FI89349C - Foerfarande foer styrning av en kran - Google Patents

Description

89349 NOSTURIN OHJAUSMENETELMÄ

Keksinnön kohteena on vaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä nosturin siirtomoottorin ohjaamiseksi siten, että taakan heilahdus eliminoidaan.

5 Nostoköyden varassa liikkuvan taakan heilunta on merkittävä ongelma käytettäessä nosturia materiaalin käsittelyssä. Siirtoliikkeen aikana aiheuttavat siirtonopeuden muutokset taakkaan aina heilahduksen, jonka suuruus riippuu nostoköyden pituudesta ja nopeusmuutoksen suuruudesta. Taakan heilunnan 10 eliminointia on tutkittu paljon ja automaattisesti toimivia ratkaisuja on kehitetty. Esimerkkinä näistä viitataan patenttiin FI 44036 (B66c 13/06) ja konferenssijulkaisuun Electric

Energy Conference 1987, Adelaide, s 135-140. Yhteistä näille on, että nosturin siirtoliikkeen maalipiste on tiedossa jo 15 lähtöhetkellä. Siirtoliikkeelle lasketaan optimaalinen nopeus-profiili, jota noudattamalla liikkeen lopussa ei esiinny heilahtelua ja liikkeeseen käytetty aika on minimoitu.

Sellaisissa nosturikäytöissä, joissa nosturin käyttäjä ohjaa siirtoliikettä, heilahtelun vaimentaminen vastaavilla menetel-20 millä on mahdollista vain mikäli käyttäjä toimii määrättyjen ehtojen mukaisesti: - käyttäjä antaa yhden askelmaisen nopeusohjeen haluamaansa nopeuteen liikkeelle lähdettäessä, - käyttäjä pitää saman nopeusohjeen päällä vähintään taakan 25 korkeudesta riippuvan minimiajan, - käyttäjä poistaa nopeusohjeen askelmaisesti halutessaan pysäyttää taakan ja - käyttäjä ei tee uusia ohjausliikkeitä ennen kuin järjestelmä on pysäyttänyt liikkeen heilumattomaan tilaan.

30 Edellä esitetyn mukaista periaatetta voidaan parantaa myös muuttuvalla nopeusohjeella toimivaksi. Mikäli käyttäjän ohjausliikkeet sallivat eli mainitut ehdot toteutuvat, noudatetaan heilunnan minimoivaa "luonnollista ajokäyrää", joka määritellään viitteistä tunnetulla tavalla. Jos kuitenkin '35 käyttäjä tekee mielivaltaisia ohjausliikkeitä, tulee nosturin 2 89349 seurata niitä, koska käyttäjällä pitää olla paras mahdollinen ohjauskyky laitteeseen. Mielivaltaisten ohjausliikkeiden seurauksena ja käyttötilanteissa, joissa mainitut ehdot eivät ole täytetty, "luonnollinen ajokäyrä" ei enää voi toteutua. 5 Siirtoliikkeen aiheuttamaa heiluntaa ei siten saada kompensoitua.

Koska yleisessä, mielivaltaisessa tapauksessa ei voida pitää heiluntaa rajoitettuna (kompensoituna) siirtoliikkeen aikana, pyritään keksinnön mukaisesti minimoimaan heilunta pysähdyttä-10 essä. Tämän aikaansaamiseksi keksinnölle on tunnusomaista vaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt ominaispiirteet.

Keksinnön mukaisesti määritetään taakan heilahdusyhtälö edempänä, selityksen erityisessä osassa kuvatulla tavalla vaunun 15 kiihtyvyyden ja taakan köyden pituuden avulla. Tietyissä tapauksissa voidaan tehdä yksinkertaistavia oletuksia, jolloin yhtälöstä on laskettavissa suoraan heilahduskulma ja heilahduksen kulmanopeus. Mikäli oletukset eivät ole mahdollisia, ratkaistaan kyseiset suureet numeerisesti.

20 Keksinnön muita suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viitaten piirustuksiin, joissa - kuvio 1 esittää nosturin periaatteellista rakennetta, 25 - kuvio 2 esittää ajan funktiona taakan heilahduskulman, keksinnön mukaiset vaunun kiihdytysohjesignaalit ja niistä aiheutuvat heilahtelut ja - kuvio 3 esittää vaunun koko pysäytysohjauksen, taakan heilahtelun ja vaunun nopeuden ajan funktiona.

