TWI380946B

TWI380946B - 制振定位控制方法及裝置

Info

Publication number: TWI380946B
Application number: TW98116833A
Authority: TW
Inventors: Shuntaro Suzuki
Original assignee: Ihi Corp
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2013-01-01
Also published as: CN101615039B; TW201000385A; CN101615039A; JP5168482B2; JP2010009197A

Description

制振定位控制方法及裝置

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確進行定位之制振定位控制方法及裝置。

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(trolley)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(acceleration pattern)為依據之防擺軌道計畫者。

前饋部係以將搬送區間分割為依最大加速度而定之加速區間、依最大速度而定之定速區間及依最大減速度而定之減速區間，並分別在加速區間及減速區間的途中加入定速橫行區間的方式，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送中之捲繞操作的開始及停止的時序(timing)，而且以如下所述的方式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終地點的繩索長度並將此長度視為一定，並藉由在該繩索長度之擺錘(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一個區間，追溯到最終區間的時間而可預先知道在該時間點的繩索長度並將此長度視為一定，並藉由在該繩索長度之擺錘的固有頻率來算出最終區間的前一個區間的時間，接著，重複上述的動作直到斜向搬送的最初區間。

專利文獻2的目的在於藉由控制所吊貨物的擺動角而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的防擺裝置係具備有：產生速度指令之速度模式產生裝置60；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的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計63；檢測吊物纜線的長度之纜線長度檢測裝置；從吊物纜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；檢測吊物用纜線的擺動角度之擺動角度檢測裝置65；以吊物用纜線的弦振動周期對由擺動角度檢測裝置所檢測出的擺動角度進行平均處理之濾波器裝置66；演算出賦予由速度模式產生裝置所產生的速度指令之情況之理想的擺錘的擺動角度之理論擺動角度演算裝置67；以及用來使由理論擺動角度演算裝置演算出的理想的擺錘的擺動角度與經平均處理得到的擺動角度之角度偏差回授到速度指令之角度回授增益控制裝置68，而進行對於接近於從吊物用纜線的擺動角度減去該弦振動之實際的所吊貨物的擺動角度之角度檢出之擺動角度回授控制者。

(專利文獻1)

日本專利第3104017號公報「吊車之防擺控制系統」

(專利文獻2)

日本專利第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。

此移動體係貨物1透過彈性支臂2而固定至移動台車3之一個自由度的彈簧-質點系模型。此模型可適用於機器手臂、吊車等。

本發明的發明人藉由分析而新發現：在具有能以一個自由度的彈簧-質點系加以模型化的振動要素之控制對象中，以一定的斜率使加速度變化時的加速度變化時間與固有周期的整數倍一致時，其擺動係只有由於加速度而產生的擺動(靜態的撓曲)之特性。以下，將加速度的時間微分簡稱為「急衝度(jerk)」。

然而，將此特性應用於實際的裝置時，因為模型與實際的動作之間有乖離，所以有必要調整參數，工程師必須計測實際的動作再進行參數調整。

本發明係鑑於上述問題點而研創者。換言之，本發明的第一目的在於提供一種無須計測實際的動作再進行參數調整，加速期間或減速期間的振動次數少，不會發生比因加速度而產生之靜態偏擺還大的擺動，可減低吊車或機械手臂發生該擺動時產生的應力，無須使加速時間及減速時間配合固有周期而可任意設定之制振定位控制方法及裝置。

本發明的第二目的在於提供一種即使在吊車的吊掛長度及機械手臂的長度等變化以致固有周期隨著質點的位置變化而變化之情況，也無須計測實際的動作再進行參數調整，而充分地使急衝度一定時間與固有周期(的整數倍)一致，即可達成第一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即使在無法事前正確地求出固有周期，或者因經時性變化等導致就算位置相同固有周期仍會變化之情況，也無須計測實際的動作再進行參數調整，即可達成第一目的之制振定位控制方法及裝置。

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方法，其係特徵在於：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，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。

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且使加速度保持為0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。

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，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。

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、前端加速度或撓曲、及/或移動台車的馬達驅動轉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、行進軌道歪斜等的外部干擾、設計時的模型化誤差等的影響。

