WO2007094190A1 - 吊荷振れ止め装置 - Google Patents

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WO2007094190A1
WO2007094190A1 PCT/JP2007/051938 JP2007051938W WO2007094190A1 WO 2007094190 A1 WO2007094190 A1 WO 2007094190A1 JP 2007051938 W JP2007051938 W JP 2007051938W WO 2007094190 A1 WO2007094190 A1 WO 2007094190A1
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speed
command
torque
load
signal
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English (en)
French (fr)
Inventor
Masao Ikeguchi
Naotake Shibata
Hajime Hasegawa
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/04—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
    • B66C13/063—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/22—Control systems or devices for electric drives

Definitions

  • the present invention relates to a suspended load restraining device that suppresses swinging of a load during a transverse operation such as an unloader or an overhead crane that transports raw materials from a ship loaded with iron ore or coal stopped at a quay, for example. It is about.
  • FIG. 8 is a block diagram of the travel drive control device 220 described in Patent Document 1.
  • the speed command signal of the speed commander 221 is input to the linear commander 222, and the ramp-shaped speed command N is obtained.
  • the actual deflection angle detected by the rope deflection angle detector 229 is obtained.
  • ⁇ is the damping factor
  • g is the gravitational acceleration (9.8 mZs 2 )
  • V is the trolley carriage speed (mZs).
  • Le is the measured hoisting rope length (m)
  • the damping compensation signal N obtained in this way is used as the speed command N force.
  • Speed command signal N is obtained when RFDP RF0 decreases. The obtained speed command signal N and speed test
  • F1 RF1 Deviation from speed feedback signal N detected by output 226 is set to proportional gain A and time constant.
  • the speed command signal T is controlled by the first-order lag time constant ⁇ .
  • the torque is input to the machine torque controller 224, and the torque T of the traveling motor is controlled to control the speed of the traveling motor.
  • speed feedback signal N generates the rotation speed N of the motor via the primary delay element 226.
  • Made. 225 is a block representing the mechanical time constant ⁇ of the electric motor for running
  • ⁇ is the motor speed (p. U).
  • 227 is a block representing a motion model of the rope swing angle, and 228 is a block representing a motor load torque T (p.u) model.
  • the deflection angle calculator 238 has a speed feedback signal N and a torque command signal from the first-order lag element 226.
  • 2 S gZ (co -V) is added to the rope deflection angle detection signal or the signal obtained by the rope deflection angle estimation calculation for container cranes, etc.
  • Le is the measured hoisting rope length (m)
  • V is the trolley stand corresponding to the motor rated speed
  • the speed control is executed by using the value obtained as a result of the new speed command N.
  • Patent Document 1 US Pat. No. 5,495,955 specification
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 3173007
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-187380
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and in unloaders and some overhead cranes that hardly change the weight of a suspended load, a complicated calculation for removing a resistance component can be performed. It is possible to achieve the same control as the conventional force, and without calculating the runout angle ⁇ e, the runout frequency coe is not computed.
  • the purpose is to provide a suspended load steadying device that does not require measurement and can obtain the same control effect as the deflection angle damping control method, and makes the control setup extremely easy.
  • the invention of the suspended load steadying device according to claim 1 is for a trolley truck equipped with a lifting motor and a traveling motor for winding a rope having a bucket attached to the tip.
  • a suspended load steadying device that includes a speed pattern generation circuit that creates a speed command, a speed control device that outputs a torque command based on the speed command, and a primary delay circuit that inputs the torque command.
  • a torque command filter that outputs a torque command; a load torque observer that inputs and outputs the torque command that is output from the speed control device; and that outputs a torque that is applied to the trolley truck; and an output of the load torque observer
  • a suspended load steadying device that outputs a value obtained by adding a load torque estimation signal that is an output of the torque command filter, the load torque estimation signal force Fixed or corresponding to a signal T HPF for removing the low frequency components Roh, and I-pass filter, the high
  • a deflection angle calculator that outputs a calculated value ⁇ e, and a damping compensation signal N obtained by performing damping compensation on the deflection angle estimation calculation value ⁇ e is generated by the speed pattern generation circuit.
  • the value obtained by subtracting the degree command force is used as the input of the speed control device.
  • the invention according to claim 2 is the suspended load steadying device according to claim 1, wherein the deflection angle calculator coefficient of the deflection angle calculator is F g) [here
  • the invention according to claim 3 is the suspension device according to claim 1, wherein the damping compensation signal N 1S
  • N Calculated deflection angle ⁇ ⁇ ⁇ 2 ⁇ 8 / ( ⁇ V) [where ⁇ is the damping coefficient, g
  • V is the trolley truck speed (mZs corresponding to the motor rated speed)
  • co e is the rope runout frequency
  • co e (g / le) 1/2 (rad / s)
  • le is the measured hoisting rope length (m)] .
  • the invention of the suspended load steadying device provides a suspended load steadying device for a trolley truck including a lifting motor and a traveling motor for winding a loop having a packet attached to a tip.
