KR100206497B1 - Swing prevention position control device in a crane - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공장이나 생산현장에서 많이 사용되는 무인 천장크레인의 제어장치에 관한 것으로, 특히 천장크레인이 이동하는 동안 발생하는 이송물의 흔들림을 방지하면서, 동시에 천장크레인을 원하는 위치에 신속하게 이동시키는 3축 천장크레인의 흔들림방지 위치제어장치에 관한 것으로, 거더 또는 트롤리가 움직임에 따라 2차원 각도측정장치에서 측정된 흔들림 각도를 입력받아 거더 또는 트롤리의 기준위치입력신호를 보상하는 흔들림 방지제어기와, 기준위치입력신호에 보상신호를 더하는 제1가감기와, 보상된 신호에 따라 거더 또는 트롤리의 구동용 모터의 속도를 제어하는 제1위치제어기를 포함하여 구성되는 흔들림방지 위치서보제어기가 거더와 트롤리를 각각 독립적으로 제어하고, 이송물의 기준높이입력신호에서 높이출력신호를 빼는 제2가감기와, 가감된 높이제어신호에 따라 이송물이 목표 높이에 도달하도록 구동모터의 속도를 제어하는 제2위치제어기를 포함하여 구성되는 위치서보제어기가 Z축의 방향으로 매달린 이송물 높이를 제어하는 것을 특징으로 하여, 3축 천장크레인이 이동하는 도중에 발생하는 임의의 방향으로의 이송물 흔들림을 방지할 수 있으며, 동시에 크레인을 원하는 위치에 신속하고도 정밀하게 이동시킬 수 있으므로, 생산성 향상에 큰 효과가 있다.The present invention relates to a control device for unmanned ceiling cranes that are frequently used in factories or production sites, and in particular, three-axis to quickly move the ceiling crane to the desired position, while preventing the shaking of the transfer occurring during the movement of the ceiling crane The present invention relates to an anti-shake position control device of a ceiling crane, comprising: an anti-shake control device that receives a shake angle measured by a two-dimensional angle measuring device as a girder or a trolley moves to compensate a reference position input signal of a girder or a trolley, and a reference position An anti-shake position servo controller comprising a first accelerometer to add a compensation signal to an input signal and a first position controller to control the speed of the driving motor of the girder or the trolley according to the compensated signal, respectively, independently of the girder and the trolley. Control to subtract the height output signal from the reference height input signal A position servo controller configured to include a two-winder and a second position controller for controlling the speed of the driving motor so that the conveyed material reaches a target height according to the subtracted height control signal. It is characterized in that the movement of the conveyance in any direction occurring during the movement of the three-axis ceiling crane can be prevented, and at the same time, it is possible to move the crane to the desired position quickly and precisely, which greatly increases the productivity. There is.
Description
본 발명은 공장이나 생산현장에서 많이 용되는 무인 천장크레인(overheadcrane)의 제어장치에 관한 것으로, 특히 장크레인이 이동하는 동안 발생하는 이송물의 흔들림을 방지하고, 동시에 천장크레인을 원하는 위치에 신속하게 이동시키는 3축 천장크레인의 흔들림방지(anti-swing) 위치제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a control device of an unmanned overhead crane (many overhead crane), which is frequently used in factories and production sites, in particular, to prevent the movement of conveyances generated during the movement of the long crane, and at the same time to quickly move the ceiling crane to the desired position It relates to an anti-swing position control device of a three-axis ceiling crane.
도1은 중량물의 이송에 많이 사용되는 3축 천장크레인의 개략도로서, 여기에서 도시한 바와 같이 천장크레인의 거더(4)와 트롤리(5)가 가감속하여 이동함으로써 트롤리(5)의 줄(10)에 매달린 이송물이 운반된다.FIG. 1 is a schematic view of a triaxial ceiling crane which is frequently used for transporting heavy materials. As shown here, the
또한 천장크레인의 위치를 적절하게 나타내기 위하여 고정프레임(fixed frame)(3)에 정의된 절대좌표계(absolute coordinate)(1)와 트롤리(5) 하부의 각도 측정장치(6)에 정의된 상대좌표계(relative coordinate)(2)를 보여주고 있다. 여기에서 주행축(X축)은 거더(4)의 이동축이고, 횡행축(Y축)은 트롤리(5)의 이동축이다. 또한 Z축은 이송물의 권상/권하축이다.In addition, the absolute coordinate system defined in the
그리고 거리측정장치(11,12) 또는 레이저 거리센서(13,14)와 레이저 거리센서 반사판(15,16)은 거더(4)와 트롤리(5)의 기준위치를 정하고 이동거리를 결정하는데 사용하기 위한 것으로서, 거리측정장치(11,12)또는 레이저 거리센서(13,14)와 거리센서 반사판(15,16)중 어느 한가지만 사용하여도 된다. 두가지를 모두 사용하는 경우에는 임의의 위치에서 레이저 거리센서(13,14)를 이용하여 거리측정장치(11,12)를 초기화하는데 사용할 수 있다. 거리측정장치(11,12)가 자체적으로 초기화할 수 있는 장치를 포함하는 경우에는 거리측정장치(11,12)만을 사용할 수 있다.In addition, the distance measuring
줄(9)은 2차원 각도측정을 위한 것이고 그랩(Grap)(7)에 줄 길이에 관계없이 일정한 장력을 주는 장력조절장치(17)가 설치되어 있다. 줄(10)은 그랩(7)의 지지용 줄이다. 이 줄(10)은 트롤리(5)에서 길이를 조절할 수 있게 되어 있다.The string 9 is for two-dimensional angle measurement, and the
도2는 도1의 a1(또는 a2)부분을 확대하여 거리측정장치의 설치상태를 보여주는 평면도이고 도3은 도2의 정면도이다. 일반적으로 천장크레인의 구동모터에 연결된 증분형 엔코더(incremental encoder)는 천장크레인의 바퀴가 가감속시에 관성에 의해 미끄러지므로 정확한 거리측정이 불가능하다는 문제점이 있다. 도2와 도3의 거리측정장치는 상기의 문제점을 해결하기 위한 장치로서, 천장크레인 본체에 부착되는 프레임(34), 프레임(34)에 용접 등을 통해서 체결되는 다른 프레임(36), 베어링(23)을 통해서 프레임(36)을 중심으로 회전 가능한 프레임(37), 이 프레임(37)에 체결된 엔코더(21), 거리측정용 주행바퀴(22) 및 엔코더(21)의 축에 체결된 노슬립(No-Slip) 풀리(26), 거리측정용 주행바퀴에 체결된 노슬립풀리(28), 두 풀리(26, 28)를 연결하는 노슬립벨트(27)를 보여준다.FIG. 2 is a plan view showing an installation state of the distance measuring device by expanding a1 (or a2) in FIG. 1, and FIG. 3 is a front view of FIG. In general, an incremental encoder connected to a driving motor of a ceiling crane has a problem that accurate distance measurement is impossible because the wheel of the ceiling crane slides due to inertia during acceleration and deceleration. 2 and 3 is a device for solving the above problems, the
또한 트롤리 및 거더 레일(18), (19)의 노면상태에 관계 없이 주행바퀴(22)의 외주면이 트롤리 및 거더 레일 (18),(19)에 항상 일정한 압력으로 접촉하도록 천장크레인 본체에 부착된 프레임(34)과 회전 프레임(37) 사이에 스프링(30)을 설치한 거리측정장치를 보여준다. 여기서, 스프링(30)의 압축력을 조절할 수 있도록 볼트(38)와 더블너트(29)를 장착하였다.In addition, regardless of the road surface condition of the trolley and
볼트(38)는 회전 프레임(37)과 고정되지 않고 자유롭게 상대운동을 할 수 있다.The
또한, 거리측정용 주행바퀴(22)는 트롤리 및 거더 레일(18), (19)과 접촉되는 그 외주면을 우레탄 수지(32)로 구성하였다. 레일(18), (19) 위의 이물질을 제거하기 위하여 이물질 제거장치(31)를 설치하였다. 이 거리측정장치로부터의 위치 출력신호는 도시되지 않은 제어부 카운트 보드에 입력되어 위치제어장치에서 사용된다.In addition, the distance
거리측정장치의 자세한 내용, 용도 및 효과는 대한민국 특허출원(출원번호 제 96-67655)에 더욱 상세하게 설명되어 있다.Details, uses and effects of the distance measuring device are described in more detail in Korean Patent Application (Application No. 96-67655).
