JPS6393675A - 舵取用走行車輪の自動舵取制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、舵取用走行車輪を取付けた走行台車を、円形
断面の配管内を常に安定して走行させるための舵取用走
行車輪の自動舵取制御ｌ装置に関するものでおる。

（従来の技術） 火力発電所や原子力発電所等において、復水器を冷却す
る円形断面の循環水配管内の清掃、点検等の作業を行う
清掃車の走行台車に取付けられた舵取用走行車輪の舵取
操作は、従来は作業者が手動により行っていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、円形断面の配管内で走行台車を常に安定
して走行させるには、走行面が湾曲しているため、舵取
りのタイミングか悪いと走行台車か正規の走行路から外
れるので、作業者は絶えず゛走行台車の状態、例えば走
行台車の傾斜等に注意し、走行台車が正規の走行路から
外れると、直ちに熟練と勘により舵取装置を手動操作し
て、走行台車を正規の走行路に復帰させねばならなかっ
た。

従って、作業者の負担は過大となり、作業者の疲労は増
大し、かつ作業者が適正に舵取装置を手動操作できるよ
うになるまでには、教育、訓練に多大の時間を要し、作
業能率が低下するという問題点があった。従って、作業
者の熟練や勘に依存しないで、自動的に走行台車の水平
に対する傾斜角度を検出し、走行台車が常に安定した走
行姿勢で走行できる自動舵取制御装置の開発が要望され
ていた。

本発明は、これらの問題点を解決し、前記の要望を実現
するためになされたものである。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決するための手段を、本発明の実施例
に対応する第１図および第２図を参照して説明する。

第１図に示づ舵取用モータ２により、減速機構３ａおよ
び連結軸５と減速機構３ｂを介して走行台車７の傾斜角
度θｉを指令傾斜角度θａに近付ける方向に舵角θＳだ
け回動するように駆動される舵取用走行車輪４ａ、４ｂ
を取付け、円形断面の配管６内を走行する走行台車７に
、第２図に示すように、走行台車７の水平に対する傾斜
角度を検出して検出傾斜角度θｉを出力する傾斜角度検
出器８と；走行台車７に付与すべき傾斜角度、すなわち
指令傾斜角度θａを出力する傾斜角度指令器１４と：舵
取用モータ２の回転速度ωを検出して出力する回転速度
検出器９と；舵取用走行車輪４ａまたは４ｂの舵角θＳ
を検出して出力する舵角検出器１０と；傾斜角度指令器
１４の出力の指令傾斜角度θａおよび傾斜角度検出器８
の出力の検出傾斜角度θｉを入力し、両者の差を比例積
分微分制御（以下、ＰＩＤ！１Ｊｔｌｌと略記する）し
てθｂとして出力する比例積分微分制御回路１５（以下
、ＰＩＤ制御回路１５と略記する）と：このＰＩＤ制御
回路１５の出力θｂおよび舵角検出器１Ｏの出力の舵角
θＳを入力し、両者の差を増幅して出力する位置制御回
路１２と、この位置制御回路１２の出力および回転速度
検出器９の出力を入力し、両者が等しくなるように舵取
用モータ２の回転速度ωを制御する速度制御回路１３と
から成る位置決め制御回路１１とを有する自動舵取制御
装置１を設置する。

（作用） しかるときは、傾斜角度指令器１４に、走行台車７に付
与すべき指令傾斜角度θａを予め設定して、配管６内に
おいて、走行台車７を走行させると、傾斜角度指令器１
４の出力の指令傾斜角度θａと、傾斜角度検出器８によ
り検出された走行台車７の実際の傾斜角度、すなわち検
出傾斜角度θｉはＰＩＤ制御回路１５に入力される。Ｐ
ＩＤ制御回路１５は、この入力された指令傾斜角度θａ
と検出傾斜角度θｉとの差をＰＩＤ制御し、θｂを位置
制御回路１２に出力するとともに、θａ＝θｉとなるよ
うに制御する。位置制御回路１２は、ＰＩＤ制御回路１
５の出力θｂおよび舵角検出器１０の出力の舵角θＳを
入力し、両者の差（θｂ−θＳ）を増幅して速度制御回
路１３に対して出力する。速度制御回路１３は、この位
置制御回路１２の出力の（θｂ−θＳ）と回転速度検出
器９の出力とを入力し、両者が等しくなるように舵取用
モータ２の回転速度ωを制御する。そして、変化する舵
取用モータ２の回転速度ωは回転速度検出器９により検
出されて速度制御回路１３にフィードバックされ、また
舵取用モータ２の動力は減速機構３ａ、３ｂを介して舵
取用走行車輪４ａ。

