KR20120001287A - Method for controlling sway of workpiece - Google Patents

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KR20120001287A
KR20120001287A KR1020100062003A KR20100062003A KR20120001287A KR 20120001287 A KR20120001287 A KR 20120001287A KR 1020100062003 A KR1020100062003 A KR 1020100062003A KR 20100062003 A KR20100062003 A KR 20100062003A KR 20120001287 A KR20120001287 A KR 20120001287A
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trolley
control
shaking
control input
crane
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KR1020100062003A
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홍금식
꽝 히오 응오
조철명
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한국과학기술원
부산대학교 산학협력단
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    • B66C23/52Floating cranes

Abstract

PURPOSE: A method for controlling the shaking of products is provided to load containers on the exact location by controlling the shaking of products which is being transported. CONSTITUTION: A method for controlling the shaking of products comprises followings. Control input comprises first control input and second control input. The first control input is applied on a trolley(104) according to the transfer direction of the trolley. The second control input is applied on a spreader(105) by the tension of an additional rope. The shaking of the product in the transfer direction of the trolley is controlled by the input of the first control input, and the shaking of the product in the direction perpendicular to the transfer direction of the trolley is controlled by the second control input.

Description

피이송물의 흔들림 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING SWAY OF WORKPIECE}How to control the shaking of the object to be transported {METHOD FOR CONTROLLING SWAY OF WORKPIECE}

본 발명은 피이송물을 크레인으로 운반함에 있어서 크레인에 의해 피이송물의 흔들림을 제어하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모바일 하버(mobile harbor)와 같이 움직이는 플랫폼에 탑재된 크레인을 이용하여 컨테이너를 이송할 때, 트롤리의 이동 및 정지로 인한 내적 요인과, 파도, 바람 등에 의한 외적 요인으로 인하여 긴 로프에 매달린 컨테이너는 심하게 흔들리게 되는데, 본 발명은 슬라이딩 평면(sliding surface)를 설계함으로써 트롤리의 움직임을 이용하여 트롤리 이송 방향으로의 흔들림(longitudinal sway)을 제어하고, 스프레더에 추가한 추가 로프에 대한 토크 제어를 이용하여 트롤리 이송 방향에 수직한 측방향 흔들림(lateral sway)를 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling the shaking of a conveyed object by a crane in transporting the conveyed object by a crane, and more particularly, by using a crane mounted on a platform moving such as a mobile harbor. When transporting, a container suspended on a long rope is severely shaken due to internal factors due to the movement and stoppage of the trolley and external factors due to waves, wind, etc. The present invention provides a sliding surface for the movement of the trolley. To control the longitudinal sway in the trolley transport direction, and to control the lateral sway perpendicular to the trolley transport direction by using torque control for additional ropes added to the spreader. .

최근 전 세계적으로 국가간 도시간 교역 규모가 증가하면서 물동량도 증가하고 있는데, 이 중에서도 특히 운송비용이 저렴한 해로를 통한 물동량이 비약적으로 증가하고 있다. 이처럼 해로를 통한 물류 즉, 선박을 이용한 물류에 있어서는 선박에 화물을 최대한 많이 적재하도록 하기 위하여, 또한 피이송물의 선적 및 하역의 편의성 및 신속성을 도모하기 위하여, 오래전부터 컨테이너가 이용되어 왔다.Recently, with the increase of intercity trade between countries, the volume of transportation is also increasing. Among them, the volume of transportation through sea lanes with low transportation cost is increasing dramatically. As described above, containers have been used for a long time in order to load as much cargo as possible in the logistics through sea, that is, in order to facilitate the convenience and speed of loading and unloading the transported goods.

일반적으로 컨테이너를 선박에 선적하거나 혹은 선박으로부터 하역함에 있어서는 크레인이 사용된다. 그러나, 이처럼 크레인을 이용하여 컨테이너를 이송할 때 트롤리의 운동 및 정지로 인한 내적 요인과 파도, 바람 등에 의한 외적 요인으로 인하여, 긴 로프에 매달린 컨테이너는 트롤리의 이송 방향(longitudinal direction) 뿐만 아니라 트롤리 이송 방향에 수직한 측방향(lateral direction)으로 심하게 흔들리게 되는데, 이러한 흔들림은 크레인의 효율성과 안전성에 큰 악영향을 끼친다.In general, cranes are used for loading or unloading containers into vessels. However, due to the internal factors caused by the movement and stoppage of the trolley and external factors due to waves and winds when transporting the container using a crane, containers suspended on long ropes are not only transported in the trolley but also in the longitudinal direction of the trolley. Severe shaking in the lateral direction perpendicular to the direction, which greatly affects the efficiency and safety of the crane.

이 때문에, 지금까지 컨테이너의 흔들림을 억제하여 크레인의 작업 효율을 높이기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그 중에서도 한국등록특허 제0369585호는“크레인의 흔들림 억제 제어 시스템 및 방법”에 관한 것으로서, 비젼 센서 등을 이용하여 흔들림 각을 직접적으로 측정하던 종래 기술과는 달리 흔들림 각을 직접 측정하지 않고, 스프레더 또는 트롤리 상단에 장착되어 부하 이송 시에 발생하는 가속도를 측정하는 가속도 센서와, 트롤리의 움직임을 제어하는 트롤리 드라이브와, 트롤리 드라이브 및 가속도 센서로부터 전송된 데이터를 기초로 부하의 흔들림 상태를 추정하는 추정기, 그리고 추정된 데이터를 트롤리 드라이브로 전송하는 제어부를 포함한 제어 시스템 및 그 제어 방법을 개시하고 있다. For this reason, many studies have been carried out to improve the working efficiency of the crane by suppressing the shaking of the container. Among them, Korean Patent No. 0369585 relates to “the system and method for suppressing the shaking of cranes,” which is different from the prior art which directly measures the shaking angle by using a vision sensor. Or an estimator mounted on the top of the trolley to estimate acceleration during load transfer, a trolley drive that controls the movement of the trolley, and an estimator for estimating the shaking state of the load based on data transmitted from the trolley drive and the acceleration sensor And a control system for transmitting the estimated data to the trolley drive and a control method thereof.

또한 한국공개특허공보 제2006-0073704호는 “천정크레인의 위치 및 흔들림 제어방법”에 관한 것으로서, 천정크레인(overhead crane)이 현재 위치에서 출발하여 목표 위치까지 이동하는 동안, 로프의 흔들림을 피드백 제어 방식에 의하여 제어하면서 목표 위치까지 이송할 수 있는 천정크레인의 위치 및 흔들림 제어방법을 개시하고 있다. In addition, Korean Laid-Open Patent Publication No. 2006-0073704 relates to a method for controlling the position and vibration of a ceiling crane, and provides feedback control to control the vibration of a rope while the overhead crane moves from a current position to a target position. Disclosed are a position and a shaking control method of a ceiling crane which can be transferred to a target position while controlling by a method.

