KR100876451B1

KR100876451B1 - 작업자의 명령 하에서의 크레인 요동 방지 제어

Info

Publication number: KR100876451B1
Application number: KR1020037011706A
Authority: KR
Inventors: 옹총진; 길버트엘머지.
Original assignee: 내셔널 유니버시티 오브 싱가포르
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2008-12-31
Also published as: US6588610B2; EP1373118A4; DK1373118T3; WO2002070388A1; EP1373118A1; CN1328146C; EP1373118B1; JP4549629B2; CN1505590A; DE60221232T2; US20020158036A1; DE60221232D1; ATE367356T1; JP2004521839A; ES2292718T3; KR20030090663A

Abstract

본 발명은, 작업자의 명령 하에서, 크레인 또는 크레인과 같은 시스템 내의 하중체(30)의 요동을 제거하기 위한 시스템(10)을 개시한다. 하중체는 수평 이동 가능한 트롤리로부터 케이블(40)에 의해 현가되어 있고, 수직으로 상하 이동이 가능하다. 본 발명의 시스템은, 크레인이 트롤리에 의한 이동 및 호이스트에 의한 이동을 동시에 할 경우에도, 상쇄 원리를 이용하여 요동을 제거한다. 본 발명의 시스템은, 상쇄 신호의 연산에 있어서, 완전한 동력학 효과를 고려한다. 상쇄 제어 연산을 위하여 일군의 상미분방정식들을 사용한다는 점이 본 발명의 핵심적 구성이다. 이러한 상쇄 제어 연산에 있어서, 센서에 의해 측정된 케이블 길이 및 시간 도함수 값들을 이용하여, 미분방정식들의 해를 실시간으로 구한다. 상쇄 제어는 작업자의 명령에 의해 유발된 요동을 제거한다. 요동은 풍력과 외부 교란과 같은 다른 요인들에 의해서도 유발될 수 있다. 본 발명의 시스템은 그러한 요인들에 의한 요동을 제거하기 위한 피드백 메카니즘을 또한 포함한다. 본 발명의 시스템은, 시스템이 적절하게 작동하도록, 트롤리 구동 시스템의 속도 및 가속도 한계에 상당하는 포화 한계들이 초과되지 않도록 보증한다.

Description

작업자의 명령 하에서의 크레인 요동 방지 제어{ANTI-SWAY CONTROL OF A CRANE UNDER OPERATOR'S COMMAND}

본 발명은 케이블에 의해 현가된 하중체의 이송을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은, 트롤리에 의해 수평 운동할 뿐만 아니라 호이스트에 의해 수직 운동하는 하중체에 대한 요동 방지 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

항구에서의 하역 작업 시에 컨테이너를 이송하기 위하여, 간트리(gantry) 형태의 크레인이 널리 사용되고 있다. 전형적으로, 크레인은 속도 명령 형태의 두 종류의 입력을 받는다. 이 두 개의 속도 명령들은 하중체의 수평 트롤리 운동과 수직 상하 운동을 독립적으로 제어한다. 이송 종료 시에 하중체에는 바람직하지 못한 요동이 발생하며, 이로 인하여 이송 단계를 완료하기가 곤란해진다. 하중체가 흔들리면, 짐을 싣거나 내리는 작업을 수행할 수가 없다. 현재로서는, 숙련된 작업자만이 흔들리는 컨테이너를 효과적으로 정지시킬 수 있다. 숙련된 작업자가 아닐 경우에는, 요동이 멈출 때까지 기다려야 한다. 전형적으로, 요동이 멈출 때가지 기다려야 하는 시간이나 하중체의 위치를 미세하게 조정하기 위한 여러 조작에 필요한 시간은 전체 이송 이간의 1/3을 차지할 수 있다.

많은 종래 특허들은 요동 감소 시스템을 개시하고 있다. 이러한 특허들은 요동이 감소된 하중체 이송의 다양한 특징들에 관한 것이다. 예를 들면, 몇몇 특허들에는, 시스템이 하중체의 초기 위치와 종료 위치를 사용하여 필요한 제어 신호를 생성함으로써 하중체 이송을 수행하는 자율적 작업 방식이 기재되어 있다. 그 밖의 비자율적 시스템들에서는, 수평 트롤리 운동과 수직 상하 운동에 대한 작업자의 명령에 따라 하중체 요동량의 최소화를 도모한다.

자율 시스템은, 하중체의 위치들이 정확히 설정되어 있는 구조화된 환경에 적합하다. 전형적인 항구 환경에서는, 컨테이너의 위치는 크레인에 대한 배의 상대 위치에 따라 변화한다. 따라서, 컨테이너의 위치를 정확히 알 수 있는 경우가 드물다. 이러한 조건에서는 비자율 방식의 작업이 바람직하다. 본 발명은 이와 같은 비자율 시스템에 관한 것이다. 몇몇 참고 문헌들은 비자율 방식의 작업을 개시하고 있으며, 이러한 참고 문헌들의 대다수가 요동 감소 방법 및/또는 시스템에 대한 기반으로서 일정 길이의 진자 모델을 사용한다. 결과적으로, 이러한 방안들은 수평 운동 중에 케이블 길이가 변화하면 요동을 제거하지 못한다. 몇몇 다른 참고 문헌들은 근사 방법을 사용하여 수직 케이블 길이의 변화에 대한 영향을 다루고 있다. 본 발명은, 오차 발생을 방지하고 요동을 제거하기 위하여, 근사 방법을 배제한 크레인 시스템의 완전 동적 방정식을 사용한다. 특히, 본 발명에서는 상쇄 가속도를 사용하여 요동을 제어한다. 상쇄 신호의 연산은, 크레인 모델의 완전한 동적 방정식에 기초하므로 정확하다. 이러한 점은, 트롤리와 호이스트가 동시에 동작할 때에는, 특히 중요하다. 설명의 편의를 위하여, 하중체의 요동 각도와 하중체의 요동 속도를 각각 θ와

로 나타내고, 트롤리의 가속도를

로 나타낸다. 모든 제어 시스템들은 요동 제어를 위하여 트롤리의 수평 가속도를 제어한다. 따라서, 수평 가속도는 제어 대상이 된다.

요동을 최소화하기 위한 일반적인 방법으로는 2 가지가 있다. 첫 번째 방법에서는, 트롤리 가속도가

의 형태 또는 이와 유사한 형태로 주어진다. 여기서, r은 트롤리의 소망 운동에 의존하는 시간 함수이다. 이러한 방법에서는, 시스템 내로 감쇠를 추가로 도입하여 요동을 제어한다. 이로 인한 시스템은 적절한 k₁값과 k₂값을 사용하여 바람직한 감쇠 비율과 고유 진동수를 갖출 수 있게 된다.

몇몇 참고 문헌들은 이와 같은 첫 번째 방법을 채택하고 있다. 이러한 문헌들은 운동 의존성 시간 함수(r)의 특징 및 감쇠 비율(k1, k2)들의 값이 결정되는 구체적 과정에 있어서 차이가 있다. 러쉬머(Rushmer)의 미국 특허 제5,443,566호에서는 케이블의 길이가 고정된 크레인 모델을 사용하여 요동 각도와 요동 각속도를 평가한다. 요동 각도(θ)와 요동 각속도(

)의 평가값을 작업자의 입력 속도 요구와 함께 사용하여 제어 신호

를 연산한다. 헤이삿(Heissat) 등의 미국 특허 제5,490,601호에서는 제어 신호가

이다. k₁, k₂ 및 k₃는 케이블의 여러 길이에서 실험적으로 결정된다. 특정 케이블 길이에 대한 k₁, k₂ 및 k₃의 정확한 값은, 게인 스케줄링 또는 소정 형태의 퍼지 네트워크나 뉴럴 네트워크 제어를 사용하는 이러한 실험값들로부터 내삽된다. 유디어(Eudier) 등의 미국 특허 5,878,896호에서는 트롤리로 전송된 속도 요구는

의 형태이고, 여기서 x_d는 트롤리의 소망 위치이다. k₁, k₂ 및 k₃는 실험적으로 결정된다.

