JP4183316B2

JP4183316B2 - Suspension control device for suspended loads

Info

Publication number: JP4183316B2
Application number: JP33032098A
Authority: JP
Inventors: 尚豊原; 進河野; 博光星名
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: JP2000153989A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクレーンによって吊荷を運搬する際に吊荷の振れ止め制御を行うために前記クレーンに備えた吊荷の振れ止め制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すクレーンでは、トロリー１２からロープ１３が垂れ下がっており、このロープ１３の下端に吊荷１４を取り付けた状態でトロリー１２がレール１１上を走行して吊荷４を運搬するようになっている。
【０００３】
このようなクレーンにおいて自動運転を行う場合には、トロリー１２を走行させて吊荷１４を指示された目標位置まで運搬するのと同時に、トロリー１２の走行終了後に吊荷１４の振れが残らないようにする吊荷１４の振れ止め制御機能をクレーンに組み込む必要がある。
【０００４】
そこで、従来はバンバン型の制御装置による吊荷の振れ止め制御が提案されている。即ち、上記のようなクレーンは台車・振り子系としてモデル化することができ、このような台車・振り子系モデルについては、トロリー１２の走行加速度を切り替えるバンバン型制御装置により吊荷の振れ止め制御が可能であることが示されている（参考文献「トロリーの最大速度に注目したクレーンの最短時間制御方法」、美多勉他、計測自動制御学会論文集VOL.15 No.6 pp.125-130 1979)。
【０００５】
このバンバン型制御装置の出力特性を図８に示す。バンバン型制御装置では、図８（ａ）に示すような走行速度パターンを予め計算しておき、この走行速度パターンにしたがってトロリー１２を速度制御することにより、吊荷１４の振れ止め制御を行う。図８（ｂ）と図８（ｃ）には、図８（ａ）に示す走行速度パターンに対応したトロリー１２の走行加速度と、ロープ１３と吊荷１２とからなる振り子の振幅（振れ角）とを示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のバンバン型制御装置によって吊荷の振れ止め制御を行う場合には、図８（ｂ）に示すようにトロリー１２の加速途中及び減速途中にトロリー１２の走行加速度を急激に変化させる不連続点が存在する。このため、トロリー１２の走行駆動系の応答に遅れが生じ、この応答遅れが誤差要因となって、トロリー１２が走行速度パターンにしたがって走行した後に吊荷１４の振れが残留するということがしばしば発生する。
【０００７】
このことから、上記従来のバンバン型制御装置では走行速度パターン終了後に吊荷１４の残留振れを止めるための制御が付加されているが、このことが吊荷１４の運搬時間を長くする要因となって荷役効率を低下させるという重大な問題を有していた。
【０００８】
従って本発明は上記従来技術に鑑み、トロリー等の走行体の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンを得ることができ、この走行速度パターンに基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる吊荷の振れ止め制御装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の吊荷の振れ止め制御装置は、走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
前記ロープの長さｌを検出するロープ長検出装置と、
前記走行体の現在位置ｘ_Oを検出する走行***置検出装置と、
速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
この制御装置では、
基準ロープ長ｌ _O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
【数２９】

この基準周期Ｔと走行最大速度Ｖ _max とに基づいて、次式により前記走行体の加速時の基準走行加速度ａ _ko を計算し、
【数３０】

この基準走行加速度ａ _ko と、前記基準ロープ長ｌ _O と、前記ロープの長さｌと、重力加速度ｇと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν _l とに基づいて、次のような前記走行体の加速時の走行加速度ａ _k の式を求め、
【数３１】

この走行加速度ａ _k を次式のように積分して、前記走行体の加速時の走行速度Ｖ _a ( ｔ ) を計算し、
【数３２】

この走行速度Ｖ _a ( ｔ ) を次式のように積分して、前記走行体の加速に要する加速部走行距離Ｄ _a を計算するステップ１と、
【数３３】

前記基準ロープ長ｌ _O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
【数３４】

この基準周期Ｔと前記走行最大速度Ｖ _max とに基づいて、次式により前記走行体の減速時の基準走行加速度ａ _ko を計算し、
【数３５】

この基準走行加速度ａ _ko と、前記基準ロープ長ｌ _O と、前記ロープの長さｌと、重力加速度ｇと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν _l とに基づいて、次のような前記走行体の減速時の走行加速度ａ _k の式を求め、
【数３６】

この走行加速度ａ _k を次式のように積分して、前記走行体の減速時の走行速度Ｖ _d ( ｔ ) を計算し、
【数３７】

この走行速度Ｖ _d ( ｔ ) を次式のように積分して、前記走行体の減速に要する減速部走行距離Ｄ _d を計算するステップ２と、
【数３８】

前記走行体の走行目標位置Ｐ _O と前記現在位置ｘ _O とに基づいて、次式により前記走行体の全体の走行距離Ｄを計算し、
Ｄ＝Ｐ_O−ｘ_O
この全体の走行距離Ｄと前記加速部走行距離Ｄ _a と前記減速部走行距離Ｄ _d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ _max で走行する距離Ｄ _max を計算し、
Ｄ_max＝Ｄ−Ｄ_a−Ｄ_d
この距離Ｄ _max と前記走行最大速度Ｖ _max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ _max で走行する距離Ｔ _max を計算し、
【数３９】

前記加速時の走行速度Ｖ _a ( ｔ ) と前記減速時の走行速度Ｖ _d ( ｔ ) と前記走行最大速度Ｖ _max とをつなげることによって、次式のような走行速度パターンｖ ( ｔ ) を計算するステップ３とを実行し、
【数４０】

この走行速度パターンｖ(ｔ)に基づいて前記速度指令値を前記走行体駆動装置へ出力することを特徴とする。
【００１０】
また、第２発明の吊荷の振れ止め制御装置は、第１発明の吊荷の振れ止め制御装置において、
前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置を備えたクレーンのモデル図、図２は前記吊荷の振れ止め制御装置のブロック図、図３は前記吊荷の振れ止め制御装置の処理を示すフローチャート、図４は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの加速部分の計算方法を表す説明図、図５は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの減速部分の計算方法を表す説明図、図６は前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの一定速度部分の計算方法を表す説明図、図７は前記吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【００１３】
＜構成＞
図１に示すクレーンでは、トロリー１２からロープ１３が垂れ下がっており、このロープ１３の下端に吊荷１４を取り付けた状態でトロリー１２がレール１１上を走行して吊荷４を運搬するようになっている。
【００１４】
そして、このクレーンにはロープ１３の長さ（ロープ長）ｌを検出するロープ長検出装置１７と、トロリー１２の現在位置ｘ_oを検出するトロリー位置検出装置１６と、速度指令値ｕに基づいてトロリー１２の走行速度を制御する機能を有するトロリー駆動装置１５と、トロリー駆動装置１５へ速度指令値ｕを出力する制御装置１８とを備えており、これらのロープ長検出装置１７、トロリー位置検出装置１６、トロリー駆動装置１５及び制御装置１８によって本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置が構成されている。
【００１５】
図２に示すように、制御装置１８には振れ止めパターン演算部２１が設けられており、この振れ止めパターン演算部２１では、詳細は後述するが、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌ及びトロリー位置検出装置１６で検出した現在位置ｘ_oと、前もって制御装置１８に与えられたパラメータである任意の基準ロープ長ｌ_o、トロリー１２の走行最大速度Ｖ_max及びトロリー１２の走行目標位置Ｐ_oとに基づいて、吊荷１４の振れ止めに必要なトロリー１２の走行速度パターンｖ(t) を計算し、この走行速度パターンｖ(t) に基づいて速度指令値ｕをトロリー駆動装置１５へ出力する。
【００１６】
ここで、図３のフローチャートに基づき、振れ止めパターン演算部２１で実行される処理について具体的に説明する。図３のフローチャートにおいて、ステップ１〜ステップ３は吊荷１４の振れ止めのための走行速度パターンｖ(t) の計算方法を示しており、ステップ４〜ステップ７はステップ１〜ステップ３において計算した走行速度パターンｖ(t) にしたがってトロリー１２を駆動する手順（速度指令値ｕを出力する手順）を示している。
【００１７】
従って、まず、ステップ１〜ステップ３における走行速度パターンｖ(t) の計算方法について説明する。
【００１８】
［ステップ１］：走行加速時の走行速度パターンの計算
ステップ１では走行速度パターンの加速部分を計算する。
【００１９】
まず、ロープ長検出装置１７によって現在のロープ長ｌを検出する。なお、ロープ長を可変とする場合、例えば、トロリー１２の加速時にロープ１３を図示しない巻き取り装置により巻き取って吊荷１４を上昇させるような場合には、このときのロープ長の時間的な変化が予めわかっているものとする。また、計算に使用するパラメータとして、基準ロープ長ｌ_oと走行最大速度Ｖ_maxとを設定する。
【００２０】
計算手順は次の▲１▼〜▲６▼の通りである（図４参照）。
【００２１】
▲１▼ トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（加速時）にロープ長が固定の場合には、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを用いる。トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（加速時）にロープ長が可変の場合には、時間的に変化するロープ長ｌを予め計算しておく。
▲２▼ 一方、基準ロープ長ｌ_oに基づいて、次の（１）式により基準周期Ｔを計算する。
【００２２】
【数１】

