KR100237150B1 - 현수하중 안정/위치결정 제어장치 - Google Patents

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Abstract

현수 하중 안정/위치결정 제어장치는 2개의 레일(1)상에서 로프(5) 등에 의하여 하중을 매달고 레일(1) 상에서 이동되는 크레인(4)을 이동시키기 위한 독립적인 구동장치(11, 14)와; 각각의 레일(1) 상에서 크레인의 이동위치를 검출하기 위한 위치검출기(12, 15)와; 각각의 레일(1) 상에서 크레인의 이동속도를 검출하기 위한 속도검출기(13, 16)와; 현수하중 스윙변위 검출기(17)와; 2개의 위치에서 구동장치(11, 14)에 대한 작동명령을 인풋에 기초하여 계산하기 위한 연산수단(21);을 포함하며, 인풋은 위치검출기(12, 15)에 의한 2개의 위치에서의 이동위치의 측정값, 속도검출기(13, 16)에 의한 2개의 위치에서의 속도의 측정값, 및 현수하중 스윙 변위검출기(17)에 의한 현수하중 변위의 측정값이다. 따라서, 현수하중은 구조적인 변형을 가지는 크레인에서도 정확하게 위치결정될수 있다.

Description

현수하중 안정/위치결정 제어장치
본 발명은 크레인에서 현수하중의 안정(즉, 스윙 멈춤) 및 위치결정을 수행하기 위한 안정/위치결정 제어장치에 관한 것이다.
종래기술의 구조는 도 3에 도시된다.
도 3에 도시된 바와같이 갠트리(3)는 지면에 놓여 있는 2개의 레일(1)(좌우측 레일)을 가로질러 이동되도록 위치된다. 독립적인 이동구동장치(11, 14)는 각각의 레일(1) 상에서 갠트리(3)를 이동시키기 위하여 제공된다. 이동구동수단(11, 14)은 제어장치(21)에 전기적으로 연결되는 한편, 제어장치(21)는 각각의 이동구동장치(11, 14)에 대하여 작동명령을 야기시킨다.
갠트리(3) 상에서 트롤리(4)는 횡단 이동되도록 지지된다. 트롤리(4)로부터 로프(5)는 하중(6)을 매달기 위해서 늘어진다.
그러한 크레인에서 자동주행이 이루어질 때, 갠트리(3)의 이동방향에 대하여 정확하게 현수하중(6)을 위치결정시켜 소정의 위치에 현수하중(6)을 위치시킬 것이 요구된다.
이러한 목적에서 갠트리(3)는 주어진 목표위치에 위치결정되어야만 하고, 현수하중(6)을 안정시키기 위한 제어는 동시에 수행되어야만 한다.
따라서, 제어시스템은 현수하중의 스윙상태 뿐만아니라 갠트리(3)의 이동위치 및 이동속도에 피드백을 수용시키기 위하여, 또한 갠트리(3)에 대하여 구동장치의 작동량(예컨대 속도명령)을 결정하기 위하여 제공된다.
즉, 이동위치검출기(12) 및 이동속도검출기(13)는 도 3에서 우측레일(1)상에서 갠트리(3)의 각각의 이동위치(x1) 및 이동속도(x2)를 검출하기 위하여 구비된다. 현수하중(6)에 대하여 스윙 움직임 검출기(17)는 스윙상태, 즉 현수하중의 스윙변위(x5) 및 현수하중의 스윙속도(x6)를 검출하기 위해서 부착된다.
제어장치(21)는 도 4에 도시된 바와같이 검출기(12, 13, 17)에 의하여 측정된 값(x1, x2, x5, x6)의 인풋을 수용한다. 제어연산에 의하여, 제어장치(21)는 이동구동장치(11, 14)의 작동량을 결정하며 제어를 수행한다.
제어장치(21)에 의하여 수행되어질 제어연산에 관해서, 갠트리의 위치결정 및 현수하중의 안정을 위한 제어시스템은 도 5에 도시된 바와같이 보기-진자 시스템 모델로 갠트리 및 현수하중을 건조함으로써, 또한 이러한 모델에 기초하여 최적 레귤레이터를 구성함으로써 인식될수 있다는 것이 공지된다(참고문헌: "기계시스템 제어" Paragraph 6.2, Furuta Katsuhisa et al., Ohm).
최근에, 크레인은 대형화되는 경향이 있다. 따라서 갠트리(3)의 구조적인 변형과 관련되어 우측이동위치와 좌측이동위치 사이의 불일치는 증가될수 있다. 자동주행시 정확한 위치결정에 대한 요구는 엄격해서 정확한 위치결정시 좌우측 이동위치 사이의 불일치의 영향은 무시될 수 없다.
종래기술의 제어시스템은 동일한 명령에 의하여 좌우측 구동시스템을 구동시키며, 따라서 좌우측 이동위치사이의 불일치는 0으로 감소될수 없다. 결과적으로 현수하중에 대한 위치결정 정확도는 저하되며, 최악의 경우, 소정의 위치결정 정확도가 충족될수 없다는 중대한 문제점을 가진다.
본발명은 이러한 환경하에서 성취된다. 본발명의 목적은 2개의 횡단레일상에서 이동되는 크레인의 각각의 좌우측 이동위치 및 이동속도를 검출하기위한 이동위치검출기 및 이동속도검출기와, 좌우측 독립구동장치와, 인풋으로서의 검출기로부터의 측정값에 기초하여 좌우측 구동장치의 작동량을 결정하는 연산수단을 포함하는 위치결정/안정제어시스템을 제공하는 것이다.
상기 설명된 바와같이, 제어시스템은 2개의 횡단레일상에서 이동되는 크레인의 각각의 좌우측 이동위치 및 이동속도를 검출하기 위한 이동위치검출기 및 이동속도검출기와, 좌우측 독립구동장치를 가지도록 구조되며, 인풋으로서의 검출기로부터의 측정값에 기초하여 좌우측 구동장치의 작동량을 결정하도록 구조된다. 따라서, 제어시스템은 좌우측 이동위치에 대하여 위치결정을, 또한 현수하중의 안정을 동시에 수행할수 있다.
도 1은 본발명의 실시예에서 안정제어장치의 전체 구조를 도시하는 도면,
도 2는 본발명의 실시예에서 안정제어장치의 블록선도,
도 3은 종래기술의 안정제어장치의 전체 구조를 도시하는 도면,
도 4는 종래기술의 안정제어장치의 블록선도, 및
