KR100220202B1 - 크레인의 로프 흔들림 방지 제어방법 및 장치 - Google Patents

크레인의 로프 흔들림 방지 제어방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

트롤리 대차를 주행 구동하는 주행용 전동기의 속도지령기의 출력을 직선지령기를 개재시켜 출력하는 속도지령신호로부터, 상기 주행용 전동기의 부하 토오크 연산치 또는 상기 주행용 전동기의 검출 속도에 따라 연산한 로프의 흔들림각의 연산치에 제동요소를 부가하여 연산한 제동제어 속도지령 보정신호를 감하여 얻어진 속도지령신호와 상기 주행용 전동기의 속도검출신호의 편차로부터 비례 및 적분기 또는 비례이득만을 가지는 속도제어기에 의해 토오크 지령을 연산하고, 상기 토오크 지령에 따라 주행용 전동기의 속도를 제어하며, 상기 주행용 전동기의 회전축으로부터 로프의 흔들림 운동에 대해 제동요소를 생성하는 제어 기능을 구비한 주행구동제어장치와, 하물을 끌어 올리는 권상전동기와, 상기 권상전동기의 구동제어장치를 가지는 현수식 크레인의 로프 흔들림 방지를 행하는 것이다. 트롤리 대차의 주행 가감속 운전에 따라 생기는 로프의 흔들림의 진동을 제어하여, 트롤리 대차의 주행속도를 높게 유지한 크레인의 자동 운전을 가능케 한다.

Description

[발명의 명칭]
크레인의 로프 흔들림 방지 제어방법 및 장치
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 트롤리(trolley) 대차(臺車)상에 주행장치와 권상기(卷上機:winding machine)를 가지는 현수식(懸垂式) 크레인, 또는 로프 트롤리 구동방식에 의한 횡행(橫行)장치와 권상기를 가지는 컨테이너 크레인의 로프 흔들림 진동 억제방법 및 장치에 관한 것이다.
[배경기술]
트롤리 대차상에 주행장치와 권상기를 가지는 현수식 크레인은 일반적으로 제1도에 도시한 바와 같이 트롤리 대차(1)가 차륜(車輪:2)에 의해 레일(3)상을 주행하도록 되어 있으며, 차륜(2)은 트롤리 대차(1)상에 설치된 주행용 전동기(11)에 의해 감속기(12)를 개재시켜 회전 구동된다. 전동기(11)의 회전축에는 전자(電磁) 브레이크(13)와 주행용 전동기(11)의 속도를 검출하는 속도검출기(14)가 부착되어 있다.
트롤리 대차(1)에는 권상 드럼(41)을 구비한 권상기(4)가 부착되어 있으며, 권상용 전동기(42)에 의해 감속기(43)를 개재시켜 권상 드럼(41)을 회전 구동하도록 하고 있다. 권상용 전동기(42)의 회전축에는 전자 브레이크(44)와 펄스신호발생기로 구성된 전동기속도검출기(45)가 부착되어 있다. 권상 드럼(41)에는 로프(5)가 감겨있어, 로프(5)에 의해 하물(吊荷:6)를 매달도록 되어 있다.
트롤리 대차(1)는 주행구동제어장치(20)에 의해 주행전동기(11)를 제어함으로써 주행속도가 제어된다. 제2도는 주행구동제어장치(20)의 블록도로, 속도지령기(21)의 속도 지령신호를 직선지령기(22)에 입력하여, 거기서 얻어진 램프상의 속도지령(NRF)과 속도검출기(14)에 의해 검출한 속도 귀환신호(NMFB)의 편차를 비례이득(A) 및 시정수(τ1)의 적분기를 가지는 속도제어기(23)에 입력하여 증폭하고, 속도지령신호(TRF)를 출력한다. 또한, 속도지령신호(TRF)를 1차지연 시정수(τ1)로 전동기 토오크를 제어하는 전동기 토오크 제어기(24)에 입력하고, 주행용 전동기(11)의 토오크(TM)를 제어하여 주행용 전동기(11)의 속도를 제어한다. 그리고, 속도귀환신호(NMFB)는 전동기의 회전 속도를 일차지연요소를 개재시켜 생성한 것이다. (25)는 주행용 전동기(11)의 기계적 시정수(τM)를 나타내는 블록이며, NM은 전동기의 속도(p, u)이다. 27은 로프의 흔들림의 운동 모델을 나타내는 블록이며, 28은 전동기의 부하토오크TL(p,u)의 모델을 나타내는 블록이다.
블록(27)에 있어서, VR은 주행용 전동기(11)의 정격 속도에 대응하는 트롤리 대차(1)의 주행속도(m/sec), g는 중력의 가속도(m/sec2), ω는 하물(6)의 흔들림의 각주파수(rad/sec)이며, 로프(5)의 길이를 L(m)이라 하면, ω=(g/L)1/2로 표시된다. θ는 로프(5)의 흔들림각(rad)이다.
블록(28)에 있어서, m0는 트롤리 대차(1)의 하중(p, u), m1은 하물(6)의 중량(p, u)이다. k1은 트롤리 대차(1)와 하물(6)의 중량에 의해 발생하는 마찰 토오크의 트롤리 대차의 주행구동축으로 환산하는 마찰 토오크 환산계수이다.