  • a speed pattern generating circuit for generating a speed command, a speed control device for outputting a torque command based on the speed command, and inputting the torque command and outputting a torque command by a primary delay circuit
  • a torque command filter for generating a speed command
  • a load torque observer that inputs the torque command, which is an output of the speed control device (14), and estimates and outputs a load torque applied to the trolley carriage, and an output of the load torque observer
  • a load torque estimation signal force or a resistance corresponding to the resistance is output.
  • a Heino pass filter which outputs the signal T HPF for removing the low frequency Ingredient, the high-pass fill
  • the damping compensation signal differs from the speed command N created by the speed pattern generation circuit.
  • the value obtained by subtracting RF0 is used as the input of the speed control device.
  • the swing angle ⁇ e is calculated from the load torque as a new control device that is controlled based on the swing angle damping control technique described in Patent Document 1.
  • FIG. 1 is an equipment outline diagram of an unloader as an example of the present invention.
  • FIG. 2 A model of hanging load deflection angle.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a control principle according to the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the control principle described in Patent Document 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an unloader facility as an example targeted by the present invention.
  • T is a trolley truck
  • A is land
  • B is sea
  • H is hopper
  • SP is ship
  • BK bucket
  • S is sea
  • L is land
  • D is raw material.
  • an unloader is installed on land L facing the sea S, and a trolley truck T is provided at a predetermined height for the land L force so that the built-in motor can reciprocate horizontally between the sea and the land. It is summer.
  • the trolley truck T is also equipped with a rope hoisting motor, and a packet ⁇ is attached to the tip of the rope.
  • the carriage moves over the ship SP berthed on the land, unloads the packet dredge, charges the ship's cargo D with the packet dredge, winds up the rope to raise the packet dredge and moves from the sea S to the land L Then, move to the hopper ⁇ on land, drop the raw material D into the hopper ⁇ , and then the cart moves the packet ⁇ from the land L to the sea S and rolls down the rope to lower the raw material D of the ship SP. Crawling again. This is repeated below.
  • the packet attached to the rope swings as the carriage moves.
  • Fig. 2 shows a model of the swing angle of the suspended load in this case.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a load torque model and a trolley truck load torque model in the control principle diagram of the present invention.
  • 1 is a controller for controlling the suspension of suspended loads according to the present invention
  • 2 is a suspended load motion model
  • 3 is a trolley truck load torque model
  • 4 is a torque command T ( p.u) and speed feedback signal N (p.u)
  • Speed pattern generator, 12 is the speed command created from the speed pattern generator N
  • Torque command filter 17 is the torque command T (p.u) after the torque command filter
  • 18 is the motor command
  • 21 is the load torque T (p.u)
  • 31 is the load torque estimation signal T (p.u)
  • 32 is the primary or
  • Is a second-order high-pass filter 33 is a deflection angle calculator, 34 is a deflection angle estimation calculation value 0 e (rad), 35 is a damping compensation gain G, and 36 is a damping compensation signal N (p.u).
  • the tension F of the hoisting rope is
  • the traverse carriage resistance F caused by the vertical component of F and the trolley carriage weight M is
  • Fig. 3 the system is approximated to a one-inertia model in which a motor and a trolley carriage are integrated, and the torsional vibration suppression device in the motor speed control system described in Patent Document 2 and the load by the torsional vibration suppression device described in Patent Document 3 Applying a primary or secondary HPF (high-pass filter) 32 to the signal T 31 that detects the overload on the trolley truck using a torque observer.
  • HPF high-pass filter
  • the equipment constant of the unloader system is 1 >> 4 for AC / B 2
  • the second term of the resistance is eliminated by passing the primary or secondary HPF (high pass filter) 3 2.
  • the gain obtained by the new method is multiplied by the compensation signal
  • NRPDP 3 6 is generated.
  • N G ⁇ ⁇ HPF
  • N 13 is generated by reducing the signal N force generated by the speed pattern generation circuit 11.
  • Stabilization control can be realized by executing speed control with N 13 as a command c
  • ⁇ is a control constant that is used by switching a value determined in accordance with the operation pattern so as to achieve a stable steady state. That is, the value in parentheses after the change is a value that changes during driving .
  • the suspended load M varies between land and sea.
  • Figures 4 to 7 show the results of examining the steady-state control effect of the above equipment using this method by incorporating a crane model by simulation.
  • A is on land, B is sea, Pt is cart position, Pm is hanging position, N is
  • the rough specification is an example of the weight of the packet + raw material is about 40 tons, the traverse speed is about 180mZ, and the traverse distance is about 33m.
  • Figure 4 shows the relationship between the cart position Pt (dotted line) and the suspended load position Pm (solid line) when there is no steady rest control.
  • the vertical axis shows the position of the hopper center from the hopper center 0 when the center position of the hopper (hopper center) in FIG. 1 is 0 (coordinates (c, 0) of the trolley truck in FIG. 2).
  • the plus side indicates the direction from the origin to the sea side
  • the minus side indicates the direction from the origin force to the land side.
  • the horizontal axis is the time shift.
