JPH08295486A - クレーン等のロープ振れ止め制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】機械的または光学的振れ角検出手段を必要しな
い、高性能且つ低価格の振れ止め制御方法及び装置を提
供する。 【構成】クレーン等の、ロープで懸垂された負荷を走行
させるトロリー駆動装置を備えたクレーン等の振れ止め
制御方法において、ロープの振れに基づく負荷トルク変
動を含まない電動機トルクの推定信号τ_M ^*を、制御系及
び駆動系のゲイン定数、等価時定数によって演算推定
し、この推定信号τ_M ^*と、実際の負荷トルクτ_M とを比
較することにより、ロープ振れ角及び荷重に比例した振
れ負荷信号Ｉ_2W ^* を演算し、この振れ負荷信号に比例し
た振れ角検出推定値θ₁ ^*と振れ角設定値θ_S との偏差に
位相進み・遅れ補償を行った信号Ｎ_W をトロリー駆動装
置のトロリー速度指令Ｎ_S にネガティブフィードバック
することにより、ロープで吊り下げられた負荷の振れを
制止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロープに吊り下げられ
た負荷、例えば天井走行クレーンのトロリー等に吊り下
げられた吊り荷、あるいはコンテナクレーン、コンテナ
キャリアのトロリーに吊り下げられたコンテナ、あるい
はバラ物荷役用のグラブバケットクレーンやアンローダ
等のグラブバケット等の走行時の振れを抑制する制御方
法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、加速時、減速時、あるい
は走行中の吊り荷の振れを抑制する方法としては、機械
的振れ止め方法と電気的振れ止め方法の２つに大別でき
る。機械的振れ止め方法には、トロリー自体に、例えば
ガイドマストを設け、ロープの振れを制止する方法や、
コンテナクレーン等コンテナ自体の構造に着目して、荷
振れを抑制できる特殊なロープ掛けと油圧シリンダによ
るロープ緊張装置を併用した振れ止め方法等がある。ま
た、電気的振れ止め方法には、吊り荷の振れ角、あるい
は振れ速度を検出して、これを駆動系にフィードバック
して、あるいは、加減速終了時に振れをなくし得るよう
な速度パターンを演算指令して、振れ止め制御を行う方
法がある（例えば、特公昭４５−４０２０号の起重機の
ロープ振れ止め制御方式）。この電気的振れ止め制御に
は、吊り荷の振れ角を検出し、これを適当な補償要素を
通して駆動系にフィードバックして、振れ止めを行うク
ローズドループ式と吊り荷に関する運動方程式の解によ
り、加速時、減速時の振れ角、振れ速度を予測し、振れ
止めが可能な加減速度、加減速時間を指令するオープン
ループ式がある（例えば、実開昭５７−１５８６７０号
の懸垂式クレーンのロープ振れ止め制御装置）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来方法では、特公昭
４５−４０２０号公報に開示したように、原理的に振れ
角の検出手段が必要である。この方法では、ロープの振
れ角を機械的に検出しているが、ロープが巻上げ、巻下
げ時に運動するため、その連結装置の構造は、ロープへ
の確実な連結と摺動可能という相反する要求を満たす必
要があり、どうしても、取り付け構造が複雑になり、ま
た、信頼性に欠けるという欠点があった。これを解決す
るために、最近、光源とカメラ、画像処理装置による光
学式振れ角検出装置が提案されている。これは確かに、
運動するロープとの機械的連結はないが、光学式である
点から、塵埃による性能劣化が懸念されるのみならず、
特に、光源とカメラの正確な位置合わせ、画像から振れ
角の演算処理のために、振れ角検出装置としては、あま
りにも高価になってしまう欠点がある。また、クレーン
の構造上から、トロリーの巻き上げウインチ付近にカメ
ラを設置するのが一般的であるが、その設置スペースを
必要とする。また、今、トロリー加速度を０．５ｍ／ｓ
ｅｃ² と仮定すると、最大振れ角を考えても、その値
は、０．１０２ｒａｄとかなり小さくなるので、振れ角
検出の精度の点から、カメラと光源の正確な位置合わせ
が必要になる。それだけ、正確なカメラコントロールを
必要とする。即ち、複雑、デリケートな検出装置となる
ことは避けられない。