한편, 본 출원인이 출원한 한국공개특허공보 제2005-0007246호는 크레인의 컨테이너 흔들림 제어방법에 관한 것으로서,트롤리의 움직임을 이용하여 흔들림을 제어하는 방법과, 고층건물에서 내진용으로 이용되고 있는 능동질량 감쇠시스템(active mass damper system)의 방법을 이용하여 컨테이너의 이송거리와 작업시간을 단축시키면서 컨테이너 흔들림을 감쇠시킬 수 있는 제어력 유도 및 구현방법을 개시하고 있다. On the other hand, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-0007246 filed by the present applicant relates to a method for controlling the container shake of a crane, a method of controlling the shake using the movement of a trolley, and active that is used for earthquake resistance in high-rise buildings. Disclosed is a method of deriving and implementing control force that can dampen container shaking while reducing the transport distance and working time of a container using a method of an active mass damper system.

상술한 종래의 기술들은 크레인이 부두와 같이 움직임이 없는 곳에 고정되어 작업을 진행하는 것을 전제로 한 것으로서, 이러한 경우에는 피이송물인 컨테이너의 흔들림 움직임과 트롤리의 움직임은 공통의 평면에 존재한다고 볼 수 있는데, 이러한 경우에는 트롤리의 움직임만으로도 피이송물의 흔들림을 제어할 수 있어서 상술한 종래의 제어 기술로도 충분히 피이송물의 흔들림을 제어할 수 있다.The above-described conventional techniques are based on the assumption that the crane is fixed to a place where there is no movement such as a pier, and in this case, the shaking motion of the container to be transported and the movement of the trolley exist in a common plane. In this case, the shaking of the object to be conveyed can be controlled only by the movement of the trolley, and thus, the shake of the object can be sufficiently controlled by the above-described conventional control technology.

그러나, 크레인이 모바일 하버(mobile harbor) 또는 선박과 같은 해상 구조물에 설치되는 경우에는 크레인이 설치된 해상 구조물 자체가 파도 및 바람 등의 영향으로 요동하게 되고, 그 영향으로 크레인에 매달려 있는 피이송물은 트롤리의 이송 방향으로 흔들리는 것(longitudinal sway)은 물론 트롤리의 이송 방향에 수직하는 측방향으로도 크게 흔들린다. 그러나, 이러한 피이송물의 측방향의 흔들림(lateral sway) 움직임은 트롤리의 이송 방향으로의 트롤리 움직임과 공면(coplanar)에 존재하지 않기 때문에, 종래의 기술로는 해상 구조물에 설치된 크레인에 매달린 피이송물의 흔들림을 억제할 수 없다.However, when a crane is installed in a marine structure such as a mobile harbor or a ship, the marine structure in which the crane is installed is rocked by the influence of waves and winds, and the transferred object suspended from the crane The longitudinal sway in the conveying direction of the trolley is of course greatly shaken in the lateral direction perpendicular to the conveying direction of the trolley. However, since the lateral sway movement of the object to be transported does not exist in the coplanar with the trolley movement in the transport direction of the trolley, in the prior art, the object to be suspended by a crane installed in a marine structure is known. Shake cannot be suppressed.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 트롤리의 운동 방향으로의 흔들림은 물론 이에 수직한 방향으로의 흔들림도 제어할 수 있는 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a control method capable of controlling the shaking in the direction of movement of the trolley as well as the shaking in the direction perpendicular thereto.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 크레인 구조물에 대하여 피이송물을 직선 방향으로 이송하는 트롤리와, 트롤리에 대하여 피이송물 및 이에 착상 결합하는 스프레더를 지지하는 하중 지지 로프와, 스프레더에 트롤리의 이송 방향에 수직한 방향으로 외력을 부가할 수 있는 추가 로프를 포함하는 크레인의 피이송물을 제어 입력을 부가하여 피이송물의 흔들림을 제어하는 피이송물 흔들림 제어 방법에 있어서, 제어 입력은 트롤리의 이송 방향에 대하여 트롤리에 가해지는 제 1 제어 입력과, 추가 로프의 장력에 의해 스프레더에 가해지는 제 2 제어 입력을 포함하며, 제 1 제어 입력에 의해 트롤리의 이송 방향으로의 피이송물의 흔들림을 제어하며, 제 2 제어 입력에 의해 트롤리의 이송 방향에 수직한 방향으로의 상기 피이송물의 흔들림을 제어하는 것을 특징으로 하는 피이송물 흔들림 제어 방법이 제공된다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a load supporting rope for supporting the object to be transported in a linear direction with respect to the crane structure, and the spreader and the coupling coupled to the object to the trolley; In the object movement control method for controlling the shaking of the object by adding a control input to the object to be conveyed of the crane including an additional rope to add an external force to the spreader in a direction perpendicular to the transport direction of the trolley, The control input includes a first control input applied to the trolley with respect to the transport direction of the trolley, and a second control input applied to the spreader by tension of the additional rope, the first control input being used in the transport direction of the trolley. Controlling the shaking of the conveyed material, the conveyed object in a direction perpendicular to the conveying direction of the trolley by a second control input The blood feed water shake control method, characterized in that for controlling the vibration is provided.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 피이송물 흔들림 제어 방법은 설정된 슬라이딩 평면(sliding surface) s에 이송 방향 및 이송 방향에 수직한 방향으로 피이송물이 수렴하도록, 피이송물을 슬라이딩 모드 제어(sliding mode control)하는 피이송물 흔들림 제어 방법이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the object shake control method is characterized in that the object to be transported to the set sliding surface s (Sliding surface s) in the direction perpendicular to the conveying direction and the conveying direction, sliding mode control ( Provided is a method of controlling an object to be shaken by sliding mode control.

본 발명의 더 바람직한 실시예에 따르면, 피이송물 흔들림 제어 방법의 제어 입력은, (S1) 크레인의 트롤리와 피이송물의 운동 방정식을 라그랑지 방정식(lagrange equation)에 의해 구하는 단계; (S2) 추가 로프의 장력과 제 2 제어 입력과의 관계를 구하는 단계; (S3) 크레인의 3차원 운동방정식에 기반하여 트롤리의 위치 에러(position error), 흔들림 에러(sway error)를 포함하는 에러 벡터 와 슬라이딩 평면 s를 설정하는 단계; (S4) 슬라이딩 모드 제어 방법에 의하여 리아프노프(lyapunov) 함수 V(t)를 구하고 그 함수를 시간에 대하여 미분하는 단계; (S5) 점근 안정성(asymptotic stability)를 갖도록 하기 위해 리아프노프 함수를 시간에 대하여 미분하여 얻은 함수가 -μ|s|가 되도록 상기 제 1 제어 입력 및 상기 제 2 제어 입력을 결정하는 단계를 거쳐 결정되는 피이송물 흔들림 제어 방법이 제공된다.According to a further preferred embodiment of the present invention, the control input of the object shaking control method, (S1) obtaining the equation of motion of the trolley and the object of the conveyed object by a lagrange equation; (S2) obtaining a relationship between the tension of the additional rope and the second control input; (S3) setting an error vector including a position error and a swing error of the trolley and a sliding plane s based on the three-dimensional equation of motion of the crane; (S4) obtaining a lyapunov function V (t) by a sliding mode control method and differentiating the function with respect to time; (S5) determining the first control input and the second control input such that the function obtained by differentiating the Lyapunov function with respect to time becomes -μ | s | so as to have asymptotic stability. A determined object shake control method is provided.