【００２３】
▲３▼ 上記▲２▼で計算した基準周期Ｔと走行最大速度Ｖ_maxとに基づいて、次の（２）式によりトロリー１２の基準走行加速度ａ_koを計算する。その結果、図４（ａ）に点線で示すような一定の基準走行加速度ａ_koが得られる。
【００２４】
【数２】

【００２５】
▲４▼ ここで、ロープ１３と吊荷１４とからなる実際の振り子（ロープ長ｌを持つ振り子）とトロリー１２とに関する運動方程式は、次の（３）式のように求められる。但し、（３）式において、φは振り子の振れ角、ωは振り子の振れ角速度、ｇは重力加速度、ａ_kはトロリー１２の走行加速度、ν_lはロープ長変化率である。なお、ロープ長変化率ν_lはロープ長を可変とした場合のロープ長の単位時間当たりの変化率であり、ロープ長が固定の場合にはゼロとなる。
【００２６】
【数３】

【００２７】
従って、基準ロープ長ｌ_oを持つ仮想振り子とトロリー１２とに関する運動方程式は、トロリー１２を基準走行加速度ａ_koで基準周期Ｔだけ加速する場合、次の（４）式のようになる。
【００２８】
【数４】

【００２９】
この（４）式で基準ロープ長ｌ_oを固定とし、基準走行加速度ａ_koを一定とすると、（４）式から、基準ロープ長ｌ_oを持つ仮想振り子の振れに関して、次の（５）式のような解が求められる。
【００３０】
【数５】

【００３１】
即ち、基準ロープ長ｌ_oを持つ仮想振り子の基準周期Ｔの間の振れ角φ及び振れ角速度ωの時間的な変化は図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すようになり、基準周期Ｔが経過した時点では振れ角φ及び振れ角速度ωは何れもゼロとなっている。従って、ロープ長ｌを持つ実際の振り子の基準周期Ｔの間の振れ角φ及び振れ角速度ωが上式（５）となるようにトロリー１２の走行加速度ａ_kを決めてやれば、吊荷１４（実際の振り子）に対して期待通りの振れ止め制御ができるはずである。そこで、上記の（３）式と（４）式の右辺どうしが等しいとして走行加速度ａ_kを求めると、次の（６）式が得られる。
【００３２】
【数６】

【００３３】
従って、この（６）式により、時間ｔが０からＴまでの加速時の走行加速度ａ_kを求めることができる。即ち、図４（ａ）に実線で示したように、時間ｔの経過とともに連続的に変化する加速時の走行加速度ａ_kが得られる。
【００３４】
▲５▼ そして、時間ｔが０からＴまでの走行加速度ａ_kを次の（７）式のように積分して、トロリー１２の加速時の走行速度ｖ_a(t) を計算する。かくして、図４（ｂ）に実線で示すような走行速度パターンの加速部分が得られる。つまり、走行速度パターンの加速部分が図４（ｂ）に実線で示すようなパターンに設定されれば、加速時の走行加速度ａ_kは図４（ａ）に実線で示すように滑らかに変化することになる。
【００３５】
【数７】

【００３６】
▲６▼ 更に、この走行速度ｖ_a(t) を次の（８）式のように０からＴまで積分して、トロリー１２の加速に要する走行距離Ｄ_aを計算する。
【００３７】
【数８】

【００３８】
［ステップ２］：走行減速時の走行速度パターンの計算
ステップ２では走行速度パターンの減速部分を計算する。
【００３９】
計算に使用するロープ長としてステップ１で検出したロープ長ｌを用いる。なお、ロープ長を可変とする場合、例えば、トロリー１２の減速時にロープ１３を図示しない巻き取り装置により巻き戻して吊荷１４を下降させるような場合には、このときのロープ長の時間的な変化が予めわかっているものとする。また、ステップ１で設定した基準ロープ長ｌ_oと走行最大速度Ｖ_maxとをパラメータとして使用する。
【００４０】
計算手順は次の▲１▼〜▲６▼の通りである（図５参照）。
【００４１】
▲１▼ トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（減速時）にロープ長が固定の場合には、ステップ１においてロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを用いる。トロリー１２が走行して吊荷１４を運搬するとき（減速時）にロープ長が可変の場合には、時間的に変化するロープ長ｌを予め計算しておく。
▲２▼ 一方、基準ロープ長ｌ_oに基づいて、次の（９）式により基準周期Ｔを計算する。
【００４２】
【数９】

【００４３】
▲３▼ 上記▲２▼で計算した基準周期Ｔと走行最大速度Ｖ_maxとに基づいて、次の（１０）式によりトロリー１２の基準走行加速度ａ_koを計算する。その結果、図５（ａ）に点線で示すような一定の基準走行加速度ａ_koが得られる。なお、同図に示すように、減速時であるため基準走行加速度ａ_koはマイナスとなっている。
【００４４】
【数１０】

【００４５】
▲４▼ 基準ロープ長ｌ_oを持つ仮想振り子について、トロリー１２を基準走行加速度ａ_koで基準周期Ｔだけ減速する場合の振れに関する解は、ステップ１と同様の計算により（ステップ１の計算手順▲４▼参照）、次の（１１）式のように得られる。
【００４６】
【数１１】

【００４７】
即ち、基準ロープ長ｌ_oを持つ仮想振り子の基準周期Ｔの間の振れ角φ及び振れ角速度ωの時間的な変化は図５（ｃ）、（ｄ）に示すようになり（減速時であるため振り子の振れ方向が図４（ｃ）、（ｄ）に示す加速時の振れ方向とは逆になっている）、基準周期Ｔが経過した時点では振れ角φ及び振れ角速度ωは何れもゼロとなっている。従って、ロープ長ｌを持つ実際の振り子がこのような振れとなるために必要なトロリー１２の走行加速度ａ_kを、ステップ１と同様の計算により（ステップ１の計算手順▲４▼参照）、次の（１２）式のように求める。
【００４８】
【数１２】

