WO1995029868A1

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Info

Publication number: WO1995029868A1
Application number: PCT/JP1995/000835
Authority: WO
Inventors: Naotake Shibata; Yoshiyuki Takeguchi
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1995-11-09
Also published as: GB2294028A; JPH07300294A; CN1046483C; CN1128010A; TW305820B; GB2294028B; JP3355616B2; GB9525984D0

Description

明細書

クレーンの振れ止め制御方法

C技術分野 3

本発明は、トロリー台車と卷上機を有する懸垂式クレーン、またはロープ卜口リ駆動方式による横行装置と卷上機を有するコンテナクレーンの振れ止め制御方法に閩する。

〔背景技術〕

想垂式クレーンは一般に、図 8に示すように、トロリ一台車 1が車輪 2によりレール 3上を走行するようにしてあり、車輪 2はトロリ一台車 1上に据え付けられた走行用電動機 1 1により減速機 1 2を介して回転駆動される。電動機 1 1の回転軸には電磁ブレーキ 1 3と走行用電動機 1 1の速度を検出する速度検出器 1 4が取りつけられいる。

トロリ一台車 1には卷上ドラム 4 1を備えた巻上機 4が据え付けられており、卷上用電動機 4 2により減速機 4 3を介して卷上ドラム 4 1を回転駆動するようにしてある。卷上用電動機 4 2の回転軸には電磁ブレーキ 4 4と電動機速度検出用のパルス信号発生器 4 5が取りつけられている。卷上ドラム 4 1にはローブ 5 が卷付けられ、ロープ 5により吊具 5 1を介して吊荷 6を吊り下げるようにしてめる 0

トロリー台車 1の走行速度制御は、走行駆動制御装置 2 0により走行電動機 1 1を制御するようにしてある。図 1 0は走行駆動制御装置 2 0のブロック図で、速度指^^ 2 1の速度指令信号を直線指令器 2 2に入力し、そこで得られたランプ状の速度指令 N_{R P}と速度検出器 1 4により検出し、 1次遅れ要素のフィルタ 2 6を介して生成した電動機帰還信号 N_{MF B} との偏差を、比例ゲイン Aおよび時 ¾¾ τ , の積分器を持つ速度制御器 2 3に入力して増幅し、トルク指令信号 Τ _RPを出力する。さらに、トルク指合信号 T_RPをー次遅れ時定数て Τ にて電動機トルクを制御する電動機トルク制御器 2 4に入力し、走行用電動機 1 1のトルク T M を制御し、走行用電動機 1 1の速度を制御する。なお、速度帰還信号 N_{MP B} は電動機の回転速度を一次遅れ要素を介して生成したものである。 2 5は走行用電動機 1 1の機械的時定数 τ _Μ を表すブロックであり、 Ν_Μ は電動機の速度（p . u ) である。 2 7は吊荷の力学モデルを表すブロック、 2 8は電動機の負荷トルク T\ ( p . u ) のモデルを表すブロックである。

ブロック 2 7において、 0はロープ 5の振れ角（r a d ) である。

図 1 0の走行駆動制御装置 2 0において、速度指令 2 1により高速あるいは低速の速度指令信号を直線指^ ¾ 2 2に入力して得られるランプ状の加減速速度指令 N_RP に従ってトロリ一台車 1の走行速度の制御を行うと、トロリー台車 1の加減速に対応して吊荷の周期的な振れが発生する。このロープ 5の振れ角は、ト口リ一台車 1の走行加減速度が大きくなれば、それだけ大きくなる。

この問題の解決手段として、従来、トロリ一台車の加減速中に操作者が手動操作によって吊り荷の振れ状態に合わせてトロリ一台車の走行速度を変化させて、吊荷の周期的な振れを止めていた。

図 1 1は、速度指令と電動機速度、ロープの振れ角、電動機トルク、負荷トルクの閟係を示し、トロリ一台車走行加減速運転中に継続して吊荷の周期的な振れが発生し、トロリー台車の不安定な可変速特性を示している。なお、ローブの振れ角 0は（。 ) で表してあ ¾。