제2도의 주행구동 제어장치(20)에 있어서, 속도지령(21)에 의해 고속 혹은 저속의 속도지령신호를 직선지령기(22)에 입력하여 얻어지는 램프상의 가감속 속도지령(NRF)에 따라 트롤리 대차(1)의 주행속도의 제어를 행하면, 트롤리 대차(1)의 가감속에 대응하여 로프 흔들림에 의한 진동이 발생한다. 이 로프(5)의 흔들림각은 트롤리 대차(1)의 주행 가감 속도가 커지면 그만큼 커지게 된다.
이러한 문제를 해결하는 수단으로서, 종래에는 트롤리 대차의 가감속중에 조작자가 수동 조작에 따라 하물의 흔들림 상태에 맞추어 트롤리 대차의 주행 속도를 변화시켜 로프의 흔들림 진동을 저지하였다.
제3도는 속도 지령과 전동기 속도, 로프의 흔들림각, 전동기 토오크, 부하 토오크의 관계를 나타내며 트롤리 대차 주행 가감속 운전중에 계속 로프의 흔들림 진동이 발생하여 트롤리 대차의 불안정한 가변속 특성을 나타내고 있다. 또한, 로프의 흔들림각 θ는 (°)로 나타내고 있다.
그런데, 상기 구성에서는 로프의 흔들림 진동을 저지하기 위해 크레인 조작자가 로프의 흔들림 상태를 보고 트롤리 대차의 주행 가감속 조작을 행해야 하므로 멀리서 조작이나 자동 운전을 함에는 트롤리 대차의 주행 가감속을 아주 느리게 해야 하여, 크레인의 반송능력을 현저히 저하시킨다는 결점이 있었다.
[발명의 개시]
본 발명은 트롤리 대차의 주행 가감속 운전에 의해 생기는 로프 흔들림의 진동을 억제하고, 트롤리 대차의 주행속도를 높게 유지한 크레인의 자동 운전을 가능케함을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 트롤리 대차를 주행 구동하는 주행용 전동기와, 상기 주행용 전동기의 속도검출기에 의해 검출한 속도신호와 상기 주행용 전동기의 속도지령기의 출력을 직선지령기를 개재시켜 출력하는 속도지령신호와의 편차신호로부터 비례 및 적분기 또는 비례이득만을 가지는 속도제어기에 의해 토오크 지령을 연산하고, 상기 토오크 지령에 따라 주행용 전동기의 속도를 제어하는 제어기능을 구비한 주행구동 제어장치와, 하물을 감아 올리는 권상전동기와, 상기 권상전동기의 구동제어장치를 가지는 현수식 크레인의 로프 흔들림중단 제어방법에 있어서, 흔들림각 연산기에 의해 연산한 로프 흔들림각의 추정치(Eθ)와, 설정한 제동(damping)계수(δ)와, 중력가속도(g)와 주행용 전동기 정격 속도에 대응하는 상기 트롤리 대차 주행속도(VR)와, 상기 권상 전동기 속도로부터 얻어지는 권상드럼으로부터 적하까지의 로프길이의 측정치(LE)로부터 제동 제어속도 보정신호(NRFDP)를 제동제어기에 의해 다음식
의 연산을 행하여 구하고, 상기 직선지령기의 출력측의 속도지령(NRFO)으로부터 상기 제동제어 속도 보정신호(NRFDP)를 감한 속도지령(NRF1)에 따라 상기 주행용 전동기의 속도를 제어하여, 로프의 흔들림 운동으로 제동 요소를 생성하는 것이다.
또한, 로프의 흔들림각의 추정치(Eθ)의 연산 수단은 다음의 4종류가 있다.
제1의 수단은, 상기 주행용 전동기의 속도검출신호(NMFB)를 미분하나 신호를 1차지연요소를 가지는 필터를 통해 얻은 신호에 상기 주행용 전동기의 기계적 시정수를 곱하여 얻어지는 전동기 가속토오크신호의 추정치(ETA)를 전동기 가속 토오크 연산기에 의해 구하며, 상기 속도제어기의 출력 토오크 지령신호(TRF)로부터 상기 전동기 가속 토오크신호의 추정치(ETA)를 전동기 부하 토오크 연산기에 의해 감산하여 부하 토오크신호의 추정치(ETL)를 구하고, 상기 부하 토오크의 추정치(ETL)로부터 상기 주행용 전동기 부하의 마찰 토오크를 감한 신호를 하물 중량 측정치로 나눈 신호를 1차지연요소를 가지는 필터를 통하게 함으로써 로프의 흔들림각 추정치(Eθ)를 연산하는 것이다.
제2의 수단은, 상기 제1의 수단의 주행용 전동기의 속도검출신호(NMFB) 대신에, 상기 직선지령기의 출력측의 속도지령(NRFO)으로부터 상기 제동제어속도 보정신호(NRFDP)를 감한 속도지령신호(NRF1)을 사용한 것이다.
제1의 수단에 있어서, 상기 전동기 가속 토오크를 연산하는 경우, 속도검출신호를 미분한 신호에 상기 주행용 전동기의 기계적 시정수를 곱하여 구하고 있지만, 제2의 수단에서는 상기 직선지령기의 출력측 속도지령신호(NRFO)로부터의 상기 제동제어 속도지령 보정신호(NRFDP)를 감하여 얻어지는 속도지령(NRF1)을 미분신호에 상기 주행용 전동기의 기계적 시정수를 곱하여 구하는 것이다.