본 발명의 피이송물 흔들림 제어 방법에 의하면, 트롤리의 이송 방향으로의 흔들림은 물론 이에 수직한 방향으로의 흔들림도 제어할 수 있어서, 컨테이너를 목적으로 하는 위치에 신속하고 정확하게 적재하도록 할 수 있으며, 이에 따라, 크레인의 처리 능력이 향상되는 효과가 있다.According to the method of controlling the object to be shaken according to the present invention, it is possible to control the shake in the conveying direction of the trolley as well as the shake in the direction perpendicular thereto, so that the container can be loaded quickly and accurately at the target position. This has the effect of improving the processing capacity of the crane.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 크레인을 탑재한 해상 구조체와 모선이 도킹된 상태를 도시한 상태도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 크레인이 탑재되는 해상 구조체의 움직임 방향을 표시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흔들림 제어 방법을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 크레인이 탑재된 해상 구조체의 운동을 해석하기 위한 좌표계 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 크레인에 있어서 로프의 연결 및 배치 관계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 크레인에 있어서 트롤리와 스프레더 사이에 배치되는 로프의 연결 및 배치 관계를 도시한 측면도이다.
1 is a state diagram showing a docked marine structure and a mother ship mounted crane according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the direction of movement of the offshore structure is mounted crane according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a shake control method according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a coordinate system for analyzing the motion of a crane-mounted offshore structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the connection and arrangement of the rope in the crane according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a side view showing the connection and arrangement of the rope disposed between the trolley and the spreader in the crane according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 실시예을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 하지만, 이는 예시에 불과한 것이며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention, but the present invention is only an example and the present invention is not limited thereto. .

도 1은 피이송물인 컨테이너를 대량으로 탑재하고 있는 모선(mother ship)과 모선에 탑재된 컨테이너를 실어 내기 위해 모바일 하버가 도킹되어 있는 모습을 나타내는 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view illustrating a docking state of a mobile harbor for carrying a mother ship carrying a large amount of containers to be transported and a container mounted on a mother ship.

도 2는 크레인을 탑재하는 모바일 하버와 같은 해상 구조체에서 발생할 수 있는 여러 움직임을 도시한 것이다. x, y, z 방향으로의 병진 이동 움직임은 각각 서징(surging), 스웨잉(swaying), 히빙(heaving)이라고 한다. 또한, x, y, z 방향에 대한 회전 이동 움직임은 각각 롤링(rolling), 피칭(pitching), 요잉(yawing)이라고 한다. 도 1에서 도시한 바와 같이, 모바일 하버가 이보다 훨씬 거대한 모선에 도킹되어 있는 경우에는 다른 움직임은 무시할만 하며, 롤링, 피칭 및 히빙 모션만을 고려해도 충분히 그 움직임을 대표할 수 있다.Figure 2 illustrates the various movements that can occur in offshore structures, such as mobile harbors on which cranes are mounted. Translational movements in the x, y, and z directions are called surging, swaging, and heaving, respectively. Further, rotational movement movements in the x, y, and z directions are referred to as rolling, pitching, and yawing, respectively. As shown in Fig. 1, when the mobile harbor is docked on a much larger mothership, other movements are negligible, and only the rolling, pitching, and heaving motions can be considered to represent the movements.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 흔들림 제어 방법을 나타낸 블록도로서, 이하에서는 이에 근거하여 도 4 내지 도 6을 참조하면서 각 단계별로 구체적으로 설명한다.3 is a block diagram illustrating a shake control method according to an exemplary embodiment of the present invention. Hereinafter, each step will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 6.

제 1 단계는 파도나 바람 등에 의하여 요동하는 해상 구조체(예를들면 모바일 하버)에 크레인이 탑재된 시스템의 운동방정식을 라그랑지 방정식(lagrange equation)을 사용하여 유도하는 것이다. 앞서 설명하였듯이, 이러한 해상 구조체에 있어서는 롤링, 피칭 및 히빙 모션만을 고려하도록 한다. The first step is to use the Lagrange equation to derive the equations of motion of crane-mounted systems on offshore structures (eg, mobile harbors) that are rocked by waves or wind. As described above, only the rolling, pitching, and heaving motions are considered in such a marine structure.

도 4는 운동방정식을 유도하기 위하여 사용되는 좌표계 시스템을 도시한다. OoXoYoZo는 기준 좌표계이며, OsXsYsZs는 배 좌표계로서 원점은 배의 중력중심이다. OtXtYtZt는 트롤리 좌표계로서 원점은 트롤리의 중심이다. mt와 mp는 각각 트롤리와 피이송물의 질량이며, h는 크레인의 높이다. x와 y는 각각 배 좌표계에 있어서 갠트리와 트롤리의 위치이다. l은 하중 지지 로프의 길이를 가리킨다. θ와 δ는 각각 트롤리 이송 방향으로의 흔들림 각과 트롤리 이송 방향에 수직한 측방향으로의 흔들림 각이다. θ와 δ는 트롤리에서 측정되는 값이다. fy는 트롤리 이송 방향으로의 흔들림을 제어하기 위해 트롤리 이송 방향으로 트롤리에 가해지는 제어 입력이다. z는 해상 구조체의 히빙 방향 위치이다. φ와 ψ는 기준 좌표계에 대한 해상 구조체의 롤링 각 및 피칭 각이다. 기준 좌표계에 있어서, 트롤리의 위치 벡터 pt와 피이송물의 위치 벡터 pl을 이상의 값들을 이용하여 표시하면 다음과 같다.4 shows a coordinate system used to derive the equation of motion. O o X o Y o Z o is the reference coordinate system, O s X s Y s Z s is the ship coordinate system, the origin is the center of gravity of the ship. O t X t Y t Z t is the trolley coordinate system whose origin is the center of the trolley. m t and m p are the mass of the trolley and the conveyed material, respectively, and h is the height of the crane. x and y are the positions of the gantry and trolley in the ship coordinate system, respectively. l indicates the length of the load bearing rope. θ and δ are shaking angles in the trolley conveying direction and lateral shaking angles perpendicular to the trolley conveying direction, respectively. θ and δ are the values measured in the trolley. f y is a control input applied to the trolley in the trolley transport direction to control the shaking in the trolley transport direction. z is the hebbing direction position of the marine structure. φ and ψ are rolling angles and pitching angles of the marine structure with respect to the reference coordinate system. In the reference coordinate system, the position vector p t of the trolley and the position vector p l of the object to be conveyed are expressed as follows.

Figure pat00001
식 (1)
Figure pat00001
Formula (1)

Figure pat00002
식 (2)
Figure pat00002
Equation (2)

트롤리의 위치 벡터 pt와 피이송물의 위치 벡터 pl을 시간에 대하여 미분하며, 트롤리의 속도 벡터 vt와 피이송물의 속도 벡터 vl을 각각 다음과 같이 얻을 수 있다.The position vector p t of the trolley and the position vector p l of the conveyed object are differentiated with respect to time, and the velocity vector v t of the trolley and the velocity vector v l of the conveyed object can be obtained as follows.

