A7 A7 經濟部中央標隼局員工消费合作杜印製 ____ B7 — 冒_ 五、發明説明（i ) 發明背景 本發明係有關用於於吊車中懸吊負載之穩定（即停 止擺盪）的懸吊負載穩定控制裝置。 一習用懸吊負載穩定控制裝置將藉由參照第5囷描 述，其為顯示一整體結構，第6圖為控制裝置之方塊圖 而第7圖則顯示控制特徵。 如第5圖所示，台車012藉由台車驅動裝置〇15之驅 動動作移動於軌011上。自該台車012, 一繩〇13垂下且 該台車011藉由設置懸吊負載014於繩〇13之前端以輸送 懸吊負載014 6 台車012為進一步附有一用於偵測台車位置χ1之台 車位移偵測器02 1、一用於偵測台車速度χ2之台車速度 偵測器022及一用於偵測擺盪位移χ3及擺盪速度χ4之擺 盪位移偵測器023。 此擺盪位移偵測器023為藉由垂直向下設置於台車 012上之攝影機裝置拍攝附於懸吊負載〇14之一標記之 形式的偾測器並進行取得影像之影像處理，藉而偵測 擺盪位移χ3及擺盪速度χ4。 該4貞測之台車位置X1、台車速度Χ2、擺盪位移χ3 及擺盪速度χ4傳送至一控制裝置026。此控制裝置026 藉由一内建最佳控制部份〇32(見第6圖）執行一定位最 佳控制計算（稍後描述）而產生一速度指令u。在此速度 指令U下，驅動台車驅動裝置〇15以移動台車〇12。 當於此吊車進行自動運作時，必須結合定位懸吊 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公餐） C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} -裝- 、π
Kx A7 五、發明説明（~ 負載014正確地於如所示之標的位置之控制。 此吊車可被設計作為一台車-擺盪系統，且已知此 一懸吊負載之定位可藉由根據一適當調節器之回饋控 制驅動台車而達成之模式。 參照第6及7圖’其描述吊車之適當控制的方法。 此控制藉由一控制裝置〇26之適當控制部份〇32(最佳調 卽器）執行，控制裝置026根據下列控制式（數值表示式 (1))計算操作量（此具體實施例中之速度指令幻： 0) 其中X表示一描述於下之狀態量向量，其各別之元件自 左而右之次序為台車位置χ1、台車速度χ2、懸吊負截 之擺盪位移x3及擺盪速度χ4。意即，維持下列數值 不式（2)。 X = [xl χ2 χ3 χ4] --(2) - n I n 11 n· 11 、1T (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局—工消費合作杜印製 更進一步，κ表示增加量如數值表示式（3)所 具有4行之增加向量。 K = [kl k2 k3 k4]T .... 上述増加向量K為藉由下列步驟決定 不之 量： 之最適增加 本紙張从適用中國國家標準（⑽）Μ規格（2獻297公董 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 五、發明説明73 ) -- (a)自用以表示如第5圖中所示之台車-擺盪系統移 動模式之移動方程式，衍生—狀態方程式（數值 表示式⑷）。此狀態方程式為一線性微分方程 式’其顯示作為一彈性體系統之懸、吊負載014 之位移。該狀態方程式之解釋，包含其推導方 法，於此則省略》 d dt
Ax+Bu (4) 其中u及x分別表示前述操作量及狀態量向量， A表示一具有4列及4行之轉移矩陣，而b表示一 具有4列及1行之驅動矩陣。 (b)關於上述之狀態方程式，數值表示式（4)，尋求 將數值表示式（5)之估算函數j減至最小之數值 表示式（6)增加量之最佳增加量κ。 J = J^(xTQx + ru2)dt-------------------(5) 其中Q表示具有4列及4行之權矩陣，而r表示一 權向量。 Κχ (6) 1^.------、玎------'i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 藉由如此將任首π 加量κ,其以最i 減至最小，尋得最佳增加量 其乂最小可能操作量(速度指令㈣ 狀態1之元件減至〇。 有 基於藉由上述外1 狀 彳算所獲得之最佳增加量K，控制谨 异單元026藉由自偵丨 運 目偵測021、022、023等裝置所得 移動狀態量及最佳增加量κ之總和決定;最佳操作量, 控制運异早几〇26將此最佳操作量作為-丨控制指令訊號 (迷度七令1!)