ところが、上記構成では吊荷の周期的な振れを止めるためにクレーンの操作者が、吊荷の振れの状態を見てト σリ一台車の走行の加減速操作を行わなければならないので、遠隔からの操作や自動運転を行うには、トロリ一台車の走行加減速を非常に緩やかにせざるを得ず、クレーンの搬送能力を著しく低下させるという欠点があった。

〔発明の開示〕

そこで、本発明は、トロリ一台車の走行加減速運転によって生じる吊荷の周期的な振れを抑制し、トロリ一台車の走行速度を髙く維持したクレーンの自動運転を可能にすることを目的とするものである。

本発明は、トロリー台車を走行駆動する走行用電動機と、前記走行用電動機の速度検出器により検出した走行用電動機速度帰還信号 CNMFB ) と前記走行用電動機の速度指令器の出力の速度指令信号（N _{R P FL} ) との偏差信号から比例および積分器または比例ゲインのみを持つ速度制御器によりトルク指令を演算し、前記トルク措合に従って走行用電動機のトルクを制御することにより電動機の速度を制御する制御機能を備えた走行駆動制御装置と、前記ト口リ一台車に設けた巻上機を駆動する卷上電動機と、前記巻上機によって巻き上げるロープの先端に吊荷を吊り下げる吊具と、前記卷上電動機の駆動制御装置とを有する懸垂式クレーンの振れ止め制御方法において、

前記吊具に取りつけた速度検出器により検出した吊荷の走行方向の速度 V _L Bと

、設定したダンピング係数（S) と、前記走行速度指令信号（N_RP。）と、前記電動機 ¾JK帰還信号 (NMPB ) と、 IH 巻上速度検出器から得られる巻上ドラムから吊荷までのローブ長さ測定値（LB ) とから、次式、

ERRI =N_rp。 / S -NMPB S ― {26/ (VH COB ) } VLE

ただし、 ω_Β = (g/L_B 〉 ^1/2 ,

V_R は走行用電動機定格速度に対応するトロリ台車速度、

gは重力の加速度、 sはラブラス演算子、

の演算により求めた吊荷の振れを抑制するトロリ台車の最適走行位置からの位置誤差（E_RR1 ) を比例積分 ϋΦΜ器または比例増幅器により増幅して得られた速度補正信号（N_RPDP〉を、前記速度措令器の出力の速度指令信号（N_RP。）に加算し、前記位置誤差 (ERR, ) が 0に近づくように補正した走行速度指令信号（N RF. ) に従って、前記走行用電動機の速度制御器により前記走行用電動機の速度を制御することによって、吊荷の振れ運動にダンピング要素を生成するものである ₀

次に、吊荷の周期的な振れを抑制する時の本発明の方法による制御装置の作用およびローブの振れの振動抑制原理を説明する。

図 9において、トロリー台車の走行速度を (mZs e c)、ロープの長さを L (m) とすると、ロープの振れ角 0 (r a d) を求める公知の運動方程式は下記の数式 1に示すとおりである。 (1)

トロリー台車走行速度 V, と走行用電動機の速度 N_M との間には下記数式 2 示す関係がある。

V_L =V_R N_M … (2)

数式 1に数式 2を代入すると下記数式 3が得られる。

数式 3をラプラス演算子 sを用レヽて表すと下記数式 4が得られる。

ω² V_R\

s² θ+ω² θ= J SNM (S) ··· (4)

\ g ノ

数式 4より 0 (s) を求めると下記数式 5が得られる。

ここで数式 5と図 1のプロ、ジク 27のロープの振れ角の運動モデルは等価である。

t = 0で 0 = 0より、一定の加速度 a (p. u/s e c) で走行用電動機を加速する時の 0 (t) を数式 4より求めると、下記数式 6が得られる。

V——R crヽ

θ= 1 - COS&Jt) … (6) 数式 6は振れ角 Θが振動することを示している。ト口リ一台車が加速開始と共に、振動が始まり、加速が終わっても吊荷の周期的なローブの振れを減衰させる力は空気の抵抗等であり、振れが止まるまでにはかなりの時間を要する。