４ｂに伝達され、舵取用走行車輪４ａ、４ｂの舵角θＳ
を変化させ、この変化した舵角θＳは舵角検出器１０に
より検出され、位置決め制御回路１ｊの位置制御回路１
２にフィードバックされる。

ｌ＋ト での結果、速度制御回路１３によりω＝Ｏ１θｂ−θＳ
＝Ｏとなり、θ睦−θＳの関係が常に成立し、ＰＩＤ制
御回路１５の出力θｂに追従して舵角θＳが位置決めさ
れる。また、走行中に走行台車７が傾斜すると、その傾
斜角度は傾斜角度検出器８により検出され、その検出傾
斜角度は傾斜θｉはＰＩＤ制御回路１５にフィードバッ
クされ、この−巡の閉ループ回路（第３図参照）により
、検出傾斜角度θｉは傾斜角度指令器１４に設定された
指令傾斜角度θａに等しくなるように制御される。従っ
て、いま指令傾斜角度θａを零とすれば、検出傾斜角度
θｉも零となるように、すなわち、走行台車７を常に水
平に保持するように制御することができる。従って、走
行台車７が走行中に外乱等により傾斜しても、走行台車
７は常に水平に保持され、また舵取用走行車輪４ａ、４
ｂの舵角θＳは常にＰＩＤ制御回路１５の出力θｂに等
しくなるように制御されるので、走行台車７は常に水平
を保持しながら、配管６内の直線部および曲線部を安定
走行することができる。

（実施例） 以下に、本発明の舵取用走行車輪の自動舵取制御装置の
一実施例を図面について説明する。

第１図は本発明の一実施例の正面図、第２図はそのブロ
ック線図、第３図は比例積分微分制御回路の具体的な回
路図、第４図は第２図および第３図を伝達関数で示した
ブロック線図である。

第１図ないし第３図において同一参照番号は同一部材を
示す。

第１図ないし第３図において、舵取用走行車輪の自動舵
取制御装置装置１は、走行台車７の傾斜角度θｉを指令
傾斜角度θａに近付ける方向に、舵取用モータ２により
減速機構３ａを介して舵角θＳだけ回動するように駆動
される舵取用走行車輪４ａと、舵取用モータ２により連
結軸５および減速機構３ｂを介して舵取用走行車輪４ａ
と同方向に同じ舵角θＳだけ回動するように駆動される
舵取用走行筒車４ｂとを取付け、円形断面の配管６内を
走行する走行台車７に設置され、この走行台車７の水平
に対する傾斜角度を検出して検出傾斜角度θｉを出力す
る傾斜角度検出器８と：走行台車７に付与すべき傾斜角
度、すなわち指令傾斜角度θａを出力する傾斜角度指令
器１４と；舵取用モータ２の回転速度ωを検出して出力
する回転速度検出器９と：舵取用走行車輪４ｂの舵角θ
Ｓを検出して出力する舵角検出器１０と；傾斜角度検出
器８の出力の検出傾斜角度θｉを入力し、この入力した
検出傾斜角度θｉのオーバシュートを防止するためにこ
れを一次微分する比例積分微分制御回路１６（以下、Ｐ
Ｄ制御回路１６と略記する）と、傾斜角度指令器１４の
出力の指令傾斜角度θａを入力し、この指令傾斜角度θ
ａとＰＤ回路１６の出力の検出傾斜角度θｉとの差を増
幅してθｂとして出力する演算増幅器１７と、この演算
増幅器１７の出力θｂをリミッタ回路１８により制限し
、比例積分して演算増幅器１７にフィードバックする比
例積分微分制御回路１９（以下、ＰＩ制御回路１９と略
記する）と、抵抗２０，２１゜２２．２３と、コンデン
サ２４．２５とから成る比例積分微分制御回路１５（以
下、ＰＩＤ制御回路１５と略記する）と；このＰＩＤ制
御回路１５の出力θｂおよび舵角検出器１０の出力の舵
角θＳを入力し、両者の差（θｂ−θＳ）を増幅して出
力する位置制御回路１２と、この位置制御回路１２の出
力（θｂ−θＳ）および回転速度検出器９の出力とを入
力して、両者が等しくなるように舵取用モータ２の回転
速度ωを制御する速度制御回路１３とから成る位置決め
制御回路１１とを有している。