【０００４】このような問題点を解決するために、振れ
角検出装置を使用しないで、電動機速度、トロリー速
度、ロープ長等から、振れ角を演算推定する振れ角モデ
ルや、振れ角オブザーバ等も検討されたが、複雑になる
こと、誤差が大きいこと、また、初期振れや外乱がある
場合に対応できない等の理由によって、実用化されるに
いたっていない。本発明が解決すべき課題は、機械的ま
たは光学的振れ角検出手段を必要とせず、また従来の振
れ角モデルや振れ角オブザーバと全く異なる原理に基づ
く負荷トルクオブザーバを開発し、高性能且つ低価格の
振れ止め制御方法及び装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のクレーン等のロープ振れ止め制御方法は、
クレーン等の、ロープで懸垂された負荷を走行させるト
ロリー駆動装置を備えたクレーン等の振れ止め制御方法
において、ロープの振れに基づく負荷トルク変動を含ま
ない電動機トルクの推定信号τ_M ^*を、制御系及び駆動系
のゲイン定数、等価時定数によって演算推定し、この推
定信号τ_M ^*と、実際の負荷トルクτ_M とを比較すること
により、ロープ振れ角及び荷重に比例した振れ負荷信号
Ｉ_2W ^* を演算し、この振れ負荷信号に比例した振れ角検
出推定値θ₁ ^*と振れ角設定値θ_S との偏差に位相進み・
遅れ補償を行った信号Ｎ_W をトロリー駆動装置のトロリ
ー速度指令Ｎ_S にネガティブフィードバックすることに
より、ロープで吊り下げられた負荷の振れを制止するも
のである。また、本発明のクレーン等のロープ振れ止め
制御装置は、速度指令に基づいて同駆動装置の発生トル
クを制御するトルク制御装置と、前記駆動装置の速度を
自動的に制御する速度制御装置とを有する、クレーン等
の、ロープで懸垂された負荷を走行させるトロリー駆動
装置と、トロリーの速度及び位置を制御する制御装置と
を備えたクレーン等のロープ振れ止め制御装置におい
て、ロープの振れに基づく負荷トルク変動を含まない電
動機トルクの推定信号を制御系及び駆動系のゲイン定
数、等価時定数によって演算推定するトルクモデルと、
前記駆動装置のトルク制御装置の出力に基づいてトルク
信号τ_M に変換する手段と、前記トルクモデルの出力信
号τ_M ^*と前記トルク信号τ_M とを比較することにより、
ロープ振れ角と荷重に比例した振れ負荷信号に対応する
信号Ｉ_2W ^* を検出する手段と、前記信号Ｉ_2W ^* を振れ角
推定信号θ₁ ^*に変換する手段と、振れ角推定信号θ₁ ^*と
振れ角設定値θ_S との偏差に位相進み・遅れ補償を行っ
て生成された速度信号Ｎ_W を速度指令Ｎ_S にネガティブ
フィードバックする位相進み・遅れ回路とを設けたもの
である。前記方法及び装置において、ロープ長の変動に
よって振れ止め性能が低下することを改善するために、
振れ止め制御のループゲインをロープ長の１／２乗に比
例した値に調整する。また、吊り荷の低下につれて振れ
止め性能が低下することを改善するために、振れ止め制
御のループゲインを負荷の低下に逆比例して増加させ
る。

【０００６】

【作用】本発明は、特に、トロリー負荷の中に占める負
荷の振れトルク成分が十分大きく、しかもその大きさが
負荷の振れ角に正比例することに着目し、この成分を駆
動装置の電気的信号処理によって駆動系にフィードバッ
クして、振れ止め制御を構成する。これにより、複雑な
機械式あるいは高価な光学式の振れ角検出装置を必要と
せず、また、従来の振れ角オブザーバに比較して、直接
的に振れ角に比例する振れ負荷を検出し、振れ角を求め
るという原理に基づくので、本質的に精度と信頼性に優
れ、初期振れや外乱に対しても対応できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を具体的実施例を示す図１〜６
及び表１によって説明する。図１は本発明の原理を示す
ブロック図である。図において、破線で囲まれた１はト
ロリー駆動装置で、１−１はそのトルク制御装置、１−
２は電動機とトロリー駆動系を表している。トロリー駆
動系１−２の出力である速度Ｎはトルク制御装置１−１
の入力側にフィードバックされ、公知の自動速度制御装
置を構成している。また、後述のように、１−３は負荷
の振れによって生じるトルク（これを以下「振れ負荷ト
ルク」と呼ぶ）をトロリー駆動系１−２へ伝えるトルク
伝達係数を示している。同様に、図１の２は本発明の負
荷トルクオブザーバ２−１と振れ止め制御コントローラ
２−２で構成された、本発明の振れ止め制御装置を示し
ている。３は速度指令ハンドルに取り付けられた速度指
令器で、加速度調整器４（例えば直線指令器）に速度指
令を与え、加速度調整器４は、調整された速度指令Ｎ_S
を出力する。５は、電動機回転速度Ｎをトロリー速度ｖ
に変換する要素である。６は、トロリー速度ｖを入力と
し、トロリーの振れ角度θを出力とする、トロリー振れ
力学系モデルを示している。なお、各ブロック図中のＧ
₁(s)〜Ｇ₇(s)は、各装置または要素の伝達特性を表す伝
達関数を示すものとする。

