(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部に取り付けられたケージを有し、梯子の移動のためのコントローラを備えたターンテーブル梯子装置であって、前記ケージが移動するとき、梯子の振動を抑制し、ケージを前設定された経路で案内するようにコントローラが設計され、
梯子の理想化された移動挙動が、ケージ位置、ケージ速度、ケージ加速、ケージジャーク、及び、ケージジャークの微分の時間関数の形の微分方程式に基づく動的モデルで計画されるとともに前記コントローラに送られ、前記コントローラが、梯子の実質的に無振動の移動のために梯子の駆動の制御変数を動的モデルにもとづいて計算し、
ケージジャークの定関数から、前記ケージ加速、ケージ速度およびケージ位置の時間関数が積分によって求められることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記時間関数は、経路計画モジュールによって生成され、前記経路計画モジュールが、ケージ位置、ケージ速度、ケージ加速およびケージジャークの時間関数のために運動学的制約の入力を許容することを特徴とする請求項１に記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項３】
前記経路計画モジュールが運動学的制約を考慮に入れるための傾斜リミッタを含むことを特徴とする請求項２に記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項４】
前記経路計画モジュールは、緊急停止の際に前記ケージの継続移動を抑える更なる傾斜リミッタを備えることを特徴とする請求項３に記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項５】
前記コントローラが梯子駆動用の油圧比例弁を制御する電気制御信号を供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項６】
梯子を上げ下げし、その長さ方向に昇降し伸縮させるために、梯子を垂直軸心まわりで回転させる駆動が与えられることを特徴とする請求項５に記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項７】
パイロット制御ブロックと経路計画モジュールに加えて、計測された変数に加重し、梯子側の制御変数にフィードバックすることによって、梯子ユニットの振動を補償する状態コントローラが設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項８】
状態コントローラが、梯子の回転角度、上昇角度、伸長長さおよび／または水平面および垂直方向の梯子の湾曲の計測された変数の少なくとも１つを受け、これらに適当に加重して、梯子の制御入力にフィードバックすることを特徴とする請求項７に記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項９】
状態コントローラが、計測された変数の計測値を定数の利得によって増幅することを特徴とする請求項８に記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項１０】
状態コントローラが、計測された変数の計測値を可変の順応的の増幅値で増幅することを特徴とする請求項８に記載のターンテーブル梯子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、請求項１の前提部分に記載された、梯子部品の移動のための制御手段を備えたターンテーブル梯子装置に関する。特に、発明は、ターンテーブル梯子、例えば、関節式、或いは、伸縮式支柱作業台、ターンテーブル梯子装置等の消防用梯子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  そのような装置は一般的に、垂直軸心まわりに回転可能で、さらに水平面に対して上昇可能に車両に取付けられる。ターンテーブル梯子、特にターンテーブル梯子の端部に取り付けられたケージは、操作装置によって移動され、これにより作業環境へ移動される。もちろん、ケージが目標位置にできるだけ早く達することが望ましい。ケージの比較的速い移動速度は、対応する加速および減速段階を必要とする。その結果、そして風荷重などの影響のために、梯子が振幅運動したり、振動することがある。
