KR100374147B1

KR100374147B1 - 크레인등의로프편향방지제어방법및장치

Info

Publication number: KR100374147B1
Application number: KR1019960707438A
Authority: KR
Inventors: 도시오 미야노; 다카유키 야마카와; 데츠오 가와노; 엘. 리차드 프래트; 씨. 프레드릭 라프
Original assignee: 가부시키가이샤 야스가와덴끼
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 2003-06-09
Also published as: JP3358768B2; EP0768273A1; WO1996033943A1; JPH08295486A; US5938052A; CA2193890A1; CN1099997C; CN1152290A; EP0768273A4

Abstract

본 발명은 기계식 또는 광학식 편향각 검출 수단을 필요로 하지 않으며, 고성능이면서도 저렴한 가격의 편향 방지 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 크레인 등의 로프로 현수된 부하를 주행시키는 트롤리 구동 장치를 구비한 크레인 등의 편향 방지 제어 방법에 있어서, 로프의 편향에 따른 부하 토크 변동을 포함하지 않는 전동기 토크의 추정 신호(τ_M*)를 제어계 및 구동계의 게인 정수, 등가 시정수에 의해 연산 추정하고, 이 추정 신호(τ_M*)와 실제의 부하 토크(τ_M)를 비교함으로써 로프 편향각 및 하중에 비례하는 편향 부하 신호(I_2W*)를 연산하고, 이 편향 부하 신호에 비례하는 편향각 검출 추정치(θ_1*)와 편향각 설정치(θ_s)의 편차에 위상 진행 · 지연 보상을 행한 신호(N_w)를 트롤리 구동 장치(1)의 트롤리 속도 지령(N_s)으로 네카티브 피드백시킴으로써 로프에 매달린 부하의 편향을 제지한다.

Description

크레인 등의 로프 편향 방지 제어 방법 및 장치

주지된 바와 같이 가속시, 감속시 또는 주행 중의 매달린 짐의 편향을 억제하는 방법으로서는, 기계적 편향 방지 제어 방법과 전기적 편향 방지 제어 방법 2가지로 크게 나눌 수 있다.

기계적 편향 방지 제어 방법에는 트롤리 자체에 예를 들면 가이드 마스트를 설치하여 로프의 편향을 제지하는 방법이나, 컨테이너 크레인 등 컨테이너 자체의 구조에 착안하여 짐의 편향을 억제할 수 있는 특수한 로프 걸이와 유압 실린더에 의한 로프 긴장 장치를 병용한 편향 방지 제어 방법 등이 있다.

또한, 전기적 편향 방지 제어 방법에는 매달린 짐의 편향각 또는 편향 속도를 검출하여 이것을 구동계로 피드백시키거나 또는 가감속 종료 시에 편향을 없앨 수 있는 속도 패턴을 연산 지령하여 편향 방지 제어를 행하는 방법이 있다(예를 들어, 일본 특공소 45-4020호의 기중기의 로프 편향 방지 제어 방식).

이 전기적 편향 방지 제어에는 매달린 짐의 편향각을 검출하여 이것을 적당한 보상 요소를 통하여 구동계로 피드백시켜 편향 방지를 행하는 폐쇄 루프식과 매달린 짐에 대한 운동 방정식의 해에 의해 가속시, 감속시의 편향각, 편향 속도를 예측하여 편향 방지가 가능한 가감속도, 가감시간을 지령하는 개방 루프식이 있다(예를 들어, 일본 실개소 57-158670호의 현수식 크레인의 로프 편향 방지 제어 장치).

종래의 방법에서는 일본 특공소 45-4020호 공보에 개시된 바와 같이 원리적으로 편향각의 검출 수단이 필요하다. 이 방법에서는 로프의 편향각을 기계적으로 검출하고 있는데, 로프가 감아 올려지거나 감아 내려질 때 운동하기 때문에 그 연결 장치의 구조는 로프와의 확실한 연결 및 슬라이딩 가능이라고 하는 상반되는 요구를 만족시킬 필요가 있어 결과적으로 결합 구조가 복잡하게 되며, 또한 신뢰성이 결여된다는 결점이 있었다.