제3의 수단은, 상기 주행용 전동기의 속도검출신호(NMFB)를 미분한 신호를 1차지연요소를 가지는 필터를 통해 얻어진 신호에 상기 주행용 전동기의 기계적 시정수를 곱하여 얻어지는 전동기 가속토오크 신호의 추정치(ETA)를 전동기 가속 토오크 연산기에 의해 구하고, 매달림 하중 측정치로부터 트롤리 대차의 이동 마찰 토오크의 추정치(ETF)를 이동 마찰 토오크 연산기에 의해 구하며, 로프의 흔들림각 연산기의 출력신호(Eθ)에 상기 매달림 하중 측정치를 곱함으로써 매달림 하중에 의해 받는 트롤리 대차의 이동저항의 추정치(ETL11)를 구하고, 또한 상기 전동기 가속 토오크의 추정치(ETA)와 상기 트롤리 대차의 이동 마찰 토오크의 추정치(ETF)와 트롤리 대차의 이동 저항의 추정치(ETL11)를 가산함으로써 전동기 토오크신호의 추정치(ETM)을 구한다.
상기 속도제어기의 출력토오크 지령신호(TRF)와, 상기 전동기 토오크신호의 추정치(ETM)의 편차를 취하고, 그 편차신호에 비례이득(G)를 곱하여 얻어진 신호에 1차지연요소를 가지는 필터를 개재시켜 출력함으로써 로프의 흔들림각(Eθ)을 연산하는 것이다.
제4의 수단은, 상기 주행용 전동기의 속도검출신호(NMFB)에 전동기 속도에 대응하는 트롤리 대차 주행속도(VR)를 곱한 신호를 중력 가속도(g)로 나눈 신호와, 로프의 흔들림각의 추정치(Eθ)가 되는 신호를 시간 적분하여 얻어진 신호의 편차를 취하여, 상기 편차신호에 상기 권상기의 권상 드럼으로부터 하물까지의 로프의 측정길이(LE)와 중력 가속도(g)로부터 다음식
의 연산을 행하여 얻어진 로프 흔들림의 각주파수추정치(ωE)의 2승을 곱한 신호를 시간 적분함으로써 로프 흔들림각의 추정치(Eθ)를 연산하는 것이다. 다음에, 로프 흔들림의 진동을 제어할 때 본 발명의 방법에 따른 제어장치의 작용 및 로프 흔들림의 진동 억제원리를 설명한다.
제4도에 있어서, 트롤리 대차의 주행속도를 V1(m/sec), 로프의 길이를 L(m)이라 하면, 로프의 흔들림각θ(rad)를 구하는 공지의 운동방정식은 하기 1식에 나타낸 바와 같다.
트롤리 대차 주행속도(V1)와 주행용 전동기의 속도(NM) 사이에는 하기식 2로 표시된 관계가 있다.
식 1에 식 2를 대입하면 하기식 3이 얻어진다.
식 3을 라플라스 연산자(s)를 이용하여 나타내면 하기식 4가 얻어진다.
식 4로부터 θ(s)를 구하면 하기식 5가 얻어진다.
식 5는 제4도의 블록(27)의 로프 흔들림각의 운동 모델과 등가임을 나타내고 있다.
t=0이며 θ=0으로부터 일정 가속도α(p,u/sec)로 주행용 전동기를 가속할 때의 θ(t)를 식 4로부터 구하면 하기식 6이 얻어진다.
식 6은 흔들림각(θ)이 진동하는 것을 나타내고 있다. 트롤리 대차가 가속을 개시함과 동시에 진동이 개시되어 가속이 종료하여도 로프 흔들림의 진동을 감쇠시키는 힘은 공기의 저항등으로, 흔들림이 멈출 때까지는 상당한 시간을 필요로 한다.
이 흔들림의 진동에 제동을 거는 것은 식 4의 우변NM(s)가 -θ의 함수를 포함하도록 NM(s)를 제어하면 되므로, 식 4의 우변을 하기식 7의 우변과 같이 나눈다.
단, δ는 흔들림 진동의 제동계수이다.
식 7의 우변과 식 4의 좌변을 동등하게 해두고, θ(s)에 대해 정리하면 하기식 8이 얻어진다.
t=0이고 θ(t)=0의 초기조건을 주어, 식 8로부터 0(t)를 구하면 하기식 9가 얻어진다.
식 9는 제동계수 δ를 0에서부터 크게 해가며 1에 가까워지면 흔들림 진동의 각주파수가 0에 가까워져, 로프의 흔들림 진동을 억제할 수 있음을 나타내고 있다.
다음에 식 7로부터 NM(s)를 구하면 하기식 10이 얻어진다.
식 10의 양변을 역변환하여 NM(t)를 구하면 하기식 11이 얻어진다.
식 11의 우변의 제1항은 가속도α로 가속중의 전동기 속도를 나타내며, 제4도의 직선지령기(22) 출력의 속도지령(NRFO)과 근사적으로 같아진다.
식 11의 제2항은 흔들림을 억제하기 위한 제동신호이며, 흔들림각θ과 각주파수ω의 함수로 되어 있다.
즉, 이는 전동기 속도 NM(p,u)가 식 11에 도시된 속도가 되도록 주행구동 제어장치에 속도 지령을 주면 좋은 것으로 된다.