이러한 첫 번째 방법은 요동을 효과적으로 감쇠시킨다. 이 방법은 피드백의 표준 메카니즘을 기초로 하므로, 모델이 부정확하더라도 신뢰할 수 있는 방법이다. 이 방법의 주요 단점은, 작업자가 직관적인 제어를 할 수 없다는 점이다. 트롤리 가속도는 θ,

및 작업자의 소망 속도에 의존하므로, 트롤리의 운동이 예측 불가능해지거나 작업자의 직관에 반할 수 있다. 그 결과, 시스템을 적절히 정지시키기 위해서는 몇몇 조작이 필요할 수도 있다. 따라서, 이러한 첫 번째 방법은, 하중체 위치가 정확히 결정되어 있는 조직화된 환경에서의 무인 크레인에 적합하다.

두 번째 방법은 요동 상쇄 원리를 기초로 한다. 대부분의 작업자들은 요동 감쇠를 위하여 이러한 메카니즘을 사용한다. 고정 길이의 진자에 대한 이 방법의 기본적인 아이디어는 스미스(O. J. Smith)의 저서인 "피드백 제어 시스템(Feedback Control Systems)" [맥그로-힐, 뉴욕, 1958 (McGraw-Hill, New York, 1958)]에 기재되어 있다. 고정 길이 진자에 있어서, 요동 운동은 진동수가

로 정의되는 사인 곡선에 가까운 시간 함수이다. 수평 가속도의 짧은 펄스가 시간 t=0에서 가해졌다고 가정하면, 이 펄스는 진동수 ω의 흔들림 요동을 유발한다. 크기 및 지속 시간이 상기 펄스와 동일한 제 2의 짧은 펄스를 시간 t=π/ω에서 가하여, 이러 한 요동을 상쇄할 수 있다. 제 2 펄스를 가한 시간 이후에는, 시스템은 더 이상 요동하지 않는다. 이중 펄스 제어 또는 상쇄 제어라고 알려진 이 방법은, 일정 길이 케이블을 가장 단시간에 안정화시킨다. 이 방법은 주로 고정 길이 진자에 사용되며, 케이블 길이가 변하는 진자에는 적용하기가 용이하지 않다.

몇몇 문헌들에는 상쇄 제어의 일반적 방법이 개시되어 있다. 가와시마(Kawashima) 등의 미국 특허 제4,756,432호에는, 이중 펄스 제어가 트롤리 운동의 가속 및 감속 단계에서 사용된다. 특정된 트롤리의 최종 위치에 대하여, 고정 길이 진자에 기초하여 이 펄스들의 크기와 적용 시기가 연산된다. 하나의 이중 펄스가 가속 및 감소 단계 각각에서 사용된다. 이와 같은 두 단계 사이에서, 트롤리는 일정한 속도로 이동하고 요동이 발생하지 않는다. 이러한 방법이 효과적이기 위해서는, 작업자는 펄스의 인가 시기 및 크기를 정확히 결정하기 위하여 트롤리의 최종 위치를 설정하여야 한다. 이 시스템은, 수평 운동 중에 케이블의 길이가 일정할 경우에, 상당히 효과적으로 작동된다.

키이스키(Kiiski) 등의 미국 특허 제5,219,420호에는, 요동 각도를 측정하고 요동 운동을 가장 적합화한 사인 곡선형 시간 함수를 사용한다는 점이 기재되어 있다. 이와 같이 추정된 사인 함수에 의해, 상쇄 펄스가 생성되어 요동을 제거한다. 이 방법에서는 하나의 사인 진동수만이 존재한다고 가정한다. 따라서, 트롤리의 수평 운동 중에 케이블 길이가 변하는 시스템에 대해서는 상기 방법은 효과적이지 않다.

하비손(Habisohn)의 미국 특허 제5,960,969호에서는, 요동 감쇠를 위하여 디 지털 필터가 사용되며, 크레인 요동 진동수에 가까운 입력 신호의 성분들이 여과되어 제거된다. 특히, 여과된 출력은 입력 신호와 하중 진자 운동의 1/2 주기만큼 지연된 입력 신호의 단순한 평균값이다. 다른 지연들로 인한 입력 신호들의 선형적 조합에 기초하는 몇몇 다른 필터 장치들이 사용된다. 일정 길이 케이블에 대한 크레인 방정식을 이용하여, 이러한 입력 신호 신호들이 연산된다.

상기 문헌들에 기재된 상쇄 방법들은 일정 길이 진자 시스템에 따라 달라지게 된다. 아래의 문헌들에는, 가변 길이 케이블 시스템에 상쇄 제어를 적용하려는 그 밖의 시도들이 검토되어 있다.

페데마(Feddema) 등의 미국 특허 제5,785,191호에는, 작업자의 입력에 의해 크레인을 제어하기 위한 임펄스 응답 필터와 비례 적분 제어기가 개시되어 있다. 역-동력학(inverse dynamics) 아이디어의 디지털화 구현을 기초로 하는 임펄스 필터는 제어 시스템의 연구 분야에 흔히 사용되고 있다. 이 경우에, 크레인 시스템의 동력학을 배제하고 사용자가 정의하는 동력학을 도입하기 위하여, 피드포워드 제어기가 사용된다.

비르쿠멘(Virrkkumen)의 미국 특허 제5,127,533호에서는, 고정 길이 케이블을 구비하는 크레인의 제어 설계를 가변 길이 케이블을 구비하는 크레인의 제어 설계에 적용하려고 시도하였다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 진자의 진동 주기는 진자 길이의 1/2승에 비례한다. 상기 문헌에 의하면, 고정 케이블 길이(L₁)의 크레인에 적용할 수 있는 제어 신호는, 적절한 지연에 의하여, 상기 고정 길이와는 다른 케 이블 길이(L₂)의 크레인에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 신호가 고정 길이(L₁)에 대한 크레인 설계를 기초로 한다고 가정하면, 제어 신호는 제 1 시간 t₁에서 인가된다. 비르쿠멘은, 제어 신호가 아래에 표현된 시간 t₂에서 인가될 경우에, 다른 고정 길이(L₂)의 크레인에 대하여 동일한 효과가 얻어진다는 점을 시사하였다.

비르쿠멘의 방법은 두 개의 고정 길이 단자에 대해서는 합리적이기는 하나, 케이블 길이가 변화하는 단일 단자 또는 단일 크레인에 대해서는 정확하지 못하다. 예를 들면, 호이스트에 의한 케이블의 상하 운동 속도는 요동 각도에 영향을 미치는데, 비르쿠멘은 이러한 점을 고려하지 않았다. 또한, 제 2 케이블 길이(L₂)는 전형적인 수평 운동 중에 연속적으로 변할 수 있으므로, 제 2 케이블 길이의 결정에 있어서도 불명확 점이 있다.

오버톤(Overton)의 미국 특허 제5,526,946호에 개시된 기본 적인 요동 제어 방법은 가와시마와 비르쿠멘의 방법을 개량한 것이다. 오버톤은, 가속 및 감속 단계에서의 고정 이중 펄스 대신에, 속도 입력의 변화가 있을 때마다 이중 펄스를 사용하였다. 연속적으로 변화하는 속도 입력의 절차에 있어서, 펄스의 두 가지 절차가 형성된다. 제 1 절차는 입력 속도 변화와 함께 동기화된다. 제 2 절차는 이중 펄스 제어 방법의 제 2 펄스에 상응한다. 제 2 절차의 각 신호는, 제 1 절차 내의 신호 인가 후에 진자 주기의 약 1/2의 시점에서 트롤리의 수평 가속에 인가된다. 오버톤은 비르쿠멘의 방법을 적용하여, 이러한 신호들을 인가하는 시점을 연산하였다. 이러한 제 2 절차는 케이블의 현재 길이에 비례하는 다양한 비율로 처리(또는 트롤리 가속도로서 전송)된다. 케이블 길이가 짧을수록, 절차의 신호들이 더욱 신속히 전송된다. 오버톤의 방법은 비르쿠멘의 방법을 개량한 것이 때문에, 유사한 단점들이 있다.