이것을 해결하기 위해, 최근 광원과 카메라, 화상 처리 장치에 의한 광학식 편향각 검출 장치가 제안되고 있다.

이것은 확실히 운동하는 로프와의 기계적 연결은 아니지만, 광학식이라는 점에서 먼지에 의한 성능 열화의 우려가 있을 뿐만 아니라, 특히 광원과 카메라의 정확한 위치 맞춤, 화상으로부터 편향각의 연산 처리를 위해 편향각 검출 장치로서는 너무 고가가 되어 버린다는 결점이 있다. 또한, 크레인의 구조상 트롤리의 감아 올림 윈치 부근에 카메라를 설치하는 것이 일반적이나, 그 설치 공간을 필요로 한다.또한, 현재 트롤리 가속도를 0.5m/sec²로 가정하면, 최대 편향각을 고려해도 그 값은 0.102rad로 매우 작아지기 때문에 편향각 검출의 정도 측면에서 카메라와 광원의 정확한 위치 맞춤이 필요하게 된다. 그만큼, 정확한 카메라 컨트롤을 필요로 한다. 즉, 복잡하고 미묘한 검출 장치가 됨은 피할 수 없다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 편향각 검출 장치를 사용하지 않고 전동기 속도, 트롤리 속도, 로프 길이 등으로부터 편향각을 연산 추정하는 편향각 모델이나 편향각 옵저버 등도 검토되었으나, 복잡해진다는 점, 오차가 크다는 점, 또한 초기 편향이나 외란이 있는 경우에 대응할 수 없다는 등의 이유로 인해 실용화되지는 못했다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기계적 또는 광학적 편향각 검출 수단을 필요로 하지 않고 또한 종래의 편향각 모델이나 편향각 옵저버와는 전혀 다른 원리에 따라 부하 토크 옵저버를 개발하여 고성능이면서도 저렴한 가격의 편향 방지 제어 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 로프에 매달린 부하, 예를 들어 천정 주행 크레인의 트롤리 등에 매달린 짐, 또는 컨테이너 크레인, 컨테이너 캐리어의 트롤리에 매달린 컨테이너, 혹은 물건 하역용의 글러브 버킷 크레인이나 언로더 등의 글러브 버킷 등의 주행시의 편향을 억제하는 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 구체적인 실시예의 전체 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 2는 일반적인 트롤리의 편향 역학 모델을 나타내는 설명도이다.

도 3은 본 발명의 실시예의 구성에 있어서의 부하 편향각의 응답을 시뮬레이션에 의해 구한 설명도이다.

도 4는 본 발명의 편향 방지 제어 장치의 블럭도이다.

도 5는 로프의 길이에 알맞는 제어 이득의 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 예를 나타내는 설명도이다.

도 6은 본 발명의 실시예의 시뮬레이션에 의한 편향 방지 성능을 나타낸 설명도이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하, 본 발명을 구체적 실시예를 보이는 도 1 내지 도 6 및 표 1에 의해 설명한다.

도 1은 본 발명의 원리를 나타내는 블럭도이다. 도면에 있어서, 파선으로 둘러싸인 1은 트롤리 구동 장치, 1-1은 그 토크 제어 장치, 1-2는 전동기와 트롤리 구동계를 나타내고 있다. 트롤리 구동계(1-2)의 출력인 속도(N)는 토크 제어 장치(1-1)의 입력 측으로 피드백되어 공지의 자동 속도 제어 장치를 구성하고 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 1-3은 부하의 편향에 의해 생기는 토크(이것을 이하 "편향 부하 토크"라고 부른다)를 트롤리 구동계(1-2)로 전하는 토크 전달 계수를 나타내고 있다.