【０００８】一般にトロリーの振れの力学モデルは、図
２によって表すことができる。図中１１はトロリー、１
２は負荷である。図２から、次の関係式が得られる。 ｍ・d²y/dt² ＝ｍ・ｇ−Ｔ・cosθ ・・・・(1) ｍ・d²x/dt² ＝Ｔ・cosθ ・・・・(2) ｙ＝ｈ・cosθ ・・・・(3) ｘ＝ｄ−ｈ・sinθ ・・・・(4) 但し、ｄ ：定点からのトロリーの水平位
置変位 d²x/dt², d²y/dt²：トロリーの加速度 Ｆ ：トロリーの加速力 ｇ ：重力による加速度 ｈ ：巻き上げロープの長さ ｍ ：負荷の質量 Ｍ ：トロリーの質量 Ｔ ：巻き上げロープ張力 ｘ ：負荷の水平位置変位 ｙ ：トロリーからの負荷の垂直位置変位 θ ：垂直線からの負荷の振れ角度 である。式（３）と（４）を式（１）と（２）に代入
し、整理すると次式が得られる。 d²θ/dt²＝(1/h)・((d²(d)/dt²)cosθ−g・sinθ−2・(dh/dt)・(dθ/dt)) ・・・・(5) d²h/dt² ＝g・cosθ＋(d²(d)/dt²)・sinθ＋h・(dθ/dt)²−T/m ・・・・(6) 他方、トロリーの加速については、次式が成立する。 Ｍ・d²(d)/dt²＝Ｆ−Ｔ・sinθ ・・・・(7) ここで、フック高さが一定の場合を考えると、（５）式
は次のようになる。 d²θ/dt²＝(1/h)・(fcosθ−g・sinθ) ・・・・(8) ここに、ｆ：トロリー加速度＝d²(d)/dt² さらに、（８）式にて、振れ角θが非常に小さく、その
結果、cosθ≒1.0、sinθ≒０と見なせる場合を考える
と、次式が得られる。 d²θ/dt²＝ (1/h)・(f-g・θ) ・・・・(9) これをラプラス変換して、(10)式が得られる。 θ(s)/v(s) =(1/h)・(τ²s/(1＋τ²s²)) ・・・・(10) ここに、ｖ(s) ：トロリー速度＝d(d)/dt τ＝(h/g)^1/2 ここで、巻き上げロープの長さｈを、改めてＬで表し、 ω＝(g/L)^1/2 (sec^-1) ・・・・(11) と置けば、(10)式は次の(12)式のように表すことができ
る。 θ(s)/ｖ(s) ＝ (L/g)・｛ω²s/(s²＋ω²)｝ ・・・・(12) 但し、Ｌ：巻き上げロープ長さ (m) ｇ：重力の加速度＝ 9.8m/sec² ｖ：トロリー速度 (m/sec) θ：振れ角(rad) 即ち、図１のＧ₄ は、(12)式によって与えることができ
る。