【００４９】
この（１２）式により、時間ｔが０からＴまでの減速時の走行加速度ａ_kを求めることができる。即ち、図５（ａ）に実線で示したように、時間ｔの経過とともに連続的に変化する減速時の走行加速度ａ_kが得られる。なお、同図に示すように、減速時であるため走行加速度ａ_kはマイナスとなっている。
【００５０】
▲５▼ そして、時間ｔが０からＴまでの走行加速度ａ_kを次の（１３）式のように積分して、トロリー１２の減速時の走行速度ｖ_d(t) を計算する。かくして、図５（ｂ）に実線で示すような走行速度パターンの加速部分が得られる。つまり、走行速度パターンの減速部分が図５（ｂ）に実線で示すようなパターンに設定されれば、減速時の走行加速度ａ_kは図５（ａ）に実線で示すように滑らかに変化することになる。
【００５１】
【数１３】

【００５２】
▲６▼ 更に、この走行速度ｖ_d(t) を次の（１４）式のように０からＴまで積分して、トロリー１２の減速に要する走行距離Ｄ_dを計算する。
【００５３】
【数１４】

【００５４】
［ステップ３］：走行速度パターンの結合（加速部分＋減速部分）
ステップ３ではステップ１で計算した走行速度パターンの加速部分（図４（ｂ）参照）と、ステップ２で計算した走行速度パターンの減速部分（図５（ｂ）参照）とを結合して、走行速度パターンｖ(t) を計算する。
【００５５】
入力として、ステップ１で計算した加速側走行速度パターンの時系列データｖ_a(t) 、ステップ２で計算した減速側走行速度パターンの時系列データｖ_d(t) 、走行最大速度Ｖ_max、全体の走行距離Ｄ、加速部走行距離Ｄ_a及び減速部走行距離Ｄ_dを使用し、出力として、走行速度パターンｖ(t) （速度指令値ｕの時系列データ）を求める。
【００５６】
計算手順は次の▲１▼〜▲４▼の通りである（図６、図７参照）。
【００５７】
▲１▼ トロリー１２の全体の走行距離Ｄは、次の（１５）式のように、トロリー１２の走行目標位置Ｐ_oと現在位置ｘ_oとの差より求まる。
【００５８】
Ｄ＝Ｐ_o−ｘ_o ・・・（１５）
【００５９】
トロリー１２が一定の走行最大速度Ｖ_maxで走行する距離Ｄ_maxは、次の（１６）式のように、全体の走行距離Ｄから加速部走行距離Ｄ_aと減速部走行距離Ｄ_dとを引いた値である（図６参照）。
【００６０】
Ｄ_max＝Ｄ−Ｄ_a−Ｄ_d ・・・（１６）
【００６１】
▲２▼ トロリー１２が走行最大速度Ｖ_maxで走行する時間Ｔ_maxは、次の（１７）式より求めることができる。
【００６２】
【数１５】

【００６３】
▲３▼ 加速側走行速度パターンの時系列データｖ_a(t) と減速側走行速度パターンの時系列データｖ_d(t) とを走行最大速度Ｖ_maxでつなげることによって、次の（１８）式のような走行速度パターンｖ(t) を求めることができる。即ち、図７（ａ）に示すような左右の加減速部と中央の一定速度部とからなる走行速度パターンｖ(t) が得られる（図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６参照）。図７（ｂ）と図７（ｃ）には、図７（ａ）に示す走行速度パターンｖ(t) に対応したトロリー１２の走行加速度ａ_kと、ロープ１３と吊荷１２とからなる実際の振り子の振幅（振れ角）φとを示す（図４（ａ）、図４（ｃ）、図５（ａ）、図５（ｃ）参照）。
【００６４】
【数１６】

【００６５】
▲４▼ 走行速度パターンｖ(t) の所要時間は次の（１９）式となる。この所要時間２Ｔ＋Ｔ_maxは後述する走行速度パターンの終了判定に用いる。
【００６６】
走行速度パターン所要時間＝２Ｔ＋Ｔ_max ・・・（１９）
【００６７】
以上のように、ステップ１〜ステップ３の処理により、吊荷１４の振れ止め制御を行うための走行速度パターンｖ(t) を計算することができる。
【００６８】
次に、この走行速度パターンｖ(t) にしたがってトロリー１２を駆動する手順（速度指令値ｕを出力する手順）について説明する（ステップ４〜ステップ７）。
【００６９】
［ステップ４］：走行速度パターン出力の準備
ステップ４では走行速度パターン出力の準備、即ち、トロリー駆動装置１５へ速度指令値ｕを出力する準備として、時間カウントの初期化を行う。
【００７０】
振れ止めパターン演算部２１では、刻み時間Δｔごとに演算処理が行われるものとする。そして、時間カウントｉを用意し、この時間カウントｉを増加することにより、次の（２０）式に示すように時間ｔを刻み時間Δｔずつ増加させて、時間ｔの経過を表す。そこで、まず、初期化処理として、次の（２１）式に示すように時間カウントｉを０に初期化する。
【００７１】
ｔ＝Δｔ＊ｉ・・・（２０）
ｉ＝０・・・（２１）
【００７２】
［ステップ５］：時間カウントを進める
ステップ５では、次の（２２）式に示すように、時間カウントｉの前回値に１をたすことによって時間カウントｉを進める。
【００７３】
ｉ＝ｉ＋１・・・（２２）
【００７４】
［ステップ６］：速度指令値の出力
ステップ６では走行速度パターンｖ(t) に基づいて速度指令値ｕをトロリー駆動装置１５へ出力する。
【００７５】
走行速度パターンｖ(t) の開始からの経過時間ｔは上記（２０）式のようにｔ＝Δｔ＊ｉで表されるため、この経過時間ｔに対応した走行速度パターンｖ(t) の値を、次の（２３）式のように、トロリー１２に対する速度指令値ｕとしてトロリー駆動装置１５へ順次出力する。
【００７６】
ｕ＝ｖ(t) ・・・（２３）
【００７７】
［ステップ７］：走行速度パターンの終了判定
ステップ７では走行速度パターンｖ(t) の出力（速度指令値ｕの出力）の開始からの経過時間ｔが、走行速度パターンｖ(t) の所要時間２Ｔ＋Ｔ_maxを超えているか否かを判定する。経過時間ｔが所要時間２Ｔ＋Ｔ_maxを超えている場合には、走行速度パターン出力を終了させる。経過時間ｔが所要時間２Ｔ＋Ｔ_maxを超えていない場合には、ステップ５に戻って時間カウントｉを進めるとともに、走行速度パターン出力を継続する。
【００７８】
なお、具体的には、ステップ１〜ステップ７の処理プログラムを、制御装置１８を構成するマイクロコンピュータなどに実装し、このマイクロコンピュータで連続して処理することにより、上記のような走行速度パターンｖ(t) の計算と、この走行速度パターンｖ(t) に基づくトロリー１２の駆動制御（走行速度制御）、即ち、吊荷１４の振れ止め制御とを行うことができる。
【００７９】
＜作用・効果＞
以上のように、本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置では、制御装置１８の振れ止めパターン演算部２１において、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌ及びトロリー位置検出装置１６で検出した現在位置ｘ_oと、前もって与えられた任意の基準ロープ長ｌ_o、走行最大速度Ｖ_max及び走行目標位置Ｐ_oとに基づいて、基準ロープ長ｌ_oを持つ仮想振り子の１周期分の時間でトロリー１２を加減速させたときの前記仮想振り子の状態を計算し、ロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを持つ実際の振り子が前記仮想振り子の状態に一致するようにトロリー１２の走行速度パターンｖ(t) を計算するとともに、この走行速度パターンｖ(t) に基づいて速度指令値ｕをトロリー駆動装置１５へ出力する。
【００８０】
従って、本実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置によれば、図７に示すようにトロリー１２の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンｖ(t) を得ることができ、この走行速度パターンｖ(t) に基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷１４の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる。
【００８１】
なお、上記の吊荷の振れ止め制御装置ではロープ長検出装置１７を有し、このロープ長検出装置１７で検出したロープ長ｌを用いて走行速度パターンｖ(t) を計算しているが、走行速度パターンｖ(t) を計算するためには吊荷１４（実際の振り子）の振れ周期もしくは振動数がわかればよい。
【００８２】
即ち、具体的な数式は省略するが、吊荷１４の振れ周期に基づいて、同振れ周期とロープ長ｌとの関係式からロープ長ｌを計算することができ、もしくは吊荷１４の振動数に基づいて、同振動数と振れ周期との関係式及び同振れ周期とロープ長ｌとの関係式からロープ長ｌを計算することができるため、この計算したロープ長ｌを上記（３）式に用いればよい。このため、ロープ長検出装置１７の代わりに、吊荷１４の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えるようにしてもよい。
【００８３】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、第１発明の吊荷の振れ止め制御装置は、走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
前記ロープの長さｌを検出するロープ長検出装置と、
前記走行体の現在位置ｘ_Oを検出する走行***置検出装置と、
速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
この制御装置では、
基準ロープ長ｌ _O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
【数４１】