従って、傾斜角度指令器１４に、走行台車７に付与すべ
き指令傾斜角度θａを予め設定し、配管６内において走
行台車７を走行させると、傾斜角度指令器１４の出力の
指令傾斜角度θａおよび傾斜角度検出器８により検出さ
れた走行台車７の実際の傾斜角度、すなわち検出傾斜角
度θ１はともにＰＩＤ制御回路に入力される。ＰＩＤ制
御回路１５は、指令傾斜角度θａとＰＤ制御回路１６に
より一次微分された検出傾斜角度θ１の差を演算増幅器
１７により増幅してθｂとして出力する。

この演算増幅器１７の出力θｂは、リミッタ回路１８に
より制限され、ＰＩ制御回路１９により比例積分されて
演算増幅器１７にフィードバックされるとともに、位置
制御回路１２に対して出力される。位置制御回路１２は
、ＰＩＤ制御回路１５の出力θｂおよび舵角検出器１０
により検出された舵取用走行車輪４ｂの舵角θＳを人力
し、両者の差（θｂ−θＳ）を増幅して速度制御回路１
３に対して出力する。速度制御回路１３は、この位置制
御回路１２の出力（θｂ−θＳ）と回転速度検出器９の
出力を入力し、両者が等しくなるように舵取用モータ２
の回転速度ωを制御する。そして、変化する舵取用モー
タ２の回転速度ωは回転速度検出器９により検出されて
速度制御回路１３にフィードバックされ、また舵取用モ
ータ２の動力は、減速機構３ａを介して舵取用走行車輪
４ａに、連結軸５および減速機構３ｂを介して舵取用走
行単輪４ｂにそれぞれ伝達され、舵取用走行車輪４ａ、
４ｂの舵角θＳを変化させ、この変化した舵角θＳは舵
角検出器１０により検出され位置制御回路１２にフィー
ドバックされる。その結果、ω−〇、θｂ−θＳ＝Ｏと
なり、ＰＩＤ制御回路１５の出・力θｂと舵取用走行車
輪４ａ、４ｂの舵角の間にはθｂ−θＳの関係か寓に成
立し、ＰＩＤ　ｆｆ］ＩＪ御回路１５の出力θｂに追従
して舵取用走行車輪４ａ、４ｂの舵角θＳが位置決めさ
れる。また、配管６内を走行中に走行台車７が傾斜（る
と、その傾斜角度は傾斜角度検出器８により検出され、
その検出傾斜角度θｉはＰＩＤ制御回路１５にフィード
バックされ、この−巡の閉ループ回路（第３図参照）に
より、走行台車７の検出傾斜角度θｉは傾斜角度指令器
１４に設定された指令傾斜角度θａに等しくなるように
制御される。従って、いま指令傾斜角度θａを零に設定
すれば、検出傾斜角度θｉも零となるように、すなわち
走行台車７を常に水平に保持するように制ｔａｔ＋　す
ることかできるので、走行台車７か走行中に外乱等によ
り傾斜しても、走行台車７は常に水平に保持され、また
舵取用走行車輪４ａ、４ｂの舵角θＳは常にＰＩＤ制御
回路１５の出力θｂに等しくなるように制御されるので
、走行台車７は常に水平を保持しながら、配管６内の直
線部および曲線部を安定走？テすることができる。