도4는 도1의 b부분을 확대한 것으로, 트롤리(5) 하부에 부착된 2차원 각도 측정장치의 개략도이다. 여기에서 도시한 바와 같이 십자형 레버중 하나의 레버(48) 양단에 각기 회전각센서(41),(42)가 연결되어 있다. 십자형 레버(48)와 (49)는 일체이다. 하나의 센서(41)는 축방향으로 연결되어 x 방향 회전각을 검출하고 다른 센서(42)는 레버(48)에 연결/고정되어 y 방향 회전각을 검출한다. 센서가 연결되지 않은 레버(49) 한쪽단에는 U자형 레버(47)가 연결되어 있고, 풀리(45)는 U자형 레버(47)에 고정되어 있다. U자형 레버(47)와 풀리(45)는 레버(49)를 중심으로 회전할 수 있다. 줄(9)을 통하여 연결된 이송물(8)이 x축 방향으로 회전할 때 U 자형 레버(47)가 십자형 레버(48)를 중심으로 회전하고 십자형 레버가(48)가 베어링(44)을 중심으로 회전하며 회전각센서(41)에 의하여 이송물의 x 방향의 흔들림각이 검출된다. 이송물(8)이 y축 방향으로 회전하면 풀리(45)와 U자형 레버(47)가 레버(49)를 중심으로 회전하고 그 풀리(45)의 회전에 따라 노슬립(No-Slip)벨트(46)에 의해 연결된 고정 부착된 회전각센서(42)에 의하여 y축 방향 회전각이 검출된다.4 is an enlarged view of a portion b of FIG. 1 and is a schematic view of a two-dimensional angle measuring device attached to the lower portion of the
따라서, 임의의 방향으로의 이송물의 흔들림 각도를 측정할 수 있다.Therefore, the shake angle of the conveyed material in any direction can be measured.
이 각도 측정장치로부터의 흔들림각 출력신호는 도시되지 않은 제어부 아날로그 입력보드에 입력되어 흔들림방지 제어장치에서 사용된다. 각도측정장치의 자세한 내용, 용도 및 효과는 대한민국 실용신안등록출원(출원번호 제 94-39349호)에 나타나 있다.The shake angle output signal from the angle measuring device is input to a control unit analog input board (not shown) and used in the shake prevention control device. The details, uses and effects of the angle measuring device are shown in Korean Utility Model Registration Application (Application No. 94-39349).
도5는 도1에서 정의한 절대좌표계(1)와 상대좌표계(2)의 관계를 보여준다.FIG. 5 shows the relationship between the
절대좌표계로부터의 임의의 위치 xo 및 yo 는 주행 및 횡행축 거리측정장치로부터 구할 수 있다. 도5에서 임의의 흔들림각도 θ는 θx와 θy 로 분해가능하며, 이들 θx와 θy는 각도측정장치를 이용하여 측정할 수 있다. 여기서 θx는 흔들림각도 θ를 상대좌표계 xz 평면에 투영한 주행축 방향으로의 흔들림 각도를 나타내고, θy 는 상대좌표계 xz 평면으로부터 측정한 최소 흔들림각도로써 횡행축 방향으로의 흔들림 각도를 나타낸다.Arbitrary positions xo and yo from the world coordinate system can be obtained from the traveling and transverse axis distance measuring devices. In Fig. 5, the arbitrary swing angle θ can be decomposed into θx and θy, and these θx and θy can be measured using an angle measuring device. Here, θx represents the shake angle in the traveling axis direction in which the shake angle θ is projected onto the relative coordinate system xz plane, and θy represents the shake angle in the transverse axis direction as the minimum shake angle measured from the relative coordinate system xz plane.
상기한 바와 같이 3축 천장크레인이 이송물을 운반할 때 거더(4)와 트롤리(5)의 가감속으로 인하여 이송물의 흔들림이 발생하고 이러한 흔들림으로 인하여 천장크레인의 제어가 어렵게 되며, 안전사고의 위험이 존재하게 된다. 따라서 천장크레인의 무인운전을 위해서는 크레인 이동중 이송물의 흔들림을 최소화하면서 목표지점으로 이송물을 신속, 정확하게 이송케하는 흔들림방지 제어장치 및 정밀한 위치제어장치의 개발이 필요하다.As described above, when the three-axis ceiling crane carries the conveyed material, shaking of the conveyed material occurs due to the acceleration and deceleration of the
상기와 같은 필요에 따라, 흔들림방지 및 위치제어장치가 여러 가지 형태로 개발되어 왔으며, 이 가운데 가장 많이 사용되는 방법은 크레인의 이동거리에 따라 흔들림이 최소화되는 가감속 구간을 계산하여 속도 프로파일(velocity profile)을 구하고, 이 프로파일에 따라서 크레인을 구동시키면서 흔들림 및 위치오차를 제거하기 위하여 피드백 제어를 수행하는 것이었다. 대한민국 특허출원(출원번호 제 95-17145호)에서는 1축(주행축 또는 횡행축) 제어를 수행할 수 있는 위치 및 흔들림방지 제어장치를 제공하고 있다.In accordance with the needs as described above, the anti-shake and position control device has been developed in various forms, the most commonly used method is the velocity profile (velocity) by calculating the acceleration and deceleration section is minimized according to the moving distance of the crane profile) and feedback control to eliminate shaking and position error while driving the crane according to this profile. Korean Patent Application (Application No. 95-17145) provides a position and anti-shake control device that can perform the control of one axis (driving axis or transverse axis).