この基準周期Ｔと走行最大速度Ｖ _max とに基づいて、次式により前記走行体の加速時の基準走行加速度ａ _ko を計算し、
【数４２】

この基準走行加速度ａ _ko と、前記基準ロープ長ｌ _O と、前記ロープの長さｌと、重力加速度ｇと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν _l とに基づいて、次のような前記走行体の加速時の走行加速度ａ _k の式を求め、
【数４３】

この走行加速度ａ _k を次式のように積分して、前記走行体の加速時の走行速度Ｖ _a ( ｔ ) を計算し、
【数４４】

この走行速度Ｖ _a ( ｔ ) を次式のように積分して、前記走行体の加速に要する加速部走行距離Ｄ _a を計算するステップ１と、
【数４５】

前記基準ロープ長ｌ _O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、
【数４６】

この基準周期Ｔと前記走行最大速度Ｖ _max とに基づいて、次式により前記走行体の減速時の基準走行加速度ａ _ko を計算し、
【数４７】

この基準走行加速度ａ _ko と、前記基準ロープ長ｌ _O と、前記ロープの長さｌと、重力加速度ｇと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν _l とに基づいて、次のような前記走行体の減速時の走行加速度ａ _k の式を求め、
【数４８】

この走行加速度ａ _k を次式のように積分して、前記走行体の減速時の走行速度Ｖ _d ( ｔ ) を計算し、
【数４９】

この走行速度Ｖ _d ( ｔ ) を次式のように積分して、前記走行体の減速に要する減速部走行距離Ｄ _d を計算するステップ２と、
【数５０】

前記走行体の走行目標位置Ｐ _O と前記現在位置ｘ _O とに基づいて、次式により前記走行体の全体の走行距離Ｄを計算し、
Ｄ＝Ｐ_O−ｘ_O
この全体の走行距離Ｄと前記加速部走行距離Ｄ _a と前記減速部走行距離Ｄ _d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ _max で走行する距離Ｄ _max を計算し、
Ｄ_max＝Ｄ−Ｄ_a−Ｄ_d
この距離Ｄ _max と前記走行最大速度Ｖ _max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ _max で走行する距離Ｔ _max を計算し、
【数５１】

前記加速時の走行速度Ｖ _a ( ｔ ) と前記減速時の走行速度Ｖ _d ( ｔ ) と前記走行最大速度Ｖ _max とをつなげることによって、次式のような走行速度パターンｖ ( ｔ ) を計算するステップ３とを実行し、
【数５２】

この走行速度パターンｖ(ｔ)に基づいて前記速度指令値を前記走行体駆動装置へ出力することを特徴とする。
【００８４】
従って、この第１発明の吊荷の振れ止め制御装置によれば、走行体の加速途中及び減速途中で走行加速度に不連続点を持たない走行速度パターンを得ることができ、この走行速度パターンに基づいて走行駆動系の追従性に起因する吊荷の残留振れが少ない高精度な振れ止め制御を行うことができる。
【００８５】
また、第２発明の吊荷の振れ止め制御装置は、第１発明の吊荷の振れ止め制御装置において、
前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする。
【００８６】
従って、この第２発明の吊荷の振れ止め制御装置によれば、ロープ長検出装置の代わりに、実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えることにより、上記第１発明の吊荷の振れ止め制御装置と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る吊荷の振れ止め制御装置を備えたクレーンのモデル図である。
【図２】前記吊荷の振れ止め制御装置のブロック図である。
【図３】前記吊荷の振れ止め制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの加速部分の計算方法を表す説明図である。
【図５】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの減速部分の計算方法を表す説明図である。
【図６】前記吊荷の振れ止め制御装置における走行速度パターンの一定速度部分の計算方法を表す説明図である。
【図７】前記吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【図８】従来の吊荷の振れ止め制御装置の出力特性を表す説明図である。
【符号の説明】
１１レール
１２トロリー
１３ロープ
１４吊荷
１５トロリー駆動装置
１６トロリー位置検出装置
１７ロープ長検出装置
１８制御装置
２１振れ止めパターン演算部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a suspension control device for a suspended load provided in the crane for performing suspension control of the suspended load when the suspended load is transported by the crane.
[0002]
[Prior art]
In the crane shown in FIG. 1, the rope 13 hangs down from the trolley 12, and the trolley 12 travels on the rail 11 and carries the suspended load 4 with the suspended load 14 attached to the lower end of the rope 13. ing.
[0003]
When performing automatic operation in such a crane, the trolley 12 is moved to transport the suspended load 14 to the designated target position, and at the same time, the suspended load 14 does not remain shaken after the trolley 12 has finished traveling. It is necessary to incorporate a steady-state control function of the suspended load 14 into the crane.
[0004]
Thus, conventionally, suspension control of a suspended load by a bang-bang type control device has been proposed. That is, the crane as described above can be modeled as a trolley / pendulum system. With respect to such a trolley / pendulum system model, suspension control of the suspended load is performed by a bang-bang control device that switches the traveling acceleration of the trolley 12. It has been shown that this is possible (references: “Shortest time control method for cranes focusing on maximum speed of trolley”, Tsutomu Mita et al., Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers VOL.15 No.6 pp.125-130 1979).
[0005]
The output characteristics of this bang-bang control device are shown in FIG. In the bang-bang type control device, the traveling speed pattern as shown in FIG. 8A is calculated in advance, and the trolley 12 is controlled in accordance with the traveling speed pattern, thereby performing the steady control of the suspended load 14. 8 (b) and 8 (c) show the traveling acceleration of the trolley 12 corresponding to the traveling speed pattern shown in FIG. 8 (a), and the amplitude (swing angle) of the pendulum composed of the rope 13 and the suspended load 12. It shows.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the suspension control of the suspended load is performed by the conventional bang-bang type control device, the traveling acceleration of the trolley 12 is suddenly changed during the acceleration and deceleration of the trolley 12 as shown in FIG. There are discontinuities. For this reason, there is a delay in the response of the traveling drive system of the trolley 12, and this response delay often causes an error, and the swing of the suspended load 14 remains after the trolley 12 travels according to the traveling speed pattern. To do.
[0007]
For this reason, in the conventional bang-bang type control device, control for stopping the residual swing of the suspended load 14 after the traveling speed pattern is finished is added, which is a factor for increasing the transport time of the suspended load 14. As a result, there was a serious problem of reducing the cargo handling efficiency.
[0008]
Therefore, in view of the above prior art, the present invention can obtain a traveling speed pattern having no discontinuity in traveling acceleration during acceleration and deceleration of a traveling body such as a trolley, and a traveling drive system based on the traveling speed pattern. It is an object of the present invention to provide a suspended load steadying control device capable of performing highly accurate steadying control with little residual swing of a suspended load due to the following performance of the suspended load.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The suspension control device for a suspended load according to the first aspect of the present invention that solves the above-described problem is configured to attach a suspended load to a lower end of a rope that hangs down from a traveling body and transport the suspended load to a target position by traveling of the traveling body. A crane that controls the suspension of the suspended load when the crane carries the suspended load,
A rope length detection device for detecting the length l of the rope;
A traveling body position detecting device for detecting a current position x _O of the traveling body;
A traveling body drive device having a function of controlling the traveling speed of the traveling body based on a speed command value;
A control device that outputs the speed command value to the traveling body drive device;
In this control device ,
Based on the reference rope length l _O , the reference period T is calculated by the following formula,
[Expression 29]