도 5는 갠트리와 현수하중을 가지는 모델을 도시하는 도면.
본발명의 실시예에 따른 현수하중 안정/위치결정제어장치는 도 1 및 도 2에 도시된다. 도 1은 본발명에 따르는 크레인 및 제어시스템의 전체 구조를 도시한 도면이다. 도 2는 본 실시예의 제어장치의 블록선도이다. 상기 실시예와 동일한 부분은 동일한 부재번호 및 기호로 표시되며, 그 설명은 생략된다. 도 1에 도시된 바와같이 본 실시예의 현수하중 안정/위치결정 제어장치는 도 1에서 우측레일(1) 상에서의 갠트리(4)의 이동위치(x1) 및 이동속도(x2)를 검출하기 위한 우측이동위치검출기(12) 및 우측이동속도검출기(13)를 구비하며, 또한 좌측레일(1) 상에서의 갠트리(4)의 이동위치(x3) 및 이동속도(x4)를 검출하기 위한 좌측이동위치검출기(15) 및 좌측이동속도검출기(16)를 구비한다.
현수부하(6)의 스윙 상태를 검출하기 위해서, 스윙 움직임검출기(17)는 가속도계등을 이용하여 이동방향에서의 현수하중(6)의 스윙변위(x5) 및 스윙속도(x6)를 검출하기 위해서 현수하중(6)상에 장착된다.
제어장치(21)는 검출기(12, 13, 15, 16, 17)로부터의 검출신호(x1, x2, x3, x4, x5)의 인풋을 수용하여, 입력된 움직임 상태량, 즉 좌우측 이동위치 및 이동속도, 현수하중의 스윙변위 및 스윙속도를 0으로 되돌리기 위하여 필요한 최적 작동량을 계산하고, 좌우측 이동구동장치(11, 14)에 제어명령신호를 부여한다.
도 2에 도시된 바와같이, 최적안정이득(K)은 개별적으로 산출되어 제어장치(21)에 프리셋된다. 제어장치(21)는 최적이득(K)에 기초하여 검출기(12, 13, 15, 16, 17)로부터 입력되는 현수부하(6)의 스윙변위 및 스윙속도, 좌우측 이동위치 및 이동속도에 응하여 최적 작동량을 계산하여, 좌우측 이동구동장치(11, 14)에 의해 최적 안정/위치결정제어를 수행하는 제어연산부(22)를 가진다.
본 실시예에 따른 상기 현수하중 안정/위치결정 제어장치는 다음의 구체적인 프로세싱 스텝(1) 내지 (3)에 의하여 최적 안정/위치결정 제어를 수행한다.
(1) 검출기(12, 13, 15, 16, 17)는 현수하중(6)의 움직임 상태량 뿐만아니라 좌우측 구동장치의 이동위치 및 이동속도를 검출하여, 이들 데이터를 제어장치(21)에 부여한다.
(2) 그후에 이들 움직임 상태량에 기초하여 최적제어부(22)는 다음 수학식 1을 이용한 최적안정제어의 계산에 따라서 좌우측 구동장치(11, 14)에 대한 속도명령(u1, u2)을 계산하며,
u = Kx
여기에서, u는 이하 설명되는 작동량 벡터를 나타내며, u1은 우측구동장치(11)에 대한 속도명령을 나타내고, u2는 좌측구동장치(14)에 대한 속도명령을 나타낸다.
즉, u는 다음 수학식 2로 표시된다.
u = [u1 u2]T
수학식 1에서 x는 이하 설명되는 상태량 벡터를 나타낸다. 좌에서 우의 순서로, 그 요소는 우측이동위치(x1) 및 우측이동속도(x2), 좌측이동위치(x3) 및 좌측이동속도(x4), 현수 하중의 스윙변위(x5) 및 스윙속도(x6)이다. 즉, x는 다음 수학식 3으로 표시된다.
x = [x1 x2 x3 x4 x5 x6]T
나아가서, K는 아래와 같은 2행 6열의 상수 매트릭스로 표시된다.
Figure kpo00000
상기 상수 매트릭스(K)는 다음 과정에 의하여 결정되는 최적 이득이다.
(a) 좌우측 이동구동장치(11, 14), 갠트리(3), 로프(5) 및 현수하중(6)에 대한 공식으로 만들어진 이동방정식으로부터 다음에 표시된 바와같은 상태방정식(수학식 5)이 유도된다. 이러한 상태방정식은 스프링-매스 시스템과 같은 현수하중의 진동을 표현하는 선형 미분방정식이며,
Figure kpo00001
여기에서, u와 x는 각각 상기 작동량 벡터와 상태량 벡터를 나타내며, A는 6행 6열의 변환 매트릭스를 나타내고, B는 6행 2열의 드라이브 매트릭스이다.
(b) 상기 상태방정식(수학식 5)에 대하여, 다음의 수학식 6의 평가함수(J)를 최소화하는 수학식 7의 최적 이득(K)이 구해지며,
Figure kpo00002
여기에서, Q 와 R은 각각 6행 6열 및 2행 2열의 웨이팅 매트릭스를 나타낸다.
u = Kx
평가함수(J)를 최소화함으로써 최적이득(K)은 가장 작은 가능 작동량(u)으로써 상태량의 모든 요소를 0으로 빠르게 감소시킨다는 것이 발견된다.
(3) 상기 계산에 의하여 얻어지는 최적이득(K)에 기초하여, 최적제어부(22)는 검출기(12, 13, 15, 16, 17)에 의하여 이동상태량 및 주행상태에 적합한 최적작동량을 결정하며, 좌우측 구동장치(11, 14)에 대한 제어명령신호로서 최적 작동량을 산출한다. 이러한 신호에 따라서 도출됨으로써, 최적제어부(22)는 좌우측 이동위치에 대한 위치결정 및 현수하중(6)의 안정을 위한 최적제어를 수행한다.
그러한 최적제어는 좌우측 이동위치사이의 불일치를 제거시킬수 있으며, 현수하중의 안정을 성취하고, 현수하중의 매우 정확한 위치결정을 확보할 수 있다.
실시예에 따라 설명된 바와같이, 본발명은 2개의 횡단레일상에서 이동되는 크레인의 각각의 좌우측 이동위치 및 이동속도를 검출하기 위한 이동위치 검출기 및 이동속도검출기와, 좌우측 독립구동시스템을 가지며, 최적 레귤레이터에 의하여 구동장치의 작동량을 계산한다. 따라서, 본발명은 구조적인 변형을 가지는 크레인에서도 현수하중의 정확한 위치결정을 가능하게 한다.