그러나 종래의 제어장치들은 흔들림각도 측정장치 및 거리측정장치의 부정확성, 그레인 가감속 구간의 실험적 결정, 제어로직의 자체 문제 등으로 인하여 제어종료 후에도 여전히 흔들림이 존재하였으며, 정밀한 위치 제어도 불가능하였다.However, the conventional control devices still shake after the end of the control due to the inaccuracy of the shake angle measuring device and the distance measuring device, the experimental determination of the grain acceleration / deceleration section, and the problem of the control logic itself.
한편, 영국 특허공개 제 2280045(A)에서는 흔들림 각도 및 각속도를 측정하여 사용하는 제어규칙을 퍼지로직으로 구성하였다. 그러나 흔들림 각도가 0 일때에만 제어규칙을 가지므로 전체 제어시간중 일부만 피드백 제어를 수행하게 되어 제어종료 후에도 흔들림이 존재하여 생산성의 저하를 초래하는 문제점이 있다.Meanwhile, in British Patent Publication No. 2280045 (A), a control rule for measuring and using a shake angle and an angular velocity is configured as fuzzy logic. However, since the control rule is only when the shake angle is 0, only a part of the total control time performs feedback control, and there is a problem that the shake is present even after the control ends, resulting in a decrease in productivity.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하고 3축 크레인 (주행, 횡행 및 권상/권하축)이 이동하는 도중에 발생되는 이송물의 흔들림을 최소화하고 목표지점에서 이송물의 흔들림을 방지하고 동시에 크레인을 신속하게 원하는 위치로 이동시킬 수 있는 3축 천장크레인에 대한 흔들림방지 제어장치 및 위치 제어장치를 제공하는데 있다.The object of the present invention is to solve the above problems and to minimize the shaking of the conveyed material generated during the movement of the three-axis crane (driving, transverse and hoisting / lowering shaft), to prevent the shaking of the conveyed material at the target point and at the same time to speed up the crane To provide an anti-shake control device and a position control device for a three-axis ceiling crane that can be moved to the desired position.
또한 본 발명의 다른 목적은, 3축 천장크레인의 횡행 축을 고정하면 2축 크레인(주행 및 권상/권하축)이 되므로 2축 크레인에도 그대로 적용할 수 있는 3축 천장크레인에 대한 흔들림방지 제어장치 및 위치 제어장치를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention, when fixed to the transverse axis of the three-axis ceiling crane becomes a two-axis crane (driving and hoisting / hoisting shaft), so the anti-shake control device for the three-axis ceiling crane that can be applied to the two-axis crane as it is; It is to provide a position control device.
제1도는 3축 천장크레인의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a triaxial ceiling crane.
제2도는 제1도의 a1(또는 a2)부분을 확대하여 거리측정장치의 설치상태를 보여주는 평면도이다.FIG. 2 is a plan view showing an installation state of the distance measuring device by expanding a1 (or a2) in FIG.
제3도는 제2도의 거리측정장치의 설치상태를 보여주는 정면도이다.3 is a front view showing an installation state of the distance measuring device of FIG.
제4도는 제1도의 b부분을 확대한 것으로 트롤리 하부에 부착된 2차원 각도측정장치의 개략도이다.4 is an enlarged view of part b of FIG. 1 and is a schematic diagram of a two-dimensional angle measuring device attached to the lower part of the trolley.
제5도는 원점으로부터 임의의 위치에서의 이송물의 좌표와 흔들림 각도θ 및 이것의 x축성분 θx와 y축성분θy를 정의하고 도 4에서 도시한 각도측정장치를 이용하여 임의의 흔들림각도 θ를 θx 및 θy로써 측정할 수 있음을 보여주는 도면이다.5 defines coordinates and shake angles θ and its x-axis components θx and y-axis components θy of the workpiece at any position from the origin, and sets any shake angle θ by using the angle measuring device shown in FIG. 4. And θy.
제6도는 본 발명에 따른 주행축(X축)(또는 횡행축(Y축))에 대한 흔들림방지 위치서보제어기의 블록도이다.6 is a block diagram of an anti-shake position servo controller with respect to a travel axis (X axis) (or a transverse axis (Y axis)) according to the present invention.
제7도는 본 발명에 따른 주행축(또는 횡행축 또는 권상/권하축(Z축))에 대한 위치서보제어기의 블록도이다.7 is a block diagram of the position servo controller with respect to the traveling axis (or the transverse axis or the hoisting / lowering axis (Z axis)) according to the present invention.
제8도는 제6도에 도시된 흔들림방지 위치서보제어기의 등가블록도이다.FIG. 8 is an equivalent block diagram of the anti-shake position servo controller shown in FIG.
제9도는 제6도에 도시된 흔들림방지 위치서보제어기의 변형블록도이다.FIG. 9 is a modified block diagram of the anti-shake position servo controller shown in FIG.
제10도는 본 발명에 따른 속도 프로파일로서, 1축 제어시 이동거리에 따른 속도 프로파일이며, (a)는 이동거리가 긴 경우의 속도 프로파일이고, (b)는 이동거리가 짧은 경우의 속도 프로파일이다.10 is a speed profile according to the present invention, which is a speed profile according to a moving distance in one-axis control, (a) is a speed profile when the moving distance is long, and (b) is a speed profile when the moving distance is short. .
