本發(fā)明涉及用于使由集裝箱起重機等搬運的吊物的偏擺(旋轉(zhuǎn)擺動)衰減的偏擺停止控制裝置。

背景技術(shù)：

作為被起重搬運的吊物的偏擺停止控制裝置，例如專利文獻1公開有如下技術(shù)：與根據(jù)吊物的左右兩端的運動狀態(tài)而檢測到的偏擺位移對應(yīng)地驅(qū)動偏轉(zhuǎn)油缸，由此改變從小車(trolly)起到吊物為止的起重繩索(wirerope)長度來使吊物繞鉛直軸進行旋轉(zhuǎn)，使偏擺衰減。

圖5是在記載于專利文獻1中的偏擺停止控制裝置中，俯視得到的用于改變起重繩索的長度的機構(gòu)部的示意圖。

在圖5中，50是偏轉(zhuǎn)油缸，51是連結(jié)機構(gòu)，52～55是起重繩索，這些起重繩索52～55經(jīng)由未圖示的小車上的滑輪對吊物進行支承。

在圖5所示的構(gòu)造中，例如，通過使油缸50的位置沿箭頭方向伸長，從而連結(jié)機構(gòu)51如點劃線所示變形。由此，繩索52、54被拉拽的同時繩索53、55被推出，其結(jié)果是，吊物以鉛直軸60為中心向箭頭c方向中的一個方向旋轉(zhuǎn)。在專利文獻1中，通過使用偏擺位移以及偏擺速度(偏轉(zhuǎn)角以及偏轉(zhuǎn)角速度)等的線形結(jié)合來計算對油缸50的速度指令，并根據(jù)其速度指令驅(qū)動油缸50，從而進行吊物的偏擺停止。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第2948473號公報(第[0022]～[0024段]、圖1、圖2、圖5等)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

對于專利文獻1中記載的偏擺停止控制裝置而言，通常，偏擺越大時，越需要高速地移動油缸50。但是，油缸50中有以起重繩索的微調(diào)為目的而設(shè)置的部分，這樣的油缸50的動作速度存在限度，因此無法充分地跟隨速度指令。

因此，存在即使以偏擺停止控制為目的將預(yù)定的速度指令提供給油缸50，也無法按照指令來控制油缸50的動作速度、位置的情況。

例如，在對油缸的速度指令進行積分得到的油缸位置指令a如圖6所示發(fā)生變化的情況下，油缸實際位置b成為不僅相對于位置指令a無法以相同的振幅變化，并且還延遲了相當(dāng)于相位差(時間差)α的量的形態(tài)，其結(jié)果，無法實現(xiàn)穩(wěn)定的偏擺停止控制。

在此情況下，若將控制增益設(shè)定為低至即使偏擺角較大也能夠按照位置指令使油缸進行動作的程度，則能夠避免上述的問題，但是存在降低控制增益則相應(yīng)地偏擺停止需要時間變長的問題。

因此，本發(fā)明的目的在于提供偏擺停止控制裝置，該偏擺停止控制裝置根據(jù)對油缸實際位置相對于油缸位置指令的相位差進行補償?shù)挠透孜恢弥噶?，使油缸進行動作，由此能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定且快速的偏擺停止。

技術(shù)方案

為了解決上述課題，技術(shù)方案1的發(fā)明是一種吊物的偏擺停止控制裝置，該偏擺停止控制裝置通過偏轉(zhuǎn)油缸的動作來調(diào)整支承吊物的繩索的長度，由此使上述吊物繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，控制上述吊物的偏轉(zhuǎn)角來使偏擺衰減，上述吊物的偏擺停止控制裝置具備:

偏轉(zhuǎn)角檢測單元，其檢測上述偏轉(zhuǎn)角；

油缸實際位置檢測單元，其檢測上述偏轉(zhuǎn)油缸的實際的位置；

基于由上述偏轉(zhuǎn)角檢測單元檢測得到的偏轉(zhuǎn)角，計算油缸位置指令的振幅的振幅計算單元；

相位差計算單元，其基于上述偏轉(zhuǎn)油缸的速度相當(dāng)值、上述吊物的偏轉(zhuǎn)振動周期和上述油缸位置指令的振幅，對在上述油缸位置指令與油缸實際位置之間產(chǎn)生的相位差進行預(yù)測計算，并將其作為相位差預(yù)測值輸出；

偏轉(zhuǎn)控制單元，其被輸入上述相位差預(yù)測值、上述偏轉(zhuǎn)角和規(guī)定的控制增益，并生成油缸位置指令，該油缸位置指令是相對于在上述油缸位置指令與上述油缸實際位置不存在相位差的情況下應(yīng)當(dāng)輸出的理想位置指令使相位前進相當(dāng)于上述相位差預(yù)測值的量而得到的；以及