본 발명에서는 요동 상쇄를 위하여 이중 펄스 제어 방법을 사용한다. 그러나, 본 발명은 전술한 문헌들과는 구별되는 여러 주요한 특징들이 있다. 본 발명에서는, 크레인 시스템의 완전 동력학 방정식을 사용하여, 제 2 펄스의 정확한 인가 시기 및 크기를 연산한다. 제 2 펄스의 인가에 의해, 케이블 길이가 변화하는 중일지라도 요동을 제거할 수 있다. 이러한 정확한 상쇄 펄스 연산은, 요동 제거에 있어서 핵심적인 사항이다. 본 발명은 트롤리의 가속도 및 속도 한계 형태의 물리적 제약 조건들이 결코 초과되지 않는다는 점을 또한 보증한다. 본 발명은 풍력 및 기타 외적 교란과 같은 외력에 의한 요동을 제거하는 피드백 메카니즘을 또한 포함한다.

본 발명의 목적은 크레인의 요동 제어를 위한 컴퓨터 제어 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명은 요동 제어를 위하여 상쇄 펄스를 이용한다. 요동은 트롤리를 가속시키는 선행 명령에 의해 유발된 후에 점진적으로 상쇄된다. 이러한 상쇄 펄스들의 인가 시기와 크기는 본 발명의 요동 방지 방지의 효율성의 핵심적 요소이다. 본 발명은, 상쇄 신호의 연산에 있어서, 가변 케이블 길이의 완전한 동력학 효과를 또한 고려한다.

본 발명의 또 다른 목적은 정확한 상쇄 가속 펄스를 결정하는 것이다. 일군의 상미분방정식들을 사용함으로써, 정확한 상쇄 가속 펄스들이 결정된다.

본 발명의 또 다른 목적은 트롤리 구동 시스템의 가속도 및 속도 한계 범위 내에서 요동 방지 시스템 및 방법을 실시하는 것이다. 트롤리 구동 시스템의 가속도 포화 또는 속도 포화가 발생하면, 요동 제어에 악영향을 미칠 수 있다. 본 발명은 이러한 한계 내에서 요동 방지 메카니즘이 적절히 기능하도록 보증하는 시스템 및 방법을 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존 크레인 시스템에 채용될 수 있는 요동 방지 제어기 장치 또는 키트를 제공하는 것이다. 요동 방지 제어기 장치는 작동자의 속도 명령부와 기존의 여러 속도 제어기 사이에 연결될 수 있다. 요동 방지 제어기는 수평 트롤리 이동 및 수직 하중체 상하 운동을 위한 작동자의 입력 명령을 수신한다. 제어기는, 스위치가 차단되는 것이 바람직한 경우라면, 스위치가 차단되어 크레인의 수동 조각 제어로 복원될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 잔여 요동을 제거하는 것이다. 본 발명은, 센서에 의해 요동을 측정하여, 피드백 메카니즘에 의해 보다 개선될 수 있다. 피드백 메카니즘은 요동 방지 제어기를 보완하고 외력에 의한 잔여 요동을 제거한다.

본 발명의 그 밖의 목적들은, 본 발명을 실시하기 위해 고려된 최량의 형태를 예시하고 있는 바람직한 실시예가 기재되어 있는 이하의 상세한 설명으로부터 당업자에게는 명확해질 것이다. 본 발명으로부터 일탈함이 없이, 여러 관점에서 본 발명을 수정할 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 도면 및 명세서는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 이해하여야 한다.

자세한 설명과 함께 아래의 도면을 참조하면, 본 발명을 보다 명확히 이해할 수 있다.

도 1은 하중체가 트롤리로부터 현가되어 있는 크레인의 개략도.

도 2는 구간적으로 일정한 가속 신호로서의 작업자의 입력 신호를 나타내는 그래프.

도 3은 요동 방지 시스템의 상호 연결된 기능 요소들을 나타내는 블록도.

도 4는 요동 방지 시스템의 상호 연결된 기능 요소들을 나타내는 블록도.

도 1을 참조하면, 전형적인 크레인 시스템(10)이 도시되어 있다. 크레인 시스템(10)은, 하중체(30)를 케이블(40)로부터 조정가능하게 현가시키는 호이스트(미도시)를 구비한 트롤리(20)를 포함한다. 요동 각도(θ)는 케이블(40)의 안정 위치와 요동 중의 위치 사이의 각도로 정의된다. 하중체(30)에 대한 요동 각도의 시간에 따른 변화를 나타내는 미분방정식은 아래와 같다.

(1)

식 (1)에서 ℓ(t)와

는 각각 시간에 따라 변화하는 케이블의 길이 및 그 도함수를 나타내고,

는 트롤리 가속도를 나타낸다. 크레인 작업이 처음 시작되었을 때에는, 시스템은 안정 위치의 상태, 즉

,

, ℓ(0)=ℓ_o,

이다. 설명의 편의를 위하여, 이러한 초기 조건을 선택하였다. 이러한 유도 과정을 확장하여, 보다 일반적인 초기 조건들을 설정하는 것도 가능하다.

발생한 운동 중의 요동 각도의 크기 θ(t)는 상당히 작으므로, 근사가 가능하다. 공학적으로 sinθ(t)

θ(t), cosθ(t)

1로 가정할 수 있으므로, 근사식을 얻을 수 있다. 운동 방정식은 식 (2)와 같이 근사할 수 있고, 초기 조건은

이다.

(2)

도 2를 참조하면, 보상 계획은 소정 시간에서 아래와 같은 협폭 펄스들의 합으로서 표현되는 트롤리(20)의 가속도

에 의존한다.

(3)

여기서 함수 p(·)는 다음과 같이 정의된다.

p(t)=0, t<0 (4a)

p(t)=1, t≤0≤T (4b)

p(t)=0, t≥T (4c)

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 제 1 펄스[

]만이 존재한다. 가속 펄스 T의 지속 시간이 작을 경우에, 펄스에 대한 요동 각도 응답치[δθ_o(t)] 는 아래의 미분방정식의 해에 의하여 결정된다.

δθ_o(0)=0, (5)

모든 가속 펄스가 존재한다면, 소정 시간에서의 트롤리(20)의 임의 가속도[식 (3)에서의

]에 대한 응답값은 다음과 같다.

(6)

여기서, t>iT이면 함수 1(t-iT) = 1이고, 그 밖의 경우에는 함수 1(t-iT) = 0이다. 요동 각도 응답[δθ_i(t)] 각각은 다음과 같이 정의된다.

δθ_i(iT)=0, (7)

요동 각도[θ(t)]는, 식 (6)에서 계산된 바와 같이, 미분방정식 (2)의 선형성에 의존한다는 점을 유의하여야 하다. sinθ(t)와 cosθ(t)를 각각 sinθ(t)

θ(t) 및 cosθ(t)

1와 같이 근사함으로써 도입된 모델화 오차는 다음과 같은 변환을 사용하여 보정할 수 있다.

제 1 펄스[

]의 효과를 상쇄하기 위한 상쇄 신호를 생성하는 방법에 대해 고려한다. i=0일 경우에 선형의 시간 변화 미분방정식 (7)의 해를 구하는데 있어서, t=0 이후에 요동 각도 응답[δθ_o(t)]이 0이 되는 시간, 즉 δθ_o(t)=0인 시간[

]을 제 1 시간이라고 하자. 시간

에서, 이에 상응하는 속도는

이다. T의 지속 시간 동안에 시간

에서 아래와 같은 보정 펄스[x_o ^c(t)]가 가해진다고 가정한다.