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 절대좌표계 2 : 상대좌표계1: Absolute coordinate system 2: Relative coordinate system
3 : 크레인 고정프레임 4 : 주행축 거더3: crane fixed frame 4: traveling shaft girder
5 : 횡행축 트롤리 6 : 각도 측정장치5: transverse shaft trolley 6: angle measuring device
7 ; 그랩(Grab) 8 : 이송물(부하)7; Grab 8: Conveying Material (Load)
9 : 각도측정장치용 케이블 10 : 그랩(Grab) 부착용 줄9: Cable for angle measuring device 10: Grab attachment string
11, 12 : 거리측정장치 13, 14 : 레이저 거리센서11, 12:
15, 16 : 레이저 거리센서 반사판 17 : 장력 조절장치15, 16: laser distance sensor reflector 17: tension control device
18, 19 : 트롤리 및 거더레일 21 : 엔코더18, 19: trolley and girder rail 21: encoder
22 : 거리측정용 주행바퀴 26 : 엔코터측 느슬립폴리22: Distance measuring wheel 26: Encoder-side loose slip poly
27 : 노슬립벨트 28 : 주행바퀴측 노슬립풀리27: no slip belt 28: driving wheel side no slip pulley
32 : 우레탄 수지 41, 42 : 회전각센서32:
43 : 고정점 44 : 베어링43: fixed point 44: bearing
47 : 흔들림 전달요소 63 : 흔들림방지 제어기47: shake transmission element 63: shake prevention controller
66 : 위치제어기 67 : 속도서보기66: position controller 67: speed book view
69 : 적분기 71 : 이송물 동역학 모델69: Integrator 71: Transport Kinetic Model
74 : 역속도서보기 75 : 위치서보제어기74: Reverse speed display 75: Position servo controller
77 : 설계된 위치서보제어기 78 : 새로운 흔들림방지 제어기77: designed position servo controller 78: new anti-shake controller
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서의 본 발명은, X축으로 주행하는 거더와 Y축으로 횡행하는 트롤리에 각각 거리측정장치와 구동용 모터 및 모터제어기가 설치되고, 이송물의 권상/권하를 위한 Z축에 대하여 거리측정장치와 권상/권하용 모터 및 모터제어기가 설치되며, 트롤리의 하부에 Z축의 방향으로 매달린 이송물의 흔들림 각도를 측정하기 위한 2차원 각도측정장치가 설치되어 있는 3축 천장크레인의 흔들림방지 위치제어장치에 있어서, 거더 또는 트롤리가 움직임에 따라 2차원 각도측정장치에서 측정된 각도를 입력받아 안정하고 흔들림에 최적감쇄를 주도록 거더 또는 트롤리의 기준위치입력 신호를 보상하는 제1보상신호를 발생하는 흔들림방지제어기(63)와, 기준위치입력신호에 제1보상신호를 더하고 거리측정장치의 거더 또는 트롤리의 출력위치신호를 빼서 위치제어신호를 발생하는 제1가감기와, 위치제어신호에 따라 거더 또는 트롤리가 목표 위치에 도달하도록 각각의 구동용 모터의 속도를 제어하는 제1속도제어신호를 출력하는 제1위치제어기(66)와, 제1속도제어신호에 추종하여 구동모터가 구동되도록 구동모터를 구동하는 제1속도서보기(67)를 포함하여 구성되는 흔들림방지 위치서보제어기가 X축의 거더와 Y축의 트롤리를 각각 독립적으로 제어하고, 이송물의 기준높이입력신호에서 높이출력신호를 빼서 높이제어신호를 발생하는 제2가감기와, 높이제어신호에 따라 이송물이 목표 높이에 도달하도록 구동모터의 속도를 제어하는 제2속도제어신호를 출력하는 제2위치제어기(66)와, 이송물의 Z축방향 구동모터가 제2속도제어신호에 추종하여 구동되도록 구동모터를 구동하는 제2속도서보기(67)를 포함하여 구성되는 위치서보제어기가 Z축의 방향으로 매달린 이송물 높이를 제어하는 것을 특징으로 한다.The present invention as a technical means for achieving the above object is provided with a distance measuring device, a driving motor and a motor controller in the girder traveling in the X-axis and the trolley running in the Y-axis, respectively, 3-axis ceiling with distance measuring device, hoisting / unwinding motor and motor controller for Z-axis and 2-dimensional angle measuring device for measuring the swing angle of conveyance suspended in Z-axis at the bottom of trolley In the anti-shake position control device of the crane, a first position that compensates the reference position input signal of the girder or trolley to receive the angle measured by the two-dimensional angle measuring device as the girder or trolley moves to give a stable and optimal attenuation An anti-shake controller 63 for generating a compensation signal and a first compensation signal are added to the reference position input signal and the girder of the distance measuring device A first retarder for generating a position control signal by subtracting the output position signal of the trolley and a first speed control signal for controlling the speed of each driving motor so that the girder or the trolley reaches the target position according to the position control signal; An anti-shake position servo controller comprising a first position controller 66 and a first speed servo 67 for driving the drive motor to drive the drive motor in accordance with the first speed control signal includes: A second retarder which independently controls the trolley of the Y axis and generates a height control signal by subtracting the height output signal from the reference height input signal of the conveyed object, and the speed of the drive motor so that the conveyed object reaches the target height according to the height control signal. The
상기의 목적을 달성하기 위한 또 다른 기술적인 수단으로서의 본 발명은, X 축으로 주행하는 거더와 Y축으로 횡행하는 트롤리에 각각 거리측정장치와 구동용 모터 및 모터제어기가 설치되고, 이송물의 권상/권하를 위한 Z축에 대하여 거리측정장치와 권상/권하용 모터 및 모터제어기가 설치되며, 거더와 트롤리의 하부에 Z축의 방향으로 매달린 이송물의 흔들림 각도를 측정하기 위한 2차원 각도측정장치가 설치되어 있는 3축 천장크레인의 흔들림방지 위치제어장치에 있어서, 기준위치입력신호에서 거더 또는 트롤리의 위치출력신호를 빼서 위치제어신호를 발생하는 제1가감기와, 위치제어신호에 따라 거더 또는 트롤리가 목표 위치에 도달하도록 하는 각각의 구동모터의 속도를 제어하는 제1속도제어신호를 출력하는 제1위치제어기(66)와, 거더 또는 트롤리가 움직임에 따라 2차원 각도측정장치에서 측정된 각도를 입력받아 안정하고 흔들림에 최적감쇄를 주도록 거더 또는 트롤리의 구동모터의 속도를 보상하는 제1보상신호를 발생하는 새로운 흔들림 방지제어기(78)와, 제1보상신호와 제1속도제어신호를 더하여 거더 또는 트롤리의 속도를 제어하는 제2속도제어신호를 발생하는 제2가감기와, 제2속도제어신호에 추종하여 구동모터가 구동되도록 구동모터를 구동하는 제1속도서보기(67)를 포함하여 구성되는 흔들림방지 위치서보제어기가 X축의 거더와 Y축의 트롤리를 각각 독립적으로 제어하고, 이송물의 기준높이입력신호에서 높이출력신호를 빼서 높이제어신호를 발생하는 제3가감기와, 높이제어신호에 따라 이송물이 목표 높이에 도달하도록 구동모터의 속도를 제어하는 제3속도제어신호를 출력하는 제2위치제어기(66)와, 이송물의 Z축 방향 구동모터가 제3속도제어신호에 추종하여 구동되도록 구동모터를 구동하는 제2속도서보기(67)를 포함하여 구성되는 위치서보제어기가 Z축의 방향으로 매달린 이송물 높이를 제어하는 것을 특징으로 한다.As another technical means for achieving the above object, the present invention is provided with a distance measuring device, a driving motor and a motor controller are respectively installed on a girder traveling on the X axis and a trolley transverse to the Y axis, A distance measuring device, hoisting / reeling motor, and motor controller are installed on the Z axis for the unloading, and a two-dimensional angle measuring device is installed on the lower part of the girder and the trolley to measure the swing angle of the conveyed object suspended in the direction of the Z axis. In the anti-shake position control device of a three-axis ceiling crane, the first retarder for generating a position control signal by subtracting the position output signal of the girder or the trolley from the reference position input signal, and the girder or the trolley in accordance with the position control signal A
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described.