ここで検討される、この種のターンテーブル梯子の操作装置は、一般的にハンドレバーを備え、個々の梯子部品の移動を電気油圧式または油圧式に直接制御することができる。純粋な油圧制御の場合、ハンドレバーの方向変位が、対応する駆動系の比例制御弁への比例制御信号に直接変換される。この場合、減衰弁が移動をそれほどガタつかず、より滑らかに移動するのに役立つ。これは、しばしば遅い応答挙動を伴う強く減衰された調節となる。
電気油圧制御では、マイクロプロセッサを備える制御装置でさらに処理され、油圧比例弁の制御に最終的に使用される電気信号が、初めにハンドレバーによって生成される。この場合、ターンテーブル梯子の移動がそれほどガタつかず、より滑らかになるように、電気信号をランプ関数で減衰させることができる。ランプ関数の傾きが減衰挙動を決定し、他方では応答挙動の尺度になる。
公知の梯子が減衰要素を持つ場合、大まかに言うと、これは振動を防ぎたいと言う要求と急速な応答挙動の要求の間での比較的粗い妥協を意味している。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明の目的は、梯子のケージが前設定された経路を比較的早く移動させる経路コントロールを有し、またアクティブな防振を行える上記種類のターンテーブル梯子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  この目的は、本発明によれば、上記種類のターンテーブル梯子装置であって、梯子の理想化された移動挙動が微分方程式に基づく動的モデルで計画され、コントロールが、梯子の実質的に無振動の移動のために梯子部品の駆動の制御変数を動的モデルにもとづいて計算するよう制御がデザインされていること特徴とする装置によって達成される。
【０００５】  コントロールの一部として経路計画モジュールとパイロット制御ブロックが設けられることが望ましい。経路計画モジュールは作業環境での梯子の移動経路をつくり、ケージ位置、ケージ速度、ケージ加速、ケージジャーク、及び、ケージジャークの微分の時間関数の形で移動経路を、梯子部品の駆動を制御するパイロット制御ブロックに送る。
【０００６】  経路計画モジュールが、ケージ位置、ケージ速度、ケージ加速およびケージジャーク用の時間関数のために運動学的制限の入力を許容することが望ましい。経路計画モジュールはジャークの微分を計算することも可能である。
【０００７】  経路計画モジュールが運動学的制限を考慮に入れるための傾きリミッタを含むことが望ましい。
経路計画モジュールがジャークの定関数を生成し、これらからケージ加速、ケージ速度およびケージ位置の時間関数を積分によって求めることが望ましい。ジャークが梯子の移動において重要な状態を決定するため、ジャークの関数を決定し、このジャークから他の関数を求める際に、許容できる、全体として振動のない梯子の移動となることが確実にされる。
【０００８】  発明によれば、個々の梯子部品の駆動は、電気制御される油圧比例弁による。これらの駆動は、垂直軸心まわりに梯子を回転させ、梯子を上下させ、その長さ方向に伸縮させ、梯子を支持する車両が斜面に停車している場合に任意に傾斜補償するよう機能する。
経路コントロールはモジュール状に設計される。それは、経路計画モジュールと軸心コントローラモジュールを備える。軸心コントローラモジュールは種々の拡張段階に設けることができる。基本的な拡張段階はパイロット制御だけを備える。次の拡張段階では、パイロットコントローラが状態コントローラと組み合わされる。
【０００９】  経路計画モジュールとして２つの代替手段が可能である。ターンテーブル梯子は作動状態のハンドレバーによって操作される半自動動作用の経路計画モジュールと、ターンテーブル梯子がオペレータの介入なしで行列で定義された設定経路を独立してたどる全自動動作用の経路計画モジュールである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  発明の好適な実施例を添付図を参照してさらに詳細に説明する。
