(57)【要約】  本発明は、クレーンの制御方法に関する。本方法では、クレーン制御機構が発した速度要求（Ｖref）を前回の速度要求と比較し、速度要求が変更されている場合には、該当する速度変更に対する加速シーケンスを形成および記憶して、記憶された加速シーケンスによって特定の時間で決定された速度変更を合計し、得られた総和（ｄＶ）を前回の速度要求に加算して新たな速度要求（Ｖref2）を得て、それをクレーン駆動部（１１、１２）の新たな制御および速度要求とする。合計した加速シーケンスによって決定された速度変更のいくつかを、選択されたシーケンス毎の規定時間で、プログラム周期すなわち制御ステップ毎に実行し、残りの要求を、遅延して実行する記憶されたシーケンス部分を複数のプログラム周期で読み取って合計するように、遅延して実行する。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クレーン（１）の制御機構（９）からクレーン駆動部（１１、１２）へ速度要求を制御シーケンス（１０）として発し、制御機構の速度要求（Ｖref）を読み取って記憶し、
各速度要求（Ｖref）を前回の速度要求と比較して、該速度要求が変更されている場合には該当する速度変更に対する加速シーケンスを形成、記憶し、その後、前記速度要求の変更の有無にかかわらず、
前記記憶された加速シーケンスによって特定の時間で決定された速度変更を合計して、得られた総和（ｄＶ）を前記前回の速度要求に加算して新たな速度要求（Ｖref2）を得て、それを前記クレーン駆動部（１１、１２）の新たな制御および速度要求とし、
合計した加速シーケンスによって決定された速度要求のいくつかを各選択されたシーケンス毎の規定時間でプログラム周期毎、すなわち制御ステップ（サンプル間隔）毎に実行し、残りの要求を遅延させて実行するクレーンの制御方法において、該方法は、
複数のプログラム周期で遅延して実行する記憶されたシーケンス部分を、読み取って合計することを特徴とするクレーンの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記制御ステップよりも数倍長い時間間隔で遅延して実行する記憶されたシーケンス部分を読み取って合計することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、実行する記憶されたシーケンス部分の読み取りおよび合計間隔は変更可能であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において、遅延して実行するシーケンス部分を二要素テーブルに記憶し、速度変更を第１の要素に定義し、遅延して実行する速度変更を速度要求に加算するまでの時間を第２の要素に定義することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の方法において、速度の実際値の変更を限定して、前回の変更に関して、たかだか、その変更が、使用された制御ステップで算出される、最大限でも加速または減速用の設定最大値と同等である速度変更となることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
本発明はクレーンの制御方法に関するものであり、本方法は、クレーンの制御機構からクレーン駆動部へ速度要求を制御シーケンスとして発し、また制御機構において速度要求を読み取って記憶し、それによって各速度要求を前回の速度要求と比較する。速度要求が変更されている場合、該当する速度変更に対する加速シーケンスを形成、記憶し、その後は、速度要求の変更の有無に関係なく、記憶された加速シーケンスによって特定時間で決定された速度変更を合計し、その総和を前回の速度要求に加算して新たな速度要求を得る。ここで得られた速度要求がクレーン駆動部の新たな制御および速度要求となり、合計した加速シーケンスで決定された速度要求のいくつかを各選択されたシーケンスの規定時間でプログラム周期毎に、すなわち制御ステップ（サンプル間隔）毎に実行し、残りの要求は遅延させる。
【０００２】
上述の方法はフィンランド特許第89155号に開示されている。この方法を用いることで、クレーンを制御して吊荷を運搬する際にクレーンの使用および操作性に支障をきたすクレーンに固定された吊荷の不要な振れを効果的に防止できる。本方法は、吊荷の加速後に起こる振れを排除する個々の制御シーケンスを特定の方法で合計して、クレーン制御機構の特性を改善する。この方法を用いることで、加速目標を形成する最終速度をいつでも、あるいは実際の速度変更シーケンス中でも、ランダムに変更でき、また、吊荷の不要な振れのない新たな所望の最終速度を実現できる。