Based on the reference period T and the maximum traveling speed V _max , a reference traveling acceleration a _ko at the time of acceleration of the traveling body is calculated by the following equation:
[30]

And the reference travel acceleration a _ko, with the reference rope length l _O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu _l On the basis of the following equation for the acceleration of acceleration a _k when the traveling body is accelerated ,
[31]

The traveling acceleration a _k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V _a ( t ) when the traveling body is accelerated ,
[Expression 32]

Step 1 for integrating the travel speed V _a ( t ) as follows to calculate an acceleration travel distance D _a required for acceleration of the traveling body ;
[Expression 33]

Based on the reference rope length l _O, the reference period T is calculated by the following equation,
[Expression 34]

Based on this reference period T and the maximum traveling speed V _max , a reference traveling acceleration a _ko at the time of deceleration of the traveling body is calculated by the following equation:
[Expression 35]

And the reference travel acceleration a _ko, with the reference rope length l _O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu _l On the basis of the following formula for the traveling acceleration a _k when the traveling body decelerates ,
[Expression 36]

The traveling acceleration a _k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V _d ( t ) when the traveling body decelerates ,
[Expression 37]

Step 2 for integrating the traveling speed V _d ( t ) as shown in the following formula to calculate a deceleration portion traveling distance D _d required for deceleration of the traveling body ;
[Formula 38]

Wherein on the basis of the target travel location P _O of the running body the current position x _O, the travel distance D of the whole of the traveling body calculated by the following equation,
D = P _O −x _O
Based the travel distance D of the whole and the accelerator travel distance D _a in said speed reduction unit travel distance D _d, and calculates the distance D _max for the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V _max,
D _max = D−D _a −D _d
This distance on the basis of the D _max and the running maximum velocity V _max, and calculate the distance T _max of the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V _max,
[39]

By connecting the travel speed V _a ( t ) during acceleration, the travel speed V _d ( t ) during deceleration, and the maximum travel speed V _max , a travel speed pattern v ( t ) as shown in the following equation is calculated. Step 3 is performed,
[Formula 40]

The speed command value is output to the traveling body drive device based on the traveling speed pattern v (t).
[0010]
The suspended load steadying control device of the second invention is the suspended load steadying control device of the first invention,
Instead of the rope length detection device, a device for detecting a swing period or frequency of the actual pendulum is provided.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a model diagram of a crane provided with a suspended load steadying control device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the suspended load steadying control device, and FIG. 3 is a suspended load steadying device. FIG. 4 is a flow chart showing the processing of the control device, FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method for calculating the acceleration portion of the traveling speed pattern in the suspended load steadying control device, and FIG. 5 is a diagram of the traveling speed pattern in the suspended load steadying control device. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a calculation method of a deceleration portion, FIG. 6 is an explanatory diagram showing a calculation method of a constant speed portion of a traveling speed pattern in the suspended load steadying control device, and FIG. 7 is an output of the suspended load steadying control device. It is explanatory drawing showing a characteristic.
[0013]
<Configuration>
In the crane shown in FIG. 1, the rope 13 hangs down from the trolley 12, and the trolley 12 travels on the rail 11 and carries the suspended load 4 with the suspended load 14 attached to the lower end of the rope 13. ing.
[0014]
This crane has a rope length detection device 17 for detecting the length of the rope 13 (rope length) l, a trolley position detection device 16 for detecting the current position x _o of the trolley 12, and a speed command value u. A trolley driving device 15 having a function of controlling the traveling speed of the trolley 12 and a control device 18 that outputs a speed command value u to the trolley driving device 15 are provided. These rope length detection device 17 and trolley position detection device 16, the trolley drive device 15 and the control device 18 constitute the suspension control device for suspended loads according to the present embodiment.
[0015]
As shown in FIG. 2, the control device 18 is provided with a steady-state pattern calculation unit 21, which will be described in detail later, but the rope length l detected by the rope-length detection device 17. And the current position x _o detected by the trolley position detection device 16, an arbitrary reference rope length l _o which is a parameter given to the control device 18 in advance, the maximum travel speed V _max of the trolley 12, and the travel target position P of the trolley 12. Based on _o , the traveling speed pattern v (t) of the trolley 12 necessary for steadying the suspended load 14 is calculated, and the speed command value u is transmitted to the trolley driving device 15 based on the traveling speed pattern v (t). Output.
[0016]
Here, based on the flowchart of FIG. 3, the process performed by the steadying pattern calculation part 21 is demonstrated concretely. In the flowchart of FIG. 3, Step 1 to Step 3 show the calculation method of the traveling speed pattern v (t) for steadying the suspended load 14, and Step 4 to Step 7 are calculated in Step 1 to Step 3. The procedure for driving the trolley 12 according to the traveling speed pattern v (t) (the procedure for outputting the speed command value u) is shown.
[0017]
Therefore, first, a method of calculating the traveling speed pattern v (t) in Step 1 to Step 3 will be described.
[0018]
[Step 1]: Calculation of travel speed pattern during travel acceleration In step 1, the acceleration portion of the travel speed pattern is calculated.
[0019]
First, the current rope length l is detected by the rope length detector 17. When the rope length is variable, for example, when the rope 13 is wound up by a winding device (not shown) during acceleration of the trolley 12 and the suspended load 14 is raised, the rope length at this time It is assumed that the change is known in advance. Further, the reference rope length l _o and the traveling maximum speed V _max are set as parameters used for the calculation.
[0020]
The calculation procedure is as follows (1) to (6) (see FIG. 4).
[0021]
(1) When the rope length is fixed when the trolley 12 travels and carries the suspended load 14 (during acceleration), the rope length l detected by the rope length detector 17 is used. When the rope length is variable when the trolley 12 travels and carries the suspended load 14 (acceleration), the rope length l that changes with time is calculated in advance.
(2) On the other hand, based on the reference rope length l _o , the reference period T is calculated by the following equation (1).
[0022]
[Expression 1]

[0023]
(3) Based on the reference cycle T and the maximum travel speed V _max calculated in (2) above, the reference travel acceleration a _ko of the trolley 12 is calculated by the following equation (2). As a result, a constant reference running acceleration a _ko as shown by a dotted line in FIG.
[0024]
[Expression 2]

[0025]
(4) Here, the equation of motion relating to the trolley 12 and the actual pendulum (the pendulum having the rope length l) composed of the rope 13 and the suspended load 14 is obtained as the following equation (3). In Equation (3), φ is the pendulum swing angle, ω is the pendulum swing angular velocity, g is the gravitational acceleration, a _k is the travel acceleration of the trolley 12, and ν _l is the rope length change rate. The rope length change rate ν _l is the rate of change of the rope length per unit time when the rope length is variable, and is zero when the rope length is fixed.
[0026]
[Equation 3]

[0027]
Therefore, the equation of motion regarding the virtual pendulum having the reference rope length l _o and the trolley 12 is expressed by the following equation (4) when the trolley 12 is accelerated by the reference period T with the reference travel acceleration a _ko .
[0028]
[Expression 4]