마찬가지로, 도 1의 2는 본 발명의 부하 토크 옵저버(2-1)와 편향 방지 제어 컨트롤러(2-2)로 구성된, 본 발명의 편향 방지 제어 장치를 나타내고 있다. 3은 속도 지령 핸들에 부착된 속도 지령기로서 가속도 조정기(4)(예를 들어 직선 지령기)로 속도 지령을 전하며, 가속도 조정기(4)는 조정된 속도 지령(N_S)을 출력한다. 5는 전동기 회전 속도(N)를 트롤리 속도(v)로 변환시키는 요소이다. 6은 트롤리속도(v)를 입력으로 하고 트롤리의 편향 각도(θ)를 출력으로 하는 트롤리 편향 역학계 모델을 나타내고 있다.

각 블럭도 중의 G₁(s)∼G₇(s)는 각 장치 또는 요소의 전달 특성을 표시하는 전달 함수를 나타내는 것이다.

일반적으로 트롤리의 편향 역학 모델은 도 2에 의해 나타낼 수 있다. 도면중의 11은 트롤리, 12는 부하이다.

도 2로부터 다음의 관계식을 얻을 수 있다.

[식 1]

[식 2]

[식 3]

y=h · cosθ

[식 4]

x=d-h · sinθ

단, d: 징점으로부터의 트롤리의 수평 위치 변위

d²x/dt², d²y/dt²: 트롤리의 가속도

F: 트롤리의 가속력

g: 중력에 의한 가속도

h: 감아 올림 로프의 길이

m: 부하의 질량

M: 트롤리의 질량

T: 감아 올림 로프의 장력

x: 부하의 수평 위치 변위

y: 트롤리로부터의 부하의 수직 위치 변위

θ: 수직선으로부터의 부하의 편향 각도

이다.

식 3과 4를 식 1과 2에 대입하여 정리하면, 다음의 식을 얻을 수 있다.

[식 5]

[식 6]

한편, 트롤리의 가속에 대해서는 다음의 식이 성립한다.

[식 7]

여기서, 후크 높이가 일정한 경우를 고려하면, 식 5는 다음과 같이 된다.

[식 8]

여기서, f: 트롤리 가속도 = d²(d)/dt²

또한, 식 8에서는 편향각 θ가 매우 작다. 그 결과, cosθ-1.0, sinθ-0로 간주할 수 있는 경우를 고려하면, 다음의 식이 얻어진다.

[식 9]

이것을 라플라스 변환하여 식 10을 얻을 수 있다.

[식 10]

여기서, v(s) : 트롤리 속도= A(dt)/dt

τ = (h/g)^1/2

여기서, 감아 올림 로프의 길이 h를 다시 L로 표시하여

[식 11]

로 두면, 식 10은 다음의 식 12와 같이 표시할 수 있다.

[식 12]

단, L: 감아 올림 로프의 길이(m)

g: 중력의 가속도 = 9.8m/sec²

v: 트롤리 속도(m/sec)

θ: 편향각(rad)

즉, 도 1의 G₄는 식 12에 의해 구할 수 있다.

다음에, 편향에 의해 생기는 트롤리의 가속력을 구한다.

이 가속력은 식 7의 T · sinθ의 항이다. 이 항의 로프 장력(T)은 중력 성분과 부하의 원운동에 의한 구심력의 합이 되는데, 후자는 전자에 비해 충분히 작기 때문에 전자의 성분에 의해 근사화시킬 수 있다.

따라서,

[식 13]

T-m · g · cosθ

즉, 부하의 편향에 의해 생기는 가속력(f_s)은 편향각이 작다고 하면,

[식 14]

로 표시된다. 따라서, 이 부분의 전달 함수는,

[식 15]

단, f_s: 트룰리의 편향 가속력(N)

m: 부하의 질량(kg)

따라서, G₅는 식 15의 편향 가속력(f_s)에 전동기 축으로 환산하는 토크 계수를 곱한 다음의 식에 의해 구할 수 있다.

[식 16]

단, K_w: 토크 환산 계수(Kg · m/N)

τ_w: 진동기 축 환산 편향 부하 토크(Kg · m)

도 1에 있어서, 1-2의 블럭으로 표시되는 전동기와 트롤리 구동계의 전달 함수(G₂)는 전동기 토크(τ_N)와 [트롤리 마찰 토크(τ_t) + 편향 부하 토크(τ_w)]의 대수 합에 의한 가속 토크(τ_a)를 입력으로 하고 전동기 회전 속도를 출력으로 하는 전달 함수이며, 공지의 식에 의해 나타낼 수 있다.

