TW201000385A - Vibration damping positioning control method and device - Google Patents

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201000385 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 、 本發明係關於用來抑制會在加速/減速時發生擺動或 彈性變形之移動體的振動以正綠進行定位之振·疋 方法及裝置。 【先前技術】 吊車（crane)及機器手臂（robot arm)等具有容易在加 速/減速時擺動或彈性變形的構造之移動體，會在移動中前 後擺動、或產生彈性變形’難以進行正確之定位。因此’ 提案有例如專利文獻1, 2之技術方案，作為即時（real time)計測該種移動體，再以閉迴路（close loop)進行控制 而抑制振動以進行定位之手段。 專利文獻1的目的在於實現吊具到達目標地點時之防 擺及高精度定位。 因此，如第1圖所示，專利文獻1的控制系統係具備 有可藉由繩索51而捲起及降下地設於橫行用的台車 (trol ley)50之吊具52 ’且在橫行時以定速進行吊具52的 捲起或降下而進行斜向搬送之吊車的防擺控制系統，其 中’具備有前饋（feedforward)部’此前饋部係從可預先知 道之以吊車將貨物抓起的位置與放下的位置之間之搬送區 間來作成以讓台車50的橫行速度時間序列性變化之加速 度模式（a⑽leraf pattern)為依據之防擺執道計晝 者。 前饋部係以將搬送區間分割為佑 1 1穴取大加速度而定之加 321241 4 201000385 速區間、依最大速度而定之定速區間及依最大減速度而定 .之=速區間，並分別在加速區間及減速區間的途中加入定 •速k订區間的方式，事先作成將搬送區間分割為複數個區 間而成的加速度模式，並且預先決定斜向搬 作的開始及停止的時序(tlming)，而且以如下所述 決定進行斜向搬送的每個區間的時間者，亦即’以斜向搬 送的最終地點為基準而可預先知道在該最终地點的繩索長 度亚將此長度視為一定，並藉由在該题索長度之擺鐘 (pendulum)的固有頻率來算出最終區間的時間，再針對最 終區間的前-個區間，追湖到最終區間的時間而可預先知 道在該時間點的織素長度並將此長度視為一定，並藉由在 該绳索長度之擺錘的固有頻率來算出最終區間的前二 間的時間，接著，重複上述的動作直到斜向搬送的最 間。 專利文獻2的目的在於藉由控制所吊貨物的擺動角而 4可進行穩定的所吊貨物的搬送。 因此，如第2圖所示，專利文獻2的防擺裝置係且備 有：產生速度指令之速度模式產生裝置6〇 ;在防止吊車擺 動時，產生與速度模式產生裝置所輸出的速度指令對應： 電動機驅動信號之速度控制輸出裝置61;設定吊車的目標 位置之目標位置設定裝置62;檢測吊物的荷重之荷重^ 63 ;檢測吊物繞線的長度之镜線長度檢測裝置，·從吊物甓 線長度及吊車荷重來演算出吊物用纜線的弦振動周期之弦 振動周期演算裝置64’·檢測吊物用缓線的擺動角度之擺動 321241 201000385 角度檢測裝置65 ;以吊物轉線的弦振動 度檢測裝置所檢測出的擺動角户 13 / ^由擺動角 置66;演算出賦予由速度模式：生；置之濾波器裝 之情況之理想的擺錘的擺動角度的速度指令 67;以及用來使由理論擺動角度演角度演算裝置 吊貨物的擺動角度之角度檢出之蔣說^ w只際的所 (專利文獻D 4出之_角度回授控制者。 日本專利第31_7號公報「吊車之防 '(專利文獻2) w尔坑」 —本專利第3990777號公報「吊車之防擺裝置」 第3圖係作為本發明之對象之移動體的示意圖。 q此移動體係貨物1透過彈性支臂2而固定至移動台車 手ΐ、：=度的彈黃—#點系模型。