油缸位置控制單元，其基于由上述偏轉(zhuǎn)控制單元生成的油缸位置指令與上述油缸實際位置之差，以規(guī)定的速度以下的速度驅(qū)動上述油缸，由此控制上述偏轉(zhuǎn)油缸的位置。

技術(shù)方案2的發(fā)明是，在技術(shù)方案1的發(fā)明所記載的吊物的偏擺停止控制裝置中，

上述偏轉(zhuǎn)控制單元具備比例微分控制單元，該比例微分控制單元將在上述油缸實際位置沒有相位延遲的條件下設(shè)計的偏轉(zhuǎn)角作為輸入，計算提供給上述油缸位置控制單元的油缸位置指令，

以使輸出信號的相位前進相當(dāng)于上述相位差預(yù)測值的量的方式設(shè)定上述比例微分控制單元中的比例增益和微分增益。

技術(shù)方案3的發(fā)明是，在技術(shù)方案2所記載的的吊物的偏擺停止控制裝置中，

上述比例微分控制單元在以k(dψ/dt)的形式來表示對于偏轉(zhuǎn)角速度(dψ/dt)作為目的的油缸位置的情況下，利用以下的算式計算油缸位置指令u，

u＝(kcosα)(dψ/dt)－(ksinα)ωψ

其中，k是作為控制增益的比例增益，α是相位差預(yù)測值，ψ是偏轉(zhuǎn)角，ω是偏轉(zhuǎn)振動角頻率。

發(fā)明效果

在本發(fā)明中，生成相對于在油缸位置指令與油缸實際位置不存在相位差的情況下應(yīng)當(dāng)輸出的理想位置指令，使相位前進相當(dāng)于由相位差預(yù)測單元計算的相位差預(yù)測值的量而得到的油缸位置指令，并根據(jù)該油缸位置指令來使油缸進行動作。

因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠維持高的控制增益的同時，即使在油缸速度不足的情況下也能夠進行防止擺動控制所需的油缸動作，其結(jié)果是能夠穩(wěn)定且快速地實現(xiàn)吊物的偏擺停止。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施方式的偏擺停止控制裝置的主要部分的框圖。

圖2是用于說明本發(fā)明的實施方式的作用的、油缸位置指令、油缸實際位置等的說明圖。

圖3是用于說明本發(fā)明的實施方式的作用的、油缸位置指令、油缸實際位置值等的說明圖。

圖4是表示本發(fā)明的實施方式以及現(xiàn)有技術(shù)所進行的偏擺停止控制的模擬結(jié)果的圖。

圖5是俯視得到的記載于專利文獻1的偏擺停止控制裝置的機構(gòu)部的示意圖。

圖6是用于說明油缸實際位置的相位延遲的圖。

標(biāo)記說明

10：相位差計算單元

11：振幅計算單元

12：乘積單元

13：偏轉(zhuǎn)控制單元

14：油缸位置控制單元

50：油缸

51：連結(jié)機構(gòu)

52～55：起重繩索

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。首先，圖1是本實施方式的偏擺停止控制裝置的框圖。

在圖1中，相位差計算單元10基于油缸速度v、偏轉(zhuǎn)振動周期t和油缸位置指令的振幅a來計算相位差α。這里，油缸速度v可以使用油缸速度檢測值或者油缸速度指令，偏轉(zhuǎn)振動周期t可以使用角度傳感器等來檢測。

利用振幅計算單元11求出由角度傳感器等檢測的吊物的偏轉(zhuǎn)角ψ的振幅，將該振幅計算單元11的輸出與規(guī)定的控制增益k利用乘積單元12進行相乘來求出位置指令的振幅a。

相位差計算單元10使用油缸速度v、偏轉(zhuǎn)振動周期t和油缸位置指令的振幅a，通過算式1對相位差α進行預(yù)測計算。應(yīng)予說明，在算式1中，在vt＞4a的情況下，采用α＝0。

(算式1)

α＝cos^－1(vt/4a)

如圖6所示，上述的相位差α是在根據(jù)油缸位置指令a對油缸位置進行了控制的情況下的油缸實際位置b相對于油缸位置指令a的相位差，換言之，相當(dāng)于由油缸位置指令a的變化率與油缸速度實際值之差產(chǎn)生的相位差。

