JPS6044487A - 振れ角検出用信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は運搬すべき荷を吊した状態で走行する天井クレ
ーンにおいて、天井クレーンの実際の振れ角及び振れ角
速度を推定するのに使用される振れ角検出用信号処理装
置に関する。

一般に、天井クレーンでは、運搬中における吊シ荷の振
れ角は出来るだけ小さい方が安全性等の面で望ましい。

このため１通常、吊り荷の振れ角を検出する振れ角検出
器が天井クレーンに設けられており、振れ角検出器の検
出値にしたがって振れ止め制御が行われている。しかし
ながら、振れ角検出器の検出値には、実際の振れ角成分
の外に。

振れ角検出器の検出ロープの定在波振動及びその他の機
械的振動に伴なう雑音成分が外乱として不可避的に混入
している。したがって、振れ角検出器の検出値をそのま
ま振れ止め制御に使用したのでは、十分な結果が得られ
ないことが判明した。

そこで、上記雑音成分を除去して吊り荷系の振れ角及び
振れ角速度を推定するために、振れ角検出器の出力を所
定の周期でサンプルし、サンプルして得られた複数個の
サンプル値を最小自乗法による演算を使用してめる方法
も考えられるが。

この方法では、精度を上げるためにはサンプル数を多く
し々げればならず、それによシ演算を実行して結果を得
るまでに時間が掛かシ、又、現時点より過去の振れ角及
び振れ角速度しか推定できないという欠点があった。

により零点が移動してし甘うという欠点があった。

本発明の目的は、上記従来の欠点をＮ法し、振れ角検出
器の出力に含まれる雑音成分を除去し。

かつ現時点の振れ角及び振れ角速度を実時間で推定でき
る振れ角検出用信号処理装置を提供することにある。

更に１本発明の他の目的は、前記振れ角検出器の零点の
移動を補償して吊シ荷の振れ角及び振れ角速度を推定し
て出力する振れ角検出用信号処理装置を提供することに
ある。

本発明によれば、吊シ荷をロープで吊した状態で、吊シ
上げ位置から目標位置寸で搬送Ｉ〜、前記吊り荷の振れ
角を実時間的に検出する振れ角検出器を有する天井クレ
ーンを制御するために使用される振れ角検出用信号処理
装置であって、前記振れ角検出器の検出出力信号と前記
天井クレーンの加速度制御信号とを入力し、所定の演算
を実行することによシ、前記吊シ荷の振れ角及び振れ角
速度を実時間的に推定して出力することを特徴とする振
れ角検出用信号処理装置が得られる。

すなわち１本発明では、吊シ荷の振れ角及び振れ角速度
を、振れ角検出器の検出出力信号ばかりでなく天井クレ
ーンの加速度制御信号をも用いることによシ、後述する
演算式に従って実時間的に推定する。

以下９図面を参照して本発明を説明する。

第１図は本発明の適用される天井クレーンの制御系を示
している。図において、１は天井クレーンのトロリーを
示し、このトロリー１には、トロリー１を走行軌道上に
走行させるためのモータ２及び吊シ荷３を吊すためのロ
ープ１０を巻回したドラム４とが搭載されている。更に
、ドラム４のロープ１０に近接して振れ角検出器５が設
けられており、この振れ角検出器５の検出結果である振
れ角ｙは制御装置６に与、えられる。制御装置６は。

後で詳述する本発明に係る振れ角検出用信号処理装置６
１と、この振れ角検出用信号処理装置６１から出力され
る吊シ荷３の最も確か帳しい振れ角へ θ及び振れ角速度θを受けて速度制御装置７に速度指令
を発する装置６２とからなる。又、この速度指令発生装
置６２は、振れ角検出用信号処理装置６１へ天井クレー
ンの加速度制御信号αを送出しており、この加速度制御
信号αを積分して速度制御装置７へ速度指令を発する。

第２図は第１図の天井クレーンの吊シ荷系をより具体的
に示している。図において、８は吊り荷３（第１図）を
引っかけるフックブロックを示し。

このフックブロック８には振れ角検出５５から検出ロー
プ９が接続されている。振れ角検出器５は。

この検出ロープ９の振れ角を検出する。この吊シ荷３（
第１図）と吊りロープ１０からなる吊シ荷系を、減衰振
シ子と仮定すると、吊り荷系における運動方程式は ’ｉｚ＋２ζωδ十ω２θ＝ω２α／ｇであられされる
。ここで、θは振れ角、θ＝ｄθ／ａｔ、θ＝ｄ２θ／
ｄｔ２．ωは吊り荷３の自由振動角周波数、ζは吊シ荷
３の自由振動減衰係数。