發於台車驅動裝置。15。根丨據該訊號以驅 動此裴置，執行最佳控制。 此時，提供於台車〇12上之位置訊號輸入（台車位 置Xl)作為關於台車標的位置之位置之回饋，藉而台 車〇 12可被定位於標的之位置’ pset。同時，懸吊負載 014可被穩定。因此，懸吊負載〇14可被攜至特定標的 位置。 當此控制藉由該最佳調節器執行時，台車自一靜 止狀態以改變之標的位置移動。此時，殄控制之初始 狀恶’台車位置為遠離於標的位置。因此，作為一狀 態量之台車相對位置以產生一與其他狀態量比較之大 值。作為操作量之速度指令U亦立即於控制初始後產生 一大值。速度指令u立即於控制起始後於|第7圖中以虛 線（自時間0至T2)說明。 另一方面而言，台車於初始狀態時速|度為〇。於實 際之吊車中，台車之加速度及速度亦被 >艮制。此使在 控制初始階段時，於最大加速度加速（自時間〇至T 1 )及 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I---------抽衣------、玎 C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___B77、發明説明（5 ) 於最大速度移動（自時間T1至T2)為必須 車速度x2為藉由第7圖中之一實線描述。 台車速度之狀態為有效使.台車迅速到達標的位 置，但其為一於懸吊負載動作之擺盪狀 之狀態。因此’當台車加速時，台車接 時維持擺盪》 此造成不僅於台車移動期間減少安 時加長穩定時間等嚴重問題，藉而減低 用效益。 發明概述 本發明在這些情況下完成。本發明 一^^懸吊負載穩定控制裝置，其除了執 控制外，亦執行用於實行當台車依循一 的穩定控制之最隹控制，此外其具有一 於此二控制方法間關於驅使狀態之轉換 關於本發明之懸吊負載穩定控制裝 問題之解決包括： 一台車移動狀態量偵測器，其係用 中藉由繩元件懸吊一負載之台車移動狀態量； 一懸吊負載移動狀態量偵測器，其係用於偵測藉 由台車懸吊之負載的移動狀態量；及 一用於執行懸爷負載的穩定控制之控制裝置，其 係基於引入自各別摘測器之偵測訊號； 該控制裝置包括： 在此例中台 態時不具回饋 近標的位置同 全性亦於定位 該等物質之使 之目的為提供 行習知的最佳 特定速度指令 轉換裝置以用 置，對於前述 於偵測於吊車 (請先閡讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝· ，訂 泉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 於基於調整至 操作量驅動台 於调整至定位 操作量驅動台 ’其基於台車 佳控制部分或 用於读測台車 車速度之台車 用於偵測懸 時，此驅使狀 制部份之速度 位置小於設定 A7 B7 五、發明説明（6 ) 一速度依循最佳控制部份，其用 依特定的設定速度之最佳增加量以最佳 車，藉而執行穩定控制； 一定位最佳控制部份，其用於基 .台車於特定位置之最佳增加量以最佳 車，藉而執行穩定控制；及 一驅使狀態程度控制選擇性部份 之驅使狀態量用於選擇速定位度依循最 置位最佳控制部份，以驅動台車。 此台車移動狀態量偵測器可包括一 位置之台車位移偵測器及一用於偵測台 速度偵測器。 此懸吊負載移動狀態量偵測器可為 吊負載之擺盪位移及擺盪速度之擺盪移4偵測器 此驅使狀態程度控制選擇性部份可設計如下：當 台車與標的位置之相對位置大於設定值 態程度控制選擇性部份選擇順從最佳控 以驅動台車。當台車與標的位置之相對 值時’即於另一方面，此驅使狀態程度控制選擇性部 份選擇定位最佳控制部份以驅動台車。 根據本發明，當台車移動至標的位f時，控制以 執行穩定同時使台車順從一設定之速度為實行於前述 半控制中’藉而懸吊負載可維持小擺盪。當台車接近 標的位置時’此控制轉換為習用之控制以執行台車之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇'〆297公瘦〉 I I I I I-'—姑衣 I I 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 中 央 標 準 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 定位及穩定。