此模型可適用於機器 本發明的發明人藉由分析而新發現：在具有能以一個 度的，黃i點系加以模型化的振動要素之控制對象 ，以—定的斜率使加速度變化時的加 ，的整數倍-致時，其擺動係只有由於加較而’產； 擺動（靜態的撓曲）之特性。以下，將加速度的時間微分 間稱為「急衝度（jerk)」。 然而，將此特性應用於實際的裝置時，因為模型與實 321241 6 201000385 際的動作之間有乖離，所以有 计測貫際的動作再進行參數★周敕 17正 > 丈，工程師必須 【發明内容】 本發明係鑑於上述問題點而 :Γ:Γ於提供—種無須計測實際的:二進= 调整’加速期間或減速期間的振動次數少動=丁减 加速度而產生之靜態偏擺還大的 ^生比因 手臂發生該擺動時產生的# : 17 /低吊車或機械 間配合固有周期而二力定之：使加速時間及減速時 置。 “α疋之制振定位控制方法及裝 本發明的第二目的在於提供— 度及機械手臂的長度等變吏在吊車的吊掛長 變化而變化之情況，也 =隨著質點的位置 整，而充分地倍際的動作再進行參數調 ΡΤ違成卜目的之制振定位控制方法及裝置。 本發明的第三目的在於提供一種 地求出时_，或者因經時性變 魏確 固有周期仍會變化之情況，也無須計測實際= 茶數調整’即可達—目的之龍定倾制方法及二 或彈:供一種抑制會在加速/減速時發生振動 H 3d之㈣體的振動而進行定位之制振 法’其係特徵在於： 控制方 、“以一個自由度之彈簧—質點系將前述移動體的振動 以模型化’求出前述模型的固有周期，並將加速/減逮時的 321241 7 201000385 加速度拉^⑨為包含急衝度—定的增速及減速之梯形模 式’將各't衝度—定時間設為固有周期的整數倍 加速度模式， 11 以剛述加逮度模式控制移動體的移動， 檢2前述移動中的移動體的狀態變數，再根據依前述 加速度核式而定的狀態變數的目標值與檢測出的狀態變數 的現在值的偏差而對移動體進行回授控制。 根據本發明之較佳實施形態，前述加速度模式係具有： 使加速度以急衝度一定的方式增加，接著使加速度保 持一定，然後使加速度以急衝度一定的方式減少到為〇之 增速模式； 使加速度以急衝度一定的方式減少，接著使加速度保 持一定，然後使加速度以急衝度一定的方式增加到為〇之 減速模式；以及 介於前述增速模式與減速模式之間且使加速度保持為 〇之等速模式。 另外，在固有周期隨著質點的位置變化而變化之情況， 根據質點的位置而分別將加速開始時、加速結束時、 減速開始時、及減速結束時的固有周期導出， 且將加速開始時、加速結束時、減速開始時、及減速 結束時的各急衝度一定時間設為前述導出的各固有周期的 整數倍。 另外，在相同條件下，計測複數次加速結束時及減速 結束時的殘餘擺動’ 8 321241 201000385 然後算出前述複數個殘餘擺動的平均值， 在前述殘餘擺動的平均值在預定的閾值以上之情況 時，使固有周期的修正值增減以使殘餘擺動變小。 此外，根據本發明，提供一種抑制會在加速/減速時發 生擺動或彈性變形之移動體的振動而進行定位之制振定位 控制裝置，其係特徵在於具備有： 以一個自由度之彈簧-質點系將前述移動體的振動予 以模型化，求出前述模型的固有周期，並將加速/減速時的 加速度模式設為包含急衝度一定的增速及減速之梯形模 式，將各急衝度一定時間設為固有周期的整數倍，而設定 加速度模式之加速度模式設定裝置； 以前述加速度模式控制移動體的移動之移動控制裝 置； 檢測前述移動中的移動體的狀態變數之狀態變數檢測 裝置；以及 根據依前述加速度模式而定的狀態變數的目標值與檢 測出的狀態變數的現在值的偏差而對移動體進行回授控制 之回授控制裝置。 根據本發明之較佳實施形態，前述狀態變數檢測裝置 係具有用來檢測移動台車的位置及速度、彈性支臂的擺動 角度及擺動角速度之應變計、加速度計、雷射測距計中之 至少一者。 