図１はターンテーブル梯子や同様の装置の基本的な機械的構造を示す。ターンテーブル梯子は一般的に車両１に取り付けられる。ケージ３を作業環境に位置させるために、梯子ユニット５の上昇・傾斜軸心７を角度φAに傾けることができる。梯子長さｌは伸縮軸心９で変えることができる。回転軸心１１は垂直軸心まわりで角度φDへの方向付けを許容する。水平でない車両の場合、梯子ユニットの回転時に梯子機構１５を角度φNに傾けることによって、水平軸心１３で望ましくない追加の傾斜を補償することができる。
【００１１】  一般的に、ターンテーブル梯子は油圧駆動システム２１を有する。それは推進モータによって駆動される油圧ポンプ２３、比例弁２５、油圧モータ２７および油圧シリンダ２９からなる。油圧コントロールは大体、負荷感知特性を持つ油圧回路のための補助伝達力制御付きのシステムを備えている。この場合、比例弁の制御電圧ｕStD、ｕStA、ｕStN、ｕStEが補助伝達力制御によって、対応する油圧回路での比例伝達力ＱFD、ＱFA、ＱFN、ＱFに変換されることが不可欠である。
【００１２】  従って、比例弁の制御電圧のための時間関数が、例えばランプ関数によって直接ハンドレバーから得られて、制御入力部へ与えられるのではなく、作業環境で梯子が動かされてケージが所期の経路をたどる際に振動が生じないように、経路コントロール３１で計算されることが不可欠である。
【００１３】  この根拠は、ターンテーブル梯子システムのダイナミックモデルであり、これにより、この目的が変数ｗv、ｗh、ｌ、φD、φNの少なくとも１つに関するセンサデータとガイドプリセット（ｄｑ／ｄｔ）targetまたはｑtargetに基づいて達成される。
初めに、経路コントロール３１の全体構成（図３）を以下で説明する。
オペレータは、操作パネルのハンドレバー３５または前回のターンテーブル操作でコンピュータに格納された設定行列３７を介して、目標速度または到達先を前選択する。ターンテーブル梯子の運動学的制約（最高速度、加速、およびジャーク）を考慮に入れることによって、全自動または半自動の経路計画モジュール（３９または４１）が、ベクトルφKDref，φKAref，ｌrefに組み合わされる、回転、上昇、伸長軸心とそれらの微分に対する設定ケージ位置の時間関数を計算する。設定位置ベクトルは軸心コントローラ４３、４５、４７および４９に与えられ、コントローラはセンサ値ｗv、ｗh、ｌ、φA、φD、φNの少なくとも１つを評価することによって、油圧駆動システム２１の比例弁２５用としてベクトルから制御関数ｕStD、ｕStA、ｕStE、ｕStNを算出する。
以下、経路コントロールの個々の構成要素を詳細に説明する。
【００１４】  図４は経路計画モジュール３９または４１のインタフェースを示す。全自動の経路計画モジュール３９の場合、ケージ中心の目標位置ベクトルが座標ｑtarget＝［φKDtarget，φKAtarget，ｌtarget］Tの形で入力される。φKDtargetはケージ中心の回転軸心１１の方向の目標角度座標である。φKAtargetはケージ中心の上昇・傾斜軸心７の方向の目標角度座標である。ｌtargetはケージ中心の伸縮軸心９の方向の目標位置である。半自動の経路計画モジュール４１の場合、目標速度ベクトル（ｄｑ／ｄｔ）target＝［（ｄφKD／ｄｔ）target，（ｄφKA／ｄｔ）target，(ｄｌ／ｄｔ）target］Tが入力変数である。目標速度ベクトルの要素は目標位置のベクトルのものと同様である。つまり、回転軸心方向の目標速度(ｄφKD／ｄｔ）target、上昇・傾斜軸心の目標速度(ｄφKA／ｄｔ）target、梯子ユニットの伸長または短縮速度(ｄｌ／ｄｔ）targetである。経路計画モジュール３９または４１で、回転角度とその微分φKDrefと関連したケージ位置、上昇角座標とその微分φKArefと関連したケージ位置、そして伸長長さとその微分ｌKrefと関連したケージ位置の時間関数ベクトルが、これらの前設定された変数から計算される。各ベクトルは第4微分まで最大５つの要素を備える。上昇・傾斜軸心の場合、個々の要素は以下の通りである。
φKAref：  上昇角方向のケージ中心の設定角度位置
ｄ（φKAref）／ｄｔ：  上昇角方向のケージ中心の設定角速度
ｄ2（φKAref）／ｄｔ2：  上昇角方向のケージ中心の設定角加速度
ｄ3（φKAref）／ｄｔ3：  上昇角方向のケージ中心の設定ジャーク
ｄ4（φKAref）／ｄｔ4：  上昇角方向のケージ中心の設定ジャークの微分
【００１５】  回転および伸長軸心用のベクトルも同様に設定される。