상기 로프 흔들림각의 추정치 Eθ(rad)로 설정된 제동계수δ(p,u)를 이용하여 주행용 전동기의 주행구동 제어장치에 부여한 속도지령 NRF1(p,u)을 하기식 12로 나타낸다.
식 12에 따른 속도지령 NRF1을 주행구동 제어장치에 부여하여 주행용 전동기의 속도를 이 속도 지령에 추종하도록 제어하면 로프의 흔들림 제동요소가 생성되도록 작용하여 로프의 흔들림 진동이 제어가능하게 된다.
다음에, 2종류의 로프 흔들림각의 연산원리에 대해 설명한다. 그 제1의 방법의 연산 원리는 하물의 하중이 트롤리 대차의 구동계에 작용하는 역학적 관계를 이용한 것이다.
우선, 하물의 하중이 트롤리 대차의 구동계에 작용하여 그 주행용 전동기의 부하 토오크가 흔들림각θ의 함수가 되는 것을 설명한다.
제5도는 트롤리 대차가 하물의 하중으로부터 받는 역학적인 관계를 나타낸다.
제5도에 있어서, 로프의 장력은 하물의 중력m1g의 분력m1gcosθ와 하물의 흔들림에 따른 원호 운동에 의해 발생하는 원심력과의 합이다. 이 원심력은 원호 운동이 완만하기 때문에 중력의 분력에 비해 아주 작아서 이를 무시하면 로프의 장력은 m1gcosθ가 된다.
트롤리 대차가 받는 힘 F2은 제5도에 도시한 바와 같이 로프의 장력의 분력이며, F2=m1gcosθsigθ이다. θ는 작기 때문에 F2≒m1gθ와 근사하다.
이는 트롤리 대차 주행의 부하 토오크가 하물의 중력과 흔들림각θ와의 곱의 함수임을 나타내고 있으며, 본 발명에서는 이 관계를 이용하여 트롤리 대차의 부하 토오크로부터 로프 흔들림각의 추정치 Eθ를 연산하고 있다.
제2의 방법의 연산원리는 로프 흔들림의 운동 방정식에 근거한 것으로서, 권상기의 전동기 구동축에 부착된 펄스발생기의 펄스를 카운트하여 측정한 권상드럼으로부터 하물까지의 로프 길이LE(m)과 중력 가속도 g(m/sec2)로부터 하기식 13에 의해 로프 흔들림각의 각주파수 추정치ωE(rad/sec)가 얻어진다.
식 4에 있어서, 로프의 흔들림각 θ(s)를 로프의 흔들림각 추정치 Eθ(s), 전동기 속도 NM(s)를 전동기속도 검출신호 NMFB(s), 호프 흔들림각의 각주파수 ω를 각주파수 추정치 ωE로 치환한 식 14에 근사적으로 성립한다.
식 14의 양변을 s2로 나누어 정리하면 식 15가 된다.
식 15와 등가인 제어 블록 다이아그램을 구성함으로써 로프의 흔들림각의 추정치를 연산하고 있다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 주행구동장치와 권상구동장치를 탑재한 트롤리 대차를 주행시키는 현수식 크레인의 구성 설명도이다.
제2도는 종래의 주행구동장치를 나타낸 블록도이다.
제3도는 종래의 주행구동장치의 가감속 특성도이다.
제4도는 본 발명의 주행구동제어장치의 기본적 구성을 나타낸 블록도이다.
제5도는 트롤리 대차 주행장치가 하물의 하중에 의해 받는 역학적 관계를 나타낸 설명도이다.
제6도는 본 발명의 주행구동제어장치의 제1실시예를 나타낸 블록도이다.
제7도는 본 발명의 주행구동제어장치의 제2실시예를 나타낸 블록도이다.
제8도는 본 발명의 주행구동제어장치의 제3실시예를 나타낸 블록도이다.
제9도는 본 발명의 주행구동제어장치의 제4실시예를 나타낸 블록도이다.
제10도는 본 발명의 주행구동제어장치의 제5실시예를 나타낸 블록도이다.
제11도는 횡행구동장치와 권상구동장치의 고정측에 설치된 로프구동방식 크레인의 구성 설명도이다.
제12도는 본 발명의 트롤리 대차의 주행구동제어장치의 가감속 특성도이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
이하, 본 발명을 도면에 나타낸 실시예에 대해 설명한다.
제6, 제7, 제8, 제9도 및 제10도는 본 발명의 속도제어기를 가지는 트롤리 대차의 주행구동제어장치의 블록도이다. 또한, 종래예의 설명에서 도시한 제1도 및 제2도와 동일한 구성요소에 대해서는 동일 명칭, 동일 부호를 이용하여 설명을 생략한다.
우선, 본 실시예 1을 제6도를 참조하면서 설명한다.
주행용 전동기(11)의 구동축에 부착된 속도검출기(14)의 신호를 속도지령기(21)의 출력신호(NRFO)로부터 제동제어 속도지령 보정신호(NRFDP)를 감하여 얻어지는 신호(NRF1)에 귀환하는 경우, 1차지연요소를 가지는 필터(26)를 통산 신호(NMFB)를 귀환하는 것이다.