도6은 본 발명에 따른 주행축에 대한 전체 제어시스템의 블록도이다. 이 블록도는 횡행축 제어에도 공통으로 사용할 수 있다. 피드백된 흔들림각(72)(θx)이 흔들림방지제어기(63)에 입력되고 그 출력값과 기준위치입력신호(65)(Xr)의 합(64)(Uxa)이 점선으로 표시한 위치서보제어기(75)로 입력된다. 위치서보제어기(75)는 도7에서 설명한다. 위치서보제어기(75)의 위치출력(70)은 이송물 동역학 GL(s)(71)으로 입력되어 흔들림각(72)이 된다. dx(68)는 속도서보기의 출력에 가산되는 속도외란이다.6 is a block diagram of an overall control system for a travel shaft according to the present invention. This block diagram can also be used in common for the transverse axis control. The feedback servo angle 72 (θx) is input to the
도6과 도7에서 사용되는 기호에 대하여 설명한다. 크레인은 대부분 모터에 의하여 구동된다. 자동 크레인의 경우에는 모터의 속도제어기를 사용하여 속도를 제어한다. 크레인을 움직이기 위해서는 크레인 모터의 속도서보기에 속도명령을 입력한다. 그러면 크레인이 움직이기 시작하여 속도명령을 추종하게 된다. 속도서보기(67)는 크레인의 속도명령에 대한 크레인의 속도출력의 동역학적 함수관계를 나타낸다. 속도서보기는 실험이나 이론을 통하여 구할 수 있으며, Gvs(s)=V(s)/Vr(s)으로 라플라스 변수 S의 함수로 정의할 수 있다. V(s)는 크레인 속도의 라플라스 변환을 나타내고 Vr(s)는 크레인 속도명령의 라플라스 변환을 나타낸다. 적분기(69) 1/s는 크레인의 속도를 크레인의 위치로 변환하기 위하여 삽입한 것이며 실제의 크레인 장치는 아니다. 역속도서보기(74)는 크레인 속도서보기의 역동역학을 의미하고 Gvs-1(s)=Vr(s)/V(s)로 정의되며 라플라스 변수 s의 함수이다.The symbols used in FIGS. 6 and 7 will be described. The crane is mostly driven by a motor. In the case of automatic cranes, the speed is controlled using a speed controller of the motor. To move the crane, enter the speed command in the speed report of the crane motor. The crane then starts to move and follows the speed command. The
이송물 동역학(71)은 크레인의 움직임에 대한 이송물의 흔들림 동역학을 나타낸다. 크레인이 이동하여 위치 X(s)가 변하면 흔들림각 θ(s)이 변하게 된다. 여기서 X(s)와 θ(s)는 각각 크레인의 위치와 흔들림각을 라플라스 변환한 것이다.The
이송물의 흔들림 동역학은 크레인 위치 X(s)에 대한 흔들림각θ(s)의 동역학적 함수관계를 나타내며 GL(s)=θ(s)/X(s)로 정의할 수 있다. GL(s)는 아래의 본문에서 정의한다.The swing dynamics of the conveyance represent the dynamic functional relationship of the swing angle θ (s) with respect to the crane position X (s) and can be defined as G L (s) = θ (s) / X (s). G L (s) is defined in the text below.
위치제어기(66), 역속도서보기(74), 흔들림방지 제어기(63)는 모두 컴퓨터시스템을 나타내며 제어로직 KXP(s), GVS -1(s), Kxa(s)를 각각 구현하게 된다. 각각의 제어 컴퓨터 시스템에는 입력신호를 받아들이는 입력장치가 있다. 입력신호가 디지틀신호인 경우에는 디지틀입력보드를 사용하고 입력신호가 아날로그신호인 경우에는 아날로그-디지틀 변환보드를 사용하여 디지틀신호로 입력된다. 제어 컴퓨터 시스템내에서 샘플링신호에 따라 각종 입력신호를 디지틀신호로 입력받은 후 제어시스템의 시.피.유(CPU) 보드에서 제어로직 KXP(s), GVS -1(s), Kxa(s)을 구현하게 된다. 이 계산 결과는 디지틀값으로 디지틀-아날로그 변환보드를 통하여 출력하게 된다. 경우에 따라서는 디지틀 출력보드를 사용하여 디지틀값을 직접 출력하기도 한다. 이때 크레인의 동작상태에 따라서 적절한 시퀸스제어신호를 함께 출력하게 된다. 여기서 위치제어기, 역속도서보기, 흔들림방지제어기는 각각의 제어 컴퓨터 시스템에서 각각 구현해도 되지만 하나의 제어 컴퓨터 시스템에서 제어로직 KXP(s), GVS -1(s), Kxa(s) 을 각각 구현할 수도 있다. 제어 컴퓨터 시스템에서 제어로직을 구현하는 방법은 아래의 본문에서 설명한다.The
도7은 제6도에서 흔들림방지 제어기(63)의 출력이 0일 때 점선으로 표시한 위치서보제어기(75)를 다시 그린 것으로 권상/권하축의 위치제어에도 사용할 수 있다. Xr(65)에서 피드백된 위치출력(70)(x)을 감산한 결과(76)(xe)가 위치제어기(66)에 입력된다. 여기서 흔들림방지제어기(63)의 출력이 0이므로 도6의 Uxa(64)와 도7의 Xr(65)은 같다. 피드포워드(feedforward) 기준속도입력신호(73)가 역속도서보기(74)에 입력되고, 역속도서보기(74)의 출력과 위치제어기(66) 출력의 가산결과가 속도서보기 Gvs(s)(67)로 입력된다. 피드포워드 기준속도입력신호(73)는 위치서보제어기(75)의 xr(65)에 대한 x(70)의 명령추종성을 높이기 위하여 사용되며 반드시 사용할 필요는 없다. 거더 속도(61)는 1/s(69)에 의하여 적분되어 위치(70)로 환산된다.7 shows the
도8은 본 발명에 설계된 위치서보제어기를 포함한 흔들림방지 위치서보제어기의 등가블록도이다. (77)은 도6에서 vref=0, dx=0 일 때에 점선으로 표시한 위치서보제어기(75)를 나타낸다.8 is an equivalent block diagram of an anti-shake position servo controller including a position servo controller designed in the present invention.
도9는 도6과 등가이다. 여기서 새로운 흔들림방지제어기(78)는 도6에서 위치제어기(66)와 흔들림방지제어기(63)의 곱과 같다. 즉 Kna(s)=Kxa(s)Kxp(s). 도6에서 흔들림방지 제어기의 제어출력이 위치제어기 Kxp(s)으로 궤환되지만, 도9에서는 흔들림 방지 제어기의 제어출력이 속도서보기로 직접 궤환된다.9 is equivalent to FIG. The new
도10은 본 발명에 따른 속도 프로파일로 사다리꼴(101) 형태의 프로파일은 이동거리가 긴 경우이고, 삼각형(103) 형태의 프로파일은 이동거리가 짧을 때의 프로파일이다. T는 가감속 시간으로서 아래에서 상세히 설명한다. 도10의 (b)에서 S1및 S2는 각각 이등변 삼각형의 면적으로 이동거리를 나타낸다. Vmax 는 주행, 횡행 및 권상/권하축의 물리적 최대이동속도를 나타내며 각각의 축에 따라 다른 값을 가질 수 있다.10 is a profile in the form of a
이하, 본 발명의 동작에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail.