トロリ台車走行開始点を原点として、走行方向における吊荷の走行位置を X ( m) とし、ロープの振れ角 0 (r a d) は、その値が小さいので、 s Ϊ ΊΪ Θ ^ Θ と近似すれば、下記数式 7が成立する。

θ= - (7)

Ls L

ただし、 Lは吊上ローブの長さである。

数式 7の 0を数式に代入し、 Xについて整理すれば、走行方向の吊荷の位置 Xに関する方程式（下記数式 8 ) が得られる。

s ² χ + ω² x = … （8 )

s

ただし、 ω= ( g/L) ^{1 /2} とする。

数式 8は、走行方向の吊荷の位置 Xも周期的に変化する関数であることを示している。

このような吊荷の位置が周期的に変化する運動にダンビングをかけるには、数式 8の右辺が- S Xの関数を含むように、トロリ台車走行用電動機速度 NM を制御すればよいので、数式 8の右辺を、下記数式 9の右辺のように分ける。

s s

ただし、 δは吊荷の振れの運動のダンピング係数設定値とし、 Ν_{Μ 0}は前記電動機速度 NM における前記速度措により出力される速度指令 N_{r p}。に比例する速度成分とする。数式 9の N_M0を N_RP。に置き換えて整理すると、下記数式 1 0 が得られる。

数式 1 0の左辺第 3項の s xは、吊荷の位置 Xの微分信号であり、吊荷の移動速度 V_L に等しいので、 s xを V_L に置き換え、更に数式 1 0の左辺を E_RRとおくと、下記数式 1 1が得られる。 V, … （1 1 )

数式 1 1の右辺第 1項は、前記走行用電動機の速度指令信号を時間積分しているので、位置指令値を示している。

数式 1 1の右辺第 2項は、走行用電動機の速度を時間積分しているので、トロリ台車の位置を示している。

数式 1 1の右辺第 3項は、吊荷の移動速度に比例する信号である。

数式 1 1の左辺 E_RRは、数式 1 0に示された吊荷の振れを抑制するトロリ台車の最適位置条件からの位置誤差を示している。

数式 1 1において、右辺第 2項の N_M を前記走行用電動機帰還信号 N_{mp b} に置換し、第 3項のを吊荷の移動速度検出信号 V _{L B}に置換し、更に、第 3項の ω を前記吊り上げロープの長さ測定値 L _B と重力の加速度 gから、下記数式 1 2により演算した吊荷の振れの角速度 ω _Β に置き換えると、数式 1 1は下記数式 1 3 のように書き換えられ、吊荷の振れを抑制するトロリ台車の最適位置条件からの位置誤差 E _RR , を示す。

前記位置誤差信号 E RR 1 が 0に近づくように、走行速度指合信号を補正して走行用電動機の速度を制御すれば、吊荷の振れの運動にダンピング要素を生成し、吊荷の周期的な振れを抑制すること力可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、トロリ一台車の走行加減速中に発生する吊荷の周期的な振れ抑制され、クレーンの操作者の手動操作によつて振れを止める必要がなくなる結果、トロリー台車の高速走行が可能となり、クレーンの自動運転による搬送能力を著しく向上させることができる。

(図面の簡単な説明〕

図 1は本発明の走行駆動制御装置の第 1の実施例を示すプロック図、図 2は本発明の走行駆動制御装置の第 2の実施例を示すプロック図、図 3は本発明の走行駆動制御装置の第 3の実施例を示すプロック図、図 4は本発明の走行駆動制御装置の第 4の実施例を示すプロック図、図 5は本発明の走行駆動制御装置の第 5の実施例を示すプロック図、図 6は本発明の走行駆動制御装置の第 6の実施例を示すプロック図、図 7は本発明のトロリ一台車の走行駆動制御装置の加減速特性図、図 8は卷上機を据えつけたトロリ一台車を走行させる懸垂式クレーンの構成説明図、図 9はトロリ一台車走行装置が吊り荷の加重により受ける力学的関係を示す説明図、図 1 0は従来例の走行駆動装置を示すブロック図、図 1 1は従来例の走行駆動装置の加減速図である。図 1 ²は、横行駆動装置と卷上駆動装置を固定側に据付けた口一プ駆動方式のクレーンの構成説明図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