另外，前述狀態變數檢測裝置係具有從彈性支臂的前 端位置、前端加速度或挽曲、及/或移動台車的馬達驅動轉 9 321241 201000385 矩或馬達電流來檢測出移動台車的位置及速度、彈性支臂 的擺動角度及擺動角速度中之至少一者之狀態觀測器 (observer) ° 上述之本發明的方法及裝置中，由於係利用急衝度一 定控制之特性，將加速/減速時的加速度模式設為急衝度一 定之梯形模式，且將各急衝度一定時間設為固有周期的整 數倍，因此如後述，理論上可使等加速度時、等速度時及 停止時的殘餘擺動減低到為0。 而且，因為可使因本發明的方法及裝置所進行的動作 而產生的撓曲（振幅）的大小，成為因加速度而產生的靜態 撓曲以下，所以可使施加於機器的應力成為最小。 再者，可容易地設定加速度模式，在強度設計上無需 設置必要程度以上的餘裕度。 另外，因為即使任意設定等加速度的時間也不會在防 擺效果上有任何不同，所以將最大速度設為可變時的速度 模式的設定變得容易。 另外，本發明的方法及裝置中，由於具備有檢測移動 中的移動體的狀態變數之狀態變數檢測裝置、以及根據依 前述加速度模式而定的狀態變數的目標值與檢測出的狀態 變數的現在值的偏差而對移動體進行回授控制之回授控制 裝置，因此與採行開迴路控制（open loop control)的急衝 度一定控制相比較，可主動地減輕馬達驅動系統的響應特 性、行進執道歪斜等的外部干擾、設計時的模型化誤差等 的影響。 10 321241 201000385 声…"…肩周期隨著質點的位置變化而變化之 十月況，也可藉由：根據質點的位置而分別將加速開 =開始時、及減速結束時的固有周 縣加相始時、加速結束時、減賴料、及減速 蚪的各急衝度一定時間分別定義為例如Tl，Τ2 Τ3 τ°4 述固有周期，分別將各急衝度一定時間設定為前 ^出的各ϋ有職的整數倍，岐急衝度—定時間盘固 有周期（的整數倍）的乖離變小，使防擺精度變高。 (=等相同條件下’藉由：計測複數次加速結束時 义’及減逮結束時（=停止時）的殘餘擺動，算出 ^複油舰脑的平均值，且在前錢餘擺動的平均 預&_值以上時’使时周期的修正值增減以使殘 擺動變小，可減輕機器導入時的調整作業量，並且使針 對長期變異的再調整自動化。 I且使針 【實施方式】 以下，參照®式㈣本糾之難實卿態。各圖中， 通㈣份都標示相同的符號，並將重複的說明予以省略。 弟4圖係第3圖所示的移域之模·。此移動體模 ^，質量m的貨物1係透過長度L之彈性支臂2而固定 至移動台車3。 疋 其中’k為彈簧常數，0為角度，M為台車質量， 驅動力，g為重力加速度。 移動台車3係由本發明之制振定位控制裝置〗q對 勿1的狀恐’交數（後幻進行即時計測，然後以閉迴路方式 321241 11 201000385 對該狀態變數進行回授控制。

此模型的動能v係以數式1之式（1)加以 係以式（2)加以表示。 衣不’位能U 從式（1)及式（2)，可得出拉格朗其運動方程 (Lagrange raotion equati〇n)如王式 很微小，所以令cos㈣，Sln。其中’θ 此外，從式⑷，可得出自由行進狀 周期Τ如式（5)所示。 之振動的固有 [數式1] ⑴ (2) (3) (4)

i-LOcosef +(z^sin 6>)2} ~ 2 ~2^^c〇s0 + L2^2 J 以=wgZ cos 0 + 丄杜2 Θ2

^tn)x-~mLQ

£(dy) dv dU

*lacJ"aT+aT dV dU .. , 'd0+JeS：'~mX+mL9~'(mS'-kl)d

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kL mg (5) 由於移動台車3係依制振定位控 動你r, /,、 ？工別裳置10的指令值而 動作’因此將式⑷加以變形就會得到數式^式⑹。 在此，令式（6)的右邊為F(t)，且 /Τ' r ο \ , 奮用角速度ά)=27Γ yi〜（6a)之關係，則式（6)即成為式（7)。 321241 12 201000385 式⑺係非齊次二階微分方程式， [數式2] &Θ^ζΙΓΙθ^ (8)所 不 ml