  • FIG. 5 shows the speed command (thick line) and the deflection angle ⁇ (thin line) in Fig. 2 at that time.
  • the vertical axis shows the angle (degrees) and the horizontal axis shows the time transition (seconds).
  • the deflection angle ⁇ is also oscillating greatly (maximum + 41 ° to 44 °).
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the carriage position Pt (dotted line) and the suspended load position Pm (solid line) when the steadying control according to the present invention is performed.
  • the vertical axis shows the distance (m) between the carriage and the suspended load from the hopper center 10.
  • the plus side shows the direction from the origin to the sea
  • the minus side shows the direction from the origin to the land side.
  • the horizontal axis is the time transition.
  • the suspended load solid line
  • the trolley diagram dotted line
  • the shaking is very small.
  • Fig. 7 shows the speed command (thick line) and the deflection angle ⁇ (thin line) in Fig. 2 at that time.
  • the vertical axis shows the angle (degrees) and the horizontal axis shows the time transition (seconds). It can be clearly seen that damping is effective at the deflection angle ⁇ , and the steadying control according to the present invention works effectively!
  • the frequency o e of the shake without estimating the shake angle ⁇ e is
  • the damping compensation gain G is determined according to the operation pattern, and the steadying control is performed.
  • the suspended load steadying device of the present invention is suitable for an unloader, an overhead crane, or the like that is required to suppress the swinging of the load in a transverse operation.

Abstract

　まさつ抵抗分除去のための複雑な演算を必要としない吊荷振れ止め装置を提供する。 　速度指令を基にしてトルク指令を出力する速度制御装置（１４）と、トルク指令フィルタ（１６）と、負荷トルクを推定する負荷トルクオブザーバ（４）と、負荷トルク推定信号をトルク指令フィルタ（１６）の出力に加えた値を出力する吊荷振れ止め装置において、負荷トルク推定信号からまさつ抵抗分を除去した信号TRFLHPFを出力するハイパスフィルタ（３２）と、出力信号TRFLHPFに振れ角演算器係数を乗じた振れ角推定演算値θeを出力する振れ角演算器（３３）と、を備えて、振れ角推定演算値θeにダンピング補償をしたダンピング補償信号ＮRFDPを速度パターン発生回路（１１）の創出した速度指令から差し引いた値を速度制御装置（１４）の入力とした。

Description

吊荷振れ止め装置
技術分野
[0001] 本発明は、例えば岸壁に停留した鉄鉱石や石炭などを積載した船から原料を運び 出すアンローダや天井クレーン等の横行運転にぉ 、て荷の振れを抑制する吊荷振 れ止め装置に関するものである。
背景技術
[0002] 吊荷の従来の振れ止め制御技術としては、例えば、特許文献 1記載の「振れ角ダン ビング制御方式」がある。
図 8は特許文献 1記載の走行駆動制御装置 220のブロック図である。
速度指令器 221の速度指令信号が直線指令器 222に入力されてランプ状の速度 指令 N が得られる。また、ロープの振れ角検出器 229により検出した実測の振れ角
RF0