【０００９】次に、振れによって生じるトロリーの加速
力を求める。この加速力は、（７）式のＴ・ｓｉｎθの
項である。この項のロープ張力Ｔは、重力成分と負荷の
円運動による求心力の和になるが、後者は、前者に比べ
て十分小さいので、前者の成分によって近似することが
できる。したがって、 Ｔ≒ｍ・ｇ・cosθ ・・・・(13) 即ち、負荷の振れによって生ずる加速力ｆ_S は、振れ角
が小さいとして、 ｆ_s ＝ｍ・ｇ・cosθ・sinθ≒ｍ・ｇ・θ ・・・・(14) で表される。したがって、この部分の伝達関数は、 ｆ_s(s)/θ(s) ＝ｍ・ｇ ・・・・(15) 但し、ｆ_s ：トロリーの振動加速力（Ｎ） ｍ ：負荷の質量（Ｋｇ） したがって、Ｇ₅ は、（１５）式の振動加速力ｆ_s に、
電動機軸に換算するトルク係数を乗じた次式によって与
えることができる。 τ_W(s)/θ(s) ＝Ｋ_W・ｍ・ｇ ・・・・(16) 但し、Ｋ_w ：トルク換算係数（Ｋｇ・ｍ／Ｎ） τ_w ：電動機軸換算の振れ負荷トルク（Ｋｇ・ｍ） 図１において１−２のブロックで表される電動機とトロ
リー駆動系の伝達関数Ｇ₂ は、電動機トルクτ_M と〔ト
ロリー摩擦トルクτ_t ＋振れ負荷トルクτ_w 〕の代数和
による加速トルクτ_a を入力とし、電動機回転速度を出
力とする伝達関数であり、公知の次式によって表すこと
ができる。 Ｎ(s)/τ_a(s) ＝375/(GD²・s) ・・・・(17) 但し、Ｎ(s) ：電動機回転速度 (rpm) τ_a ：加速トルク（Ｋｇ・ｍ） τ_t ：トロリー摩擦トルク（Ｋｇ・ｍ） ＧＤ² ：電動機ＧＤ² ＋電動機軸換算トロリーＧＤ
² （Ｋｇ・ｍ² ） ｓ ：ラプラス演算子（＝ｄ／ｄｔ）

【００１０】次に、トルク制御装置１−１の伝達関数Ｇ
₁ は、例えば、ベクトル制御インバータ等を適用した場
合、小さな遅れ時定数を有する一次遅れ系で近似でき
る。即ち、 τ_M(s)/ΔＮ(s) ＝Ｋ_P/(1＋Ｔ_a's) ・・・・(18) 但し、τ_M(s)：電動機トルク（Ｋｇ・ｍ） ΔＮ ：速度偏差（ｒｐｍ）＝Ｎ_s'(s)−Ｎ_s Ｋ_P ：速度制御ゲイン（Ｋｇ・ｍ／ｒｐｍ） Ｔ_a' ：等価トルク時定数（ｓｅｃ）

【００１１】ここで、本発明の自動振れ止め制御装置の
有用性を明らかにするために、以上の説明で明らかとな
ったトロリー駆動系の伝達関数を用いて、本発明の自動
振れ止め制御を使用しない場合の加速時のトロリーの振
れについて説明する。図３は、図１に示した本発明の実
施例の構成より、振れ止め制御装置２を除いて、電動機
を４．５ｓｅｃで加速した場合の負荷の振れ角の応答を
シミュレーションによって求めたものである。図に示す
ように、加速終了後にも大きな残留振れがあり、殆ど減
衰していないことが分かる。従って、振れを小さくして
走行することが要求されるような場合や吊り荷の位置決
めが要求される場合には、運転者が手動にて振れ止め操
作をしなければならない。しかるに、この操作は、かな
りの熟練を必要とし、多くの場合、荷役能率を大きく低
下させる結果となっている。