[식 17]

단, N(s): 전동기 회전 속도(rpm)

τ_a: 가속 토크(Kg · m)

τ_t: 트롤리 마찰 토크(Kg · m)

GD²: 전동기(GD²) + 전동기 축 환산 트롤리(GD²)(Kg · m²)

s: 라플라스 연산자(=d/dt)

다음에, 토크 제어 장치(1-1)의 전달 함수(G₁)는 예를 들어 벡터 제어 인버터 등을 적용한 경우, 작은 지연 시정수를 갖는 1차 지연계로 근사화 가능하다.

즉,

[식 18]

단, τ_M(s): 전동기 토크(Kg · m)

△N: 속도 편차(rpm)=N_s'(s)-N_s

Kp: 속도 제어 게인(Kg · m/rpm)

T_a': 등가 토크 시정수(sec)

여기서, 본 발명의 자동 편향 방지 제어 장치의 유용성을 명확하게 하기 위해 이상 설명으로 명확하게 된 트롤리 구동계의 전달 함수를 이용하이 본 발명의 자동 편향 방지 제어를 사용하지 않는 경우의 가속 시의 트롤리 편항에 대해서 설명한다.

도 3은 도 1에 도시한 본 발명의 실시예의 구성으로부터 편향 방지 제어 장치(2)를 제거하고 전동기를 4.5sec로 가속시킨 경우의 부하 편향각의 응답을 시뮬레이션에 의해 구한 것이다. 도면에 도시한 바와 같이, 가속 종료 후에도 큰 잔류 편향이 있어 거의 감쇠되지 않음을 알 수 있다. 따라서, 편향을 작게하여 주행하는 것이 요구되는 경우나 매달린 짐의 위치 결정이 요구되는 경우에는 운전자가 수동으로 편향 방지 조작을 해야만 한다.

또한, 이 조작은 고정도의 숙련을 필요로 하며, 대다수의 경우 하역 능률을 크게 저하시키는 결과가 된다.

다음에, 본 발명의 편향 방지 제어 장치(2)를 도 4에 기초하여 상세히 설명한다.

도 1의 부하 토크 옵저버(2-1)는 도 4의 2-1의 블럭에 그 상세함을 나타낸다. 즉, 도시한 바와 같은 편향 부하 토크를 포함하지 않는 전동기 토크를 추정하는 토크 모델(2-1-2)을 만들어 그 출력(τ_M*)과 도 1의 토크 제어 장치(1-1)의 출력(τ_M)을 비교함으로써 편향 부하를 추정하도록 구성한 것이다.

벡터 제어 인버터 구동과 같이, 토크 지령과 발생 토크가 선형화된 구동 장치에서는 상술한 바와 같이 속도 편차로부터 전동기의 발생 토크까지의 전달 함수는 매우 작은 시정수의 1차 지연계로 근사가 가능하다.

따라서, 편향 부하 토크를 포함하지 않는 전동기 토크의 추정치를 τ_M*으로 하면, 그 값은 식 17, 18을 사용하여 도 4의 1차 지연 요소(2-1-1)와 토크 모델(2-1-2)과 같은 블럭선도와 그 구성으로 나타낼 수 있다.

즉,

[식 19]

단, T_m': 보상된 기계적 시정수(sec)=(T_a'+T_m)/(1+K_p)

T_m: 기계적 시정수(sec)=GD²/375

T_t: 트롤리 마찰 토크(Kg· m)

G₆'(s): 1/(1+T_m's)(1+T_a's)

전동기 토크의 추정치(τ^M*)는 2-1-3으로 표시하는 토크 정수(K_T)의 역수를 곱함으로써 토크 전류의 추정치(I_2*)로 변환시킬 수 있다.