Θと、ロープ振れ角演算器 238により演算された振れ角 E Θのいずれかが切換えスィ ツチ 239の選択により選ばれる。そこで、ロープ振れ角演算器 238により演算された 振れ角 E Θを用いると、ダンピング補償信号 N は、
RFDP
N =振れ角演算値 Ε Θ X 2 S gZ ( o V )
RFDP e R
ここで、 δはダンピング係数、 gは重力加速度（9. 8mZs2)、
Vはモータ定格速度に相当するトロリ台車速度 (mZs
R )、
ω eはロープの振れの周波数で、 ω e = (g/Le) 1/2 (rad/s)、
Leは測定された巻き上げロープ長 (m)、
である。
そこで、このようにして得られたダンピング補償信号 N を先の速度指令 N 力
RFDP RF0 減ずると速度指令信号 N が得られる。そこで得られた速度指令信号 N と速度検
F1 RF1 出器 226により検出した速度帰還信号 N との偏差を、比例ゲイン Aおよび時定数
FB
τ の積分器を持つ速度制御器 223に入力して増幅し、トルク指令信号 Τ を出力
Is RF する。
さらに、速度指令信号 T を 1次遅れ時定数 τ にて電動機トルクを制御する電動 機トルク制御器 224に入力し、走行用電動機のトルク T を制御し、走行用電動機の 速度を制御する。
なお、速度帰還信号 N は電動機の回転速度 Nを 1次遅れ要素 226を介して生
FB
成したものである。 225は走行用電動機の機械的時定数 τ を表すブロックであり、
Ν は電動機の速度 (p. u)である。 227はロープの振れ角の運動モデルを表すブロ ック、 228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。ロープ振 し
れ角演算器 238には、 1次遅れ要素 226からの速度帰還信号 N とトルク指令信号
FB
T と卷上重量測定値 m とが入力され、特許文献 1記載の数式を用いて振れ角 E 0
RF LE
が演算される。
以上のように、コンテナクレーン等ではロープ振れ角検出信号、またはロープ振れ 角推定演算によって求めた信号に 2 S gZ( co -V )
e R
[ただし、ここで δはダンピング係数、 gは重力加速度（9. 8mZs2)、
ω eはロープの振れの周波数で、 ω e = (g/Le) 1/2 (rad/s)、
Leは測定された巻き上げロープ長 (m)、 Vはモータ定格速度に相当するトロリ台
R
車速度 （mZs) ]を乗じた値を、直線指令器 222を通った速度指令 N から減ずる
RF0
ことによって得られた値を新たな速度指令 N として速度制御を実行することによつ
RF1
て実現されている。
し力しながら、一般にアンローダや天井クレーンにおいては設備の構造上、振れ角 検出器 229の設置が困難であった。
また、ロープ振れ角の演算の際にまさつ抵抗分除去演算のため台車や吊荷の重量 およびまさつ係数を必要としたり、計算が煩雑であった。
また、角周波数 co eを求めるために巻き上げロープ長 Lの測定が必要であり、やは
e
り計算が煩雑であった。
そこで、運転パターンがほぼ決まっており、吊荷の重量変ィ匕も殆どないアンローダ や一部の天井クレーンにおいては、より計測項目の少ない簡易でかつ調整の容易な 振れ止め制御が望まれて ヽた。
特許文献 1：米国特許第 5495955号明細書
特許文献 2：特許 3173007号公報 特許文献 3 :特開 2004— 187380号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 本発明は上記課題を解決するためになされたもので、吊荷の重量変化も殆どない アンローダや一部の天井クレーンにお 、て、まさつ抵抗分除去のための複雑な演算 を必要とせずに、し力も従来同等の制御を実現することができ、また、振れ角 Θ eを推 定演算することなぐさらに振れの周波数 co eを演算することもない、従って巻き上げ ロープ長 leを測定することも不要でし力も振れ角ダンピング制御方式と同等の制御効 果を得ることができ、制御のセットアップが極めて容易となる吊荷振れ止め装置を提 供することを目的としている。
課題を解決するための手段
[0004] 上記課題を解決するため、請求項 1記載の吊荷振れ止め装置の発明は、先端にバ ケットを取り付けたロープを巻き付ける卷上用モータおよび走行用モータを備えたトロ リ台車用の吊荷振れ止め装置であって、速度指令を創出する速度パターン発生回 路と、前記速度指令を基にしてトルク指令を出力する速度制御装置と、前記トルク指 令を入力して一次遅れ回路によるトルク指令を出力するトルク指令フィルタと、前記 速度制御装置の出力である前記トルク指令を入力して前記トロリ台車に力かる負荷ト ルクを推定し出力する負荷トルクオブザーバと、前記負荷トルクオブザーバの出力で ある負荷トルク推定信号を前記トルク指令フィルタの出力に加えた値を出力する吊荷 振れ止め装置において、前記負荷トルク推定信号力 まさつ抵抗に相当する固定ま たは低周波成分を除去した信号 T HPFを出力するノ、ィパスフィルタと、前記ハイ
RFL
パスフィルタ力 の出力信号 T HPFに振れ角演算器係数を乗じた振れ角推定演
RFL
算値 Θ eを出力する振れ角演算器と、を備え、前記振れ角推定演算値 Θ eにダンピン グ補償をしたダンピング補償信号 N を前記速度パターン発生回路の創出した速
RFDP