【００１２】次に、本発明の振れ止め制御装置２の詳細
を図４により説明する。図１の負荷トルクオブザーバ２
−１は、図４の２−１のブロックにその詳細を示してい
る。即ち、図示のような振れ負荷トルクを含まない電動
機トルクを推定するトルクモデル２−１−２を作り、そ
の出力τ_M ^*と図１のトルク制御装置１−１の出力τ_M と
を比較することにより、振れ負荷を推定するように構成
したものである。ベクトル制御インバータ駆動のよう
に、トルク指令と発生トルクが線形化された駆動装置で
は、前述のように速度偏差から電動機の発生トルク迄の
伝達関数は、非常に小さい時定数の一次遅れ系で近似で
きる。したがって、振れ負荷トルクを含まない電動機ト
ルクの推定値をτ_M ^*とすれば、この値は式（１７）、
（１８）を使用して、図４の一次遅れ要素２−１−１と
トルクモデル２−１−２のようなブロック線図とその構
成で表すことができる。即ち、 τ_M ^*(s)＝N_s'(s)×[K_P/(1+T_a's)]・(1-G₆'(s))−T_t(s)×(G₆'(s)) ・・(19) 但し、Ｔ_m' ：補償された機械的時定数(sec) ＝(T_a'＋
T_m)/(1＋K_P) Ｔ_m ：機械的時定数(sec) ＝ＧＤ²/375 Ｔ_t ：トロリー摩擦トルク（Ｋｇ・ｍ） Ｇ₆'(S) ：＝1/(1＋T_m's)(1＋T_a's) 電動機トルクの推定値τ_M ^*は、２−１−３で示すトルク
定数Ｋ_T の逆数を乗じることによって、トルク電流の推
定値Ｉ₂ ^*に変換できる。同様に、図１のトロリー駆動装
置におけるトルク制御装置１−１の出力τ_M もＫ_T の逆
数を乗じることによって、実際のトルク電流Ｉ_2sに変換
できる。したがって、振れ負荷電流の推定値Ｉ_2W ^* は、
図４の２−１に示すように、 Ｉ_2W ^* ＝Ｉ₂ −Ｉ₂ ^*＝(1/K_T)(τ_M−τ_M ^*) ・・・・(20) で表される。 但し、Ｋ_T ：トルク定数（Ａ／Ｋｇ・ｍ） Ｉ_2W ^* ：振れ負荷電流の推定値（Ａ） Ｉ₂ ：実際のトルク電流（Ａ） このようにして、機械的または光学的な振れ角検出手段
を使用しないで、吊り荷の振れ角と、吊り荷に比例した
振れ負荷電流を検出することができる。

【００１３】次に、本発明の振れ止め制御コントローラ
について説明する。図４の２−２は、図１の２−２のブ
ロックの実施例の詳細を示すもので、２−２−１は振れ
角設定器、２−２−２は振れ角誤差増幅器、２−２−３
は位相進み・遅れ補償器、２−２−４は〔振れ角／振れ
電流〕変換器である。吊り荷の振れ角は、振れ電流推定
値Ｉ_2W ^* として検出され、係数Ｋ_D を乗じて、振れ角検
出推定値θ₁ ^*に変換される。θ₁ ^*は、振れ角設定器２−
２−１の設定値θ_s と比較され、その誤差Δθは、Ｋ_th
倍されて、位相進み・遅れ補償器２−２−３を通じて、
図示のようにトロリーの自動速度制御回路の外側の振れ
止め制御回路のフィードバック信号Ｎ_W となっている。
すなわち、実際のトロリー速度指令は、図１の加速度調
整器４の出力Ｎ_s と前記フィードバック信号Ｎ_W との差
のＮ_S'となるように構成されている。従って、振れ角設
定器の設定値をゼロに設定し、Ｋ_th、Ｋ_D 、Ｔ_D1、Ｔ_D2
を適切に設定すれば、振れ角検出推定値θ₁ ^*をゼロにす
る制御、すなわち振れ止め制御が可能になる。この場
合、この系の安定化手法としては、公知の例えばボード
線図による解析法が適用でき、所定の応答を得るＫ_th、
Ｋ_D 、Ｔ_D1、Ｔ_D2の設定ができる。図４で説明した振れ
止め制御装置における等価トルク時定数Ｔ_a'は、補償さ
れた機械的時定数Ｔ_m'に比べて小さいので、近似的には
Ｇ₆'は一次式に近似して、実際の系を簡単化できる。

【００１４】以上は、本発明の原理について、実施例を
基にした詳細な説明である。但し、この発明では、実施
化にあたって、次の三つの問題点の解決が必要である。
第一に、ロープ長が変化した場合でも優れた振れ止め性
能を発揮させるための、振れ止め制御ゲインとロープ長
の関係を求める問題である。第二に、吊り荷の減少によ
って、振れ止め制御ループゲインが低下し、制御性能が
劣化することに対する対策である。第三に、振れ負荷を
含まない電動機トルクモデルと実際のトルク電流を比較
することで負荷トルクオブザーバが構成されているが、
モデルと実機に誤差がある場合の性能劣化に関する問題
である。