Figure pat00003
식(3) 및 (4)
Figure pat00003
Equations (3) and (4)

여기서, here,

Figure pat00004
Figure pat00004

이다.to be.

트롤리와 피이송물을 포함하는 시스템의 운동 에너지와 위치 에너지는 다음과 같다. 주의해야 할 것은 해상 구조체의 운동 에너지와 위치 에너지는 위 식에 포함되지 않았으며, 배의 롤링, 피칭 및 히빙 모션은 외란으로서 고려된다.The kinetic energy and potential energy of the system including the trolley and the conveyed object are as follows. It should be noted that the kinetic energy and potential energy of the offshore structure are not included in the above equations, and the ship's rolling, pitching and heaving motion are considered disturbances.

Figure pat00005
식 (5)
Figure pat00005
Equation (5)

Figure pat00006
식 (6)
Figure pat00006
Formula (6)

다음으로, 라그랑지 방정식(lagrange equation)을 이용하여 파도나 바람에 요동하는 모바일 하버와 같은 해상 구조체에 탑재된 크레인에 있어서 트롤리와 피이송물의 운동 방정식을 구할 수 있다. 운동 방정식은 아래와 같다.Next, using the lagrange equation, it is possible to obtain the equation of motion of the trolley and the object to be transported in the crane mounted on the marine structure such as the mobile harbor which is shaken by the waves or the wind. The equation of motion is

Figure pat00007
식 (7)
Figure pat00007
Formula (7)

Figure pat00008
식 (8)
Figure pat00008
Formula (8)

Figure pat00009
식 (9)
Figure pat00009
Formula (9)

여기서, here,

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

이다.to be.

제 2 단계는 측방향 흔들림을 억제하기 위해 추가 로프를 사용하여 토크를 생성하는 메카니즘을 분석하여 측방향 흔들림에 대한 제어 입력을 유도하는 것이다. The second step is to analyze the mechanism of generating torque using an additional rope to suppress lateral shaking to derive control input for lateral shaking.

이하에서는, 제어 입력을 유도하기에 앞서 먼저 본 실시예의 크레인의 구조를 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다.In the following, the structure of the crane of this embodiment will be described first with reference to FIGS. 5 and 6 before inducing a control input.

도 5에 도시된 바와 같이, 실시예의 크레인은 4개의 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')와 2개의 추가 로프(202, 202')를 포함한다. 도 2는 크레인의 구체적인 구조는 생략하였으며 로프의 연결관계를 중심으로 도시하였다. 구체적으로, 크레인은 크게 크레인 구조물(미도시)과, 이에 의해 지지되는 거더(미도시: girder)와, 상기 거더를 따라 좌우로 횡진하는 트롤리(104)와, 트롤리(104)를 경유하는 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')에 의해 지지되며 로프 길이의 조절에 따라 트롤리(104) 쪽으로 상승하거나 트롤리(104) 쪽으로부터 하강하는 스프레더(105)를 포함한다. 스프레더(105)에는 컨테이너가 고정 결합되어 스프레더(105)의 상승, 이동 및 하강에 따라 컨테이너를 상승, 이동 및 하강시키며 컨테이너를 선적 및 하역하는 작업이 이루어진다. As shown in FIG. 5, the crane of the embodiment includes four load supporting ropes 102, 102 ′, 102 ″, 102 ′ ″ and two additional ropes 202, 202 ′. Figure 2 omitted the specific structure of the crane and is shown around the connection of the rope. Specifically, the crane is largely supported by a crane structure (not shown), a girder (not shown) supported by it, a trolley 104 traversing from side to side along the girder, and a load support via the trolley 104. And a spreader 105 supported by ropes 102, 102 ', 102 ", 102' ", which rises toward or descends from trolley 104 side according to adjustment of the rope length. A container is fixedly coupled to the spreader 105 to lift, move, and lower the container as the spreader 105 rises, moves, and descends, and loads and unloads the container.

하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')의 선단부는 호이스트 드럼(101)에 고정되며, 호이스트 드럼(101)의 회전에 따라 호이스트 드럼(101)에 권입되거나 호이스트 드럼(101)으로부터 권출된다. 본 실시형태에서는 하중 지지 로프가 호이스트 드럼에 동일한 길이만큼 권입되거나 호이스트 드럼으로부터 동일한 길이만큼 권출되는 것을 보장하기 위해, 4 개의 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''') 모두가 하나의 호이스트 드럼(101)에 감기도록 구성되어 있지만, 스프레더(105)의 밸런스가 유지되는 것이 가능하다면 하중 지지 로프가 복수의 호이스트 드럼에 감기더라도 무방하다. The tips of the load bearing ropes 102, 102 ′, 102 ″, 102 ′ ″ are fixed to the hoist drum 101, and are wound on the hoist drum 101 or rotated by the hoist drum 101. 101). In this embodiment, all four load supporting ropes 102, 102 ', 102' ', 102' '' are all secured to ensure that the load supporting ropes are wound on the hoist drum by the same length or unwound by the same length from the hoist drum. Is configured to be wound around one hoist drum 101, the load supporting rope may be wound around a plurality of hoist drums as long as the balance of the spreader 105 can be maintained.

하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')는 트롤리(104) 상의 네 모퉁이에 배치된 트롤리 활차(106, 106', 106'', 106''')를 경유하여, 스프레더(105) 상의 네 모퉁이에 배치된 스프레더 활차(107, 107', 107'', 107''')까지 연장되며, 다시 트롤리(104) 상의 네 모퉁이에 설치된 트롤리 활차(108, 108', 108'', 108''')를 거쳐 액츄에이터(103, 103', 103'', 103''')에 그 후단부가 고정된다.The load bearing ropes 102, 102 ′, 102 ″, 102 ′ ″ are provided via trolley pulleys 106, 106 ′, 106 ″, 106 ′ ″ disposed at four corners on the trolley 104. Trolley pulleys 108, 108 ′, 108 which extend to spreader pulleys 107, 107 ′, 107 ″, 107 ′ ″ disposed at four corners on spreader 105, and in turn are installed at four corners on trolley 104. '', 108 '' ', and the rear end thereof is fixed to the actuators 103, 103', 103 '', 103 '' '.

하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')의 선단부를 고정하는 호이스트 드럼(101)을 이용하여 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')를 권입하면, 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')의 길이가 짧아지게 되는데, 이에 따라, 스프레더(105)가 트롤리(104)를 향하여 상승하게 된다. 반대로, 호이스트 드럼(101)이 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')를 권출하면, 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')의 길이는 길어지고, 스프레더(105)가 트롤리로부터 멀어지면서 하강한다.Load hoisting ropes 102, 102 ', 102 ", 102' " are mounted using a hoist drum 101 that fixes the tips of the load carrying ropes 102, 102 ', 102 ", 102' ". When it is wound up, the length of the load supporting ropes 102, 102 ', 102 ", 102' " becomes short, so that the spreader 105 rises toward the trolley 104. FIG. In contrast, when the hoist drum 101 unwinds the load supporting ropes 102, 102 ′, 102 ″, 102 ′ ″, the length of the load supporting ropes 102, 102 ′, 102 ″, 102 ′ ″. Lengthens, and the spreader 105 descends away from the trolley.