本発明を図に示す実施例にっ、て説明する。

図 1は本発明の速度制御器を有するト口リ一台車の走行駆動制御装置のプロック図である。なお、従来例の説明で示した図 1 0と同じ構成要素については同じ名称、同じ符号を用いて説明を省略する。

まず、本発明の第 1の実施例を図 1について説明する。

走行用電動機 1 1の駆動軸に取りつけられた速度検出器 1 4の信号を速度指令器 2 1の出力信号 N_RP。にダンビング制御速度指令補正信号 N_RPDPを加えて得られる信号 N_{RP 1} に、 1次遅れ要素を有するフィルタ 2 6を介した電動機速度検出帰還信号 N_{MP B} を帰還するものである。

前記の速度指令 N_{RF 1} と電動機速度検出信号 N_MPB とその偏差を速度制御器 2 3に入力すると、その速度偏差信号に比例ゲイン Aを乗じた信号と、更にその信号を時定数て . にて積分した信号とを加えた信号をトルク指令信号 T_RPとして出力する。速度制御器 2 3が比例ゲイン Aのみを持つ場合は、その速度偏差信号に Aを乗じた信号を電動機トルク指合信号 T _R Fとしてトルク制御器 2 4に出力する。

前記トルク制御器 2 4は、前記トルク指令信号 T_RPに従って一次遅れ要素て _τ にて電動機トルク Τ_Μ を制御する。

3 0は吊荷の振れの角周波数 ω_Β を演算する振れの角速度演算器であり、前記卷上速度検出器から得られる巻上ドラムから吊荷までのロープの長さ測定値 (L Β ) から、前式 1 2により前記角周波数 ω_Β を演算する。

次に、ダンピング制御器 2 9の動作について説明する。

ダンピング制御器 2 9は、前記走行速度指令信号 N_{RP 0} と前記速度制御器の電動機帰還信号 N_MFB と前記角周波数演算信号 ω_Β と前記吊具 5 1に取りつけた吊荷の走行方向速度検出器 3 1によって検出した走行方向速度検出信号 V_LBおよびダンピング係数設定値 5により、前記数式 1 3に従って演算した振れを抑制するトロリ台車の最適位置からの位置誤差 E_RR1 を比例ゲイン Gと積分時^ τ _DPにより構成される比例積分増幅器により増幅すると、振れ止めのダンピング制御速度指令補正信号 N _R P _{D P}が得られる。

速度指令器 21の出力の走行速度指令信号 N_RP。（p. u) に振れ止めダンピング制御速度指令補正信号 _RPDPを加算した速度指令信号 N_RP1 (p. u) を速度指令として速度検出信号 N_MJfB (p. υ) との偏差を速度制御器 23に入力すると、速度制御器 23は、電動機速度 Ν_Μ がこの速度指令信号 N_RP1 に追従するように速度制御を行う。

この制御により、吊荷の振れの運動には、設定されたダンピング係数 Sにてダンピングがかかり、吊荷の周期的な振れが抑制される。

次に、第 2の実施例を図 2に基づいて説明する。

第 1の実施例における吊荷の走行方向速度の検出信号 V_LBの代わりに、走行方向加速度検出器 32により吊荷の走行方向の加減速度な _VLB を検出し、吊荷速度演算器 36により前記加減 ¾g検出信号 avLE を積分して得られた吊荷の走行方向速度 V_LB1 を用いて、第 1の実施例による振れを抑制するトロリ台車の最適位置からの位置誤差 E_RR1 を演算し、第 1の実施例と同様に制御するものである。次に、第 3の実施例を図 3に基づいて説明する。