【００１５】第一の問題は、（１２）式のωの値が、ロ
ープ長によって変わることに起因する。例えは、ロープ
長１９．６ｍ、９．８ｍ、４．９ｍの場合、ωは（１
１）式によって０．７０７ｓｅｃ^-1、１．０ｓｅｃ^-1、
１．４１４ｓｅｃ^-1となり、（１２）式の特性根がロー
プ長の平方根の逆数で変わることになる。従って、もし
ロープ長４．９ｍで良い応答を得るように、Ｋ_D ×Ｋ_th
を設定できたと仮定した場合、ロープ長９．８ｍでは、
この値をほぼ√２倍に、１９．８ｍでは２倍にしなけれ
ばならない。図５は、ロープ長と最適な制御利得の関係
をシミュレーションによって求めた例である。図では、
Ｋ_D を一定に保ち、最適なＫ_thの値を示している。図示
のように、この値は、ロープ長の１／２乗にほぼ比例し
た値になっていることが分かる。この問題は、このよう
に、ロープ長に対応して制御利得を調整することによ
り、良い振れ止め性能が保証される。

【００１６】第二の問題は、吊り荷が小さい場合、それ
だけＩ_2W ^* が減少し、結果として、振れ角が減少した場
合と同じ信号を、振れ止め制御系に与えるためである。
しかし、巻き上げ操作で吊り上げられた負荷は、普通、
走行中には変化することはない。即ち、巻き上げ運転中
に負荷の大きさを測定することにより、Ｋ_D を補償する
ことができる。Ｋ_D は、全体システムの安定度を考慮し
て、負荷の減少に反比例して増加することが必要であ
る。ところで、本発明の方法では、図４に示したよう
に、振れ負荷オブザーバを構成するために、実際の電動
機の発生トルクを使用しているため、この振れ止め制御
ループの追加によって、速度制御装置の内部にあるトル
クまたは電流制御マイナループが発振しないようにしな
ければならないという制約がある。この問題は、公知の
ボード線図によって、ループゲインに対する必要な遅れ
補償時定数Ｔ_D2、進み時定数Ｔ_D1を計算で求めることが
できる。実施例では、このボード線図による解析と吊り
荷の変動に伴う電動機負荷の変化を計算し、振れ止めの
最適ゲインを求め、シミュレーションによってこれを確
認した。表１は、実施例におけるそのような定数の計算
例である。

【表１】 このようにして、ロープ長と吊り荷の変動に対して、最
適なＴ_D2、Ｋ_thを設定できる。

【００１７】第三の問題では、制御ゲイン等の定数は、
実機の設計値を適用できること、また、各時定数は、実
際の運転に先立って、実際値が測定可能であること、あ
るいは無負荷運転の試行によっても確認ができることな
どの点から、モデルと実機の設定値の誤差は、実用上は
ほとんど問題になることはない。必要であれば、公知の
定数オートチューニング技術も適用できる。ただ、考慮
すべき問題は、摩擦トルクの設定値Ｔ_f の値の変動であ
るが、同様に、無負荷試行によりオートチューニングが
可能である。また、この設定誤差は、振れ止め終了後の
速度指令誤差とはなるが、振れ止めの性能には影響しな
いという特性がある。また、位置決め制御では、通常、
速度ループの外側に位置の制御ループが置かれるため
に、この摩擦トルク設定の設定誤差による速度指令の変
動が、即、位置決めの誤差となることはない。図６は、
本発明の実施例のシミュレーションによる振れ止め性能
を示したものである。図より、加速終了時、減速終了時
に、吊り荷の振れが、ほとんどゼロに制御されているこ
とが分かる。また、図３の特性と比較することにより、
本発明の振れ止め制御を採用しない場合に比べ、加速時
の最大振れ角も、約５２％（１．１５／２．２＝０．５
２３）に抑制されていることが理解できる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、従来方法のように、複
雑な機械式あるいは高価な光学式の振れ角検出装置を必
要とせず、また、従来の振れ角オブザーバに比較して、
直接的に振れ角に比例する振れ負荷を検出し、振れ角を
求めるという原理に基づくので、本質的に精度と信頼性
に優れ、初期振れや外乱に対しても対応できる。したが
って、安価で高性能の振れ止め制御装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の具体的実施例の全体構成を示すブロ
ック図である。