因此，於懸吊負載之擺盪 可被減小’而藉由習用控制擺盪可保持^設定時間 圖式簡單說明 第1圖為本發明之具體實施例中懸吊 裝置整體結構之示意圖； 第2圖為顯示根據本發明之具體實施 穩定控制裝置之方塊圖； 第3圖為顯示執行於控制裝置中程序之流程圖 第4圖為根據本發明之懸吊負載穩定 制特徵之特性圖； 第5圖為顯示一習用懸吊負載穩定控 結構圖； 第6圖為顯示一習用懸吊負載穩定控 圖；及 第7圖為顯示一習用懸吊負載穩定控制裝置的控制 特徵之特性圖。 較佳具體實施例之詳細描述 本發明之具體實施例將參照附加之圖式作描述 其中第1圊為一整體結構圖，第2圖一為制系統之方 塊圖，第3圖為顯示—控制動作之流程圖 一控制特性圖。 如第1圖中所示，一台車12藉由一台 之驅動動作可移動於軌丨丨上。自該臺車 下且該台車11藉由設置懸吊負載I4於繩 於控制轉換時 負載穩定控制 例中懸吊負載 控制裝置的控 制裝置之整體 制裝置之方塊 而第4圖為 車驅動裝置i : ]1，一繩1 3垂 3之前端以輪 I--------丨裝------訂 . i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（8 )送懸吊負載1 4。 台車12為進一步附有一用於债測台 車位移偵測器2 1、一用於偵測台車速度 偵測器22及一用於偵測擺盪位移x3及擺 盪位移偵測器2 3。 此擺盪位移偵測器23為藉由垂直向 12上之攝影機裝置拍攝附於懸吊負載 式的偵測器並進行一影像處理，藉而偵 及擺堡速度x4。 該偵測之台車位置xl、台車速度x2、擺盪位移x3 及擺盈速度x4為傳送至一控制裝置26。此控制裝置26 於第一半控制中執行控制以穩定台車12 一設定之速度，將如後所述。此形式之 建最佳控制部份31、32(見第2圖）完成。 載14維持小擺盪（藉由本發明增加控制） 近標的位置時，此控制轉換至控制以定 12(習用執行控制）。在此速度指令u下， 裝置15以移動台車12。 如第2圖所示，於控制裝置26中，配置有—加速 等速最佳控制部份3 1以控制台車12順從 vset及一定位最佳控制部份32以主要執行於定位及穩 定台車之控制。 由偵測器21、22、23所得之量測值 佳控制部份中。關於台車位置、台車與· 車位置x 1之台 x2之台車速度 盪速度x4之擺 下設置於台車 之一標記之形 測擺盡位移x3 同時使其順從 控制為藉由内 藉而’懸吊負 當台車1 2接 位及穩定台車 驅動台車驅動 則進入這些最 標的位置pse (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -11- 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格< 21〇x297公釐） 經 濟 部 t 央 準 Λ 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明説明（9 ) 之相對位置則作為控制輸入。因此，一；j ;目對位置X1 ’定 義為 X15 = X1 - pset 則使用作為控制輸入。 關於輸入至此加速/等速最佳控制部 份3 1，台車速 度將為台車對此設定速度vset之相對速 度。因此，一 相對速度x2’定義為 x2 ’ = x2 - vset 則作為此最佳控制部份3 1之輸入訊號 〇 而且，一·自加速/等速最佳控制部份 31輸出之速度 指令u 1亦為自此設定速度之相對速度。E 3此，u 1 ’定義 為 u 1J = u1 + vset 則作為藉由最佳控制部份3 1 (台車速J 1指令）所得之 結果。 藉由此加速/等速最佳控制部份3 1 ^ 成行之程序如 下：一最佳控制增加量為以如一習知控 制增加量之相 同方式決定。然而，一增加量乘台車位 置用於控制以 使其順從此設定之速度為非必要。因此， 一權矩陣Q，， 設定此增加量乘台車位置於使用時將為0 ，並尋找一最 佳增加量K’，以將下列估算函數減至最λ) ，.〇 . -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 請 閱 讀 背 意 事 項 再 t 裝 訂 良 五、發明説明（ J1 =: (xTQ，x + r，u2)cit K'x + vset -(7) .(8) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 輸出訊號之台車速度指令ul，，增加上述之設突 速度vset。 