[0029]
Assuming that the reference rope length l _o is fixed and the reference running acceleration a _ko is constant in this equation (4), the following equation (5) is derived from the equation (4) regarding the swing of the virtual pendulum having the reference rope length l _o. Such a solution is required.
[0030]
[Equation 5]

[0031]
That is, the temporal change of the swing angle φ and the swing angular velocity ω during the reference period T of the virtual pendulum having the reference rope length l _o is as shown in FIGS. 4 (c) and 4 (d). At the time when T has elapsed, both the deflection angle φ and the deflection angular velocity ω are zero. Therefore, if the traveling acceleration _ak of the trolley 12 is determined so that the swing angle φ and the swing angular velocity ω during the reference period T of the actual pendulum having the rope length l are expressed by the above equation (5), the suspended load 14 The anti-sway control as expected for (actual pendulum) should be possible. Therefore, when the traveling acceleration _ak is obtained assuming that the right sides of the above expressions (3) and (4) are equal, the following expression (6) is obtained.
[0032]
[Formula 6]

[0033]
Therefore, the traveling acceleration a _k at the time of acceleration from time t to 0 to T can be _obtained from this equation (6). That is, as shown by a solid line in FIG. 4A, a running acceleration _ak during acceleration that changes continuously with the passage of time t is obtained.
[0034]
{Circle over (5)} Then, the traveling acceleration a _k from time 0 to T is integrated as shown in the following equation (7) to calculate the traveling speed v _a (t) when the trolley 12 is accelerated. Thus, an acceleration portion of the traveling speed pattern as shown by the solid line in FIG. 4B is obtained. That is, if the acceleration portion of the travel speed pattern is set to a pattern as shown by a solid line in FIG. 4B, the travel acceleration _ak during acceleration changes smoothly as shown by a solid line in FIG. It will be.
[0035]
[Expression 7]

[0036]
(6) Further, the travel speed v _a (t) is integrated from 0 to T as shown in the following equation (8) to calculate the travel distance D _a required for acceleration of the trolley 12.
[0037]
[Equation 8]

[0038]
[Step 2]: Calculation of traveling speed pattern at the time of traveling deceleration In step 2, the deceleration portion of the traveling speed pattern is calculated.
[0039]
The rope length l detected in step 1 is used as the rope length used for the calculation. When the rope length is variable, for example, when the rope 13 is rewound by a winding device (not shown) when the trolley 12 is decelerated and the suspended load 14 is lowered, the time of the rope length at this time It is assumed that the change is known in advance. Further, the reference rope length l _o and the traveling maximum speed V _max set in step 1 are used as parameters.
[0040]
The calculation procedure is as follows (1) to (6) (see FIG. 5).
[0041]
(1) When the rope length is fixed when the trolley 12 travels and carries the suspended load 14 (at the time of deceleration), the rope length l detected by the rope length detector 17 in step 1 is used. When the rope length is variable when the trolley 12 travels and carries the suspended load 14 (at the time of deceleration), the rope length l that changes with time is calculated in advance.
(2) On the other hand, based on the reference rope length l _o , the reference period T is calculated by the following equation (9).
[0042]
[Equation 9]

[0043]
(3) Based on the reference cycle T and the maximum travel speed V _max calculated in (2) above, the reference travel acceleration a _ko of the trolley 12 is calculated by the following equation (10). As a result, a constant reference running acceleration a _ko as shown by a dotted line in FIG. As shown in the figure, since the vehicle is decelerating, the reference travel acceleration a _ko is negative.
[0044]
[Expression 10]

[0045]
(4) For a virtual pendulum having a reference rope length l _o , the solution related to the shake when the trolley 12 is decelerated by the reference travel acceleration a _ko by the reference period T is calculated by the same calculation as in Step 1 (the calculation procedure of Step 1) 4)), the following equation (11) is obtained.
[0046]
## EQU11 ##

[0047]
That is, temporal changes in the swing angle φ and the swing angular velocity ω during the reference period T of the virtual pendulum having the reference rope length l _o are as shown in FIGS. 5C and 5D (during deceleration). Therefore, the swing direction of the pendulum is opposite to the swing direction during acceleration shown in FIGS. 4C and 4D), and the swing angle φ and the swing angular velocity ω are both zero when the reference period T has elapsed. It has become. Therefore, the travel acceleration _ak of the trolley 12 necessary for the actual pendulum having the rope length l to have such a swing is calculated by the same calculation as in step 1 (see calculation procedure (4) in step 1). (12).
[0048]
[Expression 12]

[0049]
From this equation (12), the traveling acceleration _ak during deceleration from time t to 0 to T can be obtained. That is, as shown by a solid line in FIG. 5A, a traveling acceleration _ak during deceleration that changes continuously with the passage of time t is obtained. As shown in the figure, the traveling acceleration _ak is negative because the vehicle is decelerating.
[0050]
{Circle over (5)} Then, the running acceleration v _d (t) when the trolley 12 is decelerated is calculated by integrating the running acceleration a _k from time 0 to T as shown in the following equation (13). Thus, an acceleration portion of the traveling speed pattern as shown by the solid line in FIG. 5B is obtained. That is, if the deceleration portion of the traveling speed pattern is set to a pattern as shown by a solid line in FIG. 5B, the traveling acceleration _ak during deceleration changes smoothly as shown by a solid line in FIG. It will be.
[0051]
[Formula 13]

[0052]
(6) Further, the travel speed v _d (t) is integrated from 0 to T as shown in the following equation (14) to calculate the travel distance D _d required for the trolley 12 to decelerate.
[0053]
[Expression 14]

[0054]
[Step 3]: Combination of travel speed patterns (acceleration part + deceleration part)
In step 3, the acceleration portion of the traveling speed pattern calculated in step 1 (see FIG. 4B) and the deceleration portion of the traveling speed pattern calculated in step 2 (see FIG. 5B) are combined to travel. Calculate the velocity pattern v (t).
[0055]
As input, time series data v _a (t) of acceleration side traveling speed pattern calculated in step 1, time series data v _d (t) of deceleration side traveling speed pattern calculated in step 2, traveling maximum speed V _max , overall The travel speed pattern v (t) (time series data of the speed command value u) is obtained as an output using the travel distance D, the acceleration travel distance D _a and the deceleration travel distance D _d .
[0056]
The calculation procedure is as follows (1) to (4) (see FIGS. 6 and 7).
[0057]
(1) The total travel distance D of the trolley 12 is obtained from the difference between the travel target position P _o of the trolley 12 and the current position x _o as in the following equation (15).
[0058]
D = P _o −x _o (15)
[0059]
The distance D _max trolley 12 travels at a constant running maximum velocity V _max, as shown in the following equation (16), minus the acceleration unit travel distance D _a from the total travel distance D and the speed reduction unit travel distance D _d (See FIG. 6).
[0060]
D _max = D−D _a −D _d (16)
[0061]
(2) The time T _max during which the trolley 12 travels at the maximum travel speed V _max can be obtained from the following equation (17).
[0062]
[Expression 15]

[0063]
(3) By connecting the time series data v _a (t) of the acceleration side travel speed pattern and the time series data v _d (t) of the deceleration side travel speed pattern at the travel maximum speed V _max , the following equation (18) A traveling speed pattern v (t) as shown below can be obtained. That is, a traveling speed pattern v (t) composed of left and right acceleration / deceleration parts and a central constant speed part as shown in FIG. 7A is obtained (FIGS. 4B, 5B, and 6). reference). 7 (b) and 7 (c) show the actual travel acceleration _ak of the trolley 12 corresponding to the travel speed pattern v (t) shown in FIG. 7 (a), the rope 13 and the suspended load 12. (Refer to FIG. 4A, FIG. 4C, FIG. 5A, and FIG. 5C).
[0064]
[Expression 16]