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti nosturin rakennetta, jossa vaunu 1 kannattaa köyden 2 varassa taakkaa 3. Vaunun siirto-liikettä ohjataan antamalla ohjauslaitteella siirtomoottorille n 30 3 89349 kiihdytysohje sinänsä tunnetulla tavalla. Vaunun 1 siirtoliikkeen nopeuden muutoksen johdosta taakka 3 heilahtaa pystysuorasta tasosta kulman Θ. Heilunta määräytyy nostoköyden 2 pituudesta 1 ja sen muutosnopeudesta 1' sekä vaunun 1 eli 5 köyden ripustuspisteen kiihtyvyydestä. Kun oletetaan, että heilahduskulmat ovat pieniä ja että heilahduksen vaimeneminen voidaan jättää huomiotta, heilunta voidaan riittävällä tarkkuudella kuvata matemaattisesti heilahdusyhtälöllä 1·θ" = - u - 2·θ'·1'- g·© (1), 10 jossa 1 on nostoköyden pituus, 1' on nostoköyden 1. derivaatta eli taakan nosto- tai laskunopeus, Θ on taakan heilahduskulma eli köyden poikkeama pystysuorasta tasosta, Θ' on heilahduskulman 1. derivaatta eli kulmanopeus, Θ" on heilahduskulman 2. derivaatta eli kulmakiihtyvyys, u on 15 ripustuspisteen kiihtyvyys vaakasuunnassa ja g on putoamis-kiihtyvyys.

Yhtälöstä (1) voidaan määrittää hetkellinen heilahduskulma ja heilahdusnopeus erilaisilla ajotavoilla vaunun kiihtyvyyden u ja nostoköyden pituuden 1 ollessa mielivaltaisia, jatkuvia ja 20 jatkuvasti derivoituvia ajan funktioita. Mikäli siirtoliikkeen kanssa samanaikaisesti suoritetaan myös taakan nosto tai lasku, ei yhtälö (1) ratkea aina suljetussa muodossa, mutta se voidaan ratkaista kuitenkin numeerisilla menetelmillä.

Jos nostonopeus 1' on pieni, voidaan heilahdusyhtälö (1) 25 yksinkertaistaa muotoon 1·θ" * - u - g·© (2).

Nostoköyden pituuden ja siirtovaunun kiihtyvyyden perusteella voidaan määritellä heilahdusaika T sekä heilahduskulma Θ ja heilahdusnopeus θ' ajan t funktiona. Kun nostoköyden pituus 1 ·*. 30 on vakio saadaan näille seuraavat arvot: 4 89349 Τ = 2·7Γ·ΓΤ/ςΓ (3) , θ = θ(t) = u/g *cos (J 1/g *t ) - u/g (4), Θ' = θ'(t) (5).

Kun heilahduskulma 8(t) määritetään erilaisille ajotilanteil-5 le, so. erilaisille vaunun kiihtyvyyksille u ja nostoköyden pituuksille 1, nähdään heilahduskulman määräytyvän kiihtyvyyden muutosten kumulatiivisesta vaikutuksesta. Nostoköyden pituus on mitattavissa useilla erilaisilla sinänsä tunnetuilla tavoilla.

10 Kun tunnetaan heilahduskulma ja heilahdusnopeus sekä vaunun kiihtyvyys, voidaan jokaisella ajan hetkellä t senhetkinen heilahtelun tila esittää muodossa Θ = A*cos (a+2»7r«t/T) + B (6), jossa a on vaunun kiihdytysohjausten aiheuttama vaihe-ero ja B 15 on vaunun kiihdytysohjeeseen verrannollinen vakio.

Keksinnön mukaisesti rajoitetaan yhtälön (6) mukainen heilunta nollaksi pysähtymishetkellä. Kun käyttäjä antaa pysäytyskäs-kyn, vaunun siirtomoottoria ohjataan siten, että vallitseva kokonaisheilahdus tulee eliminoiduksi. Pysäytyskäskynä voidaan 20 pitää nopeusohjeen viemistä nollaksi. Moottoria ohjataan pysäytyskäskyn jälkeen pysäytyksen ohjausjärjestelmän mukaisesti antamalla siirtomoottorille kiihdytysohjeet alla kuvatulla tavalla.

Jotta pysähdyskäskyn hetkellä vallitseva heilahdus saataisiin 25 kompensoitua, tulee antaa ohjaus, joka on heilahduksen amplitudiin A verrannollinen. Samanaikaisesti tulee vaunun siirto-liike hidastaa pysähdyksiin heilahduksettomasti.

Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi seuraavalla tavalla: - Valitaan ajan nollakohdaksi se ajan hetki, jolloin on lähde-30 tty ensimmäisen kerran liikkeelle kyseisen siirtoliikkeen 5 89349 aikana. Tällöin voidaan yhtälöstä (6) laskea heilahtelun vaihe.

- Pysäytyspyynnön antamisen jälkeen laitteisto valitsee vallitsevien rajoitusten puitteissa, so. sallittujen kiihty- 5 vyys-, momentti- ja nopeusrajoitusten rajoissa lyhyempään hidastusmatkaan johtavan, kahdesta ohjausvaihtoehdosta, jotka molemmat johtavat heilahtelun loppumiseen: - tehdään nosturin siirtovaunun nopeuteen A*g:n suuruinen kiihtyvyyden muutos hetkellä t' = (2η+1)·Τ/2 - 10 σ·Τ/(2·π) tai - tehdään nosturin siirtovaunun nopeuteen -A*g:n suuruinen kiihtyvyyden muutos hetkellä t" = η·Τ -σ·Τ/(2·ιτ) , jossa n= 0,1,2,3,... siten , että t' ja t" ovat suu- 15 rempia kuin vallitseva ajan hetki.

- Heilahduksen kumoamiseksi tehdyn kiihtyvyyden muutoksen kumoamiseksi tehdään ajan hetki lie t' (tai t") ja t' +T/2 (tai t" +T/2) sijoitetut -A»g/2:n (tai A«g/2:n) suuruiset kiihtyvyyden muutokset.

20 - Tämän lisäksi tehdään heilahtelun kompensoivien ohjausten kanssa samanaikaisesti sellaiset kiihtyvyyden muutokset, ettei niistä aiheudu heilahtelua ja jotka johtavat taakan pysähtymiseen.

Hidastusjakson aikainen kiihdytysprofiili saadaan mainittujen 25 kiihdytysohjausten summana ja niistä saadaan edelleen vaunun hidastusjakson nopeusprofiili ajan funktiona v = v(t).

Kuvioissa 2 ja 3 on esitetty heilahtelun vaimentaminen eräällä keksinnön mukaisella ohjauksella, jolloin vaunun nopeus pysäy-tyskäskyhetkellä tl on vl ja taakka heilahtelee suoritettujen ; 30 ohjausliikkeiden vuoksi. Kuviossa 2a on esitetty ajan funktio na siirtoliikkeen aikana syntynyt kokonaisheilahtelu sellaisena kuin se olisi ilman mitään ohjaustoimenpiteitä pysäytyskäs-kyhetken tl jälkeen. Kuvion 2a mukaisessa tapauksessa vaunun liikettä ei hetken tl jälkeen ole ohjattu mitenkään.

35 Heilahtelun kompensoivat ja liikkeen pysäyttävät kiihdytysoh-jaukset on kuvattu kuvioissa 2b, 2d ja 2f edellisen esimerkin mukaisesti. Vastaavasti kiihdytysohjausten aiheuttamat taakan 6 89349 heilahtelut on esitetty kuvioissa 2c, 2e ja 2g. Keksinnön mukaisesti annetaan hetkellä t3 taakan heilahtelun kompensoiva kiihdytysohjesignaali ui, joka on suuruudeltaan sellainen, että se kompensoi pysäytyskäskyhetkellä vallitsevan heilahte-5 lun. Tämä aiheuttaa taakkaan kuvion 2c mukaisen heilahtelun ajan funktiona. Hetkillä t3 ja t6=t3+T/2 muutetaan kiihdyty-sohjetta kiihdytysohjeen ui aiheuttaman kiihdytyksen kumoamiseksi kuvion 2d mukaisesti kiihdytysohjesignaalilla, jonka muutosten suuruus on puolet ui:n suuruudesta ja sen suhteen 10 vastakkaismerkkinen. Kuviossa 2e on kuvattu vastaavat heilahtelut .

Pysäytyskäskyhetkellä vallitsevan vaunun nopeuden pysäyttämiseksi annetaan hetkestä tl hetkeen t2 kestävä kiihdytysohje ja toinen samansuuruinen kiihdytysohje hetkestä t4 hetkeen t5 15 kuvion 2f mukaisesti. Kiihdytyksen muutoksia vastaavat heilah-telukomponentit on kuvattu kuviossa 2g.