(8)

이러한 보정 펄스[x_o ^c(t)]가 가해진 후에는 요동 각도[

]와 요동 각속도[

]는 0에 가깝다. T를 충분히 작게 선택함으로써, 근사로 인한 오차는 감소하여 실질적으로 0이 될 수 있다. 따라서, 보정 펄스가 발생하면,

에 대하여 δθ_o(t)는 실질적으로 0이 된다.

식 (7)에 있어서, 상미분방정식 솔버[Ordinary Differential Equation(ODE) solver]를 이용하여

와

를 결정할 수 있다. 식 (7)은 시간에 따라 변화하는 시스템이므로, 이 ODE 솔버는 센서에 의해 측정된 시간 의존성 케이블(40)의 길이(ℓ) 및 그 도함수[

] 각각의 정보를 이용하여 실시간으로 작동한다. 사용된 ODE 솔버 선택에 따라서는, t=iT 및 iT+T/2에서와 같이 T보다 작은 구간에서, 시간 의존성 케이블(40)의 길이[ℓ(t)]와 그 도함수[

] 각각을 측정할 필요가 있을 수도 있다.

전술한 설명은 시간 t=0에서의 제 1 펄스에 대한 것이다.

도 3을 참조하면, 요동 방지 시스템(50)의 전체 응답은, 식 (6)에 나타낸 바와 같이, 전체 구간에 걸쳐서의 요동 각도 응답 δθ_o(t)의 합계이다. 새로운 ODE 솔버가 각 이산 시간 기간 t=iT의 초기에 형성된다. 이 ODE 솔버는, 필요로 하는 동안에, 즉 요동 각도 응답이 t=

에서 0[δθ_o(t)=0]일 때까지, 요동 방지 시스템(50) 내에서 실행된다.

와

가 결정되면, 보정 펄스가 그 후의 가용 샘플 시간, 즉 t=jT에서 가해지며, 여기서 j는 jT≥

를 만족하는 최소 j이다. t=jT 후에, i번째의 ODE 솔버의 이용이 종료된다. 모든 ODE 솔버들은 실시간이 진행됨에 따라 작동 상태를 유지한다. 미분방정식의 이러한 다수의 실시간 해들로 인하여, 시스템(50)은 시간에 따라 변화하는 수평 트롤리 위치와 수직 케이블 길이에 대하여 작업자의 명령에 의해 형성된 요동의 영향을 고정밀도로 처리할 수 있다.

도 3을 다시 참조하면, 요동 방지 시스템(50)의 바람직한 실시예의 블록도가 도시되어 있다. 요동 방지 제어기(60)는 전술한 시스템을 이용하여 다수의 ODE 시스템을 실행한다. 요동 방지 제어기(60)는 두 개의 입력부와 세 개의 출력부를 구비한다. 주요 입력값은 조정된 작업자의 명령 가속도(a_adj)이다. 케이블(40) 길이[ℓ(t)]와 케이블(40) 길이의 시간 도함수[

] 각각의 측정 신호를 제공하는 또 다른 입력값은, ODE 솔버가 필요로 하는 바와 같은 센서(70)로부터 전송받는다. 주요 출력값은 식 (8)에서의 보정 펄스[x_o ^c(t)]와 동등한 상쇄 가속도 신호(a_c)이다. 요동 방지 제어기(60)로부터의 두 개의 다른 출력부들은 예측 모듈(80) 및 피드백 모듈(90) 각각에 연결된다. 예측 모듈(80)과 피드백 모듈(90)의 기능을 이하에서 설명한다.

한 쌍의 포화 요소 및 필터 요소(100, 105) 각각은 작업자 명령에 의한 수평 트롤리 및 수직 호이스트 속도 입력 신호[v_OX(도 3 참조) 및 v_OL(도 4 참조)] 각각의 고주파수 성분을 여과한다. 입력 신호는 한 쌍의 조이스틱(미도시)으로부터 수신된다. 포화 및 여과 요소(100, 105)들은 또한 수평 트롤리 및 수직 호이스트 운동 각각의 최대 허용 속도를 설정한다.

도 4를 참조하면, 포화 및 여과(105)는 또한 수직 속도 입력값(V_OL)을 케이블 속도 요구 신호(

)로 변환시킨다. 그 후, 케이블 속도 요구 신호(

)는 케이블의 호이스트 구동 시스템용의 현재 크레인 시스템의 속도 제어기(107)로 전송된다.

도 3을 다시 참조하면, 필터 요소(110)가 도시되어 있다. 필터 요소(110)는 v_ref로 표현되는 속도 요구 신호를 상쇄 신호(a_c)의 지연 효과에 해당하는 1/2만큼 감소시킨다. 필터(110)는 또한 속도 요구 신호(v_ref)를 미분하여 그에 상응하는 가속도 요구 신호(a_ref)로 변환시킨다. 속도 요구 신호(v_ref)는 두 개의 성분, 즉 v_x로 표 현되는 여과된 작업자 명령 속도 및 v_comp로 표현되는 보상 신호를 포함한다. 보상 신호 성분(v_comp)은 작업자 명령 속도(v_x)의 소망 속도와 v_o로 표현되는 속도 출력 신호 사이의 차이를 보상하기 위하여 필요하다. 이러한 차이는 진동 방지 제어기(60)의 작동에 기인한다.

전체의 진동 방지 시스템(50) 출력은 속도 출력 신호(v_o)이고, 트롤리(20)의 구동 시스템용 현재의 속도 제어기(112)로 전송된다. 출력 신호(v_o)는, 도면 부호 115로 나타낸 바와 같이, 조정된 작업자 명령 가속도(a_adj), 상쇄 가속도 신호(a_c) 및 외부 인자 감소 가속도(a_e)의 세 신호들의 합산값이다. 가속도 신호(a_adj)는 작업자의 명령에 기인한다. 상쇄 가속도 신호(a_c)는, 미리 조정된 작업자 명령 가속도(a_adj)에 의해 유발된 요동을 제거한다. 외부 인자 감소 가속도 신호(a_e)는 풍력과 같은 외부 인자에 의한 요동을 감소시킨다.

요동 방지 시스템(50)은, 시스템으로의 입력 요구 신호(v_ref)가 트롤리(20)의 속도 한계 또는 가속도 한계를 초과하면, 제대로 작동할 수 없다. 포화 제어기(120)는 속도 및 가속도 한계로서 작용하여 이러한 상황을 처리한다. 제어기(120)는 트롤리(20)의 속도 한계(v_max)와 가속도 한계(a_max) 각각을 설정한다. 이러한 한계들은 통상 알려져 있고, 용이하게 평가될 수 있다. 따라서, 항상 |v_o(t)|≤v_max과

이 확실히 유지되도록 할 필요가 있다. 조정된 작업자 명령 가속도에 대한 신호(a_adj), 가속도 상쇄(a_c) 및 외부 인자 감소 가속도(a_e) 각각은 구간적으로 일정하고 샘플 시간(kT)에서만 변화하므로, 속도 출력값[v_o(t)]은 구간적으로 선형적이고 연속적이다. 이러한 점은 포화 제어기(120)의 설계에 유용하다.

도 3을 계속 참조하면, 포화 제어기(120)는, 가속도 요구 기준 신호(a_ref), 상쇄 가속도 신호(a_c) 및 외부 인자 감소 가속도 피드백 신호(a_e)를 수신한다. 포화 제어기(120)는 조정된 작업자 명령 가속도(a_ref)를 출력 신호로서 생성한다. 기본적인 아이디어는, a_ref를 아래의 식으로 설정하고, 가속도 및 속도 구속 한계 조건하에서 λ로 표현된 구속 인자의 값을 가능한 한 1에 가깝도록 선택하는 것이다.

a_adj=λa_ref (9)

가속도 및 속도 구속 조건들은 다음과 같이 표현될 수 있다.