いま、第３図において、抵抗２０，２２．２３の抵抗値
をＲ，ＰＩ制御回路１９の比例ゲインをＫＰ、積分ゲイ
ンをＫＩとしたときの抵抗２１の抵抗値をＫＰ　Ｒ、コ
ンデンサ２４．２５の容積をそれぞれ１／に１Ｒ，ＫＰ
／ＫＩ　Ｒとし、第２図のブロック線図を伝達関数のブ
ロック線図で表わすと第４図となる。第４図において、
１５ａは第３図のＰＩＤ制御回路１５の伝達関数、１１
ａは位置決め制御回路１１を一次遅れ要素に近似し、そ
の時定数をＴｓとしたときの伝達関数、２６は舵角θＳ
を入力、検出傾斜角度θｉを出力として積分要素に近似
し、その時定数をＴθとしたときの伝達関数、εは外乱
である。なお、Ｔθは走行台車７の走行速度に反比例す
る比例常数と考えることができる。

しかるときは、ＫＰ／Ｔθ−ＫＩ／ＫＰとし、また筒中
のために、Ｔθ／ＫＰ〉〉Ｔｓとすると、舵角の位置決
め制御回路１１の遅れは無視できるので、１／（１＋Ｔ
ｓ）−１と近似できる。従って、この場合、入力を指令
傾斜角度θａ、出力をＧ　（Ｓ）　＝　（（Ｋｐ　十に
工／Ｓ）　　（１／ＴｏＳ）　）／（１＋（２Ｋｐ　＋
に１　／５）（１／Ｔθ５））−１／　（１＋丁θＳ／
Ｋｐ　＞　　　　　　　・・・（１）となる （１）式は、−次遅れの応答を示し、制御系はオーバシ
ュートおよびオフセットのない最適応答となることか解
る。

また、外乱εが作用した場合は、第４図の結合後の伝達
関数Ｇ　（Ｓ）は二次遅れの応答となり、前記の外乱ε
＝Ｏの場合と同様に最適応答となることは容易に第４図
より導き出すことができる。

そして、この外乱εは、走行台車７が、配管６内の曲線
部を走行するとき、その曲線部の曲率に比例した傾斜角
度となると考えることができるので、曲線部で走行台車
７を水平に保持して走行させるためには、舵角θＳがθ
Ｓ＝−εとならなければならないが、この動作は前記の
ようにＰＩＤ制御回路１５により連続的に行われる。す
なわち、ＰＩＤ制御回路１５は、傾斜角度指令器１４に
設定された指令傾斜角度θａと、傾斜角度検出器８によ
り検出された走行台車７の実際の傾斜角度、すなわち検
出傾斜角度θ１の差が零になるように比例積分動作し、
指令傾斜角度θａを零に設定した場合、定常状態で、θ
ａ−θ）−〇１θＳ−−εとなるように制御する。従っ
て、ＰＩＤ制御を行うことにより、走行台車７の検出傾
斜角度θｉを常に零にすることができるため、配管６内
の曲線部においても、走行台車７を傾斜させることなく
、水平を保持して安定走行させることができる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明の舵取用走行車輪の自動舵取
制御装置は、円形断面の配管内を走行する走行台車か傾
斜すると、舵取用モータによりその傾斜角度を指令傾斜
角度に近付ける方向に舵角を付与する舵取用走行車輪を
取付けた走行台車に設置され、走行台車の水平に対する
実際の傾斜角度を検出して検出傾斜角度θｉを出力する
傾斜角度検出器と；走行台車に付与すべき傾斜角度、す
なわち指令傾斜角度θａを出力する傾斜角度指令器と：
舵取用モータの回転速度ωを検出して出力する回転速度
検出器と：舵取用走行車輪の舵角θ５を検出して出力す
る舵角検出器と；傾斜角度指令器の出力の指令傾斜角度
θａおよび傾斜角度検出器の出力の検出傾斜角度θｉを
入力し、両者の差をＰＩＤ制御してθｂとして出力する
ＰＩＤ制御回路と；ＰＩＤ制御回路の出力θｂおよび舵
角検出器の出力の舵角θＳを入力し、両者の差（θｂ−
θＳ）を増幅して出力する位置制御回路と、位置制御回
路の出力（θｂ−θＳ）および回転速度検出器の出力を
入力し、両者が等しくなるように舵取用モータの回転速
度ωを制御する速度制御回路とから成る位置決め制御回
路とを有している。