크레인 운전은 대부분의 경우 안전상의 이유와 이송물 보호를 위하여 크레인의 이동중에는 줄 길이를 천천히 변화시키고 흔들림각을 작게 유지한다. 이때, 크레인의 가속도는 중력 가속도보다 훨씬 작다. 대부분의 산업용 천장크레인의 경우 감속비가 크기 때문에 트롤리 및 거더 위치를 부하에 관계없이 제어할 수 있다. 이 경우, 도1에서 보여지는 거더(4) 및 트롤리(5)의 운동방정식 및 부하(이송물) 운자동제어학술회의 눈문집, pp. 1428∼1431, 1996).Crane operation in most cases changes the length of the rope slowly and keeps the swing angle small during the movement of the crane for safety reasons and to protect the feed. At this time, the acceleration of the crane is much smaller than the acceleration of gravity. For most industrial ceiling cranes, the reduction ratio is large, allowing trolley and girder position to be controlled regardless of load. In this case, the eye equation of the
먼저 주행축 방향으로의 운동방정식은 아래와 같다.First, the equation of motion in the direction of travel axis is as follows.
그리고 횡행축 방향으로의 운동방정식은 다음과 같다.The equation of motion in the transverse axis direction is
여기서 사용된 변수 및 상수의 의미는 아래와 같다.The meanings of variables and constants used here are as follows:
Mx : 감속기 비를 고려한 모터, 치차, 풀리 관성을 포함한 거더(4)와 트롤리Mx: Girder (4) and trolley including motor, gear and pulley inertia taking into account the reduction gear ratio
(5)의 질량Mass of 5
My : 감속비를 고려한 모터, 치차, 풀리 관성을 포함한 트롤리(5)의 질량My: Mass of the trolley (5) including the motor, gear, and pulley inertia considering the reduction ratio
Dx : 회전부의 회전 점성마찰계수를 포함한 주행축 방향으로의 점성마찰계수Dx: Viscous friction coefficient in the direction of travel axis including rotational viscous friction coefficient of rotating part
Dy : 회전부의 회전 점성마찰계수를 포함한 횡행축 방향으로의 점성마찰계수Dy: Viscous friction coefficient in the transverse axis direction including the rotational viscous friction coefficient of the rotating part
m : 이송물의 질량, L : 줄 길이, g : 중력가속도m: mass of conveyed material, L: string length, g: gravitational acceleration
θx : x 방향으로의 흔들림 각도, θy : y 방향으로의 흔들림각도θx: shake angle in x direction, θy: shake angle in y direction
θx : x 방향으로의 흔들림각 가속도, θy : y 방향으로의 흔들림각 가속도θx: shake angle acceleration in x direction, θy: shake angle acceleration in y direction
fx :x 방향으로 작용하는 외력, fy : y 방향으로 작용하는 외력fx: external force acting in x direction, fy: external force acting in y direction
운동방정식 수학식1과 수학식2 및 수학식3과 수학식4는 주행축과 횡행축에 서로 독립적이므로 흔들림방지 제어기와 위치제어기를 독립적으로 설계할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 여기서는 운동방정식 수학식 1과 수학식2를 이용하여 주행축에 대한 제어기를 설계한다. 횡행축에 대한 흔들림방지 제어기 및 위치 제어기도 운동방정식 수학식3과 수학식4를 이용하여 같은 방법으로 설계할 수 있다.Since the
도6에서 정의한 속도서보기 Gvs(s)(=[거더 속도출력]/[거더 속도명령])는 계단 응답법, 주파수 응답법등을 통하여 2차 또는 3차 시스템으로 모델링할 수 있다.The speed report Gvs (s) (= [girder speed output] / [girder speed command]) defined in FIG. 6 may be modeled as a secondary or tertiary system through a step response method and a frequency response method.
본 발명에서 각종제어기의 독립변수 s는 라플라스 복소변수를 나타낸다.In the present invention, the independent variable s of the various controllers represents a Laplace complex variable.
상기와 같이 수학적으로 모델링된 시스템에 대해서 위치제어기 및 흔들림방지 제어기를 설계하는 절차는 아래와 같다. 위치제어기 설계시 주행축과 횡행축에 대해서 같은 설계방법을 적용할 수 있으므로 여기서는 주행축에 대하여 설계방법을 설명한다. 제어기 설계순서는 우선 위치제어기를 설계하고 이를 바탕으로 흔들림방지 제어기를 설계한다. 도7의 위치서보제어기의 블록도는 주행, 횡행 및 권상/권하축에 공통으로 적용될 수 있는 구조이다. 도7에서 위치제어기 Kxp(s)는 루프형 상기법이나 위상앞섬/지연 방법(phase lead/lag method)을 사용하여 설계한다. 저주파 영역에서 속도외란 dx가 위치 x에 미치는 영향을 최대로 억제하고 명령추종성을 높이기 위하여 개루프 전달함수 Kxa(s)Gvs(s)/s의 크기를 충분히 크게 하고, 고주파 영역에서 모델 불확실성과 센서잡음의 영향을 최대한 줄이기 위하여 개루프 전달함수의 크기를 최대한 작게 하며 교차주파수(crossover frequency)에서는 안정성을 확보하기 위하여 개루프 전달함수 크기의 기울기를 -20dB/dec로 설정한다. 이렇게 설계한 위치제어기의 기본구조는 아래와 같다.The procedure for designing a position controller and an anti-shake controller for a mathematically modeled system as described above is as follows. Since the same design method can be applied to the traveling axis and the transverse axis when designing the position controller, the design method for the traveling axis will be described here. The controller design sequence first designs the position controller and then the anti-shake controller. The block diagram of the position servo controller of FIG. 7 is a structure that can be commonly applied to driving, traversing, and hoisting / lowering axes. In Fig. 7, the position controller Kxp (s) is designed using a loop type method or a phase lead / lag method. In order to minimize the influence of velocity disturbance dx on position x in the low frequency region and to increase the command followability, the size of the open-loop transmission function Kxa (s) Gvs (s) / s is sufficiently large, and the model uncertainty and the sensor in the high frequency region are high. In order to minimize the influence of noise, the size of the open-loop transfer function is set to -20dB / dec to minimize the size of the open-loop transfer function and to ensure stability at the crossover frequency. The basic structure of the designed position controller is as follows.
여기서 Rpp, Rpt는 각각 위치 제어기의 비례제어이득 및 적분제어이득이다.Where Rpp and Rpt are proportional control gain and integral control gain of the position controller, respectively.