【図２】 一般的なトロリーの振れの力学モデルを示す
説明図である。

【図３】 本発明の実施例の構成における負荷の振れ角
の応答をシミュレーションによって求めた説明図であ
る。

【図４】 本発明の振れ止め制御装置の詳細を示すブロ
ック図である。

【図５】 ロープ長と最適な制御利得の関係をシミュレ
ーションによって求めた例を示す説明図である。

【図６】 本発明の実施例のシミュレーションによる振
れ止め性能を示した説明図である。

【符号の説明】

１ トロリー駆動装置、１−１ トルク制御装置、１−
２ トロリー駆動系、２振れ止め制御装置、２−１ 負
荷トルクオブザーバ、２−１−１ 一次遅れ要素、２−
１−２ トルクモデル、２−２ 振れ止め制御コントロ
ーラ、２−２−１ 振れ角設定器、２−２−２ 振れ角
誤差増幅器、２−２−３ 位相進み・遅れ補償器、２−
２−４ 振れ角／振れ電流変換器、３ 速度指令器、４
加速度調整器、５ 回転速度／トロリー速度変換要
素、６ トロリー振れ力学系モデル、１１ トロリー、
１２ 負荷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・エル・プラット アメリカ合衆国 オハイオ州 45014 フ ェアフィールド ハーウッドコート 9823 ピー・オー・ボックス9039 エレクトリ ック・モータ・システムズ・インコーポレ イテッド内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クレーン等の、ロープで懸垂された負荷
   を走行させるトロリー駆動装置を備えたクレーン等の振
   れ止め制御方法において、ロープの振れに基づく負荷ト
   ルク変動を含まない電動機トルクの推定信号τ_M ^*を、制
   御系及び駆動系のゲイン定数、等価時定数によって演算
   推定し、この推定信号τ_M ^*と、実際の負荷トルクτ_M と
   を比較することにより、ロープ振れ角及び荷重に比例し
   た振れ負荷信号Ｉ_2W ^* を演算し、この振れ負荷信号に比
   例した振れ角検出推定値θ₁ ^*と振れ角設定値θ_S との偏
   差に位相進み・遅れ補償を行った信号Ｎ_W をトロリー駆
   動装置のトロリー速度指令Ｎ_S にネガティブフィードバ
   ックすることにより、ロープで吊り下げられた負荷の振
   れを制止することを特徴とするクレーン等のロープ振れ
   止め制御方法。
2. 【請求項２】 振れ止め制御のループゲインをロープ長
   の１／２乗に比例した値に調整することを特徴とする請
   求項１記載のクレーン等のロープ振れ止め制御方法。
3. 【請求項３】 振れ止め制御のループゲインを負荷の低
   下に逆比例して増加することを特徴とする請求項１また
   は２記載のクレーン等のロープ振れ止め制御方法。
4. 【請求項４】 速度指令に基づいて同駆動装置の発生ト
   ルクを制御するトルク制御装置（１−１）と、前記駆動
   装置の速度を自動的に制御する速度制御装置（１−２）
   とを有する、クレーン等の、ロープで懸垂された負荷を
   走行させるトロリー駆動装置（１）と、トロリーの速度
   及び位置を制御する制御装置（５），（６）とを備えた
   クレーン等のロープ振れ止め制御装置において、ロープ
   の振れに基づく負荷トルク変動を含まない電動機トルク
   の推定信号を制御系及び駆動系のゲイン定数、等価時定
   数によって演算推定するトルクモデル（２−１−２）
   と、前記駆動装置のトルク制御装置（１−１）の出力に
   基づいてトルク信号τ_M に変換する手段（２−１）と、
   前記トルクモデル（２−１−２）の出力信号τ_M ^*と前記
   トルク信号τ_M とを比較することにより、ロープ振れ角
   と荷重に比例した振れ負荷信号に対応する信号Ｉ_2W ^* を
   検出する手段（２−１）と、前記信号Ｉ_2W ^*を振れ角推
   定信号θ₁ ^*に変換する手段（２−２−４）と、振れ角推
   定信号θ₁ ^*と振れ角設定値θ_Sとの偏差に位相進み・遅
   れ補償を行って生成された速度信号Ｎ_Wを速度指令Ｎ_S
   にネガティブフィードバックする位相進み・遅れ回路
   （２−２−３）とを設けたことを特徴とするクレーン等
   のロープ振れ止め制御装置。
5. 【請求項５】 振れ止め制御のループゲインをロープ長
   の１／２乗に比例した値に調整する手段を設けたことを
   特徴とする請求項４記載のクレーン等のロープ振れ止め
   制御装置。
6. 【請求項６】 振れ止め制御のループゲインを負荷の低
   下に逆比例して増加させる手段を設けたことを特徴とす
   る請求項４または５記載のクレーン等のロープ振れ止め
   制御装置。