回転および上昇・傾斜軸心に関して、出発点φKDstart＝０0、φKAstart＝０0から目標点φKDtarget＝９０0、φKAtarget＝２００へ移動する際の、全自動の経路計画モジュールから生成される、設定角度位置φKD、φKA、角速度ｄ（φKD）／ｄｔ、ｄ（φKA）／ｄｔ、設定角加速度ｄ2（φKD）／ｄｔ2、ｄ2（φKA）／ｄｔ2および設定ジャークｄ3（φKD）／ｄｔ3、ｄ3（φKA）／ｄｔ3の時間関数を、図５で例示する。この場合、最大角速度（ｄφD／ｄｔ) max、(ｄφA／ｄｔ)max、最大角加速度(ｄ2φD／ｄｔ2) max、(ｄ2φA／ｄｔ2) maxまたは最大ジャーク（ｄ3φD／ｄｔ3）max、（ｄ3φA／ｄｔ3）maxなどの前設定された運動学的制約を超えないように時間関数が計算される。この目的のために、移動は、加速段階Ｉ、定速段階ＩＩ（これは省くこともできる）および減速段階ＩＩＩの３段階に分割される。ジャークの時間関数として段階ＩおよびＩＩＩに三次多項式を想定する。段階ＩＩの時間関数としては定速度が常に想定される。ジャーク関数を積分することによって、加速、速度および位置の欠けている時間関数が計算される。時間関数のまだ設定されていない係数は、移動開始時、次のまたは前の移動段階への移行点、または目標点での境界条件と、すべての運動学的条件を各軸心と関連してチェックした上での運動学的制約によって決定される。図５の例の場合、回転軸心での最大加速（ｄ2φD／ｄｔ2）maxの運動学的制約は、段階ＩおよびＩＩＩで限定的に作用し、段階ＩＩでは、回転軸心での最高速度（ｄφD／ｄｔ）maxがこれを行う。他の軸心は、移動の持続時間から見て、移動を制限する軸心に同調される。移動全体に対する加・減速段階の割合を変えることによって、最適化シーケンスで移動の最短総持続時間を決定することから、移動の時間最適性が達成される。
【００１６】  図６は回転軸心に関する半自動経路計画部の構成の詳細を示す。先ず、ケージの目標速度(ｄφKD／ｄｔ) targetが、操作パネルのハンドレバーによって、達成可能な最高速度(ｄφD／ｄｔ) maxの値の範囲に標準化される。したがって、その最高速度を超えられない。半自動経路計画部は、１本の軸心について、常動作用６１に１個と即時停止用６３に１個の、２つの二次傾斜リミッタからなり、それらの間で切換えロジック６７を切り換えることができる。出力における時間関数が積分部６５によって形成される。次に、図６を参照して半自動経路計画部での信号流れを説明する。
【００１７】  先ず、目標速度(ｄφKD／ｄｔ) targetと現在の設定速度ｄ(φKDref)／ｄｔとの設定値・実際値差が、通常動作６１用の傾斜リミッタで形成される。その差が定数ＫS1（ブロック７３）によって増大され、目標加速度(ｄ2φKD／ｄｔ2）targetをつくる。下流につながれた制限部材６９が値を最大加速度±（ｄ2φD／ｄｔ2）maxに制限する。動的挙動を向上させるため、目標速度と現在の設定速度との設定値・実際値差を形成するとき、現在の設定速度ｄ2（φKDref）／ｄｔ2でのジャーク制限±（ｄ3φD／ｄｔ3）maxのために、ブロック７１で計算される
【数１】
0005362158.tif 000002
の最大速度変化だけが達成できることが考慮に入れられる。したがって、この値が現在の設定速度ｄ（φKDref）／ｄｔに加えられて、システム全体の運動特性（ダイナミックス）が向上する。そして、目標加速（ｄ2φKD／ｄｔ2）targetが制限要素６９の後ろに存在する。今度は、設定・実際値差が現在の設定加速度ｄ2（φKDref）／ｄｔ2で形成される。これより特性ブロック７５で、
【数２】
0005362158.tif 000003
より設定ジャークｄ3（φKDref）／ｄｔ3が形成される。この関数のブロック形特性はフィルタによって減衰する。計算されたジャーク関数ｄ3（φKDref）／ｄｔ3から、設定加速度ｄ2（φKDref）／ｄｔ2、設定速度ｄ（φKDref）／ｄｔ、および設定位置φKDtargetが、ブロック６５での積分によって決定される。設定ジャークの微分がブロック６５での微分とそれと同時のフィルタリングによって、設定ジャークｄ3（φKDref）／ｄｔ3から求められる。
【００１８】