【０００３】
従来技術では、荷振れを防止する制御は通常２つの加速シーケンスからなり、その時差は吊荷の揺動時間の半分である。別の容易に決定可能な制御は、同一の大きさだが方向が異なる３つの加速シーケンスからなり、第１シーケンスは正、第２シーケンスは負、そして第３シーケンスは正であり、それによりシーケンス間の時間は吊荷の揺動時間の６分の１に及ぶ。フィンランド特許第89155号の方法では、荷振れを防止するこれらの制御シーケンスを互いに異ならせることが可能であり、無制限な制御シーケンス量を限定できる。基本的には、これらのシーケンスで決定された加速を合計すると、振れを防止する制御が実現される。所望の速度変化をもたらすように加速の合計値を選択して、制御を実行すると、荷振れすることなく所望のクレーン最終速度が実現される。
【０００４】
米国特許第5,526,946号には、同様の主題の応用が開示され、速度基準値が変化する度に、その半分を実行し、もう半分はテーブルに記憶して、吊荷の揺動時間の半分だけ遅延させて実行する。これはフィンランド特許第89155号による方法の好適な実施例であり、コンピュータ計算に用いられる。
【０００５】
振れを防止する新たな制御を、プログラム周期毎、すなわち制御ステップ毎に算出すると、また逆に、テーブルに記憶された制御を更新して、それによって構成された制御をプログラム周期毎に算出すると、計算上の問題が発生する。計算が加速された場合、テーブルのサイズが揺動時間と制御ステップとの関係に基づいて決定されているためにテーブルのサイズが大きくなり、プログラム周期毎に更なる計算が必要となる。制御ステップを例えば１００ミリ秒から１０ミリ秒に減少すると、算出回数が１０倍になる。吊荷の振り子アームが長くなると、記憶される要素数がさらに増える。制御ステップを減少させるのは妥当であり、それは反応遅れを短縮することでクレーン駆動装置により優れた駆動制御をもたらすからである。
【０００６】
クレーンの走行モータの速度制御に使用される電動駆動部はマイクロプロセッサで制御され、それらのプログラム継続時間は２〜５ミリ秒と短い。また、技術上の実現に関しては、同じ時間平面での振れを防止する速度要求を算出することが好ましい。上述からもわかるとおり、制御ステップが減少するため、メモリ容量および算出回数が急速に増大する。これは時として、例えば走行モータの回転速度を制御する電動駆動部を使用した場合に、振れ防止の算出を困難にする。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、これらの欠点を排除することを目的とする。この目的は、複数のプログラム周期で、好ましくは制御ステップよりも数倍長い時間間隔で遅延して実行する記憶されたシーケンス部分を読み取って合計することを特徴とする本発明の方法によって達成される。
【０００８】
短時間の制御ステップを使用して行う制御計算は制御機構の応答時間にとって有利であるが、荷振れが非常に緩慢なため、実際には、例えば振り子アームが４メートルの場合、約１００ミリ秒の制御ステップで十分正確な振れ制御が実現できる。本発明の方法では、フィンランド特許第89155号に記載のやり方で振れ防止の各制御を組み合わせて荷振れの防止制御を算出する方法を採り入れている。このようなやり方では、測定された駆動装置の速度要求の変更に対応するシーケンスの最初の部分を、常に、５ミリ秒のサンプル間隔といったように即時実行するが、遅延実行するテーブルとしてのシーケンス部分は、例えば１００ミリ秒間隔といった長い時間間隔で算出する。
【０００９】
本発明における方法は、荷振れの減衰に不要な算出回数を大幅に削減すると同時に、クレーン制御をかなり改善する。この方法で、制御機構の計算装置の計算速度およびメモリ容量に関する問題を回避できる。
【００１０】
次に、本発明を添付図面を参照してより詳細に述べる。
【発明の詳細な説明】
【００１１】
本発明による方法を、図１の簡単なオーバーヘッドクレーン１に関連して説明するが、持ち上げる荷が揺動するものであれば他のどのようなクレーンでも適用できる。
【００１２】
図１におけるオーバーヘッドクレーン１のトロリ２は、橋桁３に沿って移動するよう設置され、橋桁３はその各端部にトロリ２の動きに対して垂直に設けられた端梁４および５に沿って移動可能である。吊り上げロープ６の端部には、吊り上げ要素７、ここでは吊り上げフックがトロリ２から垂れ下がっている。持ち上げる吊荷８は、吊り上げベルト７ａによって吊り上げフック７に固定されている。それぞれの異なる揚程ｌｉ（ｉ＝１、２、…）は、揚程ｌｉに特有の揺動時間Ｔを有し、それによって吊荷８の揺動時間が以下の式から得られる。