상기 속도지령(NRF1)과 전동기 속도 검출신호(NMFB)와 그 편차를 속도제어기(23)에 입력하면, 그 속도편차신호에 비례이득(A)를 곱한 신호와 그 신호를 시정수(τ1)로 적분한 신호를 더한 신호를 토오크 지령신호(TRF)로서 출력한다. 속도제어기(23)이 비례이득(A)만을 가지는 경우는 그 속도편차신호에 A를 곱한 신호를 (TRF)로서 출력한다.
다음에, 전동기 가속 토오크 연산기(30)의 동작에 대해 설명한다.
전동기 속도검출신호(NMFB)가 전동기 가속 토오크 연산기(30)에 입력되면, NMFB를 미분한 값에 주행용 전동기(11)의 기계적 시정수(τn)을 곱한 값의 신호에 시정수(τF1)의 1차지연요소를 가지는 필터를 개재시켜 얻어진 신호(ETA)를 출력한다. 이신호(ETA)는 주행용 전동기(11)의 가속토오크신호가 된다.
미리 측정이 끝난 트롤리 대차(1)의 중량 m0E(p,u)와 권상기(4)에 의해 하물(6)를 정속으로 당겨올리는 중인 권상전동기(42)의 토오크 지령값 또는 전동기 토오크치로부터 측정한 하물(6)의 중량 m1E(p,u)의 합에 트롤리 대차 주행 구동축의 마찰 토오크로의 환산계수 k1E를 곱한 신호가 트롤리 대차의 마찰 토오크의 추정치 ETF(p,u)신호가 된다.
다음에 로프 흔들림각 연산기(32)에 대해 설명한다.
속도제어기(23)의 출력이 토오크 지령신호TRF(p,u)로부터 전동기 가감속 토오크신호 ETA(p,u)를 감산한 신호에 트롤리 대차의 마찰 토오크 추정치(p,u)를 감산한 신호에 트롤리 대차의 마찰 토오크 추정치(p,u)를 가산한 신호 ETL(p,u)를 하물(6)의 중량 m1E(p,u)로 나눈 신호를, 시정수 τF의 1차 지연요소를 가지는 필터를 개재함으로써 로프 흔들림각의 추정치 Eθ(rad)가 연산된다.
다음에, 로프의 흔들림 진동의 제동제어기(33)의 동작에 대해 설명한다.
제동제어기(33)는 상기 흔들림각 추정치Eθ(rad)로 설정한 제동계수δ(p,u), 중력의 가속도g(m/sec2), 주행용 전동기(11)의 정격속도에 대응하는 트롤리 대차(1)의 주행속도 VR(m/sec), 권상전동기(42)의 구동축에 부착된 속도검출용 펄스신호를 발생하는 속도검출기(45)의 펄스를 계수함으로써 얻어지는 권상드럼(41)으로부터 하물(6)까지의 로프 길이의 측정치 L(m)으로부터 하기식 16에 의해 제동 제어의 속도보정신호NRFDP(p,u)를 연산한다.
직선지령기(22) 출력의 속도지령 NRFo로부터 흔들림 제동 제어 속도 지령 보정신호 NRFDP(p,u)를 감산한 속도지령신호 NRF1(p,u)를 속도 지령으로 하여 속도검출신호 NMFB(p,u)와의 편차를 속도제어기(23)에 입력하면, 속도제어기(23)는 전동기속도(NM)가 이 속도지령(NRF1)에 추종하도록 속도제어를 행한다.
이 제어에 따라 로프의 흔들림 진동에는 설정된 제동계수 δ로 제동이 걸려 흔들림의 진동이 억제된다.
다음에, 본 발명의 실시예 2를 제7도에 의거하여 설명한다. 또한, 실시예 2의 제6도에 대해서는 실시예 1의 제6도와의 상이점만을 설명한다.
주행용 전동기의 가속 토오크연산기(30)의 입력신호가 실시예 1에서는 전동기 속도검출신호(NMFB)였음에 대해, 실시예 2에서는 상기 속도지령신호(NRF1)인 점만이 상이하다.
실시예 2에서는 주행용 전동기의 가속 토오크 연산기(30)에 의해 상기 속도지령신호(NRF1)를 미분한 신호를 시정수 τF1의 1차지연요소를 가지는 필터에 통하게 한 신호에 상기 전동기 기계적 시정수 τM을 곱하여 상기 전동기 가속 토오크신호의 추정치 ETA를 연산하고 있다.
다음에, 본 발명의 실시예 3을 제8도에 의거하여 설명한다.
실시예 3의 제8도와 실시예 1의 제6도는 로프 흔들림각 연산기(32)와 연산기(32A)가 다를 뿐, 그 이외에는 완전히 동일하므로 실시예 3의 제8도에 대해서는 서로 다른점만을 설명한다.
로프 흔들림각 연산기(32A)는 우선 로프 흔들림각 연산기(32A)의 출력신호 Eθ에 상기 매달림 중량 측정치 mIE를 곱하여 얻어지는 매달림 하중에 의해 받는 트롤리 대차의 주행 저항 ETL11(p,u)와 상기 트롤리 대차의 주행 마찰 토오크 ETF와 상기 주행용 전동기의 가속 토오크 ETA를 가산함으로써 전통기 토오크의 추정치 ETM(p,u)를 연산한다.
상기 속도제어기의 출력 토오크 지령신호 TRF(p,u)와 상기 전동기 토오크의 추정치 ETM과의 편차를 취하여, 그 편차신호에 비례이득(G)을 곱하여 얻어진 신호에 1차지연요소를 가지는 필터를 개재시켜 출력함으로써 로프의 흔들림각 Eθ(rad)를 연산하고 있다.