通常の動作時に、ターンテーブル梯子が作動するとき、ケージに乗った者にとって快く滑らかな動的挙動となるように、運動学的制限（ｄ2φD／ｄｔ2）maxおよび（ｄ3φD／ｄｔ3）maxと比例強化値ＫS1が入力される。これは、機械的システムが許容するよりもいくらか低い最大ジャークおよび加速が設定されることを意味する。しかし、システムのアフターラン（ａｆｔｅｒ−ｒｕｎ）は、特に高速移動のときに大きい。言い換えれば、全速時にオペレータが目標速度０を入力した場合、ターンテーブル梯子が停止するまで数秒を必要とする。特に衝突の恐れある非常時に、そのような入力を行うと、第２作動モードが開始され、ターンテーブル梯子を瞬時に停止させる。この目的のために、構造が同じ設計の第２傾斜リミッタ６３が、通常動作用の傾斜リミッタ６１と並列に接続されている。しかし、アフターランを決定するパラメータは、ターンテーブル梯子の機械的耐性限界まで増加される。したがって、この傾斜リミッタには、最大即時停止加速度（ｄ2φD／ｄｔ2）max2、最大即時停止ジャーク（ｄ3φD／ｄｔ3）max2および即時停止比例強化値ＫS2 のパラメータが与えられる。切換えロジック６７は２つの傾斜リミッタ間で切り換わり、その回路はハンドレバー信号から非常停止を確認する。通常動作用の傾斜リミッタと同様に、即時停止用傾斜リミッタ６３の出力は設定ジャークｄ3（φKDref）／ｄｔ3 である。他の時間関数はブロック６５で通常動作と同様に計算される。
【００１９】  したがって、運動学的制約を考慮に入れることによって、回転方向のケージ設定位置の時間関数とその微分が、全自動の経路計画部と同様に半自動の経路計画部の出力に生じる。
時間関数は軸心コントローラに与えられる。最初に、図７を参照して、回転軸心用の軸心コントローラの構成を説明する。
経路計画モジュールの、回転方向の設定ケージ位置の形の出力関数とその微分（速度、加速、ジャークおよびジャークの微分）がパイロット制御ブロック７１に与えられる。動的モードの最適な前提条件下で振動のない梯子の正確な経路の移動が行われるように、パイロット制御ブロックでこれらの関数が強化される。パイロット制御強化値を決定するためのベースは、回転軸心のための後続部分で得られる動的モデルである。したがって、最適な前提条件下で、ターンテーブル梯子の振動が抑えられ、ケージは発生された経路をたどる。
【００２０】  しかし、風の影響などの外乱がターンテーブル梯子に作用し、理想化されたモデルは、存在する真の動的条件を部分的にしか再現することができないので、パイロット制御に状態コントローラブロック７３を任意に補うことができる。回転角度φD、回転角速度ｄφD／ｄｔ、水平方向（回転方向）の梯子ユニットの曲がりｗh、または曲りの微分ｄｗh／ｄｔなどの計測変数の少なくとも１つをこのブロックで強化して、制御入力に再びフィードバックする。計測変数φDおよびｗhの微分はマイクロプロセッサ制御によって数値で形成される。
【００２１】  油圧駆動装置は非線形の動的特性（ヒステリシス、遊び）によって特徴づけられるから、パイロット制御そして、オプションとしての状態コントローラ出力から形成される制御入力用の値ｕDrefは、システム全体の線形の挙動を想定できるように、油圧補償ブロック７５で変更される。ブロック７５の出力（油圧補償）は補正制御変数ｕStDである。そして、この値は油圧回路の回転軸心用の比例弁に与えられる。
【００２２】  回転軸心用の動的モデルを導き出すことにより、動作モードの詳細を説明するが、この導き出し過程が、パイロット制御強化値の計算と状態コントローラのベースになる。
この目的のために、図８はモデル変数の定義の説明図である。そこで示された、単位ベクトルｅ11〜ｅ13を持つ慣性系と関連した梯子機構の回転位置φDと、湾曲ｗhのために曲がりが小さい場合の以下の式で計算されるケージの回転位置φKDとの関係はこの場合不可欠である。
【数３】
0005362158.tif 000004
式中、ｌは梯子の長さである。この動的システムは以下の微分方程式で説明すことができる。
【数４】
0005362158.tif 000005