(10)

출력 속도 변수(

)는 v_o(kT-T)와 같은 이전 시간의 출력 속도(v_o)를 나타내고, 나머지 변수들은 모두 현재 시간(kT)에서의 신호를 나타낸다. 이 두 구속 조건들은 다음과 같은 동등한 조건식으로 표현할 수도 있다.

max{-a_max,(-

-v_max)/T}≤a_c+a_e+λa_ref≤min{a_max,(-

+v_max)/T} (11)

식 (11)의 구속 조건하에서 아래의 식을 최적화하는 문제에 대한 최적의 λ 값인, λ_m으로 표현되는 최적의 구속 인자를 찾는 것이 목적이다.

Min|λ-1|

상기 최적화 문제는 두 구속 조건하에서의 하나의 변수에 대한 것이므로, 최적의 구속 인자(λ_m)는 쉽게 연산될 수 있다. 조정된 작업자의 명령 가속도(a_adj)에 대한 정확한 표현은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, a_u=min{a_max,

}이고 a_l=max{-a_max,

}이다

도 3을 다시 참조하면, 예측 모듈(80)과 예측 모델 속도 변화 성분 신호(v_pm), 속도 출력 신호의 평가 속도(v_p) 및 속도 보상 신호(v_comp)의 연결부들이 정렬되어, 여과된 작동자의 속도 명령(v_x)의 정상 상태값과 동등한 출력 속도 신호(v_o)의 정상 상태값을 생성한다. 즉, 시스템 속도 출력(v_o)은 여과된 작업자의 속도 명령(v_x)에 대한 응답이다. 예측 모듈(80)의 입력은 현재의 요동 방지 제어기(60) 내의 상미분방정식들 전체이다. 요동 방지 제어기(60)로부터 예측 모듈(80)로의 굵은 화살표는 이러한 관계를 나타낸다. 예측 모듈(80)의 출력은 예측 모델 속도 변화 성분 신호(v_pm)이다. 예측 모델 속도 변화 성분(v_pm)의 값은, 요동 방지 제어기(60)의 상미분방정식들 내의 모든 보상 신호들이 전송되었을 때의 속도 출력 신호(v_o)의 예측된 변화이다. 예측 모델 속도 변화 성분(v_pm)의 연산을 설명하면 다음과 같다. 현재 시간 t=kT에서 요동 방지 제어기(60) 내에 M개의 상미분방정식이 있다고 가정하면, 상미분방정식들은 상태 벡터 [δθ_i(kT) δθ_i(kT)](i=1, ..., M)들의 집합으로 표현될 수 있다. 예측 모듈(80)은 현재 시간(t=kT) 이후에는 케이블(40)의 길이가 변하지 않는다고 가정한다. 이어서 예측 모델 보정 가속 신호(

)가 연산된다. 예를 들어, i=1의 경우를 고려하자. ODE 솔버를 사용하여 대응 시간(

)까지 초기 조건

과 함께 현재 시간(t=kT)으로부터 적분할 수 있다. 대응 예측 모델 보정 가속 신호(

)는 방정식(8)을 이용하여 연산될 수 있다. 예측 모듈(80)은 각각의 M개의 상미분방정식들를 연산하고 보정하는 가속도들의 합계를 연산한다. 예측 모델 속도 변화 성분을 위한 출력(ν_pm )은 다음과 같이 요동 방지 제어기(60)로 인한 추가적인 미래 속도 요구를 나타낸다.

추가적으로, 작업자의 승강 속도 명령이 0인 경우에, 케이블 길이는 그 후에 일정하게 유지된다. 따라서, 예측 모듈(80)에 사용된 일정한 케이블 길이의 가설은 이송 운동의 최종 단계에서 충족된다. 이것은 말단의 요동을 고려하지 않는 것이 필요하다.

상기 연산에서, 예측 모델 보정 가속 신호(

)는 ODE 솔버를 이용하여 연산된다. 케이블의 일정한 길이를 가정하면, 에너지에 대한 접근은 예측 모델 보정 가속 신호(

)를 연산하는 데 보다 효율적이다. 케이블(40)의 길이가 변화지 않은 채로 유지되는 경우에, 크레인(10)은 보존 시스템에서 일정한 전체 에너지를 가진 진자가 된다. 다시, 시간(t=kT)에서 초기 조건이

인 것을 가정하면, 전체 에너지는

이 된다. 따라서, 요동 각도 대응 속도(

)는 다음과 같이 보여진다.

식 (14)을 이용하여, 대응하는 예측 모델 보정 가속 신호(

)는 식

과 함께 식 (8)으로부터 연산될 수 있다.

산정된 속도 신호(ν _p )는, 요동 방지 제어기(60) 내의 모든 기입 사항들이 송신될 때, 산정된 속도 출력(ν _o )이 된다. 속도 출력을 산정시킨 속도 신호(ν _p )는, 보정 속도(ν _comp )를 결정하기 위해서 작업자의 명령 트롤리 속도 신호 (ν _x )와 비교된다. 보정 속도(ν _comp )는 바람직한 속도 신호(ν _x )와 속도 출력 신호의 미래 값(ν _o ) 사이의 불일치를 나타낸다. 보정 속도(ν _comp )는 속도 요구(ν _ref )를 연산하기 위해서 여과된 작업자의 명령 속도(ν _x )에 부가되며, 즉 ν _ref =ν _x +ν _comp 이다.

상술된 다양한 구성 요소를 이용하는 요동 방지 시스템(50)의 구성은 수평 및 수직 속도 입력 신호(V_ox, V_OL) 모두에서 작업자의 명령에 의해 야기된 요동을 소멸시키는 데 충분하다. 요동은 짐을 싣고 내리는 동안 하중체에 풍압 또는 측면 충격력과 같은 외부 요인에 의해 또한 야기될 수 있다. 그러나, 상기 설명된 소멸 방법 및 시스템을 이용하는 요동 방지 제어기(60)는 외부 요인에 의해 야기된 요동을 없애지 못한다. 피드백 모듈(90)이 외부 요인으로 인한 요동과, 모듈의 파라미터와 실제 물리적 시스템 사이의 어떤 불일치로부터 야기되는 요동을 없애도록 제공된다.

피드백 모듈(90)은 각각

및

로 표시된 요동 각도 에러 신호 및 요동 각도 에러 속도를 입력할 때 사용한다. 요동 각도 에러 신호와 요동 각도 에러 속도(

,

)는 식

및

으로부터 연산되며, 여기서

및

은 적절한 센서에 의해 각각 측정된 실제 크레인의 요동 각도와 요동 속도를 나타낸다. 요동 각도 및 요동 속도를 측정하는 센서의 예는 프랑스 툴루즈의 기아트(GIAT) 사에 의해 제공된 적외선 표지 시스템 시라흐(SIRRAH)이다.

및

은, 요동 방지 제어기(60) 내의 크레인(10)의 모델에 기초한, 각각 크레인(10)의 요동 각도 및 요동 속도를 나타낸다. 모델 요동 각도(

)는 요동 방지 제어기(60) 내의 상미분방정식들의 집합으로부터 연산된다. 보다 정확하게,

의 지정 벡터를 갖는 각각의 ODE와 함께, 현재 시간(t=kT)에서 요동 방지 제어기(60) 내에 M개의 상미분방정식들이 있다고 가정하자. 모델에 기초한 요동 각도(

)와 요동 속도(

)는 각각 다음과 같이 주어진다.

그러므로,

및

으로 나타낸 바와 같이, 작업자의 명령과 다른 요인들에 의해 야기된 하중체(30)의 요동 각도 및 요동 속도는 피드백 모듈(90)에 의해 제거된다.