度指令力 差し引いた値を前記速度制御装置の入力としたことを特徴としている。 請求項 2記載の発明は、請求項 1記載の吊荷振れ止め装置において、前記振れ角 演算器の振れ角演算器係数が F g) [ここ
R Z(M で、 Fは定格負荷、 Mは吊荷重量 B R B
、 gは重力加速度（9. 8mZs2) ]であることを特徴としている。 請求項 3記載の発明は、請求項 1記載の吊荷振れ止め装置にお!、て、 前記ダンピング補償信号 N 1S
RFDP
N =振れ角推定演算値 θ θ Χ 2 δ 8/ ( ω V ) [ここで、 δはダンピング係数、 g
RFDP e R
は重力加速度（9. 8mZs2)、 Vはモータ定格速度に相当するトロリ台車速度 (mZs
R
) , co eはロープの振れの周波数で、 co e= (g/le) 1/2 (rad/s)、leは測定された卷 き上げロープ長 (m) ]であることを特徴としている。
[0005] また、請求項 4記載の吊荷振れ止め装置の発明は、先端にパケットを取り付けた口 ープを巻き付ける卷上用モータおよび走行用モータを備えたトロリ台車用の吊荷振 れ止め装置であって、速度指令を創出する速度パターン発生回路と、前記速度指令 を基にしてトルク指令を出力する速度制御装置と、前記トルク指令を入力して一次遅 れ回路によるトルク指令を出力するトルク指令フィルタと、前記速度制御装置（14)の 出力である前記トルク指令を入力して前記トロリ台車に力かる負荷トルクを推定し出 力する負荷トルクオブザーバと、前記負荷トルクオブザーバの出力である負荷トルク 推定信号を前記トルク指令フィルタの出力に加えた値を出力する吊荷振れ止め装置 において、前記負荷トルク推定信号力 まさつ抵抗に相当する固定または低周波成 分を除去した信号 T HPFを出力するハイノ スフィルタを備え、前記ハイパスフィル
RFL
タカ の出力信号 T HPFに前記速度パターン発生回路の創出する速度指令の速
RFL
度パターンの各領域によって決められたダンピング補償ゲイン G を乗じて生成した
DP
ダンピング補償信号を前記速度パターン発生回路の創出した速度指令 N から差
RF0 し引 、た値を前記速度制御装置の入力としたことを特徴として 、る。
発明の効果
[0006] 以上のように、請求項 1〜3記載の発明によれば、特許文献 1記載の振れ角ダンピ ング制御技術に基づいて制御する新制御装置として、負荷トルクから振れ角 Θ eを演 算する際、まさつ抵抗分除去のための複雑な演算を必要とせずに、従来技術と同等 の制御を実現することができる。
さらに、請求項 4記載の発明によれば、振れ角 Θ eを推定演算することなぐまた振 れの周波数 co e= (g/le) 1/2を演算することもなぐ従って巻き上げロープ長 leを測 定することも不要であり、運転パターンに合わせてダンピング補償ゲイン G を決定し て振れ止め制御をおこなうことにより、振れ角ダンピング制御方式と同等の制御効果 を得ることができ、制御のセットアップが極めて容易となる。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1]本発明が対象の 1例としているアンローダの設備概要図である。
[図 2]吊荷振れ角のモデル図である。
[図 3]本発明に係る制御原理を説明する図である。
[図 4]振れ止め制御なしの吊荷位置シミュレーションである。
[図 5]振れ止め制御なしの振れ角シミュレーションである。
[図 6]振れ止め制御ありの吊荷位置シミュレーションである。
[図 7]振れ止め制御ありの振れ角シミュレーションである。
[図 8]特許文献 1記載の制御原理を説明する図である。
符号の説明
[0008] 1 振れ止め制御のコントローラ
2 吊荷の運動モデル
3 トロリ台車負荷トルクモデル
4 負荷トルクオブザーバ
11 速度パターン発生回路
12 速度パターン発生回路力 創出された速度指令 N (p. u)
RFO
13 振れ止めダンピング補償信号を加味した速度指令 N (p. u)
RF1
14 IPまたは PI制御による速度制御回路
15 速度制御回路により創出されたトルク指令 T (p. u)
RFO
16 一次遅れ回路によるトルク指令フィルタ
17 トルク指令フィルタ後のトルク指令 T (p. u)
RF1
18 モータ +トロリ台車の慣性
19 速度フィードバック信号 N (p. u)
FB
20 振れ角 Θ (rad)
21 負荷トルク T (p. u)
し
31 負荷トルク推定信号 T (p. u) 32 一次または二次のハイパスフィルタ
33 振れ角演算器
34 振れ角推定演算値 0 e (rad)
35 ダンピング 償ゲイン G
DP
36 ダンピング 償信号 N (p. u)
RFDP
A 陸行き
B 海行さ
BK パケット
D 原料
H ホッパ
L 陸
S 海
SP 船
τ トロリ台車
le 卷上ロープ長測定値
M 卷上重量
B
Pm 吊荷位置
Pt 台車位置
N 速度指令
RF
発明を実施するための最良の形態
[0009] 以下に、主としてアンローダ設備を例として図面を基に説明する。
実施例 1
[0010] 図 1は、本発明が対象とする 1例としてのアンローダの設備概要図である。
図 1において、 Tはトロリ台車、 Aは陸行き、 Bは海行き、 Hはホッパ、 SPは船、 BK はバケツト、 Sは海、 Lは陸、 Dは原料である。