Claims (2)

  1. 현수하중 안정/위치결정 제어장치에 있어서,
    2개의 레일상에서 로프등에 의하여 하중을 매달고 레일상에서 이동되는 크레인을 이동시키기 위한 독립적인 구동장치;
    각각의 레일상에서 크레인의 이동위치를 검출하기 위한 위치검출기;
    각각의 레일상에서 크레인의 이동속도를 검출하기 위한 속도검출기;
    현수하중 스윙 변위검출기; 및
    2개의 위치에서 구동장치에 대한 작동명령을, 위치검출기에 의한 2개의 위치에서의 이동위치의 측정값, 속도검출기에 의한 2개의 위치에서의 이동속도의 측정값, 및 현수하중 스윙 변위 검출기에 의한 현수하중 변위의 측정값인 인풋에 기초하여 계산하기 위한 연산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 현수하중 안정/위치결정 제어장치,
  2. 제 1 항에 있어서, 개별적으로 계산되고 설정되는 최적안정 이득에 기초하여, 연산수단은 좌우측 이동위치 및 이동속도, 검출기로부터 입력되는 현수하중의 스윙 변위 및 스윙 속도에 응하여 최적 작동량을 계산하며, 구동장치에 의하여 최적 안정/위치결정제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 현수하중 안정/위치결정 제어장치.
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