另外，即使在固有周期隨著質點的位置變化而變化之情況，也可藉由：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分別定義為例如T1,T2,T3,T4，並依照上述固有周期，分別將各急衝度一定時間設定為前述導出的各固有周期的整數倍，而使急衝度一定時間與固有周期(的整數倍)的乖離變小，使防擺精度變高。

另外，在相同條件下，藉由：計測複數次加速結束時(=等速運轉時)及減速結束時(=停止時)的殘餘擺動，算出前述複數個殘餘擺動的平均值，且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，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。

以下，參照圖式說明本發明之較佳實施形態。各圖中，共通的部份都標示相同的符號，並將重複的說明予以省略。

第4圖係第3圖所示的移動體之模型圖。此移動體模型中，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。

其中，k為彈簧常數，θ為角度，M為台車質量，f為驅動力，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10對於貨物1的狀態變數(後述)進行即時計測，然後以閉迴路方式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)加以表示，位能U係以式(2)加以表示。

從式(1)及式(2)，可得出拉格朗其運動方程式(Lagrange motion equation)如式(3)(4)所示。其中，θ很微小，所以令cos θ=1,sin θ=θ。

此外，從式(4)，可得出自由行進狀態中之振動的固有周期T如式(5)所示。

由於移動台車3係依制振定位控制裝置10的指令值而動作，因此將式(4)加以變形就會得到數式2之式(6)。

在此，令式(6)的右邊為F(t)，且套用角速度ω=2 π/T…(6a)之關係，則式(6)即成為式(7)。

式(7)係非齊次二階微分方程式，其解係如式(8)所示。

在此，可考慮如第5A圖所示之加速度模式，亦即，在時間t=0到t=tr，使加速度的時間微分(「急衝度(jerk)」)保持一定而加速，然後使加速度維持一定之加速度模式，來作為台車的輸入值。在此情況下，當經過時間t超過急衝度一定時間tr時，可將式(8)表示成數式3之式(9)。

在急衝度一定時間tr為固有周期T的整數倍(n為整數)時，從式(6a)可得出ω tr=ω nT=2n π…式(6b)。

在式(9)中，sin ω(t-tr)=sin ω t．cos ω tr-cos ω t．sin ω tr=sin ω t．cos2n π-cos ω t．sin2n π=sin ω t…式(6c)成立。

因此，式(9)可表示成式(10)。

θ=1/(ω²L)………(10)

第5B圖係比較急衝度一定時間tr為本發明的情況(tr=2T=10)、以及與本發明有若干不同的情況(tr=12)之圖。

從第5B圖可知：在具有能以一個自由度的彈簧-質點系加以模型化的振動要素之控制對象中，以一定的斜率使加速度變化時(以下稱為「急衝度一定」)的加速度變化時間(「急衝度一定時間」)為固有周期的整數倍時，其擺動係只有因加速度而產生的擺動(靜態的撓曲)。

以下，在本申請案中，稱將急衝度一定時間設定為固有周期的整數倍之控制為「急衝度一定控制」。

本發明係利用上述之急衝度一定控制的特性，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，藉此而使等加速度時、等速度時及停止時的殘餘擺動不會發生者。

因為急衝度一定控制的特性在從加速度一定的狀態到利用負的急衝度一定而使加速度為0之情況也成立，所以當以將各急衝度一定時間設為固有周期的整數倍之梯形加速度模式進行加速、減速時，不僅在加速結束時或減速結束時(停止時)不會發生殘餘擺動，就連在加速中/減速中(等加速度動作中)也不會發生殘餘擺動。

此外，由於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，係在因加速度而產生的靜態撓曲以下，所以在急衝度一定控制中可使施加於機器的應力最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可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10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。

加速度模式設定裝置12係以一個自由度之彈簧-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，將各急衝度一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。

在本例中，係在彈性支臂2的根部設置應變計4(例如應變規(strain gauge))，在貨物1及移動台車3設置加速度計5,6，在外部設置對貨物1及移動台車3的位置進行計測之雷射測距計7,8，並將計測到的應變、加速度及位置等輸入到制振定位控制裝置10。

除此之外，狀態變數檢測裝置16亦可具備：計測彈性支臂2的擺動角度之角度計；計測移動台車3的位置之光學尺(linear scale)；以及計測移動台車3的馬達速度、馬達電流、馬達驅動轉矩之計測器等。藉由此構成，就可即時地檢測出後述之狀態變數向量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)。