L (6) (7) 谷+ co20 = F(f) ^=C sin ^ + D cos wt + l J>(r)sin ω{ι - T]dT =Csin ωί + Dcos+ -L J^(r)sin ^ __ ^ (8) 在此，可考慮如第5A圖所示之加速度模心 時間t=0到t=tr，使加速度的時間微分（「急衝度（』· 保持-定而加速’然後使加速度維持—定之加速度」， 來作為台車的輸人值。在此情況下，#經過時心超^ 衝度-定時間tr時，可將式⑻表示成數式3之.〜 [數式3] ^j i fsin ~ τ^τ+isin ^

—'«ιι 〇)lL 1 + {sin ω(ί -，r) - sin ⑽} (9) 在急衝度一定時間tr為固有周期T的整數倍（n為整 數）日^3•’從式（6a)可得出ω tr=6J ηΤ=2η π…式（6b)。 在式（9)中，sino (1;-tr)= sinw t · coso tr- coso t · δίηωΐΓ= είηωΐ · cos2n^·- coswt · sin2n 7r= βίηωΐ··· 式（6c)成立。 因此，式（9)可表示成式（ίο)。 321241 13 201000385 θ=1/(ω2Ι〇...(10) 第5Β圖係比較急衝度一 (㈣㈣）、以及鱼 /間tr為本發明的情況 圖。 /、才毛明有右干不同的情況(什:12)之 /從第5B圖可知：在具有能以一個 系加以模型化的枳叙@ 又的彈！-質點 加逹产傲化昧控制對象中’以—定的斜率使 加逑度變化時（以下稱為「 千便 間（「急衝度一定時門,.又 」）的加逮度變化時 係只有因加速度而產生的擺動（靜態的撓曲）。藏動 有鬥期：敕It申请案中’稱將急衝度-定時間設定為固 有周，月的正數倍之控制為「急衝度一定控制」。 減逮制的特性，將加速/ Γ:;==ΐ周期的整數倍，藉此而使等加速； 、又枯及分止蚪的殘餘擺動不會發生者。 因為急衝度1控制的特性在從加速度1的狀 ;用負的急衝度-定而使加速度為0之情況也成立，：以 =將各急衝度—㈣間設為固有周期的整數倍之梯形加 ί度模式進行加速、減速時，不僅在加速結束時或減速0士 束時（停止時h會發生殘餘擺動，就連在加速中/減速中 (專加速度動作中）也不會發生殘餘擺動。 =外’由於因本發明的方法及裝置所進行的動作而產 、儿曲（振巾田）的大小，係在因加速度而產生的靜態撓曲 以下’所以在急衝度—定控制中可使施加於機器的ϋ最 321241 14 201000385 小而且可容易地進行計算，在強度設計上無需設置必要程 度以上的餘裕度。 另外，因為即使在急衝度一定控制中任意設定等加速 度的時間也不會在防擺效果上有任何不同，所以將最大速 度設為玎變時的速度模式算出會變得容易。 第6圖係根據本發明之制振定位控制裝置的構成圖。 如第6圖所示，本發明之制振定位控制裝置1 〇係由加 速度模式設定裝置12、移動控制裝置14、狀態變數檢測裝 置16及回授控制裝置18所構成。 加速度核式e又疋裝置12係以一個自由度之彈菁-質點 系將第3圖之移動體的振動予以模型化，求出模型的固有 周期，並將加速/減速時的加速度模式設為包含急衝度一定 的增速及減速之梯形模式，將各急衝度—定時間設為固有 周期的整數倍，而設定加速度模式。 移動控制裝置14係以所設定的加速度模式控制移動 體的移動。 在本例中，狀態變數檢測裝置16係由應變計4、加速 度計5，6、雷射測距計7, 8所構成。 /本例中’係在彈性支臂2的根部設置應變計4(例如 應艾規（straingauge))，在貨物i及移動台車3設置加速 度計5, 6,在外部設置對貨物i及移動台車3的位置進行 。