마찬가지로, 도 1의 트롤리 전동 장치에 있어서의 토크 제어 장치(1-1)의 출력(τ_M)도 K_T의 역수를 곱함으로써 실제의 토크 전류(I_2s)로 변환시킬 수 있다.

따라서, 편향 부하 전류의 추정치(I_2W*)는 도 4의 2-1에 나타난 바와 같이

[식 20]

로 표시된다.

단, K_T: 토크 정수(A/Kg · m)

I_2W*: 편향 부하 전류의 추정치(A)

I₂: 실제 토크 전류(A)

이와 같이 하여, 기계적 또는 광학적인 편향각 검출 수단을 사용하지 않고매달린 짐의 편향각과 매달린 짐에 비례하는 편향 부하 전류를 검출할 수 있다.

다음에, 본 발명의 편향 방지 제어 컨트롤러에 대해 설명한다.

도 4의 2-2는 도 1의 2-2 블럭의 실시예의 상세를 나타내는 것으로, 2-2-1은 편향각 설정기, 2-2-2는 편향각 오차 증폭기, 2-2-3은 위상 진행 · 지연 보상기, 2-2-4는 [편향각/편향 전류] 변환기이다.

매달린 짐의 편향각은 편향 전류 추정치(I_2W*)로서 검출되며, 계수(K_D)와 곱해져 편향각 검출 추정치(θ_1*)로 변환된다. θ_1*는 편향각 설정기(2-2-1)의 설정치(θ_s)와 비교되며, 그 오차 △θ는 K_th배가 되어 위상 진행 · 지연 보상기(2-2-3)를 통해서 도시한 바와 같이 트롤리의 자동 속도 제어 회로 외측의 편향 방지 제어 회로의 피드백 신호(N_w)가 된다.

즉, 실제의 트롤리 속도 지령은, 도 1의 가속도 조정기(4)의 출력(N_s)과 상기 피드백 신호(N_w)의 차(N_s')가 되도록 구성되어 있다.

따라서, 편향각 설정기의 설정치를 제로로 설정하고 K_th, K_D, T_D1, T_D2를 적절히 설정하면, 편향각 검출 설정치(θ_1*)를 제로로 하는 제어, 즉 편향 방지 제어가 가능하게 된다.

이 경우, 이 시스템의 안정화 수단으로서는 공지의, 예를 들면 보드선도에 의한 해석법을 적용할 수 있으며, 소정의 응답을 얻는 K_th, K_D, T_D1, T_D2의 설정이 가능하다.

도 4에서 설명한 편향 방지 제어 장치에 있어서의 등가 토크 시정수(T_a')는 보상된 기계적 시정수(T_m')에 비해 작기 때문에, 근사적으로는 G₆'은 1차식으로 근사화되어 실제의 시스템을 간단하게 할 수 있다.

이상은 본 발명의 원리에 대해 실시예에 기초한 상세한 설명이다.

단, 본 발명에서는 실시화 할 때 다음의 세가지 문제점의 해결이 필요하다.

첫째, 로프의 길이가 변화한 경우에도 우수한 편향 방지 성능을 발휘시킬 수 있는 편향 방지 제어 게인과 로프 길이의 관계를 구하는 문제이다.

둘째, 매달린 짐의 감소에 의해 편향 방지 제어 루프 게인이 저하되어 제어성능이 열화되는데 대한 대책이다.

셋째, 편향 부하를 포함하지 않는 전동기 토크 모델과 실제의 토크 전류를 비교함으로써 부하 토크 옵저버가 구성되는데, 모델과 실제로 오차가 있는 경우의 성능 열화에 관한 문제이다.

첫번째 문제는 식 12의 ω값이 로프 길이에 따라 변하는 것에 기인한다. 예를 들면, 로프의 길이가 19.6m, 9.8m, 4.9m인 경우, ω는 식 11에 의해 0.707sec^-1, 1.0sec^-1, 1.414sec^-1가 되어 식 12의 특성근이 로프 길이의 평방근의 역수로 변하게 된다. 따라서, 만약 로프의 길이 4.9m로 양호한 응답을 얻도록 K_D×K_th를 설정할 수 있었다고 가정한 경우, 로프의 길이 9.8m로는 이 값을 거의배로, 19.8m로는 2배로 해야만 한다.