하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')의 후단부는 액츄에이터(103, 103', 103'', 103''')에 고정되며, 액츄에이터의 구동에 의해 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')의 길이를 정밀하게 조절할 수 있다. 액츄에이터(103, 103', 103'', 103''')는 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')의 길이를 미세하게 조절하기 때문에, 스프레더(105)의 자세를 제어하는데 이용된다. The rear ends of the load supporting ropes 102, 102 ', 102 ", 102' " are fixed to the actuators 103, 103 ', 103 ", 103' ", and are driven by the actuators. 102, 102 ', 102' ', 102' '' can be precisely adjusted. Since the actuators 103, 103 ', 103 " and 103' " finely adjust the lengths of the load supporting ropes 102, 102 ', 102 " and 102' ", the posture of the spreader 105 It is used to control.

예를 들면, 트롤리(104)의 운동 방향을 x 방향이라 하고, 트롤리(104)가 형성하는 면에 있어서 트롤리(104)의 운동 방향에 수직한 방향을 y 방향이라 하고, 이들 x 및 y에 수직한 방향을 z 방향이라고 하면, 스프레더의 x 방향에 대한 회전을 Trim 이라 하고, y 방향에 대한 회전을 List라 하고, z 방향에 대한 회전을 Skew라 하며, 이들 6개의 값을 이용하여 스프레더의 임의의 자세를 표시할 수 있다. 즉, 스프레더(105)의 평행 이동은 x, y, z의 값으로 표시할 수 있고, 스프레더(105)의 회전 이동은 Trim, List, Skew의 값으로 표시할 수 있다.For example, the direction of movement of the trolley 104 is referred to as the x direction, and the direction perpendicular to the direction of movement of the trolley 104 on the surface formed by the trolley 104 is referred to as the y direction and perpendicular to these x and y. If one direction is called the z direction, the rotation of the spreader in the x direction is called Trim, the rotation in the y direction is called List, the rotation in the z direction is called Skew, and the spread of the spreader using the six values The posture can be displayed. That is, the parallel movement of the spreader 105 may be represented by the values of x, y, and z, and the rotational movement of the spreader 105 may be displayed by the values of Trim, List, and Skew.

4 개의 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')는 각각 독립적으로 구동되는 액츄에이터(103, 103', 103'', 103''')로 그 길이가 정밀하게 제어되는데, 이를 통하여 x, y, z, Trim, List 및 Skew 값도 정밀하게 제어될 수 있다. 이들 값을 적절히 조절함으로써, 스프레더가 임의의 자세를 취할 수 있도록 제어할 수 있는 것이다.The four load-bearing ropes 102, 102 ', 102' ', 102' '' are each independently driven actuators 103, 103 ', 103' ', 103' '' and precisely controlled in length. With this, x, y, z, Trim, List and Skew values can also be precisely controlled. By appropriately adjusting these values, it is possible to control the spreader to take an arbitrary posture.

다음으로, 추가 로프(202, 202')에 대하여 설명한다. 추가 로프(202, 202')의 선단부는 호이스트 드럼(101)에 고정 결합된다. 호이스트 드럼(101)이 추가 로프(202, 202')를 권입하면, 스프레더(105)를 지지하는데 실질적으로 사용되는 로프의 길이 즉, 호이스트 드럼(101)으로부터 후술하는 추가 드럼(203, 203')에 이르는 추가 로프(202, 202')의 길이가 감소한다. 호이스트 드럼(101)으로부터 추가 로프(202)가 권출되면, 상술한 추가 로프(202, 202')의 길이는 증가한다. 추가 로프(202, 202')는 호이스트 드럼(101)으로부터 트롤리(104) 상의 트롤리 활차(204, 204')를 경유하여 트롤리(104)의 운동 방향에 수직한 방향으로 트롤리 활차(106, 106', 106'', 106''')의 외측의 돌출된 부분(예를들면, 약 1.5 m)에 배치된 트롤리 활차(205, 205')를 거쳐 스프레더(105) 상의 스프레더 활차(206, 206')에 연결된다.Next, the additional ropes 202 and 202 'will be described. The tips of the additional ropes 202, 202 ′ are fixedly coupled to the hoist drum 101. When the hoist drum 101 winds up the additional ropes 202, 202 ′, the length of the rope substantially used to support the spreader 105, that is, the additional drums 203, 203 ′ described later from the hoist drum 101. The length of additional ropes 202, 202 'leading to decreases. When the additional rope 202 is unwound from the hoist drum 101, the length of the additional ropes 202, 202 'described above is increased. The additional ropes 202, 202 ′ are pulled from the hoist drum 101 via trolley pulleys 204, 204 ′ on the trolley 104 in a direction perpendicular to the direction of movement of the trolley 104. Spreader pulleys 206, 206 ′ on the spreader 105 via trolley pulleys 205, 205 ′ disposed in an outwardly protruding portion (eg, about 1.5 m) outside the side, 106 ″, 106 ′ ″. )

스프레더 활차(206, 206')는 하중 지지 로프(102, 102', 102'', 102''')가 경유하는 스프레더 활차(107, 107', 107'', 107''')보다 내측에 배치된다. 스프레더 활차(206, 206')를 내측(예를들면, 약 2.5 m)에 배치하면 추가 로프(202, 202')가 트롤리(104)와 이루는 각도는 더 작아지게 되므로, 동일한 추가 로프(202, 202') 길이의 변화에 대하여 스프레더(105)의 측방향으로의 이동량을 크게 할 수 있다.The spreader pulleys 206, 206 ′ are positioned inward of the spreader pulleys 107, 107 ′, 107 ″, 107 ′ ″ via the load bearing ropes 102, 102 ′, 102 ″, 102 ′ ″. Is placed. Placing the spreader pulleys 206, 206 ′ on the inside (eg, about 2.5 m) results in a smaller angle between the additional ropes 202, 202 ′ with the trolley 104, thus providing the same additional rope 202, 202 ') The movement amount of the spreader 105 in the lateral direction can be increased with respect to the change in the length.

또한, 컨테이너는 선박의 적재밀도를 높이기 위해서 다층으로 적재되는 것이 일반적인데, 크레인을 이용하여 컨테이너를 적재하는 경우 크레인이 컨테이너의 사이에서 작업해야 하는 경우도 흔히 발생한다. 이때, 추가 로프(202, 202')는 스프레더(105)보다 측방향으로 돌출된 부분으로부터 하방의 스프레더(105)로 연장하기 때문에, 스프레더(105)보다 측방으로 돌출된 추가 로프(202, 202') 부분이 이웃하는 컨테이너와의 사이에서 간섭을 일으킬 수 있다. 본 실시예는 스프레더 활차(206, 206')를 스프레더 활차(107, 107', 107'', 107''')보다 내측에 배치함으로써, 이러한 간섭이 가능한 한 발생하지 않도록 구성하였다. In addition, the container is generally stacked in multiple layers in order to increase the loading density of the vessel, when the container is loaded using a crane often occurs when the crane must work between the containers. At this time, since the additional ropes 202 and 202 'extend from the portion protruding laterally than the spreader 105 to the lower spreader 105, the additional ropes 202 and 202' protrude laterally than the spreader 105. ) May cause interference with neighboring containers. In this embodiment, the spreader pulleys 206 and 206 'are arranged inside the spreader pulleys 107, 107', 107 " and 107 '", so that such interference does not occur as much as possible.