[0065]
(4) The required time for the traveling speed pattern v (t) is given by the following equation (19). This required time 2T + _Tmax is used for determining the end of a travel speed pattern, which will be described later.
[0066]
Traveling speed pattern required time = 2T + T _max (19)
[0067]
As described above, the traveling speed pattern v (t) for performing the steadying control of the suspended load 14 can be calculated by the processing of Step 1 to Step 3.
[0068]
Next, a procedure for driving the trolley 12 according to the traveling speed pattern v (t) (a procedure for outputting the speed command value u) will be described (steps 4 to 7).
[0069]
[Step 4]: Preparation for traveling speed pattern output In Step 4, the time count is initialized as preparation for traveling speed pattern output, that is, preparation for outputting the speed command value u to the trolley driving device 15.
[0070]
It is assumed that the steadying pattern calculation unit 21 performs calculation processing for each step time Δt. Then, a time count i is prepared, and by increasing the time count i, the time t is increased in increments of time Δt as shown in the following equation (20) to indicate the passage of time t. Therefore, first, as an initialization process, the time count i is initialized to 0 as shown in the following equation (21).
[0071]
t = Δt * i (20)
i = 0 (21)
[0072]
[Step 5]: In step 5 in which the time count is advanced, as shown in the following equation (22), the time count i is advanced by adding 1 to the previous value of the time count i.
[0073]
i = i + 1 (22)
[0074]
[Step 6]: Output of the speed command value In Step 6, the speed command value u is output to the trolley driving device 15 based on the traveling speed pattern v (t).
[0075]
Since the elapsed time t from the start of the travel speed pattern v (t) is represented by t = Δt * i as in the above equation (20), the value of the travel speed pattern v (t) corresponding to this elapsed time t. Are sequentially output to the trolley driving device 15 as a speed command value u for the trolley 12 as shown in the following equation (23).
[0076]
u = v (t) (23)
[0077]
[Step 7]: Travel speed pattern end determination In step 7, the elapsed time t from the start of the output of the travel speed pattern v (t) (output of the speed command value u) is the required time of the travel speed pattern v (t). It is determined whether or not 2T + _Tmax is exceeded. When the elapsed time t exceeds the required time 2T + _Tmax , the traveling speed pattern output is ended. If the elapsed time t does not exceed the required time 2T + _Tmax , the process returns to step 5 to advance the time count i and continue to output the traveling speed pattern.
[0078]
Specifically, the processing program of step 1 to step 7 is mounted on a microcomputer or the like that constitutes the control device 18, and is continuously processed by this microcomputer, whereby the traveling speed pattern v as described above is obtained. Calculation of (t) and drive control (travel speed control) of the trolley 12 based on the travel speed pattern v (t), that is, steadying control of the suspended load 14 can be performed.
[0079]
<Action and effect>
As described above, in the suspended load steadying control device according to the present embodiment, the rope length l detected by the rope length detection device 17 and the trolley position detection device 16 in the steadying pattern calculation unit 21 of the control device 18 are used. Based on the detected current position x _o and an arbitrary reference rope length l _o given in advance, the maximum travel speed V _max and the target travel position P _o , one cycle of the virtual pendulum having the reference rope length l _o The state of the virtual pendulum when the trolley 12 is accelerated / decelerated over time is calculated, and the actual pendulum having the rope length l detected by the rope length detection device 17 matches the state of the virtual pendulum. A travel speed pattern v (t) is calculated, and a speed command value u is output to the trolley driving device 15 based on the travel speed pattern v (t).
[0080]
Therefore, according to the suspension control apparatus for suspended loads according to the present embodiment, the traveling speed pattern v (t) having no discontinuity in traveling acceleration during the acceleration and deceleration of the trolley 12 as shown in FIG. Based on this traveling speed pattern v (t), highly accurate steadying control can be performed with little residual vibration of the suspended load 14 resulting from the followability of the traveling drive system.
[0081]
The hanging load steadying control device has the rope length detection device 17 and calculates the traveling speed pattern v (t) using the rope length l detected by the rope length detection device 17. In order to calculate the traveling speed pattern v (t), it is only necessary to know the swing period or frequency of the suspended load 14 (actual pendulum).
[0082]
That is, although a specific mathematical formula is omitted, the rope length l can be calculated from the relational expression between the swing period and the rope length l based on the swing period of the suspended load 14, or the frequency of the suspended load 14 can be calculated. Therefore, the rope length l can be calculated from the relational expression between the same frequency and the swing period and the relational expression between the swing period and the rope length l. Can be used. For this reason, you may make it provide the apparatus which detects the swing period or frequency of the suspended load 14 instead of the rope length detection apparatus 17. FIG.
[0083]
【The invention's effect】
As described above in detail with the embodiment of the invention, the suspension control device for the suspended load according to the first invention attaches the suspended load to the lower end of the rope hanging from the traveling body, and attaches this suspended load to the traveling body. In the crane configured to convey to the target position by traveling, the suspended load steadying control device for performing the steadying control of the suspended load when the suspended load is transported by the crane,
A rope length detection device for detecting the length l of the rope;
A traveling body position detecting device for detecting a current position x _O of the traveling body;
A traveling body drive device having a function of controlling the traveling speed of the traveling body based on a speed command value;
A control device that outputs the speed command value to the traveling body drive device;
In this control device ,
Based on the reference rope length l _O , the reference period T is calculated by the following formula,
[Expression 41]

Based on the reference period T and the maximum traveling speed V _max , a reference traveling acceleration a _ko at the time of acceleration of the traveling body is calculated by the following equation:
[Expression 42]

And the reference travel acceleration a _ko, with the reference rope length l _O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu _l On the basis of the following equation for the acceleration of acceleration a _k when the traveling body is accelerated ,
[Equation 43]

The traveling acceleration a _k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V _a ( t ) when the traveling body is accelerated ,
(44)

Step 1 for integrating the travel speed V _a ( t ) as follows to calculate an acceleration travel distance D _a required for acceleration of the traveling body ;
[Equation 45]

Based on the reference rope length l _O, the reference period T is calculated by the following equation,
[Equation 46]

Based on this reference period T and the maximum traveling speed V _max , a reference traveling acceleration a _ko at the time of deceleration of the traveling body is calculated by the following equation:
[Equation 47]

And the reference travel acceleration a _ko, with the reference rope length l _O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu _l On the basis of the following formula for the traveling acceleration a _k when the traveling body decelerates ,
[Formula 48]

The traveling acceleration a _k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V _d ( t ) when the traveling body decelerates ,
[Equation 49]

Step 2 for integrating the traveling speed V _d ( t ) as shown in the following formula to calculate a deceleration portion traveling distance D _d required for deceleration of the traveling body ;
[Equation 50]

Wherein on the basis of the target travel location P _O of the running body the current position x _O, the travel distance D of the whole of the traveling body calculated by the following equation,
D = P _O −x _O
Based the travel distance D of the whole and the accelerator travel distance D _a in said speed reduction unit travel distance D _d, and calculates the distance D _max for the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V _max,
D _max = D−D _a −D _d
This distance on the basis of the D _max and the running maximum velocity V _max, and calculate the distance T _max of the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V _max,
[Formula 51]

By connecting the travel speed V _a ( t ) during acceleration, the travel speed V _d ( t ) during deceleration, and the maximum travel speed V _max , a travel speed pattern v ( t ) as shown in the following equation is calculated. Step 3 is performed,
[Formula 52]

