JPH08324961A - クレーンの振れ及び位置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】外乱の影響がより小さく、計算負荷がより小さ
く、かつ振れ止め制御性の良いクレーンの振れ及び位置
の制御方法を提供する。 【構成】インバータ等の可変速制御機構を備えた横行、
走行装置を具備する懸垂式ワイヤークレーンの自動運転
方法において、加速時及び減速時の速度と始動後の経過
時間の関係式を円弧式で表し、加速時及び減速時に前記
円弧式によって表現されたパターンに従って、速度制御
を行うクレーンの振れ止め及び位置の制御方法。あるい
は、加速時は前記円弧式を基に速度制御を行い、減速時
は前記円弧式によって表現された減速パターンを、予め
定められた目標位置とその時点の位置との差を基に、リ
アルタイムに補正演算して修正し、この補正された減速
パターンに基づいて位置決めを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ等の可変速
制御機構を備えた横行、走行装置を備えた懸垂式ワイヤ
ークレーンの振れ及び位置を制御する方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】特開平１−２８１２９３号公報には、懸
垂式クレーンを運転する時に荷を吊っているロープを巻
上げ又は巻下げながら、前記クレーンを走行させて吊荷
の振れ止めを行うにあたり、加速時には、加速−減速−
加速という走行パターンを一くくりとし、また減速時に
は、減速−加速−減速という走行パターンを一くくりと
して、それぞれ複数回数繰り返すことで、振れ止めを行
う方法が開示されている。

【０００３】特開平１−２８１２９４号公報には、走
行、横行における目標の速度及び許容とする加減速度
と、目標の巻上げまたは巻下げ速度と、走行及び横行を
開始する時のワイヤー長さと、吊荷の重心位置を基に、
位相軌跡を演算することにより、線形制御による運転パ
ターンを演算する振れ止め制御方法が開示されている。

【０００４】図８は、線形制御の説明図であり、ｍは荷
の質量〔ｋｇ〕、ｌはワイヤーの長さ〔ｍ〕、θはワイ
ヤーの振れ角〔ｒａｄ〕、ｇは重力加速度〔ｍ／ｓｅｃ
² 〕である。

【０００５】運動方程式は次式で表される。ただ
し、「′」は時間の一次微分を、「″」は時間の二次微
分を表す。

【０００６】 （ｌ₀ ＋ｌ′ｔ）θ″＋２ｌ′θ′＋ｇθ＝−ｘ″ 加速時の初期条件及び最終条件 ｘ′(0) ＝０, θ(0) ＝０, θ′(0) ＝０ →ｘ′(0) ＝ｖ, θ(0) ＝０, θ′(0) ＝０ 減速時の初期条件及び最終条件 ｘ′(0) ＝ｖ, θ(0) ＝０, θ′(0) ＝０ →ｘ′(0) ＝０, θ(0) ＝０, θ′(0) ＝０ この方程式を解く手法として、位相面軌跡による方法と
最大原理に基づく方法があるが、理論的に理解し易く解
が求め易い位相面軌跡による方法によると、次の関係で
求められる。

【０００７】 （θ＋ｘ″／ｇ）² ＋（θ′／ω）² ＝（ｘ″／ｇ）² この方法による位相面軌跡を図９に示す。

【０００８】ロープ長さｌが変化すると非線形となるた
め、振れ止め運転に必要な加速度（ｘ″）、切り替え時
間（ｔ）の値はパソコンでシミュレータを作成し、収束
計算により導出した。その結果を図１０に示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の線形制御による運動方程式を用いた場合、加減速の計
算値による速度指令に対し、特に速度切り替え時に駆動
系の応答遅れにより加減速に遅れが生じ、計算値との誤
差から残留振れが発生する。

【００１０】また、計算式が複雑であるため、計算負荷
が大きくなり、リアルタイムのフィードバック制御が困
難となる。さらに理論式からの制御であるため、外乱に
弱いという問題がある。

【００１１】本発明が解決すべき課題は、外乱の影響が
より小さく、計算負荷がより小さく、かつ振れ止め制御
性の良いクレーンの振れ及び位置の制御方法を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１のクレーンの振れ及び位置制御方法
は、インバータ等の可変速制御機構を備えた横行、走行
装置を具備する懸垂式ワイヤークレーンの自動運転方法
において、加速時及び減速時の速度と始動後の経過時間
の関係式を円弧式で表し、加速時及び減速時に前記円弧
式によって表現されたパターンに従って、速度制御を行
うものである。

【００１３】また、本発明の第２のクレーンの振れ及び
位置制御方法は、インバータ等の可変速制御機構を備え
た横行、走行装置を具備する懸垂式ワイヤークレーンの
自動運転方法において、加速時及び減速時の速度と始動
後の経過時間の関係式を円弧式で表し、加速時は前記円
弧式を基に速度制御を行い、減速時は前記円弧式によっ
て表現された減速パターンを、予め定められた目標位置
とその時点の位置との差を基に、リアルタイムに補正演
算して修正し、この補正された減速パターンに基づいて
位置決めを行うものである。