図において、海 Sに面した陸 Lにアンローダが設置されており、陸 L力も所定高さに トロリ台車 Tが設けられ、内蔵のモータによって海上と陸上との間を水平に往復運動 できるようになつている。 トロリ台車 Tにはまたロープ巻き上げモータが取り付けられていて、そのロープの先 端にパケット ΒΚが取り付けられて 、る。
台車は陸に接岸した船 SPの上まで移動しパケット ΒΚを降ろして船の積荷である原 料 Dをパケット ΒΚで掬ったあと、ロープを巻き上げてパケット ΒΚを引き上げると共に 海 Sから陸 Lへ移動して、陸上のホッパ Ηのところまで移動し、ホッパ Ηに原料 Dを落 とし、その後、台車がパケット ΒΚを陸 Lから海 Sへ移動させると共にロープを巻き下ろ して船 SPの原料 Dを再び掬い上げる。以下、これを繰り返す。
このような装置においてロープに取り付けられたパケットは台車の移動と共に振れる こととなる。
図 2はこの場合の吊荷の振れ角のモデル図を示している。
図 2にお!/、て、アンローダのクレーン支柱とトロリ台車のレールとの交点を原点 0とし 、トロリ台車 Τの現在位置を c、巻き上げロープの長さを l (m)、パケットの位置を (x、 y )、振れ角を 0 (md)、吊荷の質量を M (Kg)とすると、
B
x=c— lsm θ
y=— lcos Θ
となる。
図 3は本発明の制御原理図における負荷トルクモデルおよびトロリ台車負荷トルク モデルを説明する図である。
図において、 1は本発明に係る吊荷振れ止め制御を行うコントローラ、 2は吊荷の運 動モデル、 3はトロリ台車負荷トルクモデル、 4は本来の負荷トルクセンサの代わりに、 トルク指令 T (p. u)と速度フィードバック信号 N (p. u)から負荷トルク推定信号 T
RFO FB
(p. u)を推定する負荷トルクオブザーバ、 11は速度指令 N (p. u)を発生する
RFL RF0
速度パターン発生回路、 12は速度パターン発生回路から創出された速度指令 N
RF0
(p. u)、 13は振れ止めダンピング補償信号を加味した速度指令 N (p. u)、 14は
RF1
速度パターン発生回路 11から創出された速度指令 N (p. u)から速度フィードバッ
RF0
ク信号 N (p. u)および本発明により得られるダンピング補償信号 N (p. u)との
FB RFDP
差分を基に IPまたは PI制御によりトルク指令 T (p. u)を出力する速度制御回路、 1
RF0
5は速度制御回路により創出されたトルク指令 T (p. u)、 16は一次遅れ回路によ るトルク指令フィルタ、 17はトルク指令フィルタ後のトルク指令 T (p. u)、 18はモー
RF1
タ +トロリ台車の慣性、 19は速度フィードバック信号 N (p. u)、 20は振れ角 Θ (rad
FB
)、 21は負荷トルク T (p. u)、 31は負荷トルク推定信号 T (p. u)、 32は一次また
L RFL
は二次のハイパスフィルタ、 33は振れ角演算器、 34は振れ角推定演算値 0 e(rad) 、 35はダンピング補償ゲイン G 、 36はダンピング補償信号 N (p. u)である。
DP、 RFDP
吊荷振れの振動運動モデル式は公知の（1)式で与えられる。（図 3の 2参照） [数 1]
Figure imgf000010_0001
また、吊荷による横行トロリの負荷モデルを求める。
卷上げロープの張力 F は、
[数 2]
Figure imgf000010_0002
(2
Figure imgf000010_0003
ここで Θは小さいので s i n S ^ S、 c o s S ^l としている (
また、 ロープ長変化の加速度は小さいので丄は無視する。
g
F の水平方向の成分 F は
F -t sm θ =F Θ (3)
TH LT
F の鉛直方向成分とトロリ台車重量 M によって生じるトロリ台車の横行まさつ抵抗 F は
TF
F = μ (F cos0 +Μ g) = ^ (F +M g) (4)
TF LT T LT T
よって負荷トルク Tは、定格負荷を Fとすると
L R
F T =F +F
=F θ + μ (¥ +Μ g) (5)
LT LT
(5)式により負荷トルクには振れ角 Θに比例する成分が含まれていることが分かる。 従って負荷トルクを検出できれば振れ角 Θに比例する成分をもつ信号を扱うことがで きる。
図 3において、系をモータとトロリ台車を一体とした一慣性モデルに近似し、特許文 献 2記載の電動機速度制御系におけるねじり振動抑制装置、ならびに特許文献 3記 載のねじり振動抑制装置による負荷トルクオブザーバを応用し、トロリ台車にかかる吊 荷過重を検出した信号 T 31に一次または二次の HPF (ハイパスフィルタ） 32を施
RFL
してまさつ抵抗 F に相当する固定または低周波成分を除去する。
TF
(5)式で T =T とおくと
L RFL
F T =F +F
F θ μ (F +Μ g)
LT T
(6)式に（2)式を代入して整理すると
[数 3]
Figure imgf000011_0001
で
Λ =
g
Figure imgf000011_0002
とすると
n _ -B+B^\- AC/B2
2A
アンローダシステムの設備定数では 1 >>4AC/B2のため
-B + BW-2ACIB2)
Θ
2A
C
B
Figure imgf000011_0003
s [0016] 分母の第 2項は 1に比べて極めて小さ 、ため無視する c