피드백 모듈(90)은 피드백 외부 요인 감소 가속 신호(a _e )을 발생시킨다. 피드백 제어법은 각각 외부 요인 요동 각도 및 외부 요인 요동 속도(

및

)를 a _e 로 표현된 확대된 요인 감소 가속으로 변환시킨다. 이러한 변환은 여러 가지 방식으로 달성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 간단한 제어법이 사용된다. 제어 기술 또는 관련 분야의 당업자라면 다양한 기술을 이용하여 이러한 제어법을 쉽게 변형시키거나 대체시킬 수 있다. 이러한 제어법의 하나의 선택은 다음과 같다.

k _e 의 적절한 선택의 경우에, 이러한 제어법은 외부 요인에 의해 야기된 요동을 없앨 수 있다. 만약 외부 요인의 효과가 큰 경우에, 가속 신호(a _e )가 트롤리를 진동시키도록 야기할 수 있다. 따라서, 가속 신호(a _e )의 크기를 제한하는 것이 바람 직하다.

바람직한 실시예의 다른 변형에 있어서, 방정식(1)의 초기 시스템 표시로부터 방정식(2)의 근접한 표시로 진행하게 만들어진 삼각 근사값이 고려된다. 이들 근사값들은 다음의 변형식이 방정식(1)으로 대체되는 경우에 생략될 수 있으며, 삼각 근사값들은 없다.

이어서,

확실히, 방정식(18)은 입력치로

을 가진 방정식(2)과 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 보정 펄스들의 상기 전개가 새로운 입력치(

)에 의해 방정식(2)에서

을 대체함으로써 바로 적용된다. 변형 가속 한계치(

)가 있는 형식

을 이루는 새로운 입력치(

)에 대한 제한은, 요동 각도(θ)의 모든 기대값들을 위하여, 상쇄 가속도가 가속 한계, 즉 (

)를 초과하지 않도록 요구됨으로써 방정식(17)으로부터 결정된다. 요동 각도(θ)의 적당한 변화를 위하여, 변형 가속 한계치(

)가 가속 한계치(a _max )보다 단지 약간 더 작다.

다른 모델링 에러들에 대한 보정이 또한 실시될 수 있다. 방정식(1)의 왼쪽 편이 식

의 추가된 비선형 감쇠 값을 포함한다고 가정하자. 이러한 감쇠 값은 수동적인 감쇠 장치들에 의해 또는 제어법의 일부분으로서 도입될 수 있 다. 따라서, 값(

)은 방정식(2)의 오른쪽 편에 부가되고, 값(

)은 방정식(17)의 분자에 부가된다. 따라서, 이러한 실시예는, 비선형 감쇠 값(

)이 방정식(7)의 오른쪽 편에 부가되는 것을 제외하고 상기에서 보는 바와 같이 바람직한 실시예와 유사하다.

상기 설명된 바와 같은 실시예는 하중체에 부속한 다중 승강 케이블들을 구비한 크레인을 제어하기 위해서 쉽게 변형된다. 이러한 것을 수행하는 여러 가지 방법들이 있다. 하나의 방법은 다중 케이블 시스템의 동역학과 일치하는 미분방정식의 형태를 변형시키는 것이다. 다른 방법은 케이블의 적절한 길이를 이용하는 동등한 단일 케이블 시스템의 동역학과 함께 다중 케이블 시스템의 동역학을 제공하는 것이다. 다중 케이블 시스템에 사용될 동등한 길이는 케이블의 배치에 의존한다. 이것은 분석적으로 또는 실제 크레인 상의 계산 공정을 통해 얻을 수 있다.

상기 설명된 바람직한 실시예는 외부 방해에 의해 야기된 요동을 다루기 위해서 피드백 모듈(90)을 포함한다. 만약 크레인의 작업 환경이 외부 환경들을 무시할 수 있거나 정확하게 예상 가능하다면, 본 발명은 피드백 모듈(90) 및 관련된 요동 센서(125) 없이 실행될 수 있다.

Claims

호이스트에 장착된 케이블에 의해 트롤리로부터 현수되어 있으며 수직 방향과 수평 방향으로 위치 조정이 가능한 하중체의 요동을 방지하기 위한 시스템으로서, 상기 탑재 하중을 수직으로 조정하기 위한 작업자의 호이스트 속도 입력 신호를 받거나 발생시키는 수단과, 케이블에 현수된 상기 하중체를 수평 방향으로 병진 이동시키기 위한 작업자의 트롤리 속도 입력 신호를 발생시키는 수단을 포함하는, 하중체의 요동 방지 시스템에 있어서,

조정된 작업자 명령 가속 신호를 상기 작업자의 트롤리 속도 입력 신호를 이용하여 발생시키는 수단과;

요동 방지 제어기에서 상기 케이블의 길이와, 케이블 길이의 시간 도함수와, 상기 조정된 작업자 명령 가속 신호를 이용하여 상쇄 가속 신호를 발생시키는 수단과;

상기 하중체의 측정된 요동 각과, 상기 하중체의 측정된 요동 속도와, 상기 하중체의 모델 요동 각과, 상기 하중체의 모델 요동 속도를 이용하여 외부 인자 감소 가속 신호를 발생시키는 수단과;

상기 조정된 작업자 명령 신호, 상기 상쇄 가속 신호, 및 상기 외부 인자 감소 가속 신호에 기초하여 속도 출력 신호를 발생시키는 수단과;

트롤리의 속도를 제어하는 수단에 상기 속도 출력 신호를 보내는 수단과;