【００１３】
Ｔ＝２π（ｌｉ／ｇ）１/２
ただし、ｇは重力加速度である。
【００１４】
クレーン１はクレーン制御機構９で種々の制御シーケンス１０によって制御されるが、その簡単な一例が図２に示されている。図２の制御シーケンス１０は、時間ｔの関数として示される速度ベクトルＶ(ｔ)である。制御シーケンス１０は、トロリ２の駆動部１１またはトロリ２を支持する橋桁３の駆動部１２の制御にあてられる。これらの駆動部は典型的には、周波数変換器を有する電動モータ駆動部である。
【００１５】
図３は、クレーンを制御する本発明の基礎となる方法を説明するフローチャートを示している。クレーン１の使用者は、制御機構９から速度要求Ｖrefを制御シーケンス１０としてクレーン１の駆動部１１、１２に発する。速度要求Ｖrefは読み取られると制御機構９に記憶され、その後、各速度要求Ｖrefは前回の速度要求と比較され、速度要求Ｖrefが変更されている場合には、該当する速度変更に対する（プラスあるいはマイナスの記号のいずれかを有する）加速シーケンスが形成され、記憶される。その後、速度要求Ｖrefの変更の有無に関係なく、記憶された加速シーケンスによって特定の時間で決定された速度変更を合計し、そこで得られた総和ｄＶを前回の速度要求Ｖrefに加算して新たな速度要求Ｖref2を得、それをクレーン駆動部の新たな制御および速度要求Ｖref2とする。合計加速シーケンスで決定された速度要求のいくつかを各シーケンスの規定時間で実行し、残りの要求は遅延させて実行する。前述の方法はフィンランド特許第89155号により詳しく説明されており、また、それ自体が公知の速度や加速シーケンスの合計などの詳細については、詳しく述べないが、例として前述の特許を参照する。
【００１６】
好適な実施形としての本発明の応用において、駆動装置が発する速度目標値Ｖrefを５ミリ秒の制御ステップで読み取り、メモリ内の速度要求を１００ミリ秒の時間平面、すなわち前回の２０倍の遅さで読み取る。速度目標値Ｖrefを変更する度に、該当する速度変更を実行して荷振れを防止する速度シーケンスを形成し、その第１の部分を実行する。一連の２０プログラム周期の他の部分を合計し、振れを防止する速度シーケンスの一部としてテーブルに記憶する。この部分は、２０プログラム周期内、つまり１００ミリ秒内で実行される速度変更に相当する。同様に、テーブルを１００ミリ秒の間に１回、すなわち５ミリ秒の２０倍の間に１回検索する。本発明の好適な技術の実施例では、本例において１００ミリ秒の間隔で算出したこの速度変更を、本例では２０に分割した５ミリ秒の制御ステップによって分割することで、制御を改善できる。この２０に分割した各部分は、次の２０の５ミリ秒制御ステップ中で速度要求に加えられる。
【００１７】
好ましくは、速度の実際値の変更を限定して、前回の変更に関して今回の変更が、使用した制御ステップで算出した、加速または減速の設定最大値を超えない速度変更よりも大きくならないようにする。技術的に好適な実施例では、これらの閾値を算出過程で自由に変更できる。また、前述の速度実際値の変更は限定でき、テーブルに基づいて算出され遅延実行される、振れを防止する要求の一部が、所定の速度変更を超えても、新たな制御を適用して、制御ステップで実行される制御が設定制限値を越さないようにする。
【００１８】
テーブルに基づいて算出される速度要求変更が、単独であろうと、または駆動装置の速度要求に基づいて算出される速度シーケンスの第１の部分とともに遅延実行されようと、設定された最大動作速度よりも速い速度を有する場合、本発明の技術的に好適な実施例では、速度が上回らないように新しい速度シーケンスを補正する。
【００１９】
また、本発明の技術的に好適な実施例では、クレーン伝達駆動部の負荷が非常に高まり、要求した速度変更を実行するに足る動力を発生できない時は、新しいシーケンスの大きさをその形成中に変更することができる。このようにして速度要求を変更して過負荷を防止できるとともに、荷振れを防止する制御用の動力を維持する。
【００２０】
本発明の好適な実施例では、前回の制御シーケンスの遅延部分を記憶したテーブルを次のように検索する。使用された制御ステップがＤ、記憶したシーケンスの比較的長い処理間隔がｎ＊Ｄ、かつテーブルのサイズがＬの時、いくつかのテーブルを高速制御ステップの数周期または全周期において検索し、全処理間隔ｎ＊Ｄ中にテーブルの全Ｌ行を処理する。テーブルのサイズおよびｎは変更可能である。
【００２１】
遅延して実行するシーケンスの部分を二要素テーブルに記憶し、例えば、速度変更を第１の要素に定義し、遅延して実行する速度変更を速度要求に加算するまでの時間を第２の要素に定義する。
【００２２】
変更を実行するまでの時間は数字で表され、例えば吊荷８の全揺動周期を表すＴspというように定義される。テーブルの要素を処理する度に、過去の時間を表す数字Ｔstepを以下の式によって求める。
【００２３】
Ｔstep＝Ｔstep＋Ｄ／Ｔ*Ｔsp
ただし、Ｄは制御ステップ（サンプル間隔）であり、Ｔは前述の吊荷８の揺動時間である。
【００２４】
新しいシーケンスがテーブルに記憶されると、テーブルの過去の時間Ｔstepを表す部分を０に設定する。テーブルを検索する度に、上記の式で算出された、吊荷８の全揺動時間Ｔに関するサンプル間隔Ｄ中に経過した時間を表す数字を、過去の時間Ｔstepを示すテーブルの行に追加する。要素の数値が、記憶された速度変更を遅延させる全揺動周期Ｔspの部分を表す数字に達したとき、速度制御を実行し、テーブルの要素を０に設定する。
【００２５】
記憶されたシーケンスが複数の遅延制御を要する場合、そのシーケンスの最後の部分が実行された時にゼロ調整を行う。２段階制御を用いる場合、過去の時間を処理する要素の値が数値Ｔsp／２に達するかそれを超えた時に、遅延した速度変更を実行する。
【００２６】
ここで、加速とは、正負の両方であり、言い換えれば、文字通りの加速であり、また逆の減速効果でもあることを理解されたい。
【００２７】
本明細書は、本発明の基本的な発想を例示しただけにすぎない。したがって、当業者であれば、本願特許請求の範囲において様々な代替方法で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】クレーンを概略的に示す図である。
【図２】制御シーケンスの役割を果たす速度シーケンスを示す図である。
【図３】クレーン制御のフローチャートを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月12日(2007.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クレーンの制御機構からクレーン駆動部へ速度要求を制御シーケンスとして発し、制御機構の速度要求を読み取って記憶し、
各速度要求を前回の速度要求と比較して、該速度要求が変更されている場合には該当する速度変更に対する加速シーケンスを形成、記憶し、その後、前記速度要求の変更の有無にかかわらず、
前記記憶された加速シーケンスによって特定の時間で決定された速度変更を合計して、得られた総和を前記前回の速度要求に加算して新たな速度要求を得て、それを前記クレーン駆動部の新たな制御および速度要求とし、
合計した加速シーケンスによって決定された速度要求のいくつかを各選択されたシーケンス毎の規定時間でプログラム周期毎、すなわち制御ステップ（サンプル間隔）毎に実行し、残りの要求を遅延させて実行するクレーンの制御方法において、該方法は、
複数のプログラム周期で遅延して実行する記憶されたシーケンス部分を、読み取って合計することを特徴とするクレーンの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記制御ステップよりも数倍長い時間間隔で遅延して実行する記憶されたシーケンス部分を読み取って合計することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、実行する記憶されたシーケンス部分の読み取りおよび合計間隔は変更可能であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において、遅延して実行するシーケンス部分を二要素テーブルに記憶し、速度変更を第１の要素に定義し、遅延して実行する速度変更を速度要求に加算するまでの時間を第２の要素に定義することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の方法において、速度の実際値の変更を限定して、前回の変更に関して、たかだか、その変更が、使用された制御ステップで算出される、最大限でも加速または減速用の設定最大値と同等である速度変更となることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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