고주파 및 저주파영역에서 위상앞섬/지연방법(lead/lag method)으로 위치제어기(수학식5)의 성능을 다소간 향상시킬 수 있다. 그리고, 적분제어를 사용할 때에는 적분기 와인드엎(windup) 현상을 방지하기 위하여 반 와인드엎(anti-windup) 제어를 할 필요가 있다.In the high frequency and low frequency region, the performance of the position controller (Equation 5) can be improved somewhat by the lead / lag method. In addition, when using integral control, it is necessary to perform anti-windup control in order to prevent an integrator windup phenomenon.
피드포워드 기준속도입력신호(73)는 위치서보제어기의 명령추종성을 높이기 위하여 사용하며 반드시 사용할 필요는 없다. 여기서, 역속도서보기(74)는 속도서보기(67)의 역동역학(inverse dynamics) 모델이다.The feedforward reference
흔들림방지제어기는 다음과 같이 설계한다. 도8은 흔들림방지 위치서보제어기를 나타내며, Vref=0, dx=0일 때 도6과 등가이다. 도8에서 Gx(s)는 Vref=0, dx=0일 때 설계한 위치서보제어기로서 도6에서 점선으로 표시한 부분(75)을 나타낸다. 앞에서 설계한 위치서보제어기의 대역폭은 대부분의 산업용 크레인의 경우 부하의 흔들림 주파수()보다 작으므로, 흔들림방지 제어기를 설계할 때 위치서보제어기의 동특성을 반드시 고려하여야 한다. 본 발명에서 흔들림 방지 제어기는 근궤적법을 이용하여 설계한다. 개루프 전달함수 Goθ(s) =Kxa(s)Gx(s)GL(s)에서 Gx(s)GL(s)의 극점(pole)과 영점(zero)의 수와 위치를 고려하여 설계한 흔들림방지제어기의 기본구조는 다음과 같다.Anti-shake controller is designed as follows. 8 shows an anti-shake position servo controller, which is equivalent to FIG. 6 when V ref = 0 and d x = 0. FIG. In FIG. 8, Gx (s) is a position servo controller designed when V ref = 0 and d x = 0, and shows a
여기서, kap〉0, kad≥0, kp〉0, ki〉0은 제어상수이고, 흔들림방지 제어계 폐루프의 대표극점들이 항상 최적감쇄를 갖도록 값을 정한다. 또한, 흔들림방지 제어기(수학식6)는 고주파 및 저주파 영역에서 위상앞섬/지연방법으로 성능을 다소간 향상시킬 수 있다.Here, k ap > 0, k ad > 0, k p > 0, k i > 0 are control constants, and the values are determined so that the representative poles of the anti-shake control system closed loop always have optimum attenuation. In addition, the anti-shake controller (Equation 6) can slightly improve the performance in the high frequency and low frequency region by the phase forward / delay method.
만일 흔들림방지 제어기(수학식 6)에서 Kp=kpp, Ki=kpi로 설정하면 흔들림방지 제어기 (수학식 6)의 s/(Kpps+kpi)가 위치제어기(수학식 5)의 (kpps+kpi)/s 와 상쇄되어, 도6에서 흔들림각 측정치 θx에 의한 속도서보기 Gvs(s)의 제어입력은 PD(비례/미분) 제어가 된다. 즉If you set K p = k pp and Ki = k pi in the anti-shake controller (Equation 6), s / (K pp s + k pi ) of the anti-shake controller (Equation 6) is the position controller (Equation 5). Offset from (k pp s + k pi ) / s, the control input of the speed report Gvs (s) by the shake angle measurement value θx in FIG. 6 becomes PD (proportional / differential) control. In other words
여기서 Kna(s)는 속도서보기 Gvs(s)로 궤환되는 새로운 흔들림방지 제어기이고 kap와 kad는 흔들림방지 제어기의 비례제어이득 및 미분제어이득이다. 또한 흔들림방지제어기(수학식7)는 고주파 및 저주파 영역에서 위상앞섬/지연 방법으로 성능을 다소간 변경 및 향상시킬 수 있다. 이 경우 흔들림각 측정치에 의한 제어 입력은 속도서보기로 직접 궤환시키는 것이 더 간단하다. 이 제어기 구조를 도9에 나타내었다. 그러나, 흔들림방지제어기(수학식 6)의 극점을 -kpi/kpp로 한정할 필요는 없다.Where Kna (s) is a new anti-shake controller fed back to speed monitor Gvs (s) and k ap and k ad are the proportional control gain and derivative control gain of anti-shake controller. In addition, the anti-shake controller (Equation 7) can slightly change and improve the performance in the high frequency and low frequency region by the phase forward / delay method. In this case, it is simpler to directly feed the control inputs by the measurement of the swing angle directly to the speed view. This controller structure is shown in FIG. However, it is not necessary to limit the pole of the anti-shake controller (Equation 6) to -k pi / k pp .
줄 길이가 변하는 경우 흔들림 방지제어기의 이득값은 다음과 같은 방법으로 조정한다. 수학식 6과 수학식 7은 각각 다음과 같이 쓸 수 있다.If the line length changes, the gain value of the anti-shake controller is adjusted in the following way.
kad/kap는 줄 길이에 무관하게 흔들림방지 제어계 폐루프 극점들의 대표극점들이 항상 최적감쇄를 가질 수 있도록 값을 정한다. 상기와 같이 구한 kad/kap는 주어진 줄 길이 대해서 흔들림방지 제어계의 대표극점들이 항상 최적감쇄 위치에 있도록 구할 수 있다. 줄 길이 Lo에서 kap의 값을 kapo라 할 때, 임의의 줄 길이 L에 서의 kap값은 다음과 같이 구할 수 있다.k ad / k ap sets a value such that the representative poles of the anti-shake control system closed loop poles always have optimum attenuation regardless of the line length. K ad / k ap obtained as described above can be obtained so that the representative pole points of the anti-shake control system are always in the optimum attenuation position for a given line length. When the line length of the ap k from L o k apo d, k ap value of books to any line length L can be determined as follows:
줄 길이 변화에 따라서 흔들림 방지제어기의 이득값을 바꾸어 주면 흔들림방지 제어계에 있어서 항상 최적감쇄를 얻을 수 있으므로, 3축 동시 제어시 주행 및 횡행축 흔들림 방지제어기의 이득값은 상기 방법에 따라서 조정하여 전체 피드백 제어시간동안에 항상 이송물의 흔들림에 최적감쇄를 줄 수 있다. 흔들림 방지제어기의 이득값(수학식 10)은 실험에 다소간 조정 할 수 있고, 테이블(table)형태로 나타낼 수 있다.If the gain value of the anti-shake controller is changed according to the change in the string length, the optimum damping can be always obtained in the anti-shake control system. Therefore, the gain value of the traveling and anti-axis anti-shake controller in the three-axis simultaneous control is adjusted according to the above method. Optimal damping of the movement of the feed is always possible during the feedback control time. The gain value (Equation 10) of the anti-shake controller can be adjusted somewhat in the experiment and can be expressed in a table form.
본 발명에서 위치제어기(수학식 5), 흔들림방지 제어기(수학식 6, 7, 8, 9)는 라플라스 변주 s의 함수로 나타나 있다. 그러나 제어기(로직)들은 Z변환을 한 후에 제어 컴퓨터 시스템에서 구현된다. 라플라스 함수로 된 제어기(로직)들을 Z변환 할 때에는 사다리꼴 변환 s=2(z-1)/(Ts(z+1)), backward rectangular rule s=(z-1)/Taz, forward rectangular rule s=(z-1)/Ts를 라플라스 함수에 대입하여 변환하면 된다. 여기서 z는 Z변환에서 독립변수, Ts는 샘플링 주기를 나타낸다. 이밖에 극점-영점 맵핑등 다른 방법을 사용해도 된다.In the present invention, the position controller (Equation 5) and the anti-shake controller (
권상/권하축에는 대부분의 경우 감속비가 큰 모터를 사용하므로 위치제어에 대한 이송물 질량의 영향을 무시할 수 있다. 따라서, 이송물의 권상/권하 위치 제어기는 위에서 설명한 주행축과 횡행축의 위치 제어기와 같은 방법으로 설계할 수 있으며, 위치제어기(수학식 5)를 사용할 수 있다. 또한, 고주파 및 저주파 영역에서 위상앞섬/지연 방법으로 위치 제어기 성능을 다소간 향상시킬 수 있다.In most cases, a motor with a large reduction ratio is used for the hoisting / lowering shaft so that the influence of the mass of the feed on the position control can be ignored. Therefore, the hoisting / lowering position controller of the conveyed material can be designed in the same manner as the position controller of the traveling shaft and the transverse shaft described above, and a position controller (Equation 5) can be used. In addition, the position controller performance can be somewhat improved by using the phase advance / delay method in the high frequency and low frequency regions.
한편, 주행축이나 횡행축의 기준속도입력신호와 기준위치입력신호는 다음과 같은 방법으로 구한다. 도10의 속도 프로파일은 수학식 2 또는 수학식 4에서 이송시간을 최소로 하면서 출발시점과 도착시점에서 흔들림 각속도 및 흔들림 각도가 0이라는 경계조건을 갖는 최적제어 문제를 풀면 구할 수 있다. 여기서 Vmax는 크레인 각 축의 물리적인 최대속도이다. 속도 프로파일은 우선 도10에서 보여지는 것처럼 이동거리가 긴 경우와 짧은 경우에 대해서 나눈다. 이 속도 프로파일은(73)의 피드포워드 기준속도입력신호로 사용된다. 기준위치입력신호는 이 속도 프로파일을 적분함으로서 구하게 된다. 이동거리가 도10의 (b)에 도시된 이등변 삼각형(102) 면적(S1)보다 클 경우에는 도10의(a)에 도시된 속도 프로파일을 통해서 기준위치입력신호를 생성시키고, 이동거리가 도10(b)에 도시된 이등변 삼각형면적 (S1)보다 작을 경우는 최대속도를 낮추어서 이동거리가 삼가형 면적(S2)과 같도록 하며, 이 속도 프로파일을 적분하여 기준위치입력신호를 구한다. 여기서 가감속 시간 T는 아래에서 정의한다.On the other hand, the reference speed input signal and the reference position input signal of the travel shaft or the transverse shaft are obtained by the following method. The velocity profile of FIG. 10 can be obtained by solving the optimal control problem with the boundary condition that the shaking angular velocity and the shaking angle are zero at the starting point and the arrival point while minimizing the transfer time in the equation (2) or (4). Where Vmax is the maximum physical speed of each axis of the crane. The velocity profile is first divided into long and short travel distances as shown in FIG. This velocity profile is used as the feedforward reference velocity input signal of 73. The reference position input signal is obtained by integrating this velocity profile. If the moving distance is larger than the area S 1 of the
주행, 횡행 및 권상/ 권하축을 동시에 구동할 때 각 축의 기준속도입력신호와 기준위치입력신호를 구하기 위한 속도프로파일은 장애물이나, 크레인이 이송하여야 할 부하의 적재상태에 따라서 달라질 수 있으며, 도10의 (a)의 사다리꼴 속도 프로파일과 도10의 (b)의 삼각형 프로파일을 조합하여 구한다.When driving the driving, traversing and hoisting / lowering axes simultaneously, the speed profile for obtaining the reference speed input signal and the reference position input signal of each axis may vary depending on obstacles or loading status of the load to be transported by the crane. The combination of the trapezoidal velocity profile of (a) and the triangular profile of (b) of FIG. 10 is obtained.
가속 및 감속시간 T는 트롤리와 거더의 가속 및 감속구간의 시작시점의 줄 길이에 대한 이송물 흔들림의 주기를 Ts 종료시점의 줄 길이 대한 이송물 흔들림의 한 주기를 Te라하고, 속도서보기(67)에 최대속도 계단(step)입력을 가할 때 최대속도의 90%속도에 이르는 시간을 Tr이라 하면, 본 발명에서는 가감속 시간 T를 다음과 같이 설정한다.Acceleration and deceleration time T is the period of the workpiece shake with respect to the line length at the beginning of the acceleration and deceleration section of the trolley and girder, and one cycle of the workpiece shake with respect to the line length at the end of Ts. When Tr is the time that reaches 90% of the maximum speed when the maximum speed step input is applied to step 67), the acceleration / deceleration time T is set as follows in the present invention.
여기서, 임의의 줄 길이 L에 대한 이송물 흔들림의 한 주기는(초)이고, 0≤α≤1, 0≤η≤1(피드포워드 기준속도입력신호(73)가 사용될 때 η=0), n은 T〉0을 만족시키는 최소 자연수이다.Here, one period of feed shake for any line length L (Sec), 0 ≦ α ≦ 1, 0 ≦ η ≦ 1 (η = 0 when the feedforward reference
권상/권하축의 위치제어에서 가감속 시간은 트롤리와 거더의 가속 및 감속시간 T와 별개로 작업상황에 맞게 구동모터 토크가 허용하는 범위에서 조절할 수 있다.In position control of hoisting / lowering shaft, acceleration / deceleration time can be adjusted in the range allowed by driving motor torque according to the working situation separately from acceleration and deceleration time T of trolley and girder.
상술한 바와 같이 본 발명은 3축 천장크레인이 이동하는 도중에 발생하는 이송물의 흔들림을 방지할 수 있으며, 동시에 크레인을 원하는 위치에 신속하고도 정밀하게 이동시킬 수 있으므로, 생산성 향상에 큰 효과가 있다.As described above, the present invention can prevent the movement of the conveyance generated during the movement of the three-axis ceiling crane, and at the same time can move the crane to the desired position quickly and precisely, there is a great effect in improving the productivity.
Claims (16)
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KR1019970028304A KR100206497B1 (en) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | Swing prevention position control device in a crane |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1019970028304A KR100206497B1 (en) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | Swing prevention position control device in a crane |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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-
1997
- 1997-06-27 KR KR1019970028304A patent/KR100206497B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Publication date |
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KR19990004251A (en) | 1999-01-15 |
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