요동 방지 제어기에서의 예측 모델 보정 가속 신호의 합산(collection)에 기초하여 속도 변화 신호를 발생시킴으로써 속도 변화를 예측하고, 상기 속도 변화 신호를 상기 속도 출력 신호와 비교하고, 이 비교로부터 속도 보상 신호를 발생시키고, 상기 속도 보상 신호를 이용하여 상기 작업자 트롤리 속도 입력 신호를 발생시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 상쇄 가속 신호 발생 수단은, 상기 케이블의 길이를 결정하는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제2항에 있어서, 상기 상쇄 가속 신호 발생 수단은, 상기 케이블 길이의 결정에 의해 케이블 길이 신호를 발생시키는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제3항에 있어서, 상기 상쇄 가속 신호 발생 수단은, 상기 케이블의 길이의 시간 도함수를 결정하는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제4항에 있어서, 상기 상쇄 가속 신호 발생 수단은, 상기 케이블 길이의 시간 도함수 결정으로부터 케이블 속도 신호를 발생시키는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제5항에 있어서, 상기 상쇄 가속 신호 발생 수단은, 상쇄 가속 신호를 발생 시키기 위하여, 상기 요동 방지 제어기 내에서 상기 케이블 길이 신호, 상기 케이블 속도 신호, 및 상기 조정된 작업자 명령 가속 신호를 받는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제1항에 있어서, 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 하중체의 요동 각을 측정하는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제7항에 있어서, 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 상기 측정된 요동 각으로부터 측정된 요동 각 신호를 발생시키는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제8항에 있어서, 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 상기 하중체의 요동 속도를 측정하는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제9항에 있어서, 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 상기 측정된 요동 속도로부터 측정된 요동 속도 신호를 발생시키는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제10항에 있어서, 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 상기 요동 방지 제어기에 모델 요동 신호를 발생시키는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제11항에 있어서, 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 상기 요동 방지 제어기에 모델 요동 속도 신호를 발생시키는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제12항에 있어서, 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 상기 요동 방지 제어기로부터 나와 외부 요동 제어를 위한 수단 안으로 들어가는 모델 요동 각 신호를 받는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제13항에 있어서, 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 상기 요동 방지 제어기로부터 나와 외부 요동 제어를 위한 수단 안으로 들어가는 모델 요동 속도 신호를 받는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제14항에 있어서, 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 상기 외부 요동 제어를 위한 수단 안으로 들어가는 측정된 요동 각 신호를 받는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제15항에 있어서, 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 상기 외부 요동 제어를 위한 수단 안으로 들어가는 측정된 요동 속도 신호를 받는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제16항에 있어서, 상기 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단은, 상기 모델 요동 각 신호, 상기 모델 요동 속도 신호, 상기 측정된 요동 각 신호, 및 상기 측정된 요동 속도 신호에 기초하여 외부 인자 감소 가속 신호를 발생시키는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제1항에 있어서, 속도 출력 신호 발생 수단은, 상기 조정된 작업자 명령 신호, 상쇄 가속 신호, 및 상기 외부 인자 감소 가속 신호를 받는 수단도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제1항에 있어서, 트롤리의 최대 허용 속도가 설정될 수 있도록 상기 작업자 트롤리 속도 입력 신호를 필터링하는 최대 허용 속도 필터링 수단도 더 포함하고, 상기 최대 허용 속도 필터링 수단이 속도 명령 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제1항에 있어서, 호이스트의 최대 허용 속도가 설정될 수 있도록 상기 작업 자 호이스트 속도 입력 신호를 필터링하는 호이스트 속도 입력 신호 필터링 수단도 더 포함하고, 상기 호이스트 속도 입력 신호 필터링 수단이 케이블 속도 명령 신호를 발생시키고, 상기 케이블 속도 명령 신호는 호이스트 제어기로 보내지는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제1항에 있어서, 기준 가속 신호를 산출하기 위하여 작업자 트롤리 속도 입력 신호를 시간에 대해 미분하고, 이어서 상쇄 가속 신호의 지연 효과를 감안하기 위해 상기 기준 가속 신호의 크기를 반감시킴으로써, 작업자 트롤리 속도 입력 신호를 필터링하는 수단도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제19항에 있어서, 기준 가속 신호를 산출하기 위하여 상기 속도 명령 신호를 시간에 대해 미분하고, 이어서 상쇄 가속 신호의 지연 효과를 감안하기 위해 상기 기준 가속 신호의 크기를 반감시킴으로써, 속도 명령 신호를 필터링하는 수단도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 조정된 작업자 명령 가속 신호를 집중 제어하기 위한 포화 제어 수단도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제22항에 있어서, 상기 조정된 작업자 명령 가속을 집중 제어하기 위한 포화 제어 수단도 더 포함하고, 이 포화 제어 수단은 상기 속도 명령 신호, 상기 외부 인자 감소 가속 신호, 및 상기 상쇄 가속 신호를 받아서 상기 조정된 작업자 명령 가속을 발생시키는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제2항에 있어서, 상기 케이블 길이 결정 수단이 센서인 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제4항에 있어서, 상기 케이블 길이 시간 미분 수단이 센서인 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제7항에 있어서, 요동 각 측정 수단이 센서인 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제27항에 있어서, 상기 센서가 적외선 표지 시스템인 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제9항에 있어서, 상기 요동 속도 측정 수단이 센서인 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제29항에 있어서, 상기 센서가 적외선 표지 시스템인 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 상쇄 가속 신호가 일 군에 속하는 상미분방정식에 근거하여 발생되는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제21항에 있어서, 상기 모델 요동 각 신호가 일 군에 속하는 상미분방정식에 근거하여 발생되는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제21항에 있어서, 상기 모델 요동 속도 신호가 일 군에 속하는 상미분방정식에 근거하여 발생되는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
제21항에 있어서, 상기 예측 모델 보정 가속 신호의 합산이 일 군에 속하는 상미분방정식에 근거하여 발생되는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
호이스트에 장착된 케이블에 의해 트롤리로부터 현수되어 있으며 수직 방향과 수평 방향으로 위치 조정이 가능한 하중체의 요동을 방지하기 위한 시스템으로서, 상기 하중체를 수직으로 조정하기 위한 작업자 호이스트 속도 입력 신호를 발생시키는 수단과, 케이블에 현수된 상기 하중체를 수평 방향으로 병진 이동시키기 위한 작업자 트롤리 속도 입력 신호를 발생시키는 수단을 포함하는, 하중체의 요동 방지 시스템에 있어서,

(a) 조정된 작업자 명령 가속 신호를 상기 작업자 트롤리 속도 입력 신호를 이용하여 발생시키는 수단과;

(b) 상쇄 가속 신호를 요동 방지 제어기에 발생시키는 상쇄 가속 신호 발생 수단으로서 다음의 수단들, 즉

상기 케이블의 길이를 결정하는 수단과,

상기 케이블 길이의 결정에 의해 케이블 길이 신호를 발생시키는 수단과,

상기 케이블의 길이의 시간 도함수를 결정하는 수단과,

상기 케이블 길이의 시간 도함수 결정으로부터 케이블 속도 신호를 발생시키는 수단과,

일 군의 상미분방정식에 근거하여 상쇄 가속 신호를 발생시키기 위하여, 상기 요동 방지 제어기 내에 상기 케이블 길이 신호, 상기 케이블 속도 신호, 및 상기 조정된 작업자 명령 가속 신호를 받는 수단을 포함하는 상쇄 가속 신호 발생 수단과;

(c) 외부 인자 감소 가속 신호를 외부 요동 제어 수단 안에 발생시키는 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단으로서 다음의 수단들, 즉

하중체의 요동 각을 측정하는 수단과,

측정된 요동 각으로부터 측정된 요동 각 신호를 발생시키는 수단과,

상기 하중체의 요동 속도를 측정하는 수단과,

상기 측정된 요동 속도로부터 측정된 요동 속도 신호를 발생시키는 수단과,

상기 요동 방지 제어기에 모델 요동 신호를 발생시키는 수단과,

상기 요동 방지 제어기에 모델 요동 속도 신호를 발생시키는 수단과,

상기 요동 방지 제어기로부터 나와 외부 요동 제어 수단 안으로 들어가는 모델 요동 각 신호를 받는 수단과,

상기 요동 방지 제어기로부터 나와 외부 요동 제어 수단 안으로 들어가는 모델 요동 속도 신호를 받는 수단과,

상기 외부 요동 제어 수단 안으로 들어가는 측정된 요동 각 신호를 받는 수단과,

상기 외부 요동 제어 수단 안으로 들어가는 측정된 요동 속도 신호를 받는 수단과,

모델 요동 각 신호, 상기 모델 요동 속도 신호, 상기 측정된 요동 각 신호, 및 상기 측정된 요동 속도 신호에 기초하여 외부 인자 감소 가속 신호를 발생시키는 수단을 포함하는 외부 인자 감소 가속 신호 발생 수단과;

(d) 속도 출력 발생 수단 내에 속도 출력 신호를 발생시키는 속도 출력 신호 발생 수단으로서 다음의 수단들, 즉

조정된 작업자 명령 가속 신호를 받는 수단과,

상기 상쇄 가속 신호를 받는 수단과,

외부 인자 감소 가속 신호를 받는 수단과,

상기 조정된 작업자 명령 가속 신호, 상기 보정 가속 신호, 및 상기 외부 인자 감소 가속 신호에 기초하여 상기 속도 출력 발생 수단 내에 속도 출력 신호를 발생시키는 수단을 포함하는 속도 출력 신호 발생 수단과;

(e) 상기 속도 출력 수단으로부터 상기 트롤리의 속도를 제어하는 수단으로 속도 출력 신호를 보내는 수단과;