도 5는 로프의 길이와 최적인 제어 이득의 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 예이다. 도면에서는, K_D를 일정하게 유지시켜 최적의 K_th값을 나타내 보인다. 도시된 바와 같이, 이 값은 로프 길이의 1/2승에 거의 비례하는 값이 됨을 알 수 있다.

이 문제는 이와 같이 로프의 길이에 대응하여 제어 이득을 조정함으로씨, 양호한 편향 방지 성능이 보증된다.

두 번째의 문제는, 매달리는 짐이 작은 경우 그만큼 I_2W*가 감소하여 결과적으로 편향각이 감소하는 경우와 동일한 신호를 편향 방지 제어계에 부여하기 때문이다.

그러나, 감아 올림 조작으로 매달린 부하는 보통 주행 중에는 변하지 않는다. 즉, 감아 올리는 운전 중에 부하의 크기를 측정함으로써 K_D를 보상할 수 있다. K_D는 전체 시스템의 안정도를 고려하여 부하의 감소에 반비례하여 증가할 필요가 있다.

그런데, 본 발명의 방법에서는, 도 4에 도시한 바와 같이 편향 부하 옵저버를 구성하기 위해 실제 전동기의 발생 토크를 사용하고 있기 때문에 이 편향 방지제어 루프의 추가에 의해 속도 제어 장치의 내부에 있는 토크 또는 전류 제어 마이너 루프가 발진하지 않도록 해야만 한다는 제약이 있다.

이 문제는 공지의 보드선도에 의해 루프 게인에 대한 필요한 지연 보상 시정수(T_D2), 진행 시정수(T_D1)를 계산으로 구할 수 있다. 실시예에서는, 이 보드선도에 의한 해석과 매달린 짐의 변동에 따른 전동기 부하의 변화를 계산하여 편향 방지 제어에 알맞는 게인을 구하며, 시물레이션에 의해 이것을 확인하였다.

표 1은 실시예에 있어서 이와 같은 정수의 계산예이다.

이와 같이하여 로프의 길이와 매달린 짐의 변동에 대해 최적의 T_D2, K_th를 설정할 수 있다.

세 번째 문제에서는, 제어 게인 등의 정수는 실제 설계치를 적용할 수 있고, 또한 각 시정수는 실제 운전에 앞서 실제치가 측정 가능하며, 무부하 운전의 시행에 의해서도 확인이 가능하다는 점 등에서 모델과 실제 설정치의 오차는 실용상은 거의 문제가 되는 일은 없다. 필요하다면 공기의 정수 오토 튜닝 기술도 적용할 수 있다.

단, 고려해야할 문제는 마찰 토크의 설정치(T_f)의 값 변동인데, 마찬가지로 무부하 시행에 의해 오토 튜닝이 가능하다. 또한, 이 설정 오차는 편향 방지 제어종료 후의 속도 지령 오차가 되기는 하지만, 편향 방지 성능에는 영향을 주지 않는다는 특성이 있다. 또한, 위치 결정 제어에서는 통상 속도 루프의 외측에 위치 제어 루프가 놓여지기 때문에 이 마찰 토크 설정의 설정 오차에 의한 속도 지령의 변동이 즉, 위치 결정의 오차가 되는 일은 없다.

도 6은 본 발명의 실시예의 시뮬레이션에 의한 편향 방지 성능을 나타낸 것이다.

도면에서 가속 종료 시, 감속 종료 시에 매달린 짐의 편향이 거의 제로로 제어되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 3의 특성과 비교함으로써 본 발명의 편향 방지 제어를 채용하지 않는 경우에 비해 가속시 최대 편향각도 약 52%(1.15/2.2=0.523)로 제어되어 있음을 이해할 수 있다.