十，之田射伽計7，8，亚將相到的應變、加速度及位 置等輪入到制振定位控制裝置1〇。 除此之外，狀態變數檢測裝置16亦可具備：計測彈性 321241 15 201000385 ' 二=動角度之角度計;計測移動台車3的位置之光 馬達電流二==靜以及，測!動台車3的馬達速度、 即時地檢測出後述之等。藉由此構成，就可 狀能變數擺動肖度及擺㈣速度）。 _數向IX⑴的狀態變數並不是全部都必須直接 二^只要能用狀態觀測器（Gbserver)而從控制輸入及 /、疋輪出使狀態變數再現，就可省略該狀態變數之檢測。 在狀態觀測器使用的計測值方面，除了位置、速度、 =角度、擺動角速度以外，彈性支臂的前端位置、前端 度、撓曲、移動台車的馬達驅動轉矩、馬達電流等亦 可適用。在控制輸出方面，除了速度指令以外，馬達驅動 轉矩、馬達電流等亦可適用。 第7圖係本發明中之回授控制系統的方塊圖。以下， 說明本發明之回授控制。 ^第7圖中，Χ(ΐ)為狀態變數向量，u(t)為輸入變數向 里Α(ΐ)與B(t)為矩陣函數，ρ為回授係數矩陣。xq)、 u(t)及z的定義如數式4之式（11)(12)(13)所示。此外， 狀‘％、交數向量X(；t)的狀態變數係為移動台車的位置及速 度、彈性支臂的擺動角度及擺動角速度。 [數式4] 16 321241 (11) 201000385 x(t): X⑴ X⑴ Θ (t) g (t) u(t)= X (t) 2 kL-

mL m. 02) (13) 從式⑹，可得出狀態方程式如數式5之式（⑷所示。 _ 依據式（⑷之狀態方程式，可設計出式（⑸所 調節器（reguiatGr)。最佳調節器係用來在狀態變 為外軒擾而從平賴偏_，將式⑽所示之評價 函數J設為最小而使狀態變數回到平衡點之多輸入多輸出 回授控制方法。 此外，式⑽中之kl，k2, k3, k4為回授增益 ，eedback gain)，係預先設定的值。式⑽中之R則 為加權矩陣（weight matrix)。 本發明並不限於採用最佳調節器之回授控制，只要是 夕輸入控制，其他周知的回授控制亦可適用。 [數式5] 321241 17 201000385 d dt X⑴: x (t) x (t) Θ (t) 0 10〇 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 、Z 0 X (t)" '0 ' X⑴ 4- 1 Θ (t) T 0 4 (t)- 1 L τ」 x(t) (14〉 A(t) X(t) + B(t) U(t) U(t)= - F x (t) =-(k1,k2,k3,k4) 'x (t) x (t) θ(\) -Θ (t) x〇(t). X〇(t) θ〇⑴i⑴ (15) oo (1 6) X(t) Q X(t) + U(t) R U(t) υ 第8A圖係不進行急衝度一定控制之習知例’表示在第 4圖的模型中以固有周期的四倍的時間進行直線加速之情 況的加速度模式、以及支臂的擺動與速度。從此圖可知^ 二本發明不同，僅將「加速時間設為固有周期的整數俨 守，支臂的擺動的變動很大。 σ」 :^圖係採用急'衝度控制之 的模型中先只將固有周期的月的肝，表示 人文，接著以等加速度動作， 間设為急衝 時間設為負的急衝度—定之加固有周期的一倍的 讀式、以及此情況之支 321241 18 201000385 臂的擺動與速度。 為了與習知例做比較，在第8B圖中，將加速所需的時 間調整為與弟8A圖相同之固有周期的四倍，並且將最大加 速度設定為加速後的最大速度與第8A圖一致之最大加速 度。此時，從圖可知：第8B圖之最大加速度雖會變成比第 8A圖者大之值，但最大擺動（撓曲量）則是第8B圖者較小。 而且，相對於第8A圖中支臂在短期間内四次振動，第 8B圖中則為一次振動（撓曲），所以本發明的例子，支臂的 疲勞也較少。 第8C圖係根據本發明之制振定位控制中的加速度模 式。 