及びｇは重力加速度である。

上記吊り荷系の運転方程式は、Ｘを吊り荷の運動、出力
ｙを振れ角検出器の出力に対応させて。

状態空間法１遺用すると一般の系と同様に、第３図のよ
うにあられせる。このときの運動方程式は。

灸−ＡＸ　十ｂα −Ｃｘ の形式で表わせるものとする。ここで状態ペクトとする
と、上記Ａ、、ｂ　、ｃは、それぞれとなる。

しかしながら、上記運動方程式及び第３図の状態空間法
で表わされた吊シ荷系は、実際の吊シ荷系と十分には対
応していないことが判明した。

再び、第１図、第２図を参照すると、実際の吊り荷系に
は１例えば、トロリー１の機械的振動及び風等により、
吊り荷３は不可避的に振動し、この振動がシステム雑音
Ｖとなってあられれる。このシステム雑音は状態ベクト
ルＸの値を変動させる。

又、振れ角検出器５の出力ｙＫは、実際の吊り荷３の振
れ角成分θの他に、検出ロープ９の定在波振動やトロリ
ー１の機械的振動によって振れ角検出器５が振動するこ
と等による測定雑音Ｗも混入している。したがって、実
際の吊シ荷系は第４図のようにあられすことかでき、こ
の系の運動方程式（ハ）。

Ｘ、＝ＡＸ＋ｂα＋Ｖ ｙ　＝　Ｃｘ　＠−ｗ となる。

第５図を参照すると、第４図に示された吊シ荷系を制御
するために使用される本発明の一実施例に係る振れ角検
出用信号処理装置６１が吊り荷系と共に示されている。

第５図に示される振れ角検出用信号処理装置６■は、ク
レーンの加速度制御信号αと振れ角検出器５の出力ｙと
を受け、後述する処理により実際の振れ角θ及び振れ角
速度δの近似値である推定振れ角θ及び推定振れ角速度
かを算出する。目示した吊り荷系における振れ角θ及び
振れ角速度にの最適近似値をめるためには、以下の演算
式（１）にしたがって、演算を行えばよい。

文 ｘ＝　（Ａ−ｋｃ）ｘ＋ｋｙ＋ｂα　、、（１）制御の
分野で用いられるケ゛インベクトルである。

なお、演算式第（１）式を満たす構成は第５図に限らず
、他の構成をとってもよいのはいうまでもない。

第（１）式の演算を行うためには、マトリ、クスＡに含
まれている吊り荷系の固有角速度ω及び減衰係数ζを算
出する必要がある。以下では、まず。

コレラ両ハラメータω、この算出方法について説明する
。

（１）吊シ荷系の固有角速度ω Ｇ）　＝４　［：　ｒｅｄ／ｓｅｅ　］ここで、ｔはロ
ープ長〔ｍ３２ｇ：重力加速度〔９，８ｍＡｅＣ２）（
２）吊シ荷系の減衰係数ζ　。

第６図に示すように、吊シ荷系を自由振動させ。

各ピーク時における変位量の極大値Ｘｋ（ｋ−１，３゜
５、・・）を調べてＸｋ　’　Ｘｋ＋２を得て１次式よ
シζをめる。

次に、第（１）式中のケ゛インベ”クトルにはカルマン
フィルタの理論及びリカッティ方程式を用いて最適に定
めることができる。

上述のようにパラメータω、ζ、に−［：”）ｔ−に２ 決定すれば、第５図の１点鎖線内の振れ角検出用処理装
置６１は、第７図に示すように、積分器１３と係数器１
４と加算器１５を用いて実施できる。

なお、第７図の回路で行なわれる演算をマイクロコンピ
ュータを使用しても実現できるのは勿論である。

第８図は第７図の回路において、吊シ荷系を自由振動（
制御人力α−０）させたときの各状態量の波形を示した
図である。１＝０で本信号処理装置が作動し、初期条件
として、θ（０）−〇、θ（０）−〇とする。図から明
らかなように、実際の振れ角θおよび振れ角速度δと１
本処理装置で推定された振れ角７および振れ角速度分の
偏差は、過渡期（０〜ｔ１）の後、０に近づくように調
整されているのがわかる。

又、推定振れ角θおよび推定振れ角速度θには。

振れ角検出器５の出力ｙに表われる検出ロープ９の定在
波振動や機械振動による測定雑音Ｗも取り除かれている
のがわかる。

再度、第２図を参照すると、天井クレーンの吊り荷系は
巻上は高さが変わった場合２図中のΔθ分だけ振れ角検
出器５の零点がずれてしまう。

又、第１図を参照すると、レール】２の傾きやガーダの
キャンバ（トロリー１を搭載したことによるガーダの沈
下分）によって、も、振れ角検出器５の零点が変化する
。

従来、上記の零点移動の対策として、第１図の制御装置
６に、クレーンのヤード内の位置と振れ角検出器５の零
点を対応させるようなテ、−プル又は関数をもたせてい
たが、この方法では、調整時間が増大し、多量のメモリ
エリアを要するという欠点があった。