第 3の実施例は、第 1の実施例における走行速度の検出信号 V_LBの代わりに、前記走行制御装置の電動機速度帰還信号 N_MPB と前記吊り上げロープ長さ測定値 L_B とトロリ台車上に設けたロープの振れ角検出器 33により検出した振れ角信号 0_B から、次の数式 1 4に従って演算した吊荷の走行方向速度 V_LB2 を用いて、第 1の実施例による振れを抑制する卜ロリ台車の最適位置からの位置誤差 E_RRL を演算し、第 1の実施例と同様に制御するものである。

次に第 4の実施例を図 4に基づいて説明する。

前記第 1の発明の実施例に示されているクレーン振れ止め制御方法において、走行用電動機の運転状態に応じて、ダンピング係数切替器 34により、複数のダンビング係数設定値 Si〜5_n の中から、スィッチ SW, 〜SW_n を切り替えて、任意の一つのダンピング係数設定値信号を選択し、出力する。

ダンピング係数切替器 3 4により選択されたダンピング係数設定信号をダンピング係数切替調整器 3 5に入力すると、前記選択されたダンピング係数設定値信号は、一次遅れ要素を介してダンビング係数設定値 5として生成される。

例えば、ダンピング係数切替器 3 4の出力信号は、 5 , から <5 ₂ に切り替えると、ダンピング係数切替器 3 4の出力信号は 5 , から 5 ₂ に瞬間的に変化するが、ダンピング係数切替調整器 3 5の出力側の信号が緩やかに変化する結果、ダンビング制御器 2 9によるダンピング制御の速度補正信号 N_{R P D P}の演算に直接的な遅れを生じることなく、クレーンの振れ止め制御を安定して行うことができる。なお、第 5および第 6の実施例として図 5および図 6に示すように、第 2および第 3の実施例に第 4の実施例で説明したダンピング係数切替器 3 4とダンピング係数切替調整器 3 5を設け、ダンピング係数切替器 3 4により、複数のダンピング係数設定値 S t 〜S _n の中から、スィッチ SW, 〜SW_n を切り替えて、任意の一つのダンピング係数設定値信号を選択し、ダンピング係数切替器 3 4により選択されたダンピング係数設定信号をダンピング係数切替調整器 3 5に入力し、前記選択されたダンピング係数設定値信号を、一次遅れ要素を介してダンピング係数設定値 δとして生成してもよい。

以上、本発明の実施例としてトロリ台車上に走行駆動装置と卷上駆動装置と搭載したクレーンについて説明したが、図 1 2に示すように、横行駆動装置と卷上駆動装置が固定側にあるロープトロリ駆動方式にて卜ロリ横行台車を走行させるクレーン、例えばコンテナクレーンにも本発明はそのまま適用可能である。図 1 2において、 5 1は横行装置、 5 6はレール、 5 8はトロリ横行台車、 5 3は卷上装置、 5 4は吊荷であるコンテナ、 5 5は制御装置、 6 0は横行ロープ、 5 9 は車輪、 6 1はロープ駆動用ドラム、 6 2は減速機、 6 3は横行用電動機、 6 4 は電磁ブレーキ、 6 5は速度検出器、 6 7、 6 9はガイドコントローラ、 7 1は巻上ドラム、 7 2は減速機、 7 3は卷上用電動機、 7 4は電磁ブレーキ、 7 5は検出器、 7 6は卷上ロープ、 7 7は吊り下げ部、 8 0は吊具、 8 1〜8 9はガイドローラ、 9 0は卷取ドラムである。なお、図 1 2の横行駆動装置の制御方法においては、「走行」は「横行」と置き換えて適用し、発明の開示及び請求の範囲に示される「走行」は、「横行」に置き換えることにより、トロリ台車上に走行駆動装置と卷上駆動装置を搭載したクレーンと全く同様に本発明を適用可能である。

図 7は従来例の図 1 1に対応する本発明の振れの振動抑制法を適用した場合のトロリ台車の運転を示している。ここで、吊荷の振れが十分に抑制され、従来例で示した図 1 1の特性に比べてトロリ台車の安定した可変速特性を示していることがわかる。