第8C圖中，橫軸為經過時間，縱軸為加速度。此圖係 對第4圖所示之支臂進行制振定位控制時之加速度模式， 係設為以最大加速度A[m/s2]、最大速度V[m/s]設計之驅 動系統，用來使貨物水平移動至偏離X[m]的位置之加速度 模式。 此加速度模式具有增速模式、減速模式及等速模式。 增速模式係使加速度以急衝度一定的方式增加，接著 使加速度保持一定，然後使加速度以急衝度一定的方式減 少到為0。 減速模式係使加速度以急衝度一定的方式減少，接著 使加速度保持—定，然後使加速度以急衝度一定的方式增 加到為0。 等速模式係介於前述增速模式與減速模式之間，使加 19 321241 201000385 速度保持為0。 另外，將支臂的固有周期設為T[sec]，且將 有周期設為不變化。 口 第9圖顯示本發明之制振定位控制方法的動 =第9圓所示，本發明之控制方法包括··進行上述：:衝 至S25之各步驟。 及咸二9圖中’首先在SU中，藉由操作(。peration) ^為（sensor)等而輸人目標位置、現在位置、搬送物 之有無、支臂尺寸等之運轉條件。 接著’在S12中，藉由加速度模式設定裝置12，以— 個自由度之彈簧-質點系將移動體的振動予以模型化，求出 =的时周期，並將加速/減速時的加速度模式設為包含 =度—定的增速及減速之梯形模式，將各急衝度-定時 間設為固有周期的整數倍，而設定加速度模式。疋才 ，即’在運轉開始前’根據運轉條件而計晝最適合的 丄轉模式（=從運轉開始之時間序列的加速度模式）。具體而 吕士 ’係導出控制對象模型的固有周期，再導出急衝度一定 %間為固有周期的倍數之加速及減速模式、以及對應於行 進移動量之等速時間。 接著，在S13中，藉由移動控制裝置Μ，以所設定的 口速度模式來控制移動體的移動。 ^ 在3中，以控制周期（contr〇i CyCie)的時間 '盾著加速度模式的軌跡（加速度模式的循跡（tmce)) 321241 20 201000385 進行加速度的數值積分，並以得到的積分值作為速度指 令，在每個控制周期輸出到變頻馬達（inverter motor)等 驅動裝置。 接著，在S14中，在每個控制周期檢查加速度模式的 循跡是否已完成。 在S14中，加速度模式的循跡已完成（S14的結果為 “是”）之情況時，則在S15結束動作。此時，只在利用加 速度模式而計晝的動作時間進行控制輸出，且速度指令為 0 ° 不進行回授控制（後述的S21至S25)，而以設定了上 述的S11至S15之加速度模式進行急衝度一定控制，原理 上可藉此得到第9圖、第1圖所示之特性。 不過，將此特性應用於實際的裝置時，因為模型與實 際的動作之間有乖離，所以有必要計測實際的動作，而進 行回授控制。 以下，說明此回授控制之方法。 在第9圖之S14中，加速度模式的循跡尚未完成（S14 的結果為“否”）之情況時，則在S21中從狀態變數檢測裝 置16輸入感測器資訊，在S22中計算狀態變數的現在值。 此狀態變數的現在值係為式（11)所示之狀態變數向量X(t) 的狀態變數（移動台車的位置及速度、彈性支臂的擺動角度 及擺動角速度）。 此外，狀態變數的現在值係利用雜訊去除（noi se cut) 等之濾波處理、或狀態觀測器而以模型來推估無法直接用 21 321241 201000385 感測器加以計測之值。 另外，與S2U同時，在S23巾計算狀態變數的目 標值。此《魏的目標㈣為在所設定的加速度模式中 之現時點的狀態變數向量x(t)之狀態變數。 每-控制周期的狀態變數目標值係利用以 間dT將式⑽加㈣散化料狀數式6料（17)= 出。 # [數式6] ~xk+i(t) · 'X k (t) * Χ κ+·1⑴ ^ k(t) 0k+1 ⑴ ( 0 k (t) Uk+1⑴」 _ “（t) _

+ dT 〇 1 0 0 〇 0 0 〇 〇 0 0 1 0 0-20 x k (t) 义k(” Θ k (t) Θ k (t) 0