ＪDは回転軸心まわりの梯子機構と梯子ユニットの慣性モーメントである。ｍkはケージの質量であり、ｍは換算質量であり、これは梯子ユニットの均等の質量分布が２点質量に換算されるというモデル観察から生じる。第１の点質量が梯子機構の回転中心に換算され、第２の点質量はケージ中心である。従って、換算質量はｍ＝ｍLαによって梯子ユニットｍLの総質量から計算される。パラメータαは周波数応答測定値から求められる。ＭMDは駆動モータトルクである。ｂDはターンテーブル駆動の粘性摩擦である。数４の最初の式はターンテーブル梯子機構の運動方程式を実質的に表し、ターンテーブル梯子機構上の梯子ユニットの曲がりによる反応が考慮されている。数４の２番目の式は湾曲ｗhを表す運動方程式で、湾曲振動の刺激がターンテーブル梯子機構の角加速または外乱を通して梯子ユニットの回転で引き起こされ、これらの微分方程式の初期条件によって表される。数４の２番目の式で、パラメータｃDLは梯子ユニットの剛性であり、ｂDLは梯子振動の減衰定数である。この剛性は梯子ユニットの伸長状態ｌに大きく依存するから、剛性の関数がｌの関数としてＦＥＭ（有限要素法）シミュレーションから計算される。したがって、ｃDLとしてｃDL（ｌ）が以下で常に想定される。また、これはｌに依存する関数でもある構造上のデータから計算された慣性モーメントＪDにも当てはまる。
【００２３】  油圧駆動は以下の式で表される。
【数５】
0005362158.tif 000006
ｉDは梯子機構のモータ速度と回転速度の間の伝動比である。Ｖは油圧モータの吸収容量である。ΔＰDは油圧駆動モータでの圧力低下である。βは油の圧縮性である。ＱCDは圧縮性動力である。ＱFDは回転のための油圧回路の伝達力である。ＫPDは比例弁の伝達力と制御電圧との関係をつくる比例定数である。補助伝達力制御の動的影響は無視される。
【００２４】  そして、式を状態表現に変えることができる。（O. Foellinger: Regelungstechnik, [Control Engineering], 7th Edition, Huethig Verlag, Heidelberg, 1992も参照）
システムの以下の状態表現が作られる：
状態表現：
【数６】
0005362158.tif 000007
ここで、
状態ベクトル：
【数７】
0005362158.tif 000008
制御変数：
【数８】
0005362158.tif 000009
出力変数：
【数９】
0005362158.tif 000010
システム行列：
【数１０】
0005362158.tif 000011
制御ベクトル：
【数１１】
0005362158.tif 000012
【００２５】出力ベクトル：
【数１２】
0005362158.tif 000013
【００２６】  回転軸心の動的モデルは、伸長長さｌおよび上昇角φAと関連した可変パラメータシステムと見なされる。数６〜１２は以下で説明するパイロットコントロール７１と状態コントローラ７３の設計のベースとなる。
パイロット制御ブロック７１の入力変数は、設定角度位置φKDref、設定角速度ｄ（φKDref）／ｄｔ、設定角加速ｄ2（φKDref）ｄｔ2、設定ジャークｄ3（φKDref）ｄｔ3および、オプションとして、設定ジヤークの微分である。したがって、基準変数のｗDは以下の通りである。
【００２７】
【数１３】
0005362158.tif 000014
ｗDの要素は、パイロット制御ブロック７１において、パイロット制御強化値ＫVD0〜ＫVD4で加重され、それらの合計が制御入力部に与えられる。回転軸心の軸心コントローラが状態コントローラ７３を備えない場合は、パイロット制御ブロックからの変数ｕDpilotは参照制御電圧ｕDrefとなり、それは油圧非線形性の補償後に制御電圧ｕStDとして比例弁に与えられる。その結果、状態表現  数６は、数１５のパイロット制御行列によって以下のように展開される。
【数１４】
0005362158.tif 000015
【００２８】
【数１５】
0005362158.tif 000016
行列式  数１４の数値を求めれば、パイロット制御ブロックのための代数式としてそれを書くことができ、ｕDpilotは理想的モデルに基づく比例弁用の非修正設定制御電圧である。
【数１６】
0005362158.tif 000017
ＫVD0〜ＫVD4はパイロット制御強化値であり、それらは、ケージが振動なしで設定軌道経路を正確にたどるように、梯子ユニットの現在の上昇角φAと伸長長さｌの関数として計算される。
【００２９】  パイロット制御強化値ＫVD0〜ＫVD4は次のように計算される。ケージ角度φKDの制御変数と関連して、パイロット制御ブロックなしで、透過関数を状態式  数６〜１２から以下のように計算することができる。
【数１７】
0005362158.tif 000018
【００３０】透過関数に関して、上記式から以下の式が得られる。