본 발명에 의하면, 종래의 방법과 같이 복잡한 기계식 또는 고가의 광학식 편향각 검출 장치를 필요로 하지 않고, 또한 종래의 편향각 옵저버에 비해 직접적으로 편향각에 비례하는 편향 부하를 검출하여 편향각을 구한다는 원리에 따르기 때문에, 본질적으로 정도와 신뢰성이 뛰어나며 초기 편향이나 외란에 대해서도 대응할 수 있다. 따라서, 저렴한 값으로 고성능의 편향 방지 방지 제어 장치를 제공할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 크레인 등의 로프 편향 방지 제어 방법은 크레인 등의 로프로 현수된 부하를 주행시키는 트롤리 구동 장치를 구비한 크레인 등의 편향 방지 제어 방법에 있어서, 로프의 편향에 따른 부하 토크 변동을 포함하지 않는 전동기 토크의 추정 신호(τ_M*)를 제어계 및 구동계의 개인 정수, 등가 시정수에 의해 연산 추정하고, 이 추정 신호(τ_M*)와 실제 부하 토크(τ_M)를 비교함으로써 로프 편향각 및 하중에 비례하는 편향 부하 신호(I_2W*)를 연산하고, 이 편향 부하 신호에 비례하는 편향각 검출 추정치(θ_1*)와 편향각 설정치(θ_S)의 편차에 위상 진행 · 지연 보상을 행한 신호(N_W)를 트롤리 구동 장치의 트롤리 속도 지령(N_S)으로 네가티브 피드백시킴으로써 로프에 매달린 부하의 편향을 제지하는 것이다.

또한, 본 발명의 크레인 등의 로프 편향 방지 제어 장치는, 속도 지령에 따라 동 구동 장치의 발생 토크를 제어하는 토크 제어 장치와, 상기 구동 장치의 속도를 자동적으로 제어하는 속도 제어 장치를 갖는, 크레인 등의 로프로 현수된 부하를 주행시키는 트롤리 구동 장치와, 트롤리의 속도 및 위치를 제어하는 제어 장치를 구비한 크레인 등의 로프 편향 방지 제어 장치에 있어서, 로프의 편향에 따른 부하 토크 변동을 포함하지 않는 전동기 토크의 추정 신호를 제어계 및 구동계의 게인 정수, 등가 시정수에 의해 연산 추정하는 토크 모델과, 상기 구동 장치의 토크 제어 장치의 출력에 따라 토크 신호(τ_M)로 변환하는 수단과, 상기 토크 모델의 출력 신호(τ_M*)와 상기 토크 신호(τ_M)를 비교함으로써 로프 편향각과 하중에 비례하는 편향 부하 신호에 대응하는 신호(I_2W*)를 검출하는 수단과, 상기 신호(I_2W*)를 편향각 추정 신호(θ_1*)로 변환하는 수단과, 편향각 추정 신호(θ_1*)와 편향각 설정치(θ_S)의 편차에 위상 진행 · 지연 보상을 행하여 생성된 속도 신호(N_W)를 속도지령(N_S)으로 네가티브 피드백시키는 위상 진행 · 지연 회로를 설치한 것이다.

상기 방법 및 장치에 있어서, 로프 길이의 변동에 의해 편향 방지 성능이 저하되는 것을 개선하기 위해 편향 방지 제어 루프의 게인을 로프 길이의 1/2승에 비례하는 값으로 조정한다.

또한, 매달린 짐의 저하에 따라 편향 방지 성능이 저하되는 것을 개선하기 위해 편향 방지 제어 루프 게인을 부하의 저하에 반비례하여 증가시킨다.

본 발명은, 특히 트롤리 부하 중에 차지하는 부하의 편향 토크 성분이 충분히 크고, 게다가 그 크기가 부하의 편향각에 정비례한다는 점에 착안하여 이 성분을 구동 장치의 전기적 신호 처리에 의해 구동계로 피드백시켜 편향 방지 제어를 구성한다. 이에 따라, 복잡한 기계식 또는 고가의 광학식 편향각 검출 장치를 필요로 하지 않으며, 또한 종래의 편향각 옵저버에 비교하면 직접적으로 편향각에 비례하는 편향 부하를 검출하여 편향각을 구한다고 하는 원리에 기초하므로, 본질적으로 정도와 신뢰성이 우수하며 초기 편향이나 외란에 대해서도 대응할 수 있다.