Edellä kuvattujen ohjaussignaalien yhdistetty kokonaisvaikutus on esitetty kuviossa 3. Sen mukaisesti vaunua ohjataan kuvion 3a mukaisella kiihdytysohjeilla. Kuvion 2a mukainen heilahtelu 20 vaimenee tällöin kuvion 3b mukaisesti pysäytyskäskyn tl ja pysähtymishetken t6 välillä. Siirtovaunun nopeuden vaihtelu pysäytyksen aikana ilmenee kuviosta 3c. Vaunun ja taakan paikka eri ajanhetkinä on siten myös helppo määrätä.

Siirtoliikkeen aikana syntynyt kokonaisheilahtelu voidaan eli-25 minoida ja siirtoliike voidaan heilahduksettomasti pysäyttää keksinnön mukaisen menetelmän puitteissa useilla erilaisilla tavoilla. Nämä eroavat toisistaan kiihtyvyyden muutosten ajoituksen ja suuruuden osalta. Mahdollisia ehtoja näille ovat esimerkiksi: 30 - halutaan minimoida pysäytysmatka pysäytyskäskyhetken taakan paikasta taakan loppupalkkaan, - halutaan minimoida matka pysäytyskäskyhetken taakan paikasta kauimpaan liikkeen suuntaiseen kohtaan, jossa taakka käy eli otetaan huomioon ylitysheilahdus, 35 - halutaan pitää pysäytysmatka vakiona riippumatta pysäytys käskyhetken nopeudesta ja heilahduskulmasta li 7 89349 - halutaan pysäytysmatkan olevan riippumaton pysäytyskäskyhet-ken heilahduskulmasta (yksikäsitteinen alkunopeuden funktio) .

Heilahduksen kompensointi on mahdollista suorittaa myös ennen 5 pysäytyskäskyä, jos heilahduskulma tai heilahdusnopeus ylittää ennalta asetetun raja-arvon. Tällöin annetaan moottorille kiihdytysohjeet, jotka eliminoivat vallitsevan heilahtelun, mutta eivät pysäytä siirtoliikettä.

Alan ammattimiehelle on selvää ettei keksintö rajoitu edellä 10 kuvattuihin esimerkkeihin vaan voi vaihdella patenttivaatimuksissa esitetyssä laajuudessa.

Claims (5)

8 89349

1. Menetelmä nosturin taakan (3) heilahduksen vaimentamiseksi vaunun (1) siirtoliikkeen aikana ohjattaessa vaunua siirto-moottoriin vaikuttavan ohjesignaalin avulla, jossa menetelmäs- 5 sä määritetään nostoköyden (2) pituus, jonka avulla lasketaan taakan (3) heilahduksen heilahdusaika tunnettu siitä, että - määritetään taakan heilahdusyhtälöstä nostoköyden (2) pituuden ja ohjesignaalista johdettujen vaunun kiihtyvyysmuu- 10 tosten avulla kullakin hetkellä vallitseva, siihen asti suoritettujen ohjaustoimenpiteiden aiheuttama hetkellinen koko-naisheilahdus (Θ), - annettaessa siirtoliikkeen pysäytyskäsky muodostetaan sillä hetkellä voimassa olevan kokonaisheilahduksen (Θ) eliminoiva 15 kompensointiohjaus (ui, u2) sekä liikkeen pysäyttävä pysäy- tysohjaus (u3), joilla ohjataan moottoria.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kokonaisheilahdus (Θ) kompensoidaan antamalla ensimmäinen kiihdytysohje (ui), jonka suuruus, suunta ja alka- 20 mishetki määritetään pysäytyskäskyn hetkellä vallitsevasta heilahduskulmasta (Θ) ja heilahdusnopeudesta (θ') sekä ensimmäisen kiihdytysohjeen aiheuttaman kiihtyvyyden kompensoivat toiset kiihdytysohjeet (u2).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä tunnettu 25 siitä, että toiset kiihdytysohjeet (u2) muodostuvat kahdesta keskenään yhtä suuresta kiihdytysohjeesta, joiden välinen aika on puolet heilahdusajasta ja joiden suuruus on puolet kokonaisheilahduksen kompensoivan kiihdytysohjeen (ui) suuruudesta ja suunta vastakkainen.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä tunnettu siitä, että siirtoliike pysäytetään kahdella yhtä pitkällä ja samansuuruisella kiihdytysohjeella, joiden alkamishetkien välinen aika on puoli heilahdusjaksoa. li 9 39349

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mikäli hetkellinen kokonaishei-lahdus (Θ) ennen pysäytyskäskyä siirtoliikkeen aikana ylittää ennalta määrätyn raja-arvon, suoritetaan heilahduksen kompen-5 sointi.