【００１４】

【作用】本発明では、加減速パターンに円弧式を使用す
ることで、クレーン動作時のショックを低減し、円滑な
制御を実現し、振れ止めを行うとともに、前記円弧式を
用いることで計算負荷の小さなリアルタイム計算による
フィードバック制御を行い、高精度の位置決めを可能と
する。

【００１５】円弧による制御、円形制御について説明す
る。図１は円形制御の概要を示すものであり、縦軸に速
度、横軸に時間をとっている。これには、円弧による
第１加速区間、円弧による第２加速区間、定速区間
（Ｔ₁ ｓｅｃ）、円弧による第１減速区間、円弧に
よる第２減速区間の各パターンを有している。

【００１６】ここで、 接続角度θ〔ｒａｄ〕＝（２π／３６０°）×４５°＝
π／４ 現在角度θ_t 〔ｒａｄ〕＝（２θ〔ｒａｄ〕／Ｔθ〔ｓ
ｅｃ〕×ｔ〔ｓｅｃ〕 （但し２θ：目標角度、ｔ：進行時間、Ｔθ：到達時
間） 切換速度ｖ₀ ＝ｖ₃ ／２ （ｖ₃ ：定速速度〔ｍ／ｓｅ
ｃ〕） 速度パラメータ（角度θにてｖ₀ になる補正値）を Ａ＝｛ｖ₀ ／（１−ｃｏｓθ）｝ とすると、速度指令は各区間〜において次のように
なる。

【００１７】区間 Ａ×（１−ｃｏｓθ_t ） 区間ｖ₃ −（Ａ×（１−ｃｏｓ（θ−θ_t ））） 区間ｖ₃ 区間ｖ₃ −（Ａ×（１−ｃｏｓθ_t ）） 区間 Ａ×（１−ｃｏｓ（θ−θ_t ）） となる。

【００１８】したがって、Ｔθ，Ｔ₁ ，ｖ₃ の３項目を
設定すれば、各区間における速度指令は求められる。

【００１９】このように、加減速に円弧式を使用するこ
とにより、円滑な加減速が行われる。また、方式が単純
なため、フィードバック系が構成し易い。さらに、複雑
な計算が不要であるため、リアルタイムな計算が行なえ
る。

【００２０】次に、本発明の位置決め制御方法について
説明する。

【００２１】図２は位置決め制御方法の速度パターンを
示すものである。加減速時間をＴθ、定速時間をＴ₁ 、
定速速度をｖ₃ とし、加減速がそれぞれ下に凸である円
弧式と上に凸である円弧式で表されるパターンで行われ
るとする。図中の，は三角形部分、は四角形部分
を示し、Ｚは三角形の斜辺と円弧とで挟まれた部分を示
す。

【００２２】＋の面積＝３ｖ₃ ・Ｔθ／８、の面
積＝ｖ₃ ・Ｔθ／８ ここで、図３に示すように円弧ＡＢ，線分ＡＣ，ＣＢで
囲まれた図形の面積と三角形ＡＣＢの面積との比をｋと
すると、ｋは次の式で表される。

【００２３】 ｋ＝（ｒ² θ−ｙ・ｘ）／（ｓｉｎθ・ｒ² −ｙ・ｘ） ＝θ・ｔａｎθ−（ｓｉｎθ）² ／｛ｓｉｎθ（ｔａｎθ−ｓｉｎθ）｝ ＝｛２θ−ｓｉｎ（２θ）｝／｛２ｓｉｎθ−ｓｉｎ（２θ）｝ この関係を用いて図２のＺ，Ａ，Ｂの部分の面積を表す
と次のようになる。

【００２４】Ｚ＝（ｖ₃ ・Ｔθ／８）×（ｋ−１） Ａ＝３ｖ₃ ・Ｔθ／８＋Ｚ Ｂ＝ｖ₃ ・Ｔθ／８−Ｚ 図２における各部の面積は、時間と速度の積、即ち距離
を表しているので、前記の式で得られた面積Ｚ，Ａ，Ｂ
で表される距離で円弧制御が切り替わるように制御を行
うことにより、円形制御の位置決めが可能となる。

【００２５】以上は加速時の制御方法であるが、停止時
に、所定の位置に停止するためには、計算値（計算距離
ｋ₀ ，計算速度ｖ₀ ）に対して実績値（実績距離ｋ₁ ，
実績速度ｖ₁ ）を監視し、両者にずれが有った場合には
補正をする必要がある。図４はその状態を示すものであ
る。目標点をｋ_M0とすると、実績値測定時刻ｔ_c から停
止に到るまでの時間Ｔθ／２は次の式で得られる。