よって
[数 4]
Figure imgf000012_0001
(8)式を変形すると
Τ = (9)
F,
上述したように一次または二次の H P F (ハイパスフィルタ） 3 2を通すこと によりまさつ抵抗分の第 2項は除去されるので
Figure imgf000012_0002
ここで
T HPF
は HPFを通したあとの信号を表す。
[数 5]
よって振れ角演算値を とすると 式で求めることができる ( θ = ( で 演算器 3 3に相当する c
Figure imgf000012_0003
2Sg
こうして新方式により得られた を乗 補償信号
NRPDP 3 6を生成する。
Figure imgf000012_0004
[0018] これをもとの速度指令 Ν 力 差し引いて生成した Ν を指令とした速度制御を実
RFO RF1
行することにより振れ止めを実現することができる。すなわち特許文献 1で公知の式 [数 6]
Figure imgf000012_0005
を実現する。
(ここで δはダンピング係数、 gは重力加速度 （9. 8m/ s 2) 、 weはロー プの振れの周波数
Figure imgf000012_0006
a dZs)、 は測定された巻き上げロープ長（m)、 V„はモータ定格速度に相当するトロリー台車速度 （mZ s ) ) これは、特許文献 1において数種類の方式が示されているが、この振れ角ダンピン グ制御方式に基づ 、たもう 1種類の方式を追加したことになる。
なお、一方、（10)式を利用し新たな制御方式を構築することができる。
すなわち、 T HPFに速度パターンの各領域によって決められたダンピング補償
RFL
ゲイン G 35を乗じて創出したダンピング補償信号、
DP
即ち、 N = G ·Τ HPFを、
RFDP DP RFL
速度パターン発生回路 11により作られた信号 N 力 減じて N 13を作る。この
RF0 RF1
N 13を指令とした速度制御を実行することにより振れ止め制御を実現できる c
RF1
これは以下のことによってその妥当性を示すことができる。
N = G T HPFであるので（10)式より
RFDP DP RFL
[数 7]
Figure imgf000013_0001
一方、特許文献 1記載の振れ角ダンピング制御方式に示されるように振れ角ダンピ ング制御方式では振れ角検出器の信号または振れ角演算推定値 Θ e\Z
係数 δ、振れの周波数 ω e (rad/s)などから構成される関数を乗じた信号を N と
RFDP
して振れ止め制御を行って 、る。
：の場合の速度補正信号 N は（ 12)式より、
[数 8]
Figure imgf000013_0002
■で ω。 = =測定した巻き上げロープ長（m )
よって （1 2 ) 式と （1 4 ) 式を比較すると Θとして
Gn。 = ( 1 5
Figure imgf000013_0003
( 15)式の前の括弧内はアンローダの機械設備で決まる固定値であり、一方、振れの 角周波数 co e、吊荷重量 Mは変化する。
B
また、 δは安定な振れ止め状態となるように運転パターンに対応させて決めた値を 切り替えて使用する制御定数である。即ち後ろの括弧内は運転中変化する値である 。し力しながらアンローダ設備においては、吊荷重量 Mは陸行きと海行きで変化す
B
る程度である。また運転パターンもほぼ決まっており種類も少な 、。
よって、運転パターンによって G を運転パターンに応じて設定して制御すれば、
DP
特許文献 1記載の振れ角ダンピング制御方式と同等の振れ止め制御効果が実現で きる。
この場合、振れ角を推定演算することなぐまた振れの周波数 co eは、
[数 9]
= lie
を演算することもなく、 従って卷き上げロープ長 /eを測定することも不要である。
図 4〜図 7は、シミュレーションにてクレーンモデルを組み込み、この方式により上記 設備における振れ止め制御効果を検討した結果を示している。
図 4〜図 7において、 Aは陸行、 Bは海行、 Ptは台車位置、 Pmは吊荷位置、 N は
RF
速度指令である。
概略仕様はパケット +原料の重量約 40トン、横行速度約 180mZ分、横行距離約 33mの例である。
図 4は振れ止め制御なしのときの台車位置 Pt (点線）と吊荷位置 Pm (実線)の関係 を示す図である。図において、縦軸は図 1におけるホッパーの中心位置（ホッパーセ ンター、 Hopper Center)を 0 (図 2のトロリ台車のある座標（c、 0) )としたときのホッ パーセンター 0からの台車と吊荷のそれぞれの距離 (m)で、プラス側は原点から海 側へ、マイナス側は原点力もより陸側への向きを示している。また、横軸は時間の推 移である。
図で台車が陸上のホッパーセンターに向力つて移動しているとき、吊荷 (実線）は台 車の線図（点線)を中心に上下に振動しており、その揺れの大きさ (m)から、吊荷は ホッパ上を大きく（約 7m)行き過ぎ、また戻りの船上にても大きな残留振れ (約 10m) が持続して 、るのが判る。この状態は極めて危険である。