다음에, 본 발명의 실시예 4를 제9도를 참조하여 설명한다. 또한, 실시예 4의 제9도에 대해서는 실시예 1의 제6도와의 상이점만을 설명한다.
로프의 흔들림각의 연산방법은 실시예 1에서는 주행용 전동기의 부하 토오크로부터 연산하고 있음에 대해, 실시예 4에서는 주행용 전동기의 속도로부터 로프 흔들림각 연산기(34)에 의해 연산하고 있는 점만이 다르다.
실시예 4의 로프 흔들림각 연산기(34)에 대해 설명하면, 상기 트롤리 대차의 주행용 전동기의 속도검출신호 NMFB(p,u)에 상기 주행용 전동기의 정격속도에 대응하는 트롤리 대차 주행속도 VR(m/sec)을 곱한 신호를 중력 가속도 g(m/sec2)로 나눈 신호와 로프 흔들림각 연산기(31)의 출력신호가 되는 로프 흔들림각 추정치 Eθ(rad)를 시간 적분하여 얻어진 신호와의 편차를 취하여, 그 편차신호에 권상기의 권상 드럼으로부터 하물까지의 로프 측정길이 LE(m)과 중력 가속도 g(m/sec2)로부터 식 13에 의한 연산에 의해 구한 로프 흔들림의 각주파수 추정치 ωE(rad/sec)의 2승값을 곱한 신호를 시간 적분함으로써 로프 흔들림각 연산기(34)로부터 로프의 흔들림각 추정치 Eθ(rad)가 출력된다.
다음, 실시예 5를 제10도에 의거하여 설명한다. 또한 실시예 5의 제10도에 대해서는 실시예 4의 제9도와의 상이점만을 설명한다.
실시예 5의 제동제어기(35)는 실시예3의 로프 흔들림각 연산기(34)와 제동제어기(33)의 연산 기능을 결합하여 주행용 전동기의 정격속도에 대응하는 트롤리 대차 주행속도(VR)를 소거하여 구성한 것이다.
따라서, 동일 속도 검출신호에 대해서는 실시예 4의 제동제어기(33)의 출력신호와 실시예 5의 제동제어기(35)의 출력신호는 완전히 동일 신호가 된다.
실시예 4의 로프 흔들림각 연산기(34)의 입력신호인 속도검출신호 NMFB로부터 제동제어기의 출력신호인 제동제어 속도지령 보정신호 NRFDP로의 전달 함수를 하기식 17로 나타낸다.
실시예 5의 제동제어기(35)의 입력신호인 속도검출신호 NMFB로부터 그 제동제어기(35)의 출력신호인 제동제어 속도지령 보정신호 NRFDP로의 전달 함수를 하기식 18으로 나타낸다.
상기식 17과 식 18은 완전히 동일 전달함수임을 나타내고 있다.
이상, 본 발명의 실시예로서 트롤리 대차상에 주행구동장치와 권상구동장치를 탑재한 크레인에 대해 설명했으나, 제11도에 도시한 바와 같이 횡행구동장치와 권상구동장치가 고정측에 있는 로프 트롤리 구성방식으로 트롤리 횡행 대차를 주행시키는 크레인, 예를들어 컨테이너 크레인에도 본 발명은 그대로 적용 가능하다. 제11도에 있어서, 50은 횡행장치, 51은 레일, 52는 트롤리 횡행대차, 53은 권상장치, 54는 하물인 컨테이너, 55는 제어장치, 56은 횡행로프, 59는 차륜, 61은 로프 구동용 드럼, 62는 감속기, 63은 횡행용 전동기, 64는 전자 브레이크, 65는 속도검출기, 67, 69는 가이드 롤러, 71은 권상 드럼, 72는 감속기, 73은 권상용 전동기, 74는 전자 브레이크, 75는 속도검출기, 76은 권상로프, 77은 매달림부, 80은 매달음 기구, 81∼89는 가이드 롤러, 90은 권취드럼이다. 또한, 제11도의 횡행구동장치의 제어방법에 있어서, 주행구동장치의 제어방법에 있어서의 「주행제어」는 「횡행제어」와, 「주행마찰 토오크」는 「횡행마찰 토오크」와 각각 치환하여 적용하며, 청구범위에 있어서는 「주행」, 「횡행」을 총칭하여 「이동」이라 하고 있다.
제12도는 종래예의 제3도에 대응하는 본 발명의 흔들림 진동 제어방법을 적용한 경우의 트롤리 대차의 특성을 도시하고 있다. 여기서, 로프의 흔들림이 충분히 억제되며, 종래예에서 나타낸 제3도의 특성에 비해 트롤리 대차의 안정된 가변속 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한, 제4도에 도시한 바와 같이, 로프는 흔들림각 연산기(38)로 인한 로프 흔들림각의 추정치를 이용하는 이외에, 로프 편향각 검출기(29)를 이용하여 검출한 로프 편향각을 이용해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 트롤리 대차의 주행 가감속중에 발생하는 로프의 흔들림에 따른 진동이 억제되고, 크레인 조작자의 수동 조작에 의해 흔들림을 저지할 필요가 없어져 트롤리 대차의 고속 주행이 가능해지며, 크레인의 자동운전에 의한 반송능력을 현저히 향상시킬 수 있다.