〔產 a の利用可能性〕

本発明は、ト口リ一台車を駆動する走行装置と卷上装置を備えた懸垂式クレーンゃ、ロープトロリ駆動方式による横行装置と卷上機を有するコンテナクレーン等を自動運転する分野に利用できる。

Claims

請求の範囲

1. トロリ一台車を走行駆動する走行用電動機と、前記走行用電動機の速度検出器により検出した走行用電動機速度帰還信号 (NMPB ) と前記走行用電動機の速度指令器の出力の速度指令信号（N_RP。）との偏差信号から比例および積分器または比例ゲインのみを持つ速度制御器によりトルク指令信号 (TRP) を演算し、前記トルク指令信号（T_RP) に従って走行用電動機のトルクを制御することにより電動機の速度を制御する制御機能を備えた走行駆動制御装置と、前記卜口リー台車に設けた卷上機を «Iする巻上電動機と、前記卷上機によって巻き上げる口ープの先端に吊荷を吊り下げる吊具と、前記卷上電動機の駆動制御装置とを有する想垂式クレーンの振れ止め制御方法において、

前記吊具に取りつけた走行方向速度検出器により検出した吊荷の走行方向の速度 V_LBと、設定したダンピング係数（S) と、前記走行速度指令信号（N_RJT0 ) と、前記電動機速度帰還信号 (NMPB ) と、前記卷上電動機の速度検出器から得られる卷上ドラムから吊荷までの Π—プ長さ測定値 (L ) とから、次式、 ERRI

/S "NMPB /S - {26/ (V_R 0)_B ) } VLB

ただし、 ω_Β = (g/L_B ) 2 ,

V_R は走行用電動機定格速度に対応するトロリ台車速度、

gは重力の加速度、 sはラプラス演算子、

の演算を行って、吊荷の振れを抑制するトロリ台車の最適走行位置からの位置誤差（E_RR1 ) を求め、前記位置誤差信号 (E_RR1 ) を比例積分増幅器または比例増幅器により増幅して得られた速度捕正信号（N_RPDP) を、前記速度指令器より出力される速度指令信号 (NRPO ) に加算し、前記位置誤差信号 (E_RR1 ) が 0 に近づくように補正した走行速度指令信号（N_RP1 ) に従って、前記走行用電動機の速度制御器により前記走行用電動機の速度を制御することによって、吊荷の振れ運動にダンビング要素を生成することを特徵とするクレーンの振れ止め制御方法。

2. 前記請求項 1に記載の吊具に取りつけた走行方向速度検出器により検出した吊荷の走行方向速度信号 (VLB) の代わりに、前記吊具上に取りつけた吊荷の走行方向加速度検出器の検出信号（な _VL) を時間積分することによって得られた速度信号（V_LB1 ) を用いて吊荷の振れを抑制するトロリ台車の最適走行位置からの位置誤差 (E_RRL ) を演算する請求項 1記載のクレーンの振れ止め制御方法。

3. 前記請求項 1に記載の吊具に取りつけた走行方向速度検出器により検出した吊荷の走行方向速度信号（V_LB) の代わりに、前記電動機速度帰還信号（N_MFB ) とロープ振れ角検出器により検出した振れ角信号 (Θ ) と前記巻上電動機の速度検出器から得られる卷上ドラムから吊荷までのロープの長さ測定値 (LB ) から、次式、

の演算を行って得られた速度信号 V_LB2 を用いて、吊荷の振れを抑制するトロリ台車の最適走行位置からの位置誤差 (E_RR1 ) を演算する請求項 1記載のクレーンの振れ止め制御方法。

4. 前記走行電動機の運転伏憨に応じて、複数のダンピング係数設定値の中から、任意にいずれか一つに切り替えて選択した信号を 1次遅れ要素を介して生成し、その信号を最終的なダンビング係数設定値とする請求項 1から 3までのいずれか 1項に記載のクレーンの振れ止め制御方法。