이어서, 추가 로프(202, 202')는 스프레더 활차(206, 206')을 경유하여 다시 트롤리(104) 상의 트롤리 활차(207, 208; 207', 208')를 차례로 거쳐서 추가 드럼(203, 203')에 고정 결합된다. 추가 드럼(203, 203')은 회전하는 방향에 따라 추가 로프(202, 202')를 권입하거나 권출하며, 이를 통해 추가 로프(202, 202')의 길이를 제어한다.The additional ropes 202, 202 ′ then pass through the trolley pulleys 207, 208; 207 ′, 208 ′ on the trolley 104 again via the spreader pulleys 206, 206 ′. ') Is fixedly coupled. The additional drums 203, 203 'wind up or unwind additional ropes 202, 202' according to the direction of rotation, thereby controlling the length of the additional ropes 202, 202 '.

또한, 호이스트 드럼(101) 쪽에는 액츄에이터(221, 221')가 구비된다. 액츄에이터(221, 221')가 작동 활차(222, 222')를 전후(트롤리의 운동 방향)로 이동 제어하면, 추가 로프(202, 202')는 당겨지거나 풀려지게 되는데, 이를 통해 추가 로프(202, 202')의 길이가 조절된다. 이처럼, 추가 로프(202, 202')의 길이를 조절함으로써, 스프레더(105)의 자세 및 측방향 흔들림이 제어될 수 있다.In addition, actuators 221 and 221 'are provided on the hoist drum 101 side. When the actuators 221, 221 ′ control the moving pulleys 222, 222 ′ back and forth (the direction of the trolley's movement), the additional ropes 202, 202 ′ are pulled or released, thereby additional ropes 202. 202 ') is adjusted. As such, by adjusting the length of the additional ropes 202, 202 ′, the attitude and lateral shaking of the spreader 105 can be controlled.

이상에서 설명하였듯이, 추가 로프(202, 202')는 도 6에서 도시된 바와 같이 정면에서 보았을 때 대각 방향으로 스프레더(105)를 지지한다. 따라서, 추가 로프(202, 202')의 길이를 늘이거나 줄이면, 스프레더(105)가 좌우 방향(트롤리의 운동 방향에 수직한 방향)으로 운동하게 된다. 본 실시예는 스프레더(105)가 외란에 의해 측방향으로 흔들릴 때, 액츄에이터(221, 221')를 이용하여 양쪽의 추가 로프(202, 202')의 길이를 정밀하게 조절함에 의해 스프레더(105)의 흔들림을 감쇄시킬 수 있다.As described above, the additional ropes 202, 202 'support the spreader 105 in a diagonal direction when viewed from the front as shown in FIG. Therefore, increasing or decreasing the length of the additional ropes 202 and 202 'causes the spreader 105 to move in the left and right directions (the direction perpendicular to the direction of motion of the trolley). In this embodiment, when the spreader 105 is shaken laterally due to disturbance, the spreader 105 is adjusted by precisely adjusting the lengths of both additional ropes 202 and 202 'by using the actuators 221 and 221'. You can reduce the shaking of the.

도 6은 트롤리의 운동 방향의 정면에서 보았을 때 트롤리와 스프레더 및 피이송물을 도시한 것이다. 여기서, a는 스프레더 중앙으로부터 스프레더 상에서 추가 로프를 지지하는 활차(206, 206')까지의 거리이다. b는 트롤리의 중앙으로부터 트롤리의 측부에서 추가 로프를 지지하는 활차(205, 205', 207, 207')까지의 거리이다. f1과 f2는 추가 로프의 장력이다. τ는 측방향 흔들림을 억제하기 위해 스프레더에 가해지는 제어 토크이다. 제어 토크는 추가 로프의 장력 f1과 f2를 적절히 조절하여 얻을 수 있다. δ는 앞서 설명한 바와 같이 트롤리 이송 방향에 수직한 측방향으로의 흔들림 각이다. 측방향 흔들림을 억제하기 위한 제어 토크는 다음과 같다.Figure 6 shows the trolley, the spreader and the conveyed object as seen from the front of the movement direction of the trolley. Where a is the distance from the center of the spreader to the pulleys 206, 206 ′ supporting additional ropes on the spreader. b is the distance from the center of the trolley to the pulleys 205, 205 ′, 207, 207 ′ supporting additional ropes on the side of the trolley. f 1 and f 2 are the tensions of the additional ropes. τ is the control torque applied to the spreader to suppress lateral shaking. The control torque can be obtained by appropriately adjusting the tension f 1 and f 2 of the additional rope. δ is the swing angle in the lateral direction perpendicular to the trolley transport direction as described above. The control torque for suppressing lateral shaking is as follows.

Figure pat00013
식 (10)
Figure pat00013
Formula (10)

주의해야 할 것은 추가 로프의 장력은 음의 값이 될 수 없기 때문에 다음과 같은 부등식을 만족해야 한다.Note that the additional rope tension cannot be negative, so the following inequality must be satisfied:

Figure pat00014
식 (11)
Figure pat00014
Formula (11)

여기서, fmin과 fmax는 각각 추가 로프에 허용되는 최소 장력과 최대 장력이다. 최소 장력은 추가 로프가 탄탄하게 당겨져 있음을 보장해야 하고, 최대 장력은 하중 지지 로프의 장력보다 작아야 한다. 작업 시작 시의 추가 로프의 장력을 fo라 하고, △f를 제어 입력이라 하면, 추가 로프의 장력은 다음과 같다.Where f min and f max are the minimum and maximum tensions allowed for the additional rope, respectively. The minimum tension should ensure that the additional rope is pulled firmly and the maximum tension should be less than the tension of the load bearing rope. If the tension of the additional rope at the start of work is f o and Δf is the control input, the tension of the additional rope is as follows.

Figure pat00015
식 (12)
Figure pat00015
Formula (12)

식 (12)를 식 (10)에 대입하면, 제어 토크는 다음과 같이 구해진다.Substituting equation (12) into equation (10), the control torque is obtained as follows.

Figure pat00016
식 (13)
Figure pat00016
Formula (13)

여기서, here,

Figure pat00017
Figure pat00017

이다. to be.

제 3 단계는 요동하는 모바일 하버 등의 해상 구조체에 설치된 크레인의 3차원 운동 방정식에 기초하여, 트롤리 위치 에러, 흔들림 에러를 포함하는 에러 벡터(error vector)와 슬라이딩 평면(sliding surface)를 정의하는 것이다. 에러 벡터는 다음과 같이 정의된다.The third step is to define an error vector including a trolley position error and a swing error and a sliding surface, based on the three-dimensional motion equations of the crane installed in the offshore structure such as the mobile harbor which is oscillating. . The error vector is defined as

Figure pat00018
식 (14)
Figure pat00018
Formula (14)

여기서, yd, θd 및 δd는 각각 트롤리 위치의 목표치, 흔들림 각의 목표치이다. 이하에서 θd 및 δd는 0이라고 가정한다.Here, y d , θ d and δ d are target values of the trolley position and target values of the swing angle, respectively. In the following, it is assumed that θ d and δ d are zero.