본 발명은 천정 주행 크레인의 트롤리 등에 매달린 짐, 또는 컨테이너 크레인, 컨테이너 캐리어의 트롤리에 매달린 컨테이너 또는 물건 하역용의 글러브 버킷 크레인이나 언로더 등의 글러브 버킷 등의 주행 시의 편향을 방지하는 제어에 이용할 수 있다.

Claims

크레인 등의, 로프로 현수된 부하를 주행시키는 트롤리 구동 장치를 구비한 크레인 등의 편향 방지 제어 방법에 있어서, 로프의 편향에 따른 부하 토크 변동을 포함하지 않는 전동기 토크의 추정 신호(τ_M*)를 제어계 및 구동계의 게인 정수, 등가 시정수에 의해 연산 추정하고, 이 추정 신호(τ_M*)와 실제 부하 토크(τ_M)를 비교함으로써 로프 편향각 및 하중에 비례하는 편향 부하 신호(I_2W*)를 연산하고, 이 편향 부하 신호에 비례하는 편향각 검출 추정치(θ_1*)와 편향각 설정치(θ_s)의 편차에 위상 진행 · 지연 보상을 행하는 신호(N_w)를 트롤리 구동 장치의 트롤리 속도 지령(N_s)으로 네가티브 피드백함으로써, 로프에 매달린 부하의 편향을 제지하는 것을 특징으로 하는 크레인 등의 로프 편향 방지 제어 방법.
제1항에 있어서, 편향 방지 제어 루프 개인을 로프 길이의 1/2 승에 비례하는 값으로 조정하는 것을 특징으로 하는 크레인 등의 로프 편향 방지 제어 방법.
제1항 또는 2항에 있어서, 편향 방지 제어 루프 게인을 부하의 저하에 반비례하여 증가시키는 것을 특징으로 하는 크레인 등의 로프 편향 방지 제어 방법.
속도 지령에 따라 동 구동 장치의 발생 토크를 제어하는 토크 제어 장치(1-1)와, 상기 구동 장치의 속도를 자동적으로 제어하는 속도 제어 장치(1-2)를 갖는, 크레인 등의 로프로 현수된 부하를 주행시키는 트롤리 구동 장치(1)와, 트롤리의 속도 및 위치를 제어하는 제어 장치(5),(6)를 구비한 크레인 등의 로프 편향 방지 제어 장치에 있어서, 로프의 편향에 따른 부하 토크 변동을 포함하지 않는 전동기 토크의 추정 신호를 제어계 및 구동계의 게인 정수, 등가 시정수에 의해 연산 추정하는 토크 모델(2-1-2)과 상기 구동 장치의 토크 제어 장치(1-1)의 출력에 따라 토크 신호(τ_M)로 변환하는 수단(2-1)과, 상기 토크 모델(2-1-2)의 출력 신호(τ_M*)의 상기 토크 신호(τ_M)를 비교함으로써 로프 편향각과 하중에 비례하는 편향 부하 신호에 대응하는 신호(I_2W*)를 검출하는 수단(2-1)과, 상기 신호(I_2W*)를 편향각 추정 신호(θ_1*)로 변환하는 수단(2-2-4)과, 편향각 추정 신호(θ_1*)와 편향각 설정치(θ_s)의 편차에 위상 진행 · 지연 보상을 행하여 생성된 속도 신호(N_w)를 속도 지령(N_s)으로 네가티브 피드백시키는 위상 진행 · 지연 회로(2-2-3)를 설치한 것은 특징으로 하는 크레인 등의 로프 편향 방지 제어 장치.
제4항에 있어서, 편향 방지 제어 루프 게인을 로프 길이의 1/2승에 비례하는 값으로 조정하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 크레인 등의 로프 편향 방지 제어 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 편향 방지 제어 루프 게인을 부하의 저하에 반비례하여 증가시키는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 크레인 등의 로프 편향 방지 제어 장치.