此疋位最佳控制部份3 2執行如第6圖 用最佳控制部㈣32相同的計算，藉而產 指令u2以定位及穩定台車。 驅動狀態程度控制選擇部份3 3接忮自加速/等i 最佳控制部份31所得之台車速度指令ui， 佳控制部份32計算之台車速度指令…及 位置pset之相對位置χ1’等之輸入。此驅 制選擇部份3 3執行轉換以發出加速/等速 31(台車速度指令）之結果ul’作為一速度 該台車1 2對標的位置p s et之相對位置χ 1， 之設定值；或發出定位最佳控制部份32 速度指令u2作為一速度指令u，假如該^對位置χ 1 小於確定之設定值。 藉由驅動狀態程度控制選擇部份33選擇之速度 令ul’或速度指令u2為發至台車驅動裝置 12 ° 於控制裝置26中之程序將於下作概^。亦即 中所示之一 1 生一台車速3 藉由定位 台車12對標 動狀態程度 最佳控制部 指令u，假 為大於一確 之結果--台 1 5以驅動会 --------^---^------、1T------i ί -(請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) ___- u - 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格< 210X297公釐 A7 B7 五、發明説明（U ) 等為參照於第3圖中之流程圖作描述。 [步驟1 ] 頡取自偵測器2 1、22、23之訊號X 1] x2及χ3 [步驟2] 由下式計算台車對標的位置之相對妹置χΓ xl ’ = xl - pset 由下式計算台車對設定速度之相對ii度χ2’ x2J = x2 - vset [步驟3] 一加速/等速最佳控制計算為基於數 成。如顯示於數值表示式（10)中，此外 疳盍谐加於笪之钴罢。 值表示式（9)元 此設定之速 u 1 il，k2, k3, k4，]
xl， x2* x3 Lx4J ......(9) ----------1------ir------& (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 u 1 ’ = u1 + vset [步驟4] 定位最佳控制计算為基於數值表示式 u2 = Ik 1 k2 k3
x 1 η x2 k4| x3 _x4J -(10) (11)完成 [步驟5] -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 -------- A7 B7 五、發明説明（12 / 決定台車對標的位置之相對位置是 之設定值。[步驟6] 當該台車對標的位置之相對位置為 設定值，加速/等速最佳控制之結果則為 否大於一確定 令。亦即 Γ 大於一確定之 一台車速度指 經濟部中央標隼局員工消费合作社印家 [步驟7] 當該台車對標的位置之相對伋 夏為小於一破定戈 設定值，定位最佳控制之結果則為 台車速度指令 亦即， u = u2 如上所述’本發明具有二控制 1加 制執行一台車逮度及一擺盪而另〜 用於 車位置及一擺盪，以作為控制量。 错由此二形式念 間之轉換’本發明執行控制。因此 ς，其架構—當△ 為移動時，可維持懸吊負載最小辘 ° 邃之懸爷負載稍 控制裝置。 元件標號對照表： 量’—用於 控制執行一 此二形式參 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝 訂 泉 011、 11 軌 012、 12 台車 013、 13 繩 本紙張尺度適用中國國家楳準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 15- A7 B7 五、發明説明（13 ) 014、 14 懸 吊 負 載 015、 15 台 車 驅 動 裝 置 021、 21 台 車 位 移 偵 測 器 022 ' 22 台 車 速 度 偵 測 器 023、 23 擺 盪 移 動 偵 測 器 026 ' 26 控 制 裝 置 032、 31 > 32 最 佳 控 制 部 份 33 驅 使 狀 態 程 度 控制選擇 性部份 I I 訂'"- - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2ίΟΧ297公釐）