The speed command value is output to the traveling body drive device based on the traveling speed pattern v (t).
[0084]
Therefore, according to the suspended load steadying control device of the first aspect of the present invention, it is possible to obtain a traveling speed pattern having no discontinuity in traveling acceleration during acceleration and deceleration of the traveling body. Based on this, it is possible to perform high-accuracy steady-state control with little residual vibration of the suspended load due to the followability of the traveling drive system.
[0085]
The suspended load steadying control device of the second invention is the suspended load steadying control device of the first invention,
Instead of the rope length detection device, a device for detecting a swing period or frequency of the actual pendulum is provided.
[0086]
Therefore, according to the suspended load steadying control device of the second aspect of the present invention, a device for detecting the actual swing period or frequency of the pendulum is provided in place of the rope length detection device, so that the suspension of the first aspect of the present invention is provided. The same effect as the load steadying control device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a model diagram of a crane provided with a suspended load steadying control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of the hanging load steadying control device.
FIG. 3 is a flowchart showing processing of the hanging load steadying control device.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a calculation method of an acceleration portion of a traveling speed pattern in the hanging load steadying control device.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a calculation method of a deceleration portion of a traveling speed pattern in the hanging load steadying control device.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a calculation method of a constant speed portion of a traveling speed pattern in the hanging load steadying control device.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing output characteristics of the hanging load steadying control device.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing output characteristics of a conventional hanging load steadying control device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Rail 12 Trolley 13 Rope 14 Hanging load 15 Trolley drive device 16 Trolley position detection device 17 Rope length detection device 18 Control device 21 Stabilization pattern calculation part

Claims

走行体から垂れ下がったロープの下端に吊荷を取り付け、この吊荷を前記走行体の走行により目標位置まで運搬するよう構成されたクレーンにおいて、このクレーンにより前記吊荷を運搬する際に前記吊荷の振れ止め制御を行う吊荷の振れ止め制御装置であって、
前記ロープの長さｌを検出するロープ長検出装置と、
前記走行体の現在位置ｘ_Oを検出する走行***置検出装置と、
速度指令値に基づいて前記走行体の走行速度を制御する機能を有する走行体駆動装置と、
この走行体駆動装置へ前記速度指令値を出力する制御装置とを備え、
この制御装置では、
基準ロープ長ｌ _O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、

この基準周期Ｔと走行最大速度Ｖ _max とに基づいて、次式により前記走行体の加速時の基準走行加速度ａ _ko を計算し、

この基準走行加速度ａ _ko と、前記基準ロープ長ｌ _O と、前記ロープの長さｌと、重力加速度ｇと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν _l とに基づいて、次のような前記走行体の加速時の走行加速度ａ _k の式を求め、

この走行加速度ａ _k を次式のように積分して、前記走行体の加速時の走行速度Ｖ _a ( ｔ ) を計算し、

この走行速度Ｖ _a ( ｔ ) を次式のように積分して、前記走行体の加速に要する加速部走行距離Ｄ _a を計算するステップ１と、

前記基準ロープ長ｌ _O に基づいて、次式により基準周期Ｔ計算し、

この基準周期Ｔと前記走行最大速度Ｖ _max とに基づいて、次式により前記走行体の減速時の基準走行加速度ａ _ko を計算し、

この基準走行加速度ａ _ko と、前記基準ロープ長ｌ _O と、前記ロープの長さｌと、重力加速度ｇと、振り子の振れ角φと、振り子の振れ角速度ωと、ロープ長変化率ν _l とに基づいて、次のような前記走行体の減速時の走行加速度ａ _k の式を求め、

この走行加速度ａ _k を次式のように積分して、前記走行体の減速時の走行速度Ｖ _d ( ｔ ) を計算し、

この走行速度Ｖ _d ( ｔ ) を次式のように積分して、前記走行体の減速に要する減速部走行距離Ｄ _d を計算するステップ２と、

前記走行体の走行目標位置Ｐ _O と前記現在位置ｘ _O とに基づいて、次式により前記走行体の全体の走行距離Ｄを計算し、
Ｄ＝Ｐ_O−ｘ_O
この全体の走行距離Ｄと前記加速部走行距離Ｄ _a と前記減速部走行距離Ｄ _d とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ _max で走行する距離Ｄ _max を計算し、
Ｄ_max＝Ｄ−Ｄ_a−Ｄ_d
この距離Ｄ _max と前記走行最大速度Ｖ _max とに基づいて、次式により前記走行体が前記走行最大速度Ｖ _max で走行する距離Ｔ _max を計算し、

前記加速時の走行速度Ｖ _a ( ｔ ) と前記減速時の走行速度Ｖ _d ( ｔ ) と前記走行最大速度Ｖ _max とをつなげることによって、次式のような走行速度パターンｖ ( ｔ ) を計算するステップ３とを実行し、

この走行速度パターンｖ(ｔ)に基づいて前記速度指令値を前記走行体駆動装置へ出力することを特徴とする吊荷の振れ止め制御装置。In a crane configured to attach a suspended load to the lower end of a rope hanging from the traveling body and transport the suspended load to a target position by traveling of the traveling body, the suspended load is transported when the suspended load is transported by the crane. An anti-sway control device for suspended loads that performs anti-sway control of
A rope length detection device for detecting the length l of the rope;
A traveling body position detecting device for detecting a current position x _O of the traveling body;
A traveling body drive device having a function of controlling the traveling speed of the traveling body based on a speed command value;
A control device that outputs the speed command value to the traveling body drive device;
In this control device ,
Based on the reference rope length l _O , the reference period T is calculated by the following formula,

Based on the reference period T and the maximum traveling speed V _max , a reference traveling acceleration a _ko at the time of acceleration of the traveling body is calculated by the following equation:

And the reference travel acceleration a _ko, with the reference rope length l _O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu _l On the basis of the following equation for the acceleration of acceleration a _k when the traveling body is accelerated ,

The traveling acceleration a _k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V _a ( t ) when the traveling body is accelerated ,

Step 1 for integrating the travel speed V _a ( t ) as follows to calculate an acceleration travel distance D _a required for acceleration of the traveling body ;

Based on the reference rope length l _O, the reference period T is calculated by the following equation,

Based on this reference period T and the maximum traveling speed V _max , a reference traveling acceleration a _ko at the time of deceleration of the traveling body is calculated by the following equation:

And the reference travel acceleration a _ko, with the reference rope length l _O, and the length l of the rope, and the gravitational acceleration g, and the deflection angle φ of the pendulum, a shake angular velocity ω of the pendulum, the rope length change rate [nu _l On the basis of the following formula for the traveling acceleration a _k when the traveling body decelerates ,

The traveling acceleration a _k is integrated as shown in the following equation to calculate the traveling speed V _d ( t ) when the traveling body decelerates ,

Step 2 for integrating the traveling speed V _d ( t ) as shown in the following formula to calculate a deceleration portion traveling distance D _d required for deceleration of the traveling body ;

Wherein on the basis of the target travel location P _O of the running body the current position x _O, the travel distance D of the whole of the traveling body calculated by the following equation,
D = P _O −x _O
Based the travel distance D of the whole and the accelerator travel distance D _a in said speed reduction unit travel distance D _d, and calculates the distance D _max for the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V _max,
D _max = D−D _a −D _d
This distance on the basis of the D _max and the running maximum velocity V _max, and calculate the distance T _max of the traveling body from the following equation travels in the traveling maximum speed V _max,

By connecting the travel speed V _a ( t ) during acceleration, the travel speed V _d ( t ) during deceleration, and the maximum travel speed V _max , a travel speed pattern v ( t ) as shown in the following equation is calculated. Step 3 is performed,

A suspended load steadying control device that outputs the speed command value to the traveling body driving device based on the traveling speed pattern v (t).

請求項１に記載する吊荷の振れ止め制御装置において、
前記ロープ長検出装置の代わりに、前記実際の振り子の振れ周期もしくは振動数を検出する装置を備えたことを特徴とする吊荷の振れ止め制御装置。In the suspended load steadying control device according to claim 1,
Instead of the rope length detection device, a suspended load steadying control device comprising a device for detecting a swing period or frequency of the actual pendulum.