【００２６】 Ｔθ／２＝｛２（ｋ_M0±ｋ₁ ）｝／｛ｖ₁ （２−ｋ）｝ なお、ｋ_M0±ｋ₁ の符号は動作方向により変化すること
を意味している。

【００２７】図５はリアルタイム演算の方法を説明する
ための図であり、区間の面積は残距離Ｂ₁ を表してい
る。

【００２８】 切換速度計算値ｖ₀ ＝ｖ₃ ／２〔ｍｍ／ｓｅｃ〕 角度補正値θ_t ＝（２θ／Ｔθ）×ｔ 残距離Ｂ₁ ＝ｋ_M0±ｋ₁ 残時間Ｔ_x 〔ｓｅｃ〕＝２Ｂ₁ ／｛ｖ₁ （２−ｋ）｝ とすると、角度進行値はθ_t ＝θ_t0（前回角度）＋θ_tx
（角度増分係数）で表されるから、 θ_t ＝θ_t0＋（θ−θ_t0）／（Ｔ_x ）×Δｔ ここで、（θ−θ_t0）は残角度、Δｔは経過時間（前回
−今回時間）で表される。

【００２９】但し、Ｔ_x は絶対値、θ_t ＝θ_t0＋Σθ_tx
である。このΣθ_txはθ_txの平均化処理を示している。

【００３０】そして、前記のθ_t ＞Ｔθの関係になった
ところで停止するように制御を行うことで、リアルタイ
ムの位置決め制御が実現可能となる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。

【００３２】図６は本発明の方法を実施するためのブロ
ック図である。同図において、１はインバータ、２はク
レーン走行用モータ、３は駆動輪、４は従動輪、５は従
動輪４の軸に取り付けられたエンコーダを示している。

【００３３】エンコーダ５は従動輪４の回転角度をパル
スに変換し、クレーンの位置を検出するためのものであ
り、検出された実績位置は目標位置と比較され、その位
置偏差が時間軸演算ブロック１０に入力され、計算パタ
ーンブロック１１から出力される速度パターン（図１，
図２参照）に基づいて出力される指令速度が補正され、
インバータ１に速度指令として入力される。また、エン
コーダ５から出力された実績位置を微分することによ
り、実績速度が得られ、ＰＩＤ制御器１２を介してイン
バータ１における速度指令にフィードバックされる。

【００３４】図７は本発明の振れ止め及び位置決め制御
手順を示すフローチャートである。ステップ１００にお
いて停止指令が出されると、ステップ１１０では下に凸
の円弧式に基づく加速（第１加速）を行う。次いでステ
ップ１２０では上に凸の円弧式に基づく加速（第２加
速）を行う。これにより、定速運転となる（ステップ１
３０）。次いで、ステップ１４０において、停止指令に
基づいて上に凸の円弧式に基づく減速（第１減速）を行
う。ステップ１５０では、下に凸の円弧式に基づく減速
（第２減速）を行う。このステップ１５０では、前述し
たように、目標位置との残距離をエンコーダ５の出力に
基づいて測定し、これを基に円弧式をリアルタイムに補
正演算して位置決めを実施する。位置決めが終了する
と、動作完了する（ステップ１６０）。

【００３５】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば下記の
効果を奏する。

【００３６】 円形制御を採用したので、クレーン動
作時の衝撃が少なく、振れを最小限として、振れ止めの
高精度化を図ることができる。

【００３７】 計算式が簡単であるため、リアルタイ
ムでの演算、従って位置制御のフィードバック演算が可
能となる。

【００３８】 制御方式が容易であるため、外乱に対
して柔軟性が高く、走行・横行と巻きの同時運転、すな
わち斜め吊りも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の振れ止め制御の概要の説明図であ
る。

【図２】 位置決め制御方法の速度パターンを示すもの
である。

【図３】 位置決め制御の手法を導き出すための説明図
である。

【図４】 位置決め制御の手法を導き出すための説明図
である。

【図５】 位置決め制御におけるリアルタイム演算の方
法を説明するための図である。

【図６】 本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図７】 振れ止め及び位置決め制御手順を示すフロー
チャートである。

【図８】 従来の線形制御の説明図である。

【図９】 線形制御の解法の一つである位相面軌跡の図
である。

【図１０】 従来における振れ止めパターンのタイムチ
ャーである。

【符号の説明】

１ インバータ、２ クレーン走行用モータ、３ 駆動
輪、４ 従動輪、５ エンコーダ、１０ 時間軸演算ブ
ロック、１１ 計算パターンブロック、１２ ＰＩＤ制
御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下笠 知治 北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ等の可変速制御機構を備えた
   横行、走行装置を具備する懸垂式ワイヤークレーンの自
   動運転方法において、加速時及び減速時の速度と始動後
   の経過時間の関係式を円弧式で表し、加速時及び減速時
   に前記円弧式によって表現されたパターンに従って、速
   度制御を行うことを特徴とするクレーンの振れ及び位置
   の制御方法。
2. 【請求項２】 インバータ等の可変速制御機構を備えた
   横行、走行装置を具備する懸垂式ワイヤークレーンの自
   動運転方法において、加速時及び減速時の速度と始動後
   の経過時間の関係式を円弧式で表し、加速時は前記円弧
   式を基に速度制御を行い、減速時は前記円弧式によって
   表現された減速パターンを、予め定められた目標位置と
   その時点の位置との差を基に、リアルタイムに補正演算
   して修正し、この補正された減速パターンに基づいて位
   置決めを行うことを特徴とするクレーンの振れ及び位置
   の制御方法。