[산업상의 이용가능성]
본 발명은 트롤리 대차상에 주행장치와 권상기를 가지는 현수식 크레인이나 로프 트롤리 구동방식에 따른 횡행장치와 권상기를 가지는 컨테이너 크레인등의 로프의 흔들림 신호 억제에 이용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 트롤리 대차를 구동하는 트롤리 대차용 전동기와, 트롤리 대차의 속도신호와 상기 트롤리 대차의 속도지령신호의 편차신호로부터 속도제어기에 의해 토오크 지령을 연산하며, 상기 토오크 지령에 따라 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도를 제어하는 트롤리 대차 구동제어장치와, 하물은 끌어 올리는 권상전동기와, 상기 권상전동기의 구동제어장치와를 가지는 현수식 크레인의 로프 흔들림 방지 제어방법에 있어서, 로프 흔들림각(Eθ)과 설정된 제동계수(δ)와 중력 가속도(g)와 주행용 전동기 정격속도에 대응하는 상기 트롤리 대차 주행속도(VR)과 상기 권상 전동기 속도로부터 얻어지는 권상드럼으로부터 하물까지의 로프길이의 측정치(LE)로부터 제동제어기에 의해 다음식
    에 의해 제동제어속도 보정신호(NRFDP)를 구하고, 상기 속도지령(NRFO)로부터 상기 제동제어 속도 보정신호(NRFDP)를 감한 속도지령(NRF1)를 이용하여 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 크레인 로프 흔들림 방지 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로프 흔들림각(Eθ)를 흔들림각 연산기에 의해 연산한 로프 흔들림각의 추정치(Eθ)로 하는 것을 특징으로 하는 크레인 로프 흔들림 방지 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 로프 흔들림각(Eθ)을 로프 흔들림각 검출기에 의한 로프 흔들림각 검출치(Eθ)로 하는 것을 특징으로 하는 크레인 호프 흔들림 방지 제어방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도검출신호(NMFB)를 미분한 신호에 상기 트롤리 대차용 전동기의 기계적 시정수를 곱하여 얻어지는 전동기 가속 토오크신호의 추정치(ETA)를 전동기 가속 토오크 연산기에 의해 구하고, 상기 속도제어기의 출력 토오크 지령신호(TRF)로부터 상기 전동기 가속 토오크신호의 추정치(ETA)를 전동기 부하 토오크 연산기에 의해 감산하여 부하 토오크신호의 추정치(ETL)를 구하고, 상기 부하 토오크의 추정치(ETL)로부터 상기 트롤리 대차용 전동기의 부하 마찰 토오크의 추정치(ETF)를 감한 신호를 하물중량 측정치로 나눈 신호를 1차지연요소를 가지는 필터를 통하게 함으로써 로프 흔들림각의 추정치(Eθ)를 연산하는 크레인 로프 흔들림 방지 제어방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도검출신호(NMFB) 대신에 상기 직선지령기의 출력측 속도지령(NFR0)로부터 상기 제동 제어 속도 보정신호(NRFDP)를 감한 속도지령신호(NRF1)를 사용하여 로프의 흔들림각 추정치(Eθ)를 연산하는 것을 특징으로 하는 크레인의 로프 흔들림 방지 제어방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도검출신호(NMFB)를 미분한 신호에 상기 트롤리 대차용 전동기의 기계적 시정수를 곱하여 얻어지는 전동기 가속 토오크신호의 추정치(ETA)를 전동기 가속 토오크 연산기에 의해 구하고, 하물 중량 측정치로부터 트롤리 대차의 이동 마찰 토오크의 추정치(ETF)를 이동 마찰 토오크 연산기에 의해 구하며, 로프 흔들림각 연산기의 출력신호(Eθ)에 상기 하물 중량 측정치를 곱함으로써 하물 중량에 의해 받는 트롤리 대차의 이동 저항의 추정치 ETL11을 구하고, 또한 상기 전동기 가속 토오크의 추정치(ETA)와 상기 트롤리 대차의 이동 마찰 토오크의 추정치(ETF)와 트롤리 대차의 이동저항의 추정치(ETL11)을 가산함으로써 전동기 토오크신호의 추정치(ETM)를 구하며, 상기 속도제어기의 출력 토오크 지령신호(TRF)와 상기 전동기 토오크신호의 추정치(ETM)의 편차신호에 비례이득(G)를 곱하여 얻어진 신호에 1차지연요소를 가지는 필터를 개재시켜 출력함으로써 로프 흔들림각(Eθ)를 연산하는 것을 특징으로 하는 크레인의 로프 흔들림 방지 제어방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도검출신호(NMFB)에 전동기 속도에 대응하는 트롤리 대차 속도(VR)을 곱한 신호를 중력 가속도(g)로 나눈 신호와, 로프의 흔들림각의 추정치(Eθ)로 이루어진 신호를 시간 적분하여 얻어진 신호와의 편차를 취하고, 상기 편차신호에 상기 권상기의 권상 드럼으로부터 하물까지의 로프의 측정 길이(L)와 중력 가속도(g)를 이용하여 다음식
    에 의해 로프의 편향각 주파수 추정치(ωE)를 연산하고, 상기 로프의 흔들림각 주파수 추정치(ωE)의 2승을 곱한 신호를 시간 적분함으로써 로프의 흔들림각 추정치(Eθ)를 연산하는 것을 특징으로 하는 크레인의 로프 흔들림 방지 제어방법.