dT 0 ⑴ (17) 接著，在S24中，計算回授指令值。 ^體言之，係求出將運轉模式的加速度給予控制對象 導出B、之狀％變數目標值、與從連接至機器 狀態魏現在值的偏差，謂將此偏差設為0之回 作值（=加速指令值）進行數值積分，以作為速度指令 321241 22 201000385 值。 除了以速度指令值作為控制輸出以外，馬達驅動轉 矩、馬達電流等亦適用作為控制輸出。 根據上述之本發明，即使在以開迴路控制如上述之S11 至S15進行急衝度一定控制之情況時，只要驅動系統具有 理想的響應性能’速度現在值即會與速度指令值一致。不 過’员際上仍會發生稱為響應延遲或過衝（overshoot)之響 應偏差。 開迴路控制雖然以利用驅動系統的次迴路（min〇r loop)使速度現在值儘可能與速度指令值一致的方式進行 控制’但真正需要的是除了響應偏差之外還要減輕因外部 干擾或模型化誤差而發生之擺幅過大或殘餘擺動，所以可 藉由進行綜合地使這些因素接近目標值之回授控制（S21至 S25)，而提高穩健性（robustness)。 此外’可藉由使第8B圖、第8C圖所示之加速度模式 偏移1/2周期且使2波或3波以上重疊而提高對於固有周 期變動之穩健性。 如上所述，本發明之方法及裝置係利用旋轉彈簧擺錘 模型的新穎特性，將加速/減速時的加速度模式設為急衝度 一定之梯形模式，將各急衝度一定時間設為固有周期的整 數倍，因此理論上可使等加速度時、等速度時及停止時的 殘餘擺動減低到為〇° 而且，由於可使因本發明的方法及裝置所進行的動作 而產生的撓曲（振幅）的大小，成為因加速度而產生的靜態 321241 23 201000385 撓H，所以可使施加於機器的應力成為最小。 設置:==:速度模式，在一無需 』:卜有：：：：任間也不會在防 模式的設定變得容易。 取大逮度故為可變時的速度 動體的狀能ί i;月::：法及裝置係具備有檢測移動中的移 動體的狀怨變數之狀態變數檢測裝置、 ::式而定的狀態變數的目標值與檢測出輸變數 值的偏差而對移動體進行回授控制之回授 急衝度一_相比‘，動地: 孝工馬違動乐統的響應特性、 擾、設計時的模型化誤差等的影塑。U斜相外部干 情況^^^=質點的位置變化而變化之 ^㈣士 據貝點的位置而分別將加速開始時、 加速'、、σ束％、減速開始時、及減速結束時的 絲加相料、加速結㈣、減賴料结束 8了的各急衝度—定時間分別定義為例如Tl，T2，m， 並依照上述固有職，分別將該急衝度-定時間設定為4 出的各固有周期的整數倍’而使急衝度一定時間與固 。期（的整數倍）的乖離變小，使防擺精度提升。 另外，在㈣條件下，計_數次加速結束時亲 運轉時）及減速結束時（：停止時）的殘餘擺動，算出= 數個殘餘擺動的平均值，且在前述絲獅的平均值在^ 321241 24 201000385 定的閾值以上之情況時，使固有周期的修正值增減以使殘 * 餘擺動變小，藉此可減輕機器導入時的調整作業量，並且 -使針對經時性變化的再調整自動化。 本發明並不限定於上述的實施形態，當然亦可在不脫 離本發明的要旨之範圍内做各種變更。例如，只要是應用 上述的模型，並不限定於吊車或是機械手臂，亦可應用於 具有容易在加速/減速時擺動或彈性變形的構造之其他的 移動體。 【圖式簡單說明】 第1圖係專利文獻1的控制系統之示意圖。 第2圖係專利文獻2的防擺裝置之示意圖。 第3圖係作為本發明之對象之移動體的示意圖。 第4圖係第3圖所示的移動體之模型圖。 第5A圖係顯示根據本發明之加速度模式之圖。 第5B圖係顯示根據本發明之加速度模式的解析例之 圖。 第6圖係根據本發明之制振定位控制裝置的構成圖。 第7圖係本發明中之回授控制系統的方塊圖。 第8 A圖係顯示習知例的加速度模式、支臂的擺動及速 度之圖。 第8B圖係顯示本發明的加速度模式、支臂的擺動及速 度之圖。 