第９図には、上記零点移動を考慮した吊り荷系の構成が
示されている。図中のθｄがこの零点移動によるＤＣ雑
音を示している。

θｄを考慮すると、より実際に近い吊シ荷系は。

ｘ＝Ａｘ＋ｂα＋Ｖ ｙ　＝　ＣＸ　−１−ｗ　−１−ｄ 適用可能な本発明の他の実施例に係る振れ角検出用信号
処理装置６１′が示されている。

第１０図に示された振れ角検出用信号処理装置６１′を
構成するＡ、ｂ、Ｃは、第５図と同様の構成であり、ノ
クラメータω、ζも第５図の場合と同様に算出できる。

本実施例では、振れ角検出器５の出力ｙと本装置の推定
出力９の誤差を所定係数（ｋ３）倍して積分器に入力す
ることにより、推定ＤＣ雑音０ｄをめている。又、ゲイ
ンベクトルに１−２ζω＋（２ａ＋ｃ　）−ｃ（ａ　＋
ｂ　）／ωに２＝−（４ζ２−１）ω−２（２ａ＋ｃ）
ζ−（ａ　十ｂ　＋２ａｃ）／ωに３＝、、（ａ２＋ｂ
２）／ω２ ここでｒ　ａ　＋　ｂ　ｒ　（！は、　ａ　（０、ｃ　
（Ｏの条件を満たす実数である。

第１１図は、第１０図の振れ角検出用信号処理装置・６
１′を、積分器１３．係数器１４及び加算器１５とを用
いて構成した回路図である。

第１２図は振れ角検出器５に零点移動がある状態で吊シ
荷系を自由振動させたときの第１１図の回路の各状態量
の波形を示した図である。この図から明らか々ように、
ＤＣｉ音θｄを取り除いた実際の振れ角θ及び振れ角速
度θを推定して出力できることかわかる。

以上の説明で明らかなように１本発明によれば。

振れ角検出器の検出出力と天井クレーンの加速度制御入
力信号とを用いて、吊シ荷の振れ角及び振れ角速度を指
定して出力することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用される天井クレーンの制御系を示
したブロック図、第２図は天井クレーンの吊り荷系の構
造図、第３図は雑音がない場合の吊り荷系の構成図、第
４図は不規側雑音を考慮した吊り荷系の構成図、第５図
は本発明による振れ角検出用信号処理装置の一実施例を
示した構成図。 第６図は吊り荷系の減衰係数ζを９出するだめの吊シ荷
系の自由振動波形図、第７図は第５図の具体例を示した
回路図、第８図は吊シ荷系を自由振動させたときの第７
図の回路の各状態量の波形図。 第９図は不規則雑音及びＤＣ雑音を考慮に入れた吊ね荷
系の構成図、第１０図は本発明による振れ角検出用信号
処理装置の他の一実施例を示した構成図、第１１図は第
１０図の具体例を示した回路図。 第１２図は振れ角検出器に零点移動がある状態で吊シ荷
系を自動振動さぜたときの第１１図の回路の各状態量の
波形図である。 ■・・・）０！Ｊ−１２・・モータ、３・・吊’）荷、
４・・・巻上げドラム、５・・・振れ角検出器、６・制
御装置。 ７・・・速度制御装置、８・・・フックブロック、９・
・検出ロープ、１０・・吊り荷ロープ、１１・・イコラ
イザーシーブ、１２・・レール、１３・・積分器、１４
・・・係数器、１５・・加算器。 第６図 第７図 ｔ−ｏ　ｔ−ｔ。 第８図 第９図 第Ｈ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　吊シ荷を吊した状態で搬送する天井クレーン及び該
   天井クレーンの加速度及び速度を算出し。 算出された速度にしたがって天井クレーンを振れ止め制
   御する装置とを含む系に使用され、前記吊り荷の振れ角
   の検出値から実際の振れ角及び振れ角速度を算出推定す
   る振れ角検出用信号処理装置において、前記加速度をあ
   られす加速度信号及び前記振れ角の検出値をあられす角
   度信号とを受け。 前記天井クレーンの搬送及び前記検出値の少なくとも一
   方に伴なう外乱を考慮した演算を実行し。 前記実際の振れ角及び振れ角速度の推定値を実時間的に
   算出することを特徴とする振れ角検出用信号処理装置。