다음으로, 슬라이딩 평면(sliding surface)을 다음과 같이 정의한다.Next, a sliding surface is defined as follows.

Figure pat00019
식 (15)
Figure pat00019
Formula (15)

여기서, k1, k2 및 k3는 정의 게인 이득이다. 주의해야 할 것은 트롤리의 움직임과 트롤리 이송 방향으로의 흔들림 각은 커플링 되어 있기 때문에, 트롤리의 움직임에 대한 제어는 트롤리의 위치는 물론 트롤리 이송 방향으로의 흔들림 각을 동시에 제어한다는 것이다. s와

Figure pat00020
을 제어하여
Figure pat00021
일 때,
Figure pat00022
으로 접근할 수 있으면, 이 제어는 t≥t1에서
Figure pat00023
을 얻게 할 수 있다(여기서, t1은 유한값의 상수). 즉, 시스템의 흔들림을 억제하고, 소정 시간 내에 피이송물을 목표 위치에 안착시킬 수 있는 것이다. 따라서, 시스템의 흔들림을 안정하게 억제하기 위해서는 시스템이 슬라이딩 평면 s에 점근안정성(asymptotic stability)을 갖도록 하는 제어 입력을 구하면 된다.Where k 1 , k 2 And k 3 is the positive gain gain. It should be noted that since the movement of the trolley and the swing angle in the direction of the trolley transport are coupled, the control of the movement of the trolley controls the position of the trolley as well as the swing angle in the direction of the trolley transport. s and
Figure pat00020
By controlling
Figure pat00021
when,
Figure pat00022
Is accessible from t≥t 1
Figure pat00023
Can be obtained, where t 1 is a finite constant. In other words, the shaking of the system can be suppressed, and the object to be conveyed can be seated at the target position within a predetermined time. Therefore, in order to stably suppress the shaking of the system, it is necessary to obtain a control input for allowing the system to have asymptotic stability in the sliding plane s.

제 4 단계 및 제 5 단계는 시스템의 점근안정성을 증명하기 위하여 슬라이딩 모드 제어 방법에 의하여 리아프노프(lyapunov) 함수를 구하고, 그 함수를 시간에 대하여 미분하여 얻은 함수가

Figure pat00024
가 되도록 하여 시스템이 점근안정성을 갖도록 하는 제어 입력을 유도하는 것이다.In the fourth and fifth stages, a function obtained by deriving a lyapunov function by sliding mode control method and deriving the function with respect to time to prove asymptotic stability of the system is obtained.
Figure pat00024
By inducing the control input to make the system asymptotic stable.

리아프노프 함수를 얻기 위하여 유도된 운동방정식을 다음과 같이 변형한다.To obtain the Lyapunov function, the derived equation of motion is modified as follows.

Figure pat00025
식 (16)
Figure pat00025
Formula (16)

식 (13)을 식 (16)에 대입하면Substituting equation (13) into equation (16)

Figure pat00026
식 (17)
Figure pat00026
Formula (17)

을 얻을 수 있다.Can be obtained.

여기서,here,

Figure pat00027
Figure pat00027

이다.to be.

슬라이딩 모드 제어 방법에 의하여 리아프노프 함수를 얻고, 이를 시간에 대하여 미분하면 아래와 같은 식을 얻을 수 있다.If we obtain the Lyapunov function by the sliding mode control method, and differentiate it with respect to time, we can get the following equation.

Figure pat00028
식 (18)
Figure pat00028
Formula (18)

식 (14) 및 식(15)를 이용하여 이 리아프노프 함수를 시간에 대하여 미분하면,Using the equations (14) and (15), this Lyapunov function is differentiated over time.

Figure pat00029
식 (19)
Figure pat00029
Formula (19)

가 얻어진다.Is obtained.

Figure pat00030
라고 정의하면, 리아프노프 함수의 미분식은 식 (17)을 이용하여 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure pat00030
, The differential expression of the Lyapunov function can be written as

Figure pat00031
식 (20)
Figure pat00031
Formula (20)

시스템이 점근안정성을 갖기 위해서는 식 (20)이 -μ|s|가 되어야 한다. 이 관계식으로부터 시스템이 점근안정성을 갖도록 하는 제어 입력을 유도하면 다음과 같다.In order for the system to have asymptotic stability, Eq. (20) must be -μ | s |. From this relation, we derive the control input to make the system asymptotic stability as follows.

Figure pat00032
식 (21)
Figure pat00032
Formula (21)

여기서, μ=diag(μyδ)이고, μy와 μδ은 정수이다.Here, mu = diag (μ y , μ δ ), and μ y and μ δ are integers.

주의해야 할 것은 떨림 현상(chattering phenomenon)을 방지하기 위하여, 제어 입력에 관한 식(21)에서의 sgn(s)는 다음과 같이 정의한다.It should be noted that in order to prevent a chattering phenomenon, sgn (s) in equation (21) for control input is defined as follows.

Figure pat00033
식 (22)
Figure pat00033
Formula (22)

요컨대, 모바일 하버와 같은 해상 구조체에 탑재된 크레인을 이용하여 컨테이너 등의 피이송물을 이송할 때, 트롤리의 이동 및 정지로 인한 내적 요인과, 파도 및 바람 등에 의한 외적 요인으로 로프에 매달린 피이송물이 트롤리의 이송 방향 뿐 만 아니라 이에 수직한 측방향으로도 심하게 흔들리는데, 본원발명은 트롤리의 움직임을 이용하여 트롤리 이송 방향으로의 흔들림(longitudinal sway)를 제어하는 한편 추가한 로프를 이용한 토크 제어를 통하여 측방향 흔들림(lateral sway)를 제어하며, 제어 방법으로서 슬라이딩 모드 제어 방법을 채용함으로써 안정적이고 신속하게 흔들림을 제어할 수 있다. In short, when transporting consignments such as containers using cranes mounted on offshore structures, such as mobile harbors, consignments suspended on ropes due to internal factors due to the movement and stopping of trolleys and external factors due to waves and wind. Water vibrates not only in the transport direction of the trolley but also in the lateral direction perpendicular thereto. The present invention uses the movement of the trolley to control the longitudinal sway in the direction of the transport of the trolley while the torque is controlled using an additional rope. By controlling the lateral sway (lateral sway) through, by adopting the sliding mode control method as a control method it is possible to control the shake stably and quickly.

이상 본 발명에 따른 크레인을 탑재한 해상 구조체에 있어서 피이송물 흔들림 제어 방법을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따른 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 단계를 적용 분야에 따라 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 방법을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이 외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.In the above-described offshore structure equipped with a crane according to the present invention, the method of controlling the shaking of the object to be transported has been described as a specific embodiment. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is not limited thereto. It should be construed as having the broadest range. Those skilled in the art can vary each step depending on the field of application, and combinations / substitutions of the disclosed embodiments can be carried out on methods that are not timely addressed, but this is also within the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, it is apparent that such changes or modifications belong to the scope of the present invention.