因此，為了消除該相位差α，如圖2所示，生成油缸位置指令u，并且根據(jù)該油缸位置指令u使油缸進行動作，則油缸實際位置b與理想位置指令u’相位成為一致，該油缸位置指令u使在不存在相位延遲的情況下應(yīng)當(dāng)輸出的適當(dāng)?shù)挠透孜恢弥噶顄’(相位前移計算前的油缸位置指令，將其稱作理想位置指令)的相位前進相當(dāng)于利用相位差計算單元10計算的相位差(相位差預(yù)測值)α的量。

應(yīng)予說明，前述的算式1可以通過以下的方式導(dǎo)出。

根據(jù)圖3，若將油缸速度v看作是油缸實際位置b的斜率，則偏轉(zhuǎn)振動周期t的1/4的期間即(t/4)中的油缸實際位置b的位移為vt/4。若將油缸位置指令u的振幅a除以a來歸一化，則上述的位移成為(vt/4)/a。該位移相當(dāng)于cosα，因此成為cosα＝vt/4a，對其變形得到算式1。

返回到圖1，上述相位差α、偏轉(zhuǎn)角ψ以及被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定的控制增益k被輸入到偏轉(zhuǎn)控制單元13。

該偏轉(zhuǎn)控制單元13如前所述生成油缸位置指令u，并將油缸位置指令u輸出到油缸位置控制單元14，該生成油缸位置指令u是相對于在不存在相位延遲的情況下應(yīng)當(dāng)輸出的理想位置指令u’使相位前進相當(dāng)于被預(yù)測計算的相位差α的量而得到的。應(yīng)予說明，油缸位置控制單元14包括如圖5所示的用于驅(qū)動油缸50的電氣回路或者油壓回路、空壓回路等，油缸50驅(qū)動如圖5所示那樣的連結(jié)機構(gòu)51以及起重繩索等來使吊物繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，控制偏轉(zhuǎn)角。

這里，為了利用偏轉(zhuǎn)控制單元13以及油缸位置控制單元14驅(qū)動油缸50來進行偏擺停止動作，優(yōu)選為構(gòu)成如相對于偏轉(zhuǎn)角ψ與其時間微分值即偏轉(zhuǎn)角速度(dψ/dt)來確定油缸位置這樣的、將比例微分(pd)控制系統(tǒng)作為基礎(chǔ)的控制單元。在此情況下，以將在無相位延遲的條件下設(shè)計的偏轉(zhuǎn)角作為輸入的比例微分控制單元作為對象，相對于油缸位置指令，以使輸出信號的相位前進與油缸實際位置延遲程度對應(yīng)的值的方式對比例增益以及微分增益進行修正，由此能夠使相對于吊物的偏轉(zhuǎn)角原本應(yīng)當(dāng)提供的位置(位移)指令與油缸實際位置的相位一致，并且實現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠珨[停止控制。

特別是，為了在不存在相位差α的情況下適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)偏擺停止，多數(shù)情況下優(yōu)選為以與偏轉(zhuǎn)角速度(dψ/dt)成比例的方式對油缸進行驅(qū)動。即，應(yīng)當(dāng)提供的油缸位置可以使用控制增益(比例增益)k來以k(dψ/dt)的形式表示。在此情況下，若將偏轉(zhuǎn)振動角頻率設(shè)為ω，則使相位相對于k(dψ/dt)前進α而得到的信號、即偏轉(zhuǎn)控制單元13所生成的油缸位置指令u如算式2所示。

(算式2)

u＝(kcosα)(dψ/dt)－(ksinα)(ωψ)

由此，圖1的偏轉(zhuǎn)控制單元13使用比例增益k、偏轉(zhuǎn)角ψ、相位差α以及偏轉(zhuǎn)振動角頻率ω，利用算式2求出油缸位置指令u，并將該油缸位置指令u提供給油缸位置控制單元14，由此能夠在消除油缸實際位置b相對于油缸位置指令的相位差的狀態(tài)下實現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠珨[停止控制。

圖4表示將本實施方式與現(xiàn)有技術(shù)進行對比而示出的吊物的偏轉(zhuǎn)角以及油缸位移的模擬結(jié)果。圖4(a)是本實施方式的控制結(jié)果，圖4(b)是利用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)定控制增益以使油缸位置指令變化率的最大值被限制在動作速度以下(油缸實際位置不產(chǎn)生相位延遲的程度)的情況的控制結(jié)果。

比較圖4(a)、圖4(b)，可知本實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠更快速地實現(xiàn)偏擺停止。

工業(yè)上應(yīng)用的可能性

本發(fā)明能夠用于集裝箱起重機等中的吊物的偏擺停止控制。