(f) 속도 변화를 예측하는 수단에서 속도 변화를 예측하는 속도 변화 예측 수단으로서 다음의 수단들, 즉

상기 요동 방지 제어기 내에 예측 모델 보정 가속 신호의 합산치를 발생시키는 수단과,

상기 요동 방지 제어기의 예측 모델 보정 가속 신호의 합산을 이용하여 속도 변화 신호를 발생시키는 수단과,

상기 속도 변화 신호와 상기 속도 출력 신호를 비교하는 비교 수단과,

상기 비교 수단에서의 비교 결과에 따라 속도 보상 신호를 발생시키는 수단과, 상기 속도 보상 신호를 이용하여 작업자의 트롤리 속도 입력 신호를 발생시키는 수단을 포함하는 속도 변화 예측 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 시스템.
호이스트에 장착된 케이블에 의해 트롤리로부터 현수되어 있으며 수직 방향과 수평 방향으로 위치 조정이 가능한 하중체의 요동을 방지하기 위한 방법으로서, 상기 하중체를 수직으로 조정하기 위한 작업자의 호이스트 속도 입력 신호를 발생시키는 수단과, 케이블에 현수된 상기 하중체를 수평 방향으로 병진 이동시키기 위한 작업자의 트롤리 속도 입력 신호를 발생시키는 수단을 포함하는, 하중체의 요동 방지 방법에 있어서,

조정된 작업자 명령 가속 신호를 상기 작업자의 트롤리 속도 입력 신호를 이용하여 발생시키는 단계와;

상기 케이블의 길이와, 케이블 길이의 시간 도함수와, 상기 조정된 작업자 명령 가속 신호를 이용하여 상쇄 가속 신호를 발생시키는 단계와;

상기 하중체의 측정된 요동 각과, 상기 하중체의 측정된 요동 속도와, 상기 하중체의 모델 요동 각과, 상기 하중체의 모델 요동 속도를 이용하여 외부 인자 감소 가속 신호를 발생시키는 단계와;

상기 조정된 작업자 명령 신호, 상기 상쇄 가속 신호, 및 상기 외부 인자 감소 가속 신호에 기초하여 속도 출력 신호를 발생시키는 단계와;

트롤리의 속도를 제어하는 수단으로 상기 속도 출력 신호를 보내는 단계와;

요동 방지 제어기에서의 예측 모델 보정 가속 신호의 합산에 기초하여 속도 변화 신호를 발생시킴으로써 속도 변화를 예측하고, 상기 속도 변화 신호를 상기 속도 출력 신호와 비교하고, 이 비교로부터 속도 보상 신호를 발생시키고, 상기 속도 보상 신호를 이용하여 상기 작업자 트롤리 속도 입력 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 방법.
제36항에 있어서, 상기 상쇄 가속을 일 군의 상미분방정식에 근거하여 발생시키는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 방법.
제36항에 있어서, 상기 모델 요동 각 신호를 일 군의 상미분방정식에 근거하여 발생시키는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 방법.
제36항에 있어서, 상기 모델 요동 속도 신호를 일 군의 상미분방정식에 근거하여 발생시키는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 방법.
제36항에 있어서, 상기 보상 신호를 상기 상쇄 가속을 일 군의 상미분방정식에 근거하여 발생시키는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 방법.
제36항에 있어서, 상기 작업자의 트롤리 속도 입력 신호와 상기 속도 보상 신호를 필터링하는 단계도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 방법.
제41항에 있어서, 조정된 작업자의 명령 가속 신호를 상기 필터링된 작업자의 트롤리 속도 입력 신호와 상기 속도 보상 신호로부터 발생시키는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 방법.
호이스트에 장착된 케이블에 의해 트롤리로부터 현수되어 있으며 수직 방향과 수평 방향으로 위치 조정이 가능한 하중체의 요동을 방지하기 위한 방법으로서, 상기 하중체를 수직으로 조정하기 위한 작업자 호이스트 속도 입력 신호를 발생시키는 수단과, 케이블에 현수된 상기 하중체를 수평 방향으로 병진 이동시키기 위한 작업자 트롤리 속도 입력 신호를 발생시키는 수단을 포함하는, 하중체의 요동 방지 방법에 있어서,

(a) 조정된 작업자 명령 가속 신호를 상기 작업자 트롤리 속도 입력 신호를 이용하여 발생시키는 단계와;

(b) 상쇄 가속 신호를 요동 방지 제어기에 발생시키는 상쇄 가속 신호 발생 단계로서 다음의 단계들, 즉

상기 케이블의 길이를 결정하는 단계와,

상기 케이블 길이의 결정에 의해 케이블 길이 신호를 발생시키는 단계와,

상기 케이블의 길이의 시간 도함수를 결정하는 단계와,

상기 케이블 길이의 시간 도함수 결정으로부터 케이블 속도 신호를 발생시키는 단계와,

일 군의 상미분방정식에 근거하여 상쇄 가속 신호를 발생시키기 위하여, 상기 요동 방지 제어기에서 상기 케이블 길이 신호, 상기 케이블 속도 신호, 및 상기 조정된 작업자 명령 가속 신호를 받는 단계를 포함하는 상쇄 가속 신호 발생 단계와;

(c) 외부 인자 감소 가속 신호를 외부 요동 제어 수단 안에 발생시키는 외부 인자 감소 가속 신호 발생 단계으로서 다음의 단계들, 즉

하중체의 요동 각을 측정하는 단계와,

측정된 요동 각으로부터 측정된 요동 각 신호를 발생시키는 단계와,

상기 하중체의 요동 속도를 측정하는 단계와,

상기 측정된 요동 속도로부터 측정된 요동 속도 신호를 발생시키는 단계와,

상기 요동 방지 제어기에 모델 요동 신호를 발생시키는 단계와,

상기 요동 방지 제어기에 모델 요동 속도 신호를 발생시키는 단계와,

상기 요동 방지 제어기로부터 나와 외부 요동 제어 수단 안으로 들어가는 모델 요동 각 신호를 받는 단계와,

상기 요동 방지 제어기로부터 나와 외부 요동 제어 수단 안으로 들어가는 모델 요동 속도 신호를 받는 단계와,

상기 외부 요동 제어 수단 안으로 들어가는 측정된 요동 각 신호를 받는 단계와,

상기 외부 요동 제어 수단 안으로 들어가는 측정된 요동 속도 신호를 받는 단계와,

모델 요동 각 신호, 상기 모델 요동 속도 신호, 상기 측정된 요동 각 신호, 및 상기 측정된 요동 속도 신호에 기초하여 외부 인자 감소 가속 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 외부 인자 감소 가속 신호 발생 단계와;

(d) 속도 출력 발생 수단 내에 속도 출력 신호를 발생시키는 속도 출력 신호 발생 단계로서 다음의 단계들, 즉

조정된 작업자 명령 가속 신호를 받는 단계와,

상기 상쇄 가속 신호를 받는 단계와,

외부 인자 감소 가속 신호를 받는 단계와,

상기 조정된 작업자 명령 가속 신호, 상기 보정 가속 신호, 및 상기 외부 인자 감소 가속 신호에 기초하여 상기 속도 출력 발생 수단 내에 속도 출력 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 속도 출력 신호 발생 단계와;

(e) 상기 속도 출력 수단으로부터 상기 트롤리의 속도를 제어하는 수단으로 속도 출력 신호를 보내는 단계와;

(f) 속도 변화를 예측하는 수단에서 속도 변화를 예측하는 속도 변화 예측 단계로서 다음의 단계들, 즉

상기 요동 방지 제어기 내에 예측 모델 보정 가속 신호의 보정을 발생시키는 단계와,

상기 요동 방지 제어기의 예측 모델 보정 가속 신호의 보정을 이용하여 속도 변화 신호를 발생시키는 단계와,

상기 속도 변화 신호와 상기 속도 출력 신호를 비교하는 비교 단계와,

상기 비교 수단에서의 비교 결과에 따라 속도 보상 신호를 발생시키는 단계와, 상기 속도 보상 신호를 이용하여 작업자의 트롤리 속도 입력 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 속도 변화 예측 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하중체의 요동 방지 방법.