで懸吊して横行して搬送
するトロリの目標速度設定信号（ノッチ指令信号）、前
記トロリの位置及び速度検出信号、前記吊り荷の振れ変
位検出信号をそれぞれ入力して、前記振れ変位検出信号
から１次振れの変位と速度を検出し、この１次振れ変位
と速度、前記トロリ目標速度設定信号、トロリ位置及び
速度検出信号に基づいてトロリ速度指令を演算して出力
し、吊り荷の振れを制御する吊り荷の振れ止め装置にお
いて、１次振れの変位と速度の検出は、カルマンフィル
タ理論に基づいて設計した１次振れ検出部により行うこ
とを特徴とする吊り荷の振れ止め装置。 - 【請求項２】 吊り荷をロープで懸吊して横行して搬送
するトロリの目標速度設定信号（ノッチ指令信号）、前
記トロリの位置及び速度検出信号、前記吊り荷の振れ変
位検出信号をそれぞれ入力して、前記振れ変位検出信号
から１次振れの変位と速度を検出し、１次振れ変位と速
度、前記トロリ目標速度設定信号、トロリ位置及び速度
検出信号に基づいてトロリ速度指令を演算して出力し、
吊り荷の振れを制御する吊り荷の振れ止め装置におい
て、１次振れの変位と速度の検出は、吊り荷の振れのダ
イナミクスを１次振れとロッキングの固有周期と減衰率
のみで表した簡易モデルを使ってカルマンフィルタ理論
に基づいて設計した１次振れ検出部により行うことを特
徴とする吊り荷の振れ止め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21840397A JPH1160152A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 振れ止め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21840397A JPH1160152A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 振れ止め装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1160152A true JPH1160152A (ja) | 1999-03-02 |
Family
ID=16719374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21840397A Pending JPH1160152A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 振れ止め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1160152A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101348535B1 (ko) * | 2011-03-21 | 2014-01-08 | 주식회사 노바 | 크레인의 제어장치 |
| JP2016120996A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | Ｉｈｉ運搬機械株式会社 | トロリ式クレーンの振れ止め制御方法及び装置 |
| JP2016120995A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | Ｉｈｉ運搬機械株式会社 | クレーンの振れ角検出方法及び装置 |
-
1997
- 1997-08-13 JP JP21840397A patent/JPH1160152A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101348535B1 (ko) * | 2011-03-21 | 2014-01-08 | 주식회사 노바 | 크레인의 제어장치 |
| JP2016120996A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | Ｉｈｉ運搬機械株式会社 | トロリ式クレーンの振れ止め制御方法及び装置 |
| JP2016120995A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | Ｉｈｉ運搬機械株式会社 | クレーンの振れ角検出方法及び装置 |
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Legal Events
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Effective date: 20040607 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061116 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20061121 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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| A521 | Written amendment |
Effective date: 20070118 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070306 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |