KR20080078653A

KR20080078653A - 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치

Info

Publication number: KR20080078653A
Application number: KR1020087013584A
Authority: KR
Inventors: 마사오 이케구치; 나오타케 시바타; 하지메 하세가와
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-08-27
Also published as: JPWO2007094190A1; CN101384503B; WO2007094190A1; TWI312336B; US7936143B2; US20090218305A1; CN101384503A; TW200812903A; JP4840442B2

Abstract

마찰 저항분 제거를 위한 복잡한 연산을 필요로 하지 않는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치를 제공한다.

속도 지령을 기초로 하여 토크 지령을 출력하는 속도 제어 장치(14)와, 토크 지령 필터(16)와, 부하 토크를 추정하는 부하 토크 관측기(4)와, 부하 토크 추정 신호를 토크 지령 필터(16)의 출력에 더한 값을 출력하는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치에 있어서, 부하 토크 추정 신호로부터 마찰 저항분을 제거한 신호 T_RFLHPF를 출력하는 고역 통과 필터(32)와, 출력 신호 T_RFLHPF에 흔들림각 연산기 계수를 곱한 흔들림각 추정 연산값 θ_e를 출력하는 흔들림각 연산기(33)를 구비하고, 흔들림각 추정 연산값 θ_e에 덤핑 보상을 한 덤핑 보상 신호 N_RFDP를 속도 패턴 발생 회로(11)가 창출한 속도 지령으로부터 뺀 값을 속도 제어 장치(14)의 입력으로 했다.

언로더(unloader), 천정 크레인, 흔들림 제어 장치, 흔들림각, 덤핑, 진동

Description

매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치{DEVICE FOR PREVENTING SWAY OF SUSPENDED LOAD}

본 발명은, 예를 들면 암벽에 정류(停留)한 철광석이나 석탄 등을 적재한 배로부터 원료를 옮기는 언로더(unloader)나 천정 크레인 등의 횡행 운전에 있어서 화물의 흔들림을 억제하는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치에 관한 것이다.

매달린 화물에 대한 종래의 흔들림 멈춤 제어 기술로서는, 예를 들면, 특허 문헌 1에 기재의 「흔들림각 덤핑 제어 방식」이 있다.　

도 8은 특허 문헌 1에 기재의 주행 구동 제어 장치(220)의 블록도이다.

속도 지령기(221)의 속도 지령 신호가 직선 지령기(222)에 입력되어 램프형상의 속도 지령 N_RF0가 얻어진다. 또, 로프의 흔들림각 검출기(229)에 의해 검출한 실측의 흔들림각 θ와 로프 흔들림각 연산기(238)에 의해 연산된 흔들림각 Eθ의 어느 쪽인가 절환 스위치(239)의 선택에 의해 선택된다. 그래서, 로프 흔들림각 연산기(238)에 의해 연산된 흔들림각 Eθ를 이용하면, 덤핑 보상 신호 N_RFDP는,

N_RFDP = 흔들림각 연산값 Eθ × 2δg/(ω_eV_R)

여기서, δ는 덤핑 계수, g는 중력 가속도(9.8m/s²),

V_R은 모터 정격 속도에 상당하는 트롤리(trolley) 대차 속도(m/s),

ω_e는 로프의 흔들림 주파수로, ω_e = (g/L_e)^1/2　(rad/s),

L_e는 측정된 감아올린 로프 길이(m),

이다.

그래서, 이와 같이 하여 얻어진 덤핑 보상 신호 N_RFDP를 앞의 속도 지령 N_RF0로부터 빼면 속도 지령 신호 N_RF1가 얻어진다. 그래서 얻어진 속도 지령 신호 N_RF1와 속도 검출기(226)에 의해 검출한 속도 피드백 신호 N_MFB와의 편차를, 비례 이득 A 및 시정수 τ_1s의 적분기를 가지는 속도 제어기(223)에 입력하여 증폭하고, 토크(torque) 지령 신호 T_RF를 출력한다.

또, 속도 지령 신호 T_RF를 1차 지연 시정수 τ_T로 전동기 토크를 제어하는 전동기 토크 제어기(224)에 입력하고, 주행용 전동기의 토크 T_M을 제어하여 주행용 전동기의 속도를 제어한다.

또한, 속도 피드백(feedback) 신호 N_MFB 는 전동기의 회전 속도 N_M을 1차 지연 요소(226)를 통해 생성한 것이다. 225는 주행용 전동기의 기계적 시정수 τ_M을 표현하는 블록(block)이고, N_M는 전동기의 속도(p. u)이다. 227은 로프의 흔들림각의 운동 모델을 표현하는 블록, 228은 전동기의 부하 토크 T_L(p. u)의 모델을 표현하는 블록이다. 로프 흔들림각 연산기(238)에는 1차 지연 요소(226)로부터의 속도 피드백 신호 N_MFB와 토크 지령 신호 T_RF와 권상 중량 측정값 m_LE가 입력되고, 특허 문헌 1 기재의 수식을 이용하여 흔들림각 Eθ가 연산된다.

이상과 같이, 컨테이너 크레인 등에서는 로프 흔들림각 검출 신호, 또는 로프 흔들림각 추정 연산에 의해 구한 신호에 2δg/(ω_e·V_R)

［다만, 여기서 δ는 덤핑 계수, g는 중력 가속도(9.8m/s²),

ω_e는 로프의 흔들림 주파수로,ω_e=(g/L_e)^1/2(rad/s),

L_e는 측정된 감아올린 로프 길이(m), V_R은 모터 정격 속도에 상당하는 트롤리 대차 속도(m/s)］를 곱한 값을, 직선 지령기(222)를 통과한 속도 지령 N_RF0로부터 뺌으로써 얻어진 값을 새로운 속도 지령 N_RF1으로서 속도 제어를 실행함으로써 실현되어 있다.

그렇지만, 일반적으로 언로더나 천정 크레인에 있어서는 설비의 구조상, 흔들림각 검출기(229)의 설치가 곤란했다.

또, 로프 흔들림각의 연산시에 마찰 저항분 제거 연산 때문에 대차나 매달린 화물의 중량 및 마찰 계수를 필요로 하거나 계산이 번잡했다.

또, 각 주파수 ω_e를 구하기 위해서 감아올린 로프 길이 L_e의 측정이 필요하고, 역시 계산이 번잡했다.

그래서, 운전 패턴이 거의 정해져 있고, 매달린 화물의 중량 변화도 거의 없는 언로더나 일부의 천정 크레인에 있어서는, 보다 계측 항목이 적고 간단하면서 또한 조정이 용이한 흔들림 멈춤 제어가 요망되고 있다.

<특허 문헌 1> 미국 특허 제5495955호 명세서

<특허 문헌 2> 일본국 특허 3173007호 공보

<특허 문헌 3> 일본국 특허공개 2004－187380호 공보

<발명이 해결 하려고 하는 과제>

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 된 것으로서, 매달린 화물의 중량 변화도 거의 없는 언로더나 일부의 천정 크레인에 있어서, 마찰 저항분 제거를 위해 복잡한 연산을 필요로 하지 않고, 또한 종래와 동등의 제어를 실현할 수가 있고, 또 흔들림각 θ_e를 추정 연산하는 일이 없이, 또한 흔들림 주파수 ω_e를 연산하는 것도 없고, 따라서 감아올린 로프 길이 l_e를 측정하는 것도 불필요하고, 또한 흔들림각 덤핑 제어 방식과 동등의 제어 효과를 얻을 수가 있고, 제어의 셋업(set up)이 매우 용이하게 되는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 과제를 해결하기 위한, 청구항 1에 기재의 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치의 발명은, 선단에 버킷(bucket)을 장착한 로프를 휘감는 권상용 모터 및 주행용 모터를 구비한 트롤리 대차용의 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치로서, 속도 지령을 창출하는 속도 패턴 발생 회로와, 상기 속도 지령을 기초로 하여 토크 지령을 출력하는 속도 제어 장치와, 상기 토크 지령을 입력하여 1차 지연 회로에 의한 토크 지령을 출력하는 토크 지령 필터와, 상기 속도 제어 장치의 출력인 상기 토크 지령을 입력하여 상기 트롤리 대차에 걸리는 부하 토크를 추정하여 출력하는 부하 토크 관측기(observer)와, 상기 부하 토크 관측기의 출력인 부하 토크 추정 신호를 상기 토크 지령 필터의 출력에 더한 값을 출력하는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치에 있어서, 상기 부하 토크 추정 신호로부터 마찰 저항에 상당하는 고정 또는 저주파 성분을 제거한 신호 T_RFLHPF를 출력하는 고역 통과 필터와, 상기 고역 통과 필터로부터의 출력 신호 T_RFLHPF에 흔들림각 연산기 계수를 곱한 흔들림각 추정 연산값 θ_e를 출력하는 흔들림각 연산기를 구비하고, 상기 흔들림각 추정 연산값 θ_e에 덤핑 보상을 한 덤핑 보상 신호 N_RFDP를 상기 속도 패턴 발생 회로가 창출한 속도 지령으로부터 뺀 값을 상기 속도 제어 장치의 입력으로 한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 2에 기재의 발명은, 청구항 1 기재의 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치에 있어서, 상기 흔들림각 연산기의 흔들림각 연산기 계수가 F_R/(M_Bg)［여기서, F_R은 정격 부하, M_B는 매달린 화물 중량, g는 중력 가속도(9.8m/s²)］인 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3에 기재의 발명은, 청구항 1에 기재의 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치에 있어서,

상기 덤핑 보상 신호 N_RFDP가,

N_RFDP = 흔들림각 추정 연산값 θ_e × 2δg/(ω_eV_R)［여기서, δ는 덤핑 계수, g는 중력 가속도(9.8m/s²), V_R은 모터 정격 속도에 상당하는 트롤리 대차 속도(m/s), ω_e는 로프의 흔들림 주파수로, ω_e = (g/l_e)^1/2(rad/s), l_e는 측정된 감아올린 로프 길이(m)］인 것을 특징으로 하고 있다.

또, 청구항 4에 기재의 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치의 발명은, 선단에 버킷을 장착한 로프를 휘감는 권상용 모터 및 주행용 모터를 구비한 트롤리 대차용의 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치로서, 속도 지령을 창출하는 속도 패턴 발생 회로와, 상기 속도 지령을 기초로 하여 토크 지령을 출력하는 속도 제어 장치와, 상기 토크 지령을 입력하여 1차 지연 회로에 의한 토크 지령을 출력하는 토크 지령 필터와, 상기 속도 제어 장치(14)의 출력인 상기 토크 지령을 입력하여 상기 트롤리 대차에 걸리는 부하 토크를 추정해 출력하는 부하 토크 관측기와, 상기 부하 토크 관측기의 출력인 부하 토크 추정 신호를 상기 토크 지령 필터의 출력에 더한 값을 출력하는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치에 있어서, 상기 부하 토크 추정 신호로부터 마찰 저항에 상당하는 고정 또는 저주파 성분을 제거한 신호 T_RFLHPF를 출력하는 고역 통과 필터(high pass filter)를 구비하고, 상기 고역 통과 필터로부터의 출력 신호 T_RFLHPF에 상기 속도 패턴 발생 회로가 창출하는 속도 지령의 속도 패턴의 각 영역에 의해 결정된 덤핑 보상 이득(gain) G_DP를 곱해서 생성한 덤핑 보상 신호를 상기 속도 패턴 발생 회로가 창출한 속도 지령 N_RF0로부터 뺀 값을 상기 속도 제어 장치의 입력으로 한 것을 특징으로 하고 있다.

<발명의 효과>

이상과 같이, 청구항 1∼3에 기재의 발명에 의하면, 특허 문헌 1에 기재의 흔들림각 덤핑 제어 기술에 기초하여 제어하는 새로운 제어 장치로서, 부하 토크로부터 흔들림각 θ_e를 연산할 때, 마찰 저항분 제거를 위한 복잡한 연산을 필요로 하지 않고, 종래 기술과 동등의 제어를 실현할 수가 있다.

또, 청구항 4에 기재의 발명에 의하면, 흔들림각 θ_e를 추정 연산하는 일이 없이, 또 흔들림 주파수 ω_e=(g/l_e)^1/2를 연산하는 일도 없이, 따라서 감아올린 로프 길이 l_e를 측정하는 것도 불필요하고, 운전 패턴에 맞추어 덤핑 보상 이득 G_DP를 결정하여 흔들림 멈춤 제어를 행함으로써, 흔들림각 덤핑 제어 방식과 동등의 제어 효과를 얻을 수가 있고, 제어의 셋업이 매우 용이하게 된다.

도 1은 본 발명이 대상의 일예로 하고 있는 언로더의 설비 개요도이다.

도 2는 매달린 화물 흔들림각의 모델도이다.

도 3은 본 발명에 관련되는 제어 원리를 설명하는 도이다.

도 4는 흔들림 멈춤 제어가 없는 매달린 화물 위치 시뮬레이션이다.

도 5는 흔들림 멈춤 제어가 없는 흔들림각 시뮬레이션이다.

도 6은 흔들림 멈춤 제어가 있는 매달린 화물 위치 시뮬레이션이다.

도 7은 흔들림 멈춤 제어가 있는 흔들림각 시뮬레이션이다.

도 8은 특허 문헌 1 기재의 제어 원리를 설명하는 도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 흔들림 멈춤 제어의 컨트롤러(controller)

2　 매달린 화물의 운동 모델(model)

3　 트롤리(trolley) 대차 부하 토크 모델

4　 부하 토크 관측기(observer)

11　 속도 패턴 발생 회로

12 속도 패턴 발생 회로로부터 창출된 속도 지령 N_RF0(p. u)

13　 흔들림 멈춤 덤핑 보상 신호를 가미한 속도 지령 N_RF1(p. u)

14　 IP 또는 PI 제어에 의한 속도 제어 회로

15　 속도 제어 회로에 의해 창출된 토크 지령 T_RF0(p. u)

16　 1차 지연 회로에 의한 토크 지령 필터

17　 토크 지령 필터 후의 토크 지령 T_RF1(p. u)

18　 모터＋트롤리 대차의 관성

19　 속도 피드백(feedback) 신호 N_FB(p. u)

20　 흔들림각 θ(rad)

21　 부하 토크 T_L(p. u)

31 　부하 토크 추정 신호 T_RFL(p. u)

32　 1차 또는 2차의 고역 통과 필터

33　 흔들림각 연산기

34　 흔들림각 추정 연산값 θ_e(rad)

35　 덤핑 보상 이득 G_DP

36　 덤핑 보상 신호 N_RFDP(p. u)

A　　 육지 방향 B　　 바다 방향

BK　 버킷(bucket)

D　　 원료 H　　 호퍼(hopper)

L　　 육지 S　　 바다

SP　 배

T　　 트롤리 대차

l_e　　권상 로프 길이 측정값

M_B　 권상 중량

P_m　 매달린 화물 위치 P_t　 대차 위치

N_RF　 속도 지령

이하에, 주로 언로더 설비를 예로서 도면을 기초로 설명한다.

<실시예 1>

도 1은 본 발명이 대상으로 하는 일예로서의 언로더의 설비 개요도이다.

도 1에 있어서, T는 트롤리 대차, A는 육지 방향, B는 바다 방향, H는 호퍼, SP는 배, BK는 버킷, S는 바다, L은 육지, D는 원료이다.

도에 있어서, 바다 S에 접한 육지 L에 언로더가 설치되어 있고, 육지 L로부터 소정 높이에 트롤리 대차 T가 설치되고, 내장된 모터에 의해 해상과 육상의 사이를 수평으로 왕복 운동할 수 있도록 되어 있다.

트롤리 대차 T에는 또 로프를 감아올리는 모터가 장착되어 있고, 그 로프의 선단에 버킷 BK가 장착되어 있다.

대차는 육지에 접안한 배 SP 위까지 이동하여 버킷 BK를 내려 배의 적화물인 원료 D를 버킷 BK로 퍼올린 뒤, 로프를 감아올려 버킷 BK를 끌어올림과 아울러 바다 S로부터 육지 L로 이동하고, 육상의 호퍼 H의 곳까지 이동하여 호퍼 H에 원료 D를 떨어뜨리고, 그 후, 대차가 버킷 BK를 육지 L로부터 바다 S로 이동시킴과 아울러 로프를 감아내려 배 SP의 원료 D를 다시 퍼올린다. 이하, 이것을 반복한다.

이러한 장치에 있어서 로프에 장착된 버킷은 대차의 이동과 함께 흔들리게 된다.

도 2는 이 경우의 매달린 화물의 흔들림각의 모델도를 나타내고 있다.

도 2에 있어서, 언로더의 크레인 지주와 트롤리 대차의 레일의 교점을 원점 0로 하고, 트롤리 대차 T의 현재 위치를 c, 감아올린 로프의 길이를 l(m), 버킷의 위치를 (x, y), 흔들림각을 θ(rad), 매달린 화물의 질량을 M_B(Kg)라고 하면,

x = c－lsinθ

y = －lcosθ

가 된다.

도 3은 본 발명의 제어 원리도에 있어서의 부하 토크 모델 및 트롤리 대차 부하 토크 모델을 설명하는 도이다.

도에 있어서, 1은 본 발명에 관련되는 매달린 화물 흔들림 멈춤 제어를 하는 컨트롤러, 2는 매달린 화물의 운동 모델, 3은 트롤리 대차 부하 토크 모델, 4는 본래의 부하 토크 센서 대신에, 토크 지령 T_RF0(p. u)과 속도 피드백 신호 N_FB(p. u)로부터 부하 토크 추정 신호 T_RFL(p. u)를 추정하는 부하 토크 관측기, 11은 속도 지령 N_RF0(p. u)을 발생하는 속도 패턴 발생 회로, 12는 속도 패턴 발생 회로로부터 창출된 속도 지령 N_RF0(p. u), 13은 흔들림 멈춤 덤핑 보상 신호를 가미한 속도 지령 N_RF1(p. u), 14는 속도 패턴 발생 회로(11)로부터 창출된 속도 지령 N_RF0(p. u)로부터 속도 피드백 신호 N_FB(p. u) 및 본 발명에 의해 얻어지는 덤핑 보상 신호 N_RFDP(p. u)와의 차분을 기초로 IP 또는 PI 제어에 의해 토크 지령 T_RF0(p. u)를 출력하는 속도 제어 회로, 15는 속도 제어 회로에 의해 창출된 토크 지령 T_RF0(p. u), 16은 1차 지연 회로에 의한 토크 지령 필터, 17은 토크 지령 필터 후의 토크 지령 T_RF1(p. u), 18은 모터＋트롤리 대차의 관성, 19는 속도 피드백 신호 N_FB(p. u), 20은 흔들림각 θ(rad), 21은 부하 토크 T_L(p. u), 31은 부하 토크 추정 신호 T_RFL(p. u), 32는 1차 또는 2차의 고역 통과 필터, 33은 흔들림각 연산기, 34는 흔들림각 추정 연산값 θ_e(rad), 35는 덤핑 보상 이득 G_DP, 36은 덤핑 보상 신호 N_RFDP(p. u)이다.

매달린 화물 흔들림의 진동 운동 모델식은 공지의 (1) 식으로 주어진다. (도 3의 2 참조)

<수학식 1>

…………………………………………………………………(1)

또, 매달린 화물에 의한 횡행 트롤리의 부하 모델을 구한다.

감아올린 로프의 장력 F_LT는,

<수학식 2>

………………………………(2)

여기서, θ는 작기 때문에 sinθ≒θ, cosθ≒1로 한다.

또, 로프 길이 변화의 가속도는 작기 때문에

은 무시한다.

F_LT의 수평 방향의 성분 F_TH는

………………………………………………………(3)

F_LT의 연직 방향 성분과 트롤리 대차 중량 M_T에 의해 생기는 트롤리 대차의 횡행 마찰저항 F_TF는

…………………(4)

따라서 부하 토크 T_L은, 정격 부하를 F_R이라고 하면

………………………………………(5)

(5) 식에 의해 부하 토크에는 흔들림각 θ에 비례하는 성분이 포함되어 있는 것을 알 수 있다.

따라서 부하 토크를 검출할 수 있으면 흔들림각 θ에 비례하는 성분을 가지는 신호를 취급할 수가 있다.

도 3에 있어서, 계를 모터와 트롤리 대차를 일체로 한 일관성 모델로 근사하고, 특허 문헌 2에 기재의 전동기 속도 제어계에 있어서의 비틀림 진동 억제 장치, 및 특허 문헌 3에 기재의 비틀림 진동 억제 장치에 의한 부하 토크 관측기를 응용하고, 트롤리 대차에 걸리는 매달린 화물 과중(過重)을 검출한 신호 T_RFL(31)에 1차 또는 2차의 HPF(고역 통과 필터)(32)를 실시하여 마찰 저항 F_TF에 상당하는 고정 또는 저주파 성분을 제거한다.

(5) 식에서 T_L = T_RFL로 두면

………………………………………(6)

(6) 식에 (2) 식을 대입해 정리하면

<수학식 3>

…………………(7)

여기서,

로 하면,

언로더 시스템의 설비 정수로는 1>>4AC/B² 때문에,

분모의 제2항은 1에 비해 매우 작기 때문에 무시한다.

따라서,

<수학식 4>

………………………………………(8)

(8)식을 변형하면,

………………………………(9)

상술한 것처럼 1차 또는 2차의 HPF(고역 통과 필터)(32)를 통과함으로써 마찰 저항분의 제2항은 제거되기 때문에,

……………………………………………(10)

여기서,

T_RFLHPF는 HPF를 통과한 뒤의 신호를 나타낸다.

<수학식 5>

따라서 흔들림각 연산값을 θ_e로 하면 (11)식을 구할 수가 있다.

………………………………………………(11)

여기서,

은 흔들림각 연산기(33)에 상당한다.

이렇게 해서 새로운 방식에 의해 얻어진 θ_e에

을 곱해서 덤핑 보상 신호 N_RFDP(36)를 생성한다.

………………………………………………(12)

이것을 원래의 속도 지령 N_RF0로부터 빼서 생성한 N_RF1를 지령으로 한 속도 제어를 실행함으로써 흔들림 멈춤을 실현할 수가 있다. 즉 특허 문헌 1에서 공지의 식

<수학식 6>

……………………………………………(13)

을 실현한다.

(여기서, δ는 덤핑 계수, g는 중력 가속도(9.8m/s²), ω_e는 로프의 흔들림 주파수

(rad/s), l _e는 측정된 감아올린 로프 길이(m), V_R은 모터 정격 속도에 상당하는 트롤리 대차 속도(m/s))

이것은, 특허 문헌 1에 있어서 여러 종류의 방식이 나타나고 있지만, 이 흔들림각 덤핑 제어 방식에 기초한 이제 한 종류의 방식을 추가한 것이 된다.

또 한편, (10) 식을 이용하여 새로운 제어 방식을 구축할 수가 있다.

즉, T_RFLHPF에 속도 패턴의 각 영역에 의해 결정된 덤핑 보상 이득 G_DP(35)를 곱해 창출한 덤핑 보상 신호,

즉, N_RFDP = G_DP·T_RFLHPF를,

속도 패턴 발생 회로(11)에 의해 만들어진 신호 N_RF0로부터 빼 N_RF1(13)을 만든다. 이 N_RF1(13)을 지령으로 한 속도 제어를 실행함으로써 흔들림 멈춤 제어를 실현할 수 있다.

이것은 이하의 것에 의해 그 타당성을 나타낼 수가 있다.

N_RFDP = G_DPT_RFLHPF이므로 (10) 식으로부터

<수학식 7>

………………………………………………(14)

한편, 특허 문헌 1에 기재의 흔들림각 덤핑 제어 방식에 나타나듯이 흔들림각 덤핑 제어 방식에서는 흔들림각 검출기의 신호 또는 흔들림각 연산 추정값 θ_e에 덤핑 계수 δ, 흔들림 주파수 ω_e(rad/s) 등으로 구성되는 함수를 곱한 신호를 N_RFDP로서 흔들림 멈춤 제어를 행하고 있다.

이 경우의 속도 보정 신호 N_RFDP는 (12) 식으로부터,

<수학식 8>

여기서,

, l _e = 측정한 감아올린 로프 길이(m)

따라서 (12)식과 (14)식을 비교하면 θ_e≒θ 로서,

……………………………………………(15)

(15) 식의 앞의 괄호안은 언로더의 기계 설비로 정해지는 고정값이고, 한편, 흔들림각 주파수 ω_e, 매달린 화물 중량 M_B는 변화한다.

또, δ는 안정한 흔들림 멈춤 상태가 되도록 운전 패턴에 대응시켜 결정한 값을 바꾸어 사용하는 제어 정수이다. 즉 뒤의 괄호안은 운전중 변화하는 값이다. 그렇지만 언로더 설비에 있어서는, 매달린 화물 중량 M_B는 육지 방향과 바다 방향에서 변화하는 정도이다. 또 운전 패턴도 거의 정해져 있어 종류도 적다.

따라서, 운전 패턴에 의해 G_DP를 운전 패턴에 따라 설정하여 제어하면, 특허 문헌 1에 기재의 흔들림각 덤핑 제어 방식과 동등의 흔들림 멈춤 제어 효과를 실현할 수가 있다.

이 경우, 흔들림각을 추정 연산하는 일이 없고, 또 흔들림 주파수 ω_e는,

<수학식 9>

를 연산하는 일이 없고, 따라서, 감아올린 로프 길이 l_e를 측정하는 것도 불필요하다.

도 4 ~ 도 7은, 시뮬레이션에서 크레인 모델을 조립해 넣고, 이 방식에 의해 상기 설비에 있어서의 흔들림 멈춤 제어 효과를 검토한 결과를 나타내고 있다.

도 4 ~ 도 7에 있어서, A는 육지 방향, B는 바다 방향, P_t는 대차 위치, P_m은 매달린 화물 위치, N_RF는 속도 지령이다.

대략 사양은 버킷＋원료의 중량 약 40톤, 횡행 속도 약 180m/분 , 횡행 거리 약 33m의 예이다.

도 4는 흔들림 멈춤 제어가 없을 때의 대차 위치 P_t(점선)와 매달린 화물 위치 P_m(실선)의 관계를 나타내는 도이다. 도에 있어서, 종측은 도 1에 있어서의 호퍼의 중심 위치(호퍼 센터, Hopper　Center)를 0(도 2의 트롤리 대차가 있는 좌표(c, 0))로 했을 때의 호퍼 센터 0로부터의 대차와 매달린 화물의 각각의 거리(m)로, 플러스(plus)측은 원점에서 바다측으로, 마이너스(minus)측은 원점으로부터 보다 육지측으로의 방향을 나타내고 있다. 또, 횡축은 시간의 추이이다.

도에서 대차가 육상의 호퍼 센터로 향해 이동하고 있을 때, 매달린 화물(실선)은 대차의 선도(점선)를 중심으로 상하로 진동하고 있어, 그 흔들림 크기(m)로부터, 매달린 화물은 호퍼 상을 크게(약 7m) 지나쳐, 또 되돌아가는 선상에서도 큰 잔류 흔들림(약 10m)이 지속하고 있는 것을 알 수 있다. 이 상태는 매우 위험하다.

도 5는 속도 지령(굵은선)과 그때의 도 2의 흔들림각 θ(가는선)을 나타내는 것으로, 종측은 각도(도), 횡축은 시간의 추이(초)를 나타내고 있다. 흔들림각 θ도 크게 진동하고 있는(최대로 ＋41^о~ －44^о) 것을 알 수 있다.

이것에 대해서, 도 6은 본 발명에 관련되는 흔들림 멈춤 제어를 실시할 때의 대차 위치 P_t(점선)와 매달린 화물 위치 P_m(실선)의 관계를 나타내는 도이다. 도에 있어서, 종측은 호퍼 센터 0으로부터의 대차와 매달린 화물의 각각의 거리(m)로, 플러스측은 원점에서 바다측으로, 마이너스측은 원점으로부터 보다 육지측으로의 방향을 나타내고 있다. 또, 횡축은 시간의 추이이다.

도에서 대차가 육상의 호퍼 센터로 향해 이동하고 있을 때, 매달린 화물(실선)은 대차의 선도(점선)에 거의 겹치고 있고, 흔들림은 매우 작다. 매달린 화물은 호퍼에서 멈추는 곳을 지나치지 않음을 알 수 있다. 또 되돌아가는 선상에서도 약간의 잔류 흔들림으로 안정되어 있는 것을 알 수 있다.

도 7은 속도 지령(굵은선)과 그때의 도 2의 흔들림각 θ(가는선)을 나타내는 것으로, 종측은 각도(도), 횡축은 시간의 추이(초)를 나타내고 있다. 흔들림각 θ에서 덤핑이 잘 듣고 있어 본 발명에 관련되는 흔들림 멈춤 제어가 유효하게 작용하고 있는 것을 현저하게 알 수 있다.

이상과 같이, 청구항 1∼3에 기재의 발명에 의하면, 특허 문헌 1에 기재의 흔들림각 덤핑 제어 방식에 기초하여 제어하는 방식으로서 부하 토크로부터 흔들림각 θ_e를 연산할 때, 마찰 저항분 제거를 위한 복잡한 연산을 필요로 하지 않고 종래와 동등의 제어를 실현할 수가 있다.

또, 청구항 4에 기재의 발명에 의하면, 흔들림각 θ_e를 추정 연산하는 일이 없고, 또 흔들림 주파수 ω_e는,　

<수학식 10>

또, 운전 패턴에 맞추어 덤핑 보상 이득 G_DP를 결정하여 흔들림 멈춤 제어를 행함으로써 흔들림각 덤핑 제어 방식과 동등한 제어 효과를 얻을 수가 있고, 제어의 셋업이 매우 용이해진다.

본 발명의 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치는 횡행 운전에 있어서 화물의 흔들림을 억제하는 것이 요구되는 언로더나 천정 크레인 등에 매우 적합하다.

Claims

선단에 버킷을 장착한 로프를 휘감는 권상용 모터 및 주행용 모터를 구비한 트롤리 대차용의 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치로서, 속도 지령을 창출하는 속도 패턴 발생 회로(11)와, 상기 속도 지령을 기초로 하여 토크 지령을 출력하는 속도 제어 장치(14)와, 상기 토크 지령을 입력하여 1차 지연 회로에 의한 토크 지령을 출력하는 토크 지령 필터(16)와, 상기 속도 제어 장치(14)의 출력인 상기 토크 지령을 입력하여 상기 트롤리 대차에 걸리는 부하 토크를 추정해 출력하는 부하 토크 관측기(4)와, 상기 부하 토크 관측기(4)의 출력인 부하 토크 추정 신호를 상기 토크 지령 필터(16)의 출력에 더한 값을 출력하는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치에 있어서,

상기 부하 토크 추정 신호로부터 마찰 저항에 상당하는 고정 또는 저주파 성분을 제거한 신호 T_RFLHPF를 출력하는 고역 통과 필터(32)와, 상기 고역 통과 필터(32)로부터의 출력 신호 T_RFLHPF에 흔들림각 연산기 계수를 곱한 흔들림각 추정 연산값 θ_e를 출력하는 흔들림각 연산기(33)를 구비하고,

상기 흔들림각 추정 연산값 θ_e에 덤핑 보상을 한 덤핑 보상 신호 N_RFDP를 상기 속도 패턴 발생 회로(11)가 창출한 속도 지령으로부터 뺀 값을 상기 속도 제어 장치(14)의 입력으로 한 것을 특징으로 하는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치.
제1항에 있어서,

상기 흔들림각 연산기(33)의 흔들림각 연산기 계수는,

F_R/(M_Bg)　

여기서, F_R는 정격 부하, M_B는 매달린 화물 중량, g는 중력 가속도(9.8m/s²)

인 것을 특징으로 하는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치.
제1항에 있어서,

상기 덤핑 보상 신호 N_RFDP는,

　 N_RFDP = 흔들림각 추정 연산값 θ_e × 2δg/(ω_eV_R)

　 여기서, δ는 덤핑 계수, g는 중력 가속도(9.8m/s²),

V_R는 모터 정격 속도에 상당하는 트롤리 대차 속도(m/s),

ω_e는 로프의 흔들림 주파수로, ω_e=(g/le)^1/2　(rad/s),

l_e는 측정된 감아올린 로프 길이(m),

인 것을 특징으로 하는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치.
선단에 버킷을 장착한 로프를 휘감는 권상용 모터 및 주행용 모터를 구비한 트롤리 대차용의 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치로서, 속도 지령을 창출하는 속도 패턴 발생 회로(11)와, 상기 속도 지령을 기초로 하여 토크 지령을 출력하는 속도 제어 장치(14)와, 상기 토크 지령을 입력하여 1차 지연 회로에 의한 토크 지령을 출력하는 토크 지령 필터(16)와, 상기 속도 제어 장치(14)의 출력인 상기 토크 지령을 입력하여 상기 트롤리 대차에 걸리는 부하 토크를 추정해 출력하는 부하 토크 관측기(4)와, 상기 부하 토크 관측기(4)의 출력인 부하 토크 추정 신호를 상기 토크 지령 필터(16)의 출력에 더한 값을 출력하는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치에 있어서,

상기 부하 토크 추정 신호로부터 마찰 저항에 상당하는 고정 또는 저주파 성분을 제거한 신호 T_RFLHPF를 출력하는 고역 통과 필터(32)를 구비하고,

상기 고역 통과 필터(32)로부터의 출력 신호 T_RFLHPF에 상기 속도 패턴 발생 회로(11)가 창출하는 속도 지령의 속도 패턴의 각 영역에 의해 결정된 덤핑 보상 이득 G_DP를 곱해서 생성한 덤핑 보상 신호를 상기 속도 패턴 발생 회로(11)가 창출한 속도 지령 N_RF0로부터 뺀 값을 상기 속도 제어 장치(14)의 입력으로 한 것을 특징으로 하는 매달린 화물의 흔들림 멈춤 장치.