  8. 트롤리 대차를 구동하는 트롤리 대차용 전동기와, 트롤리 대차의 속도신호와 상기 트롤리 대차의 속도지령신호와의 편차신호로부터 속도제어기에 의해 토오크 지령을 연산하고, 상기 토오크 지령에 따라 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도를 제어하는 트롤리 대차 구동 제어장치와, 로프에 의해 하물을 끌어 올리는 권상전동기와, 상기 권상전동기의 구동제어장치와를 가지는 현수식 크레인의 로프 흔들림 방지 제어장치에 있어서, 로프의 흔들림각(Eθ)과, 설정한 제동계수(δ)와, 중력의 가속도(g)와, 주행용 전동기 정격 속도에 대응하는 상기 트롤리 대차 주행속도(VR)와, 상기 권상전동기 속도로부터 얻어지는 권상 드럼으로부터 하물까지 로프 길이의 측정치(LE)로부터 다음식
    에 의해 제동제어속도 보정신호(NRFDP)를 구하는 구동제어기와, 상기 속도지령(NRF0)로부터 상기 제동제어속도 보정신호(NRFDP)를 감한 속도지령(NRF1)을 이용하여 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도를 제어하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 크레인 로프 흔들림 방지 제어장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도검출신호(NMFB) 및 하물의 중량(mIE)에 입각하여 상기 로프 흔들림각(Eθ)을 연산하는 흔들림각 연산기를 설치한 것을 특징으로 하는 크레인 로프 흔들림 방지 제어장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 로프 흔들림각(Eθ)을 검출하는 로프 흔들림각 검출기를 설치한 것을 특징으로 하는 크레인 로프 흔들림 방지 제어장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도검출신호(NMFB)를 미분한 신호에 상기 트롤리 대차용 전동기의 기계적 시정수를 곱하여 전동기 가속 토오크신호의 추정치(ETA)를 얻는 전동기 가속 토오크 연산기와, 상기 속도제어기의 출력 토오크 지령신호(TRF)로부터 상기 전동기 가속 토오크신호의 추정치(ETA)를 감산하여 부하 토오크신호의 추정치(ETL)를 구하는 전동기 부하 토오크 연산기를 구비하며, 상기 흔들림각 연산기가 상기 부하 토오크 추정치(ETL)로부터 상기 트롤리 대차용 전동기 부하의 마찰 토오크의 추정치(ETF)를 감한 신호를 하물 중량 측정치로 나눈 신호를 1차지연요소를 가지는 필터를 통해 로프 흔들림각의 추정치(Eθ)를 연산하는 것으로 한 크레인의 로프 흔들림 방지 제어장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도검출신호(NMFB) 대신에 상기 직선지령기의 출력측 속도지령(NRF0)로부터 상기 제동제어속도 보정신호(NRFDP)를 감한 속도지령신호(NRF1)를 사용하여 로프의 흔들림각 추정치(Eθ)를 연산하는 구성으로 한 크레인의 로프 흔들림 방지 제어장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도검출신호(NMFB)를 미분한 신호에 상기 트롤리 대차용 전동기의 기계적 시정수를 곱하여 전동기 가속 토오크신호의 추정치(ETA)를 얻는 전동기 가속 토오크 연산기와, 하물 중량 측정치로부터 트롤리 대차의 이동 마찰 토오크의 추정치(ETF)를 구하는 이동 마찰 토오크 연산기와, 로프 흔들림각 연산기의 출력신호(Eθ)에 상기 하물 중량 측정치를 곱함으로써 하물 중량에 의해 받는 트롤리 대차의 이동 저항의 추정치(ETL11)를 구하는 수단과, 상기 전동기 가속 토오크의 추정치(ETA)와 상기 트롤리 대차의 이동 마찰 토오크의 추정치(ETF)와 트롤리 대차의 이동 저항의 추정치(ETL11)를 가산함으로써 전동기 토오크 신호의 추정치(ETM)을 구하는 수단과, 상기 속도제어기의 출력 토오크 지령신호(TRF)와 상기 전동기 토오크신호의 추정치(ETM)의 편차신호에 비례이득(G)을 곱하여 얻어진 신호에 1차지연요소를 가지는 필터를 개재시켜 출력함으로써 로프의 흔들림각(Eθ)을 연산하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 크레인의 로프 방진구 제어장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 트롤리 대차용 전동기의 속도검출신호(NMFB)에 전동기 속도에 대응하는 트롤리 대차 속도(VR)을 곱한 호를 중력의 가속도(g)로 나눈 신호와, 로프의 흔들림각 추정치(Eθ)가 되는 신호를 시간 적분하여 얻어진 신호와의 편차를 취하는 수단과, 상기 권상기의 권상 드럼으로부터 하물까지의 로프의 측정 길이(LE)와 중력 가속도(g)를 이용하여 다음식
    에 의해 로프의 흔들림각 주파수 추정치(ωE)를 연산하는 로프 흔들림각 연산기와 상기 편차신호에 상기 로프의 흔들림각 주파수 추정치(ωE)의 2승을 곱한 신호를 시간 적분함으로써 로프의 흔들림각의 추정치(Eθ)를 연산하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 크레인의 로프 흔들림 방지 제어장치.
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