図 5は速度指令 (太線）とそのときの図 2の振れ角 Θ (細線)を示すもので、縦軸は角 度 (度）、横軸は時間の推移 (秒)を示している。振れ角 Θも大きく振動している（最大 で +41° 〜一 44° )ことが半 IJる。 [0023] これに対して、図 6は本発明に係る振れ止め制御を施したときの台車位置 Pt (点線 )と吊荷位置 Pm (実線)の関係を示す図である。図において、縦軸はホッパーセンタ 一 0からの台車と吊荷のそれぞれの距離 (m)で、プラス側は原点から海側へ、マイナ ス側は原点力もより陸側への向きを示している。また、横軸は時間の推移である。 図で台車が陸上のホッパーセンターに向力つて移動しているとき、吊荷 (実線）は台 車の線図（点線）にほぼ重なっており、揺れはとても小さい。吊荷はホツバで止まり行 き過ぎて、、な 、のが判る。また戻りの船上でもわずかな残留振れで納まって 、るのが 判る。
図 7は速度指令 (太線）とそのときの図 2の振れ角 Θ (細線)を示すもので、縦軸は角 度 (度）、横軸は時間の推移 (秒)を示している。振れ角 Θでダンピングがよく効いて おり本発明に係る振れ止め制御が有効に働!、て 、るのが顕著に分かる。
[0024] 以上のように、請求項 1〜3記載の発明によれば、特許文献 1記載の振れ角ダンピ ング制御方式に基づいて制御する新方式として負荷トルク力 振れ角 Θ eを演算する 際、まさつ抵抗分除去のための複雑な演算を必要とせず従来同等の制御を実現す ることがでさる。
さらに、請求項 4記載の発明によれば、振れ角 Θ eを推定演算することなぐまた振 れの周波数 o eは、
[数 10] を演算することもなく、 従って卷き上げロープ長 /eを測定することも不要である。
[0025] また、運転パターンに合わせてダンピング補償ゲイン G を決定して振れ止め制御
DP
をおこなうことにより振れ角ダンピング制御方式と同等の制御効果を得ることができ、 制御のセットアップが極めて容易となる。
産業上の利用可能性
[0026] 本発明の吊荷振れ止め装置は、横行運転において荷の振れを抑制することが求め られるアンローダや天井クレーン等に好適である。

Claims

請求の範囲
[1] 先端にパケットを取り付けたロープを巻き付ける卷上用モータおよび走行用モータ を備えたトロリ台車用の吊荷振れ止め装置であって、速度指令を創出する速度バタ ーン発生回路（11)と、前記速度指令を基にしてトルク指令を出力する速度制御装置 (14)と、前記トルク指令を入力して一次遅れ回路によるトルク指令を出力するトルク 指令フィルタ（16)と、前記速度制御装置（14)の出力である前記トルク指令を入力し て前記トロリ台車に力かる負荷トルクを推定し出力する負荷トルクオブザーバ (4)と、 前記負荷トルクオブザーバ (4)の出力である負荷トルク推定信号を前記トルク指令フ ィルタ（16)の出力にカ卩えた値を出力する吊荷振れ止め装置において、
前記負荷トルク推定信号力 まさつ抵抗に相当する固定または低周波成分を除去 した信号 T HPFを出力するハイパスフィルタ（32)と、前記ハイパスフィルタ（32)か
RFL
らの出力信号 T HPFに振れ角演算器係数を乗じた振れ角推定演算値 Θ eを出力
RFL
する振れ角演算器 (33)と、を備え、前記振れ角推定演算値 Θ eにダンピング補償を したダンピング補償信号 N を前記速度パターン発生回路（11)の創出した速度指
RFDP
令力 差し引いた値を前記速度制御装置（14)の入力としたことを特徴とする吊荷振 れ止め装置。
[2] 前記振れ角演算器 (33)の振れ角演算器係数は、
F Z (M g)
ここで、 Fは定格負荷、 Mは吊荷重量、 gは重力加速度（9. 8m/s )
R B
であることを特徴とする請求項 1記載の吊荷振れ止め装置。
[3] 前記ダンピング補償信号 N は、
RFDP
N =振れ角推定演算値0 6 2 3 87 ( 0> V )
RFDP e R
ここで、 δはダンピング係数、 gは重力加速度（9. 8mZs2)、
Vはモータ定格速度に相当するトロリ台車速度 (mZs)、
R
ω eはロープの振れの周波数で、 ω e = (g/le) 1/2 (rad/s)、
leは測定された巻き上げロープ長 (m)、
であることを特徴とする請求項 1記載の吊荷振れ止め装置。
[4] 先端にパケットを取り付けたロープを巻き付ける卷上用モータおよび走行用モータ を備えたトロリ台車用の吊荷振れ止め装置であって、速度指令を創出する速度バタ ーン発生回路（11)と、前記速度指令を基にしてトルク指令を出力する速度制御装置 (14)と、前記トルク指令を入力して一次遅れ回路によるトルク指令を出力するトルク 指令フィルタ（16)と、前記速度制御装置（14)の出力である前記トルク指令を入力し て前記トロリ台車に力かる負荷トルクを推定し出力する負荷トルクオブザーバ (4)と、 前記負荷トルクオブザーバ (4)の出力である負荷トルク推定信号を前記トルク指令フ ィルタ（16)の出力にカ卩えた値を出力する吊荷振れ止め装置において、
前記負荷トルク推定信号力 まさつ抵抗に相当する固定または低周波成分を除去 した信号 T HPFを出力するハイパスフィルタ（32)を備え、前記ノ、ィパスフィルタ（3
RFL
2)からの出力信号 T HPFに前記速度パターン発生回路（11)の創出する速度指
RFL
令の速度パターンの各領域によって決められたダンピング補償ゲイン G を乗じて生
DP
成したダンピング補償信号を前記速度パターン発生回路（11)の創出した速度指令 N 力 差し引いた値を前記速度制御装置（14)の入力としたことを特徴とする吊荷
RFO
振れ止め装置。
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