従って、傾斜角度指令器に走行台車に付与すべき指令傾
斜角度θａを予め設定して、配管内において走行台車を
走行させると、ＰＩＤ制御回路は、指令傾斜角度θａお
よび傾斜角度検出器により検出された走１１台車の実際
の傾斜角度、すなわち検出傾斜角度θｉを入力して、両
者の差をＰＩＤ制御して、θｂを位置決め制御回路に対
して出力するとともに、θａ−θｉとなるように制御す
る。

また、位置決め制御回路は、ＰＩＤ制御回路の出カθｂ
、舵角検出器の出力の舵角θＳおよび回転速度検出器の
出力を入力して、θｂ−θＳとなるように舵取用モータ
の回転速度を制御する。従って、指令傾斜角度θａ７８
−零に設定すれば、走行中、走行台車を常に水平に保持
するように制御することができるとともに、走行中外乱
εにより走行台車か傾斜しても、走行台車は水平位置に
復帰し、舵角θＳか−εに等しくなるように制御される
ので走行台車は、円形断面の配管内の直線部はもちろん
曲線部においても、常に水平を保持しながら安定走行を
行うことができる。従って、作業者は従来のように絶え
ず走行台車の状態に注意する必要はなく、作業者の負担
、疲労は軽減され、また作業者の教育、訓練に要する時
間を短縮でき、かつ従来にない安定で高精度の制御機能
を有する自動舵取制御装置が実現できるので、作業の能
率が向上する等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の正面図、第２図はそのブロ
ック線図、第３図はＰＩＤ制御回路の具　１７一 体的な回路図、第４図は第２図および第３図を伝達関数
で示したブロック線図である。 １・・・自動舵取制御装置、２・・・舵取用モータ、４
ａ、４ｂ・・・舵取用走行車輪、６・・・配管、７・・
・走行台車、８・・・傾斜角度検出器、９・・・回転角
度検出器、１０・・・舵角検出器、１１・・・位置決め
制御回路、１２・・・位置制御回路、１３・・・速度制
御回路、１４・・・傾斜角度指令器、１５・・・比例積
分微分制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円形断面の配管内を走行する走行台車が傾斜すると、舵
   取用モータによりその傾斜角度を指令傾斜角度に近付け
   る方向に、舵角を付与する舵取用走行車輪を取付けた前
   記走行台車に設置され、この走行台車の水平に対する傾
   斜角度を検出して出力する傾斜角度検出器と；前記走行
   台車に付与すべき傾斜角度を出力する傾斜角度指令器と
   ；前記舵取用モータの回転速度を検出して出力する回転
   速度検出器と；前記舵取用走行車輪の舵角を検出して出
   力する舵角検出器と；前記傾斜角度指令器の出力および
   前記傾斜角度検出器の出力を入力し、両者の偏差を比例
   積分微分制御して出力する比例積分微分制御回路と；こ
   の比例積分微分制御回路の出力および前記舵角検出器の
   出力を入力し、両者の差を増幅して出力する位置制御回
   路と、この位置制御回路の出力および前記回転速度検出
   器の出力を入力し、両者が等しくなるように前記舵取用
   モータの回転速度を制御する速度制御回路とから成る位
   置決め制御回路とを有することを特徴とする舵取用走行
   車輪の自動舵取制御装置。