第8C圖係根據本發明之制振定位控制中的加速度模 式。 25 321241 201000385 第9圖顯示本發明之制振定位控制方法的動作流程。 【主要元件符號說明】 1 貨物 2 彈性支臂 3 移動台車 4 應變計 5、 6加速計 7 > 8 雷射測距計 10 制振定位控制裝置 12 加速度模式設定裝置 14 移動控制裝置 16 狀態變數檢測裝置 18 回授控制裝置 50 台車 51 繩索 52 吊具 60 速度模式產生裝置 61 速度控制輸出裝置 62 目標位置設定裝置 63 荷重計 64 弦振動周期演算裝置 65 擺動角度檢測裝置 66 濾波器裝置 67 理論擺動角度演算裝置 68 角度回授增益控制裝置 26 321241

Claims (1)

1. 201000385 七、申請專利範圍： * 1. 一種制振定位控制方法，係抑制會在加速/減速時發生 - 擺動或彈性變形之移動體的振動而進行定位之制振定 位控制方法，其特徵在於： 以一個自由度之彈簧-質點系將前述移動體的振動 予以模型化，求出前述模型的固有周期，並將加速/減 速時的加速度模式設為包含急衝度一定的增速及減速 之梯形模式，將各急衝度一定時間設為固有周期的整數 倍，而設定加速度模式， 以前述加速度模式控制移動體的移動， 檢測前述移動中的移動體的狀態變數，再根據依前 述加速度模式而定的狀態變數的目標值與檢測出的狀 態變數的現在值的偏差而對移動體進行回授控制。 2. 如申請專利範圍第1項之制振定位控制方法，其中，前 述加速度模式係具有： 使加速度以急衝度一定的方式增加，接著使加速度 保持一定，然後使加速度以急衝度一定的方式減少到為 0之增速模式； 使加速度以急衝度一定的方式減少，接著使加速度 保持一定，然後使加速度以急衝度一定的方式增加到為 0之減速模式；以及 介於前述增速模式與減速模式之間使加速度保持 為0之等速模式。 3. 如申請專利範圍第1項之制振定位控制方法，其中，在 27 321241 201000385 固有周期隨著質點的位置變化而變化之情況， 根據質點的位置而分別將加速開始時、加速結束 時、減速開始時、及減速結束時的固有周期導出， 且將加速開始時、加速結束時、減速開始時、及減 速結束時的各急衝度一定時間設為前述導出的各固有 周期的整數倍。 4. 如申請專利範圍第1項之制振定位控制方法，其中，在 相同條件下，計測複數次加速結束時及減速結束時的殘 餘擺動， 然後算出前述複數個殘餘擺動的平均值， 在前述殘餘擺動的平均值在預定的閾值以上時，使 固有周期的修正值增減以使殘餘擺動變小。 5. —種制振定位控制裝置，係抑制會在加速/減速時發生 擺動或彈性變形之移動體的振動而進行定位之制振定 位控制裝置，其特徵在於具備有： 以一個自由度之彈簧-質點系將前述移動體的振動 予以模型化，求出前述模型的固有周期，並將加速/減 速時的加速度模式設為包含急衝度一定的增速及減速 之梯形模式，將各急衝度一定時間設為固有周期的整數 倍，而設定加速度模式之加速度模式設定裝置； 以前述加速度模式控制移動體的移動之移動控制 裝置； 檢測前述移動中的移動體的狀態變數之狀態變數 檢測裝置；以及 28 321241 201000385 根據依剛述加速度模式而定的狀態變數的目榡值 糾双測出的狀恶變數的現在值的偏差而對移動體進行 回授控制之回授控制裝置。 6. 如申，月專利範圍帛5項之制振定位控制裝置，其中，前 述狀態變數檢測裝置係具有用來檢測移動台車的位置 及迷度、彈性支臂的擺動角度及擺動角速度之應變計、 加速度計、雷射測距計中之至少一者。 7. 如申請專利範圍第5項之制振定位控制裝置，苴中 述狀態變數檢測裝置係具有從彈性支臂的前端位置、前 、加速度或撓曲、及/或移動台車的馬達 達電流來檢測出移動台車的位置及速度 動角度及擺動角速度中之至少-者之狀態觀測/。私 321241 29