狀態變數向量X(t)的狀態變數並不是全部都必須直接檢測出，只要能用狀態觀測器(observer)而從控制輸入及測定輸出使狀態變數再現，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、擺動角度、擺動角速度以外，彈性支臂的前端位置、前端加速度、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，X(t)為狀態變數向量，U(t)為輸入變數向量，A(t)與B(t)為矩陣函數，F為回授係數矩陣。X(t)、U(t)及Z的定義如數式4之式(11)(12)(13)所示。此外，狀態變數向量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]

從式(6)，可得出狀態方程式如數式5之式(14)所示。

而且，依據式(14)之狀態方程式，可設計出式(15)所示之最佳調節器(regulator)。最佳調節器係用來在狀態變數因為外部干擾而從平衡點偏離時，將式(16)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(15)中之k1,k2,k3,k4為回授增益(feedback gain)，係預先設定的值。式(16)中之Q,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，只要是多輸入控制，其他周知的回授控制亦可適用。

[數式5]

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：與本發明不同，僅將「加速時間設為固有周期的整數倍」時，支臂的擺動的變動很大。

第8B圖係採用急衝度一定控制之本發明的例子，表示在第4圖的模型中先只將固有周期的一倍的時間設為急衝度一定，接著以等加速度動作，再只將固有周期的一倍的時間設為負的急衝度一定之加速度模式、以及此情況之支臂的擺動與速度。

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第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圖中支臂在短期間內四次振動，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，接著使加速度保持一定，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，使加速度保持為0。

另外，將支臂的固有周期設為T[sec]，且將動作中固有周期設為不變化。

第9圖顯示本發明之制振定位控制方法的動作流程。如第9圖所示，本發明之控制方法包括：進行上述的急衝度一定控制之S11至S15之各步驟、以及進行回授控制之S21至S25之各步驟。

在第9圖中，首先在S11中，藉由操作(operation)及感測器(sensor)等而輸入目標位置、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，以一個自由度之彈簧-質點系將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，將各急衝度一定時間設為固有周期的整數倍，而設定加速度模式。

亦即，在運轉開始前，根據運轉條件而計畫最適合的運轉模式(=從運轉開始之時間序列的加速度模式)。具體而言，係導出控制對象模型的固有周期，再導出急衝度一定時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14，以所設定的加速度模式來控制移動體的移動。

亦即，在S13中，以控制周期(control cycle)的時間間隔循著加速度模式的軌跡(加速度模式的循跡(trace)) 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畫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(noise 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感測器加以計測之值。

另外，與S21,S22同時，在S23中計算狀態變數的目標值。此狀態變數的目標值係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。

每一控制周期的狀態變數目標值係利用以控制周期時間dT將式(14)加以離散化而得到之數式6的式(17)來算出。

接著，在S24中，計算回授指令值。

具體言之，係求出將運轉模式的加速度給予控制對象模型時之狀態變數目標值、與從連接至機器之感測器資訊導出之狀態變數現在值的偏差，且對將此偏差設為0之回授操作值(=加速指令值)進行數值積分，以作為速度指令值。

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，實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(minor 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0。

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撓曲以下，所以可使施加於機器的應力成為最小。

另外，本發明的方法及裝置係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、行進軌道歪斜等的外部干擾、設計時的模型化誤差等的影響。

另外，即使在固有周期隨著質點的位置變化而變化之情況時，也可藉由：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分別定義為例如T1,T2,T3,T4,並依照上述固有周期，分別將該急衝度一定時間設定為前述導出的各固有周期的整數倍，而使急衝度一定時間與固有周期(的整數倍)的乖離變小，使防擺精度提升。

另外，在相同條件下，計測複數次加速結束時(=等速運轉時)及減速結束時(=停止時)的殘餘擺動，算出前述複數個殘餘擺動的平均值，且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，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內做各種變更。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。

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

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8A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。

第9圖顯示本發明之制振定位控制方法的動作流程。

該代表圖無元件符號及其所代表之意義。

Claims

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，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。
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。
如申請專利範圍第1項之制振定位控制方法，其中，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。
一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，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。
如申請專利範圍第4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。
如申請專利範圍第4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從彈性支臂的前端位置、前端加速度或撓曲、及/或移動台車的馬達驅動轉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。