101: 호이스트 드럼 102,102',102'',102''': 하중 지지 로프
103,103',103'',103''': 액츄에이터
104: 트롤리 105: 스프레더
106,106',106'',106''': 트롤리 활차
106,106',106'',106''': 스프레더 활차
202,202': 추가 로프 203,203': 추가 드럼
205,205': 트롤리 활차
206,206': 스프레더 활차
221,221': 추가 로프용 액츄에이터
101: hoist drum 102,102 ', 102'',102''': load supporting rope
103,103 ', 103``, 103''': Actuator
104: trolley 105: spreader
106,106 ', 106'',106''': trolley pulley
106,106 ', 106``, 106''': Spreader Pulleys
202,202 ': additional rope 203,203': additional drum
205,205 ': trolley pulley
206,206 ': Spreader pulley
221,221 ': Actuator for additional rope

Claims (6)

크레인 구조물에 대하여 피이송물을 직선 방향으로 이송하는 트롤리와, 상기 트롤리에 대하여 상기 피이송물 및 이에 착상 결합하는 스프레더를 지지하는 하중 지지 로프와, 상기 피이송물에 상기 트롤리의 이송 방향에 수직한 방향으로 외력을 부가할 수 있는 추가 로프를 포함하는 크레인의 피이송물을 제어 입력을 부가하여 상기 피이송물의 흔들림을 제어하는 피이송물 흔들림 제어 방법에 있어서,
상기 제어 입력은 상기 트롤리의 이송 방향에 대하여 상기 트롤리에 가해지는 제 1 제어 입력과, 상기 추가 로프의 장력에 의해 상기 스프레더에 가해지는 제 2 제어 입력을 포함하며,
상기 제 1 제어 입력에 의해 상기 트롤리의 이송 방향으로의 상기 피이송물의 흔들림을 제어하며,
상기 제 2 제어 입력에 의해 상기 트롤리의 이송 방향에 수직한 방향으로의 상기 피이송물의 흔들림을 제어하는 것을 특징으로 하는
피이송물 흔들림 제어 방법.
A trolley for transferring the object to be transported in a linear direction with respect to the crane structure, a load supporting rope for supporting the object to be conveyed and a spreader coupled to the object, and perpendicular to the conveying direction of the trolley to the object to be conveyed; In the object shake control method for adding a control input to the object to be conveyed of the crane including an additional rope that can add an external force in one direction,
The control input includes a first control input applied to the trolley with respect to the transport direction of the trolley, and a second control input applied to the spreader by the tension of the additional rope,
Controlling the shaking of the object to be conveyed in the conveying direction of the trolley by the first control input,
Characterized in that for controlling the shaking of the object to be conveyed in a direction perpendicular to the conveying direction of the trolley by the second control input
How to control the shaking of the object.
제 1 항에 있어서,
상기 피이송물 흔들림 제어 방법은 설정된 슬라이딩 평면(sliding surface) s에 상기 이송 방향 및 상기 이송 방향에 수직한 방향으로 상기 피이송물이 수렴하도록, 상기 피이송물을 슬라이딩 모드 제어하는 것을 특징으로 하는
피이송물 흔들림 제어 방법.
The method of claim 1,
The method of controlling the object to be shaken may control the object to be transported in a sliding mode s so that the object is converged in the conveying direction and in a direction perpendicular to the conveying direction.
How to control the shaking of the object.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 제어 입력은 상기 추가 로프의 장력에 의해 상기 피이송물에 가해지는 상기 피이송물의 이송 방향에 대한 토크 입력인 것을 특징으로 하는
피이송물 흔들림 제어 방법.
The method according to claim 1 or 2,
And the second control input is a torque input with respect to the conveying direction of the object to be conveyed to the object to be conveyed by the tension of the additional rope.
How to control the shaking of the object.
제 3 항에 있어서,
상기 피이송물 흔들림 제어 방법의 상기 제어 입력은,
(S1) 상기 크레인의 상기 트롤리와 상기 피이송물의 운동 방정식을 라그랑지 방정식(lagrange equation)에 의해 구하는 단계;
(S2) 상기 추가 로프의 장력과 상기 제 2 제어 입력과의 관계를 구하는 단계;
(S3) 크레인의 3차원 운동방정식에 기반하여 트롤리의 위치 에러(position error), 흔들림 에러(sway error)를 포함하는 에러 벡터 e와 슬라이딩 평면 s를 설정하는 단계;
(S4) 슬라이딩 모드 제어 방법에 의하여 리아프노프(lyapunov) 함수 V(t)를 구하고 그 함수를 시간에 대하여 미분하는 단계;
(S5) 점근 안정성(asymptotic stability)를 갖도록 하기 위해 상기 리아프노프 함수를 시간에 대하여 미분하여 얻은 함수가
Figure pat00034
(여기서,
Figure pat00035
는 상수)이 되도록 상기 제 1 제어 입력 및 상기 제 2 제어 입력을 결정하는 단계를 거쳐 결정되는 것을 특징으로 하는
피이송물 흔들림 제어 방법.
The method of claim 3, wherein
The control input of the object to be shaken control method,
(S1) obtaining a motion equation of the trolley of the crane and the object to be conveyed by a lagrange equation;
(S2) obtaining a relationship between the tension of the additional rope and the second control input;
(S3) setting an error vector e and a sliding plane s including a position error and a swing error of the trolley based on the three-dimensional equation of motion of the crane;
(S4) obtaining a lyapunov function V (t) by a sliding mode control method and differentiating the function with respect to time;
(S5) A function obtained by differentiating the Lyapunov function with respect to time in order to have asymptotic stability
Figure pat00034
(here,
Figure pat00035
Is determined by determining the first control input and the second control input to be a constant).
How to control the shaking of the object.
제 4 항에 있어서,
상기 리아프노프 함수 V(t)는
Figure pat00036

인 것을 특징으로 하는
피이송물 흔들림 제어 방법.
The method of claim 4, wherein
The Lyapunov function V (t) is
Figure pat00036

Characterized by
How to control the shaking of the object.
제 4 항에 있어서,
상기 크레인은 해상 구조체에 설치되며,
상기 피이송물의 운동방정식을 구함에 있어서, 상기 해상 부유체의 히빙(heaving), 롤링(rolling) 및 피칭(pitching) 운동만을 고려하는 것을 특징으로 하는
피이송물 흔들림 제어 방법.
The method of claim 4, wherein
The crane is installed in the offshore structure,
In calculating the equation of motion of the object to be transported, only the moving, rolling and pitching motions of the sea floating body are considered.
How to control the shaking of the object.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101424024B1 (en) * 2012-09-20 2014-09-03 (주)세아에스에이 Control system for spreader position
KR101616364B1 (en) * 2014-10-28 2016-04-29 삼성중공업(주) Apparatus for moving structure, method for building and moving structure

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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