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

背景技術(shù)：

作為被起重搬運(yùn)的吊物的偏擺停止控制裝置，例如專利文獻(xiàn)1公開有如下技術(shù)：與根據(jù)吊物的左右兩端的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而檢測(cè)到的偏擺位移對(duì)應(yīng)地驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)度來使吊物繞鉛直軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使偏擺衰減。

圖5是在記載于專利文獻(xiàn)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(zhǎng)度的機(jī)構(gòu)部的示意圖。

在圖5中，50是偏轉(zhuǎn)油缸，51是連結(jié)機(jī)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(duì)吊物進(jìn)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(zhǎng)，從而連結(jié)機(jī)構(gòu)51如點(diǎn)劃線所示變形。由此，繩索52、54被拉拽的同時(shí)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(gè)方向旋轉(zhuǎn)。在專利文獻(xiàn)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(jì)算對(duì)油缸50的速度指令，并根據(jù)其速度指令驅(qū)動(dòng)油缸50，從而進(jìn)行吊物的偏擺停止。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

對(duì)于專利文獻(xiàn)1中記載的偏擺停止控制裝置而言，通常，偏擺越大時(shí)，越需要高速地移動(dòng)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(dòng)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(dòng)作速度、位置的情況。

例如，在對(duì)油缸的速度指令進(jìn)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(shí)際位置b成為不僅相對(duì)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(shí)間差)α的量的形態(tài)，其結(jié)果，無法實(shí)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(jìn)行動(dòng)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(shí)間變長(zhǎng)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(duì)油缸實(shí)際位置相對(duì)于油缸位置指令的相位差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)挠透孜恢弥噶?，使油缸進(jìn)行動(dòng)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(dòng)作來調(diào)整支承吊物的繩索的長(zhǎng)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(cè)單元，其檢測(cè)上述偏轉(zhuǎn)角；

油缸實(shí)際位置檢測(cè)單元，其檢測(cè)上述偏轉(zhuǎn)油缸的實(shí)際的位置；

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

相位差計(jì)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(dòng)周期和上述油缸位置指令的振幅，對(duì)在上述油缸位置指令與油缸實(shí)際位置之間產(chǎn)生的相位差進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，并將其作為相位差預(yù)測(cè)值輸出；

偏轉(zhuǎn)控制單元，其被輸入上述相位差預(yù)測(cè)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(duì)于在上述油缸位置指令與上述油缸實(shí)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(jìn)相當(dāng)于上述相位差預(yù)測(cè)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(shí)際位置之差，以規(guī)定的速度以下的速度驅(qū)動(dòng)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(shí)際位置沒有相位延遲的條件下設(shè)計(jì)的偏轉(zhuǎn)角作為輸入，計(jì)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(hào)的相位前進(jìn)相當(dāng)于上述相位差預(yù)測(cè)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(duì)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(jì)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(cè)值，ψ是偏轉(zhuǎn)角，ω是偏轉(zhuǎn)振動(dòng)角頻率。

發(fā)明效果

在本發(fā)明中，生成相對(duì)于在油缸位置指令與油缸實(shí)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(jìn)相當(dāng)于由相位差預(yù)測(cè)單元計(jì)算的相位差預(yù)測(cè)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(jìn)行動(dòng)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(shí)，即使在油缸速度不足的情況下也能夠進(jìn)行防止擺動(dòng)控制所需的油缸動(dòng)作，其結(jié)果是能夠穩(wěn)定且快速地實(shí)現(xiàn)吊物的偏擺停止。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)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(shí)施方式的作用的、油缸位置指令、油缸實(shí)際位置等的說明圖。

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

圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式以及現(xiàn)有技術(shù)所進(jìn)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(xiàn)1的偏擺停止控制裝置的機(jī)構(gòu)部的示意圖。

圖6是用于說明油缸實(shí)際位置的相位延遲的圖。

標(biāo)記說明

10：相位差計(jì)算單元

11：振幅計(jì)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(jī)構(gòu)

52～55：起重繩索

具體實(shí)施方式

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

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

利用振幅計(jì)算單元11求出由角度傳感器等檢測(cè)的吊物的偏轉(zhuǎn)角ψ的振幅，將該振幅計(jì)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(jìn)行相乘來求出位置指令的振幅a。

相位差計(jì)算單元10使用油缸速度v、偏轉(zhuǎn)振動(dòng)周期t和油缸位置指令的振幅a，通過算式1對(duì)相位差α進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)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(duì)油缸位置進(jìn)行了控制的情況下的油缸實(shí)際位置b相對(duì)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(shí)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(jìn)行動(dòng)作，則油缸實(shí)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(jì)算前的油缸位置指令，將其稱作理想位置指令)的相位前進(jìn)相當(dāng)于利用相位差計(jì)算單元10計(jì)算的相位差(相位差預(yù)測(cè)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(shí)際位置b的斜率，則偏轉(zhuǎn)振動(dòng)周期t的1/4的期間即(t/4)中的油缸實(shí)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(duì)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(duì)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(jìn)相當(dāng)于被預(yù)測(cè)計(jì)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(dòng)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(dòng)如圖5所示那樣的連結(jié)機(jī)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(dòng)油缸50來進(jìn)行偏擺停止動(dòng)作，優(yōu)選為構(gòu)成如相對(duì)于偏轉(zhuǎn)角ψ與其時(shí)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(jì)的偏轉(zhuǎn)角作為輸入的比例微分控制單元作為對(duì)象，相對(duì)于油缸位置指令，以使輸出信號(hào)的相位前進(jìn)與油缸實(shí)際位置延遲程度對(duì)應(yīng)的值的方式對(duì)比例增益以及微分增益進(jìn)行修正，由此能夠使相對(duì)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(shí)際位置的相位一致，并且實(shí)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?shí)現(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(duì)油缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。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(dòng)角頻率設(shè)為ω，則使相位相對(duì)于k(dψ/dt)前進(jìn)α而得到的信號(hào)、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(dòng)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(shí)際位置b相對(duì)于油缸位置指令的相位差的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠珨[停止控制。

圖4表示將本實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行對(duì)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(shí)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(dòng)作速度以下(油缸實(shí)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(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠更快速地實(shí)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(jī)等中的吊物的偏擺停止控制。