【数１８】
0005362158.tif 000019
ここで、透過関数にパイロット制御ブロツクを考慮しなければならない。その結果、
【数１９】
0005362158.tif 000020
が数１８から作られる。
【００３１】  この式を掛け合わせると以下の構成になる：
【数２０】
0005362158.tif 000021
強化値ＫVDi（ＫVD0〜ＫVD4）の計算では、係数ｂ4〜ｂ0とａ4〜ａ0だけが意味を持つ。数１９および数２０によるパイロット制御のシステム全体の透過関数とターンテーブル梯子の回転軸心の透過関数がその係数ｂiとａiにおける以下の条件を満たすとき、位置、速度、加速、ジャークおよび任意のジャーク微分と関連した最適なシステム挙動が正確に達成される。
【００３２】
【数２１】
0005362158.tif 000022
【００３３】  この一次方程式システムを、求めたいパイロット制御強化値ＫVD0〜ＫVD4に関して分析的に解くことができる。
一例として、これを数６〜数１２によるモデルの場合で示す。数１９の評価は係数ｂiとａiについて以下を作る。
【数２２】
0005362158.tif 000023
【００３４】  方程式システム  数２２はパイロット制御強化値ＫVD0〜ＫVD4に関して一次式であり、ＫVD0〜ＫVD4に関してこれを解くことができる。その結果、以下のパイロット制御強化値ＫVD0〜ＫVD4が得られる。
【００３５】
【数２３】
0005362158.tif 000024
【００３６】  これは、これらのパイロット制御強化値がモデルパラメータに依存するという利点がある。数６〜１２に従ったモデルの場合、システムパラメータはＫPD、ｉD、Ｖ、ｌ、φA、β、ＪD、ｍ、ｍK、CDL、ｂDL、ｂDである。
上昇角φＡと梯子長さｌなどのモデルパラメータの変化は、パイロット制御強化値の変化に即座に入れることができる。したがって、これらは、φAとｌの計測値の関数として常に追跡することができる。言い換えれば、梯子ユニットの異なる伸長長さｌが伸縮軸心で開始されると、その結果、回転軸心のパイロット制御強化値が自動的に変化し、ケージの移動時にパイロット制御の制振挙動が維持される。
【００３７】  さらに、異なる技術的データ（例えばｍなどが変更された）が異なる種類のターンテーブル梯子に換えられた場合、パイロット制御強化値を即座に適合させることができる。
パラメータＫPD、ｉD、Ｖ、β、ｍ、ｍKは、技術的データに関する情報シートに記載される。平均値またはセンサデータから得られる計測値がケージの質量用として想定される。原則として、パラメータｌ、φAは変化するシステムパラメータとしてセンサデータから求められる。パラメータのＪDおよびＣDLはＦＥＭテストから分かる。減衰（ダンピング）パラメータｂDL、ｂDは周波数応答測定値から求められる。
【００３８】  数６〜１２に従った動的モデルの理想化条件のもとで、回転軸心の移動時にケージの振動が起こらず、ケージが経路計画モジュールで生成された経路を正確にたどるように、パイロット制御ブロックでターンテーブル梯子の回転軸心を制御することが可能になる。しかし、動的モデルは真の動的状態の抽象的な再現にすぎない。さらに、外乱（強風など）がターンテーブル梯子に作用することがある。
したがって、パイロット制御ブロック７１は状態コントローラ７３によって支援される。計測変数ｗh、ｄｗh／ｄｔ、φD、ｄφD／ｄｔ、ＭMDの少なくともの１つが状態コントローラにおいて強化値で加重され、制御入力部にフィードバックされる。そこでは、パイロット制御ブロック７１の出力値と状態コントローラブロック７３の出力値の差が形成される。状態コントローラブロックが設けられている場合、パイロット制御強化値を計算するとき、これを考慮に入れられなければならない。
フィードバックのために、数１４は次のように変化する。
【数２４】
0005362158.tif 000025
ＫDは状態コントローラの制御強化値の行列である。従って、パイロット制御強化値の計算の根拠である記述透過関数も、数１７に応じて以下のように変化する。
【数２５】
0005362158.tif 000026
【００３９】  回転軸心の場合で、変数ｗh、ｄｗh／ｄｔ、φD、ｄφD／ｄｔのフィードバックの場合、透過関数は以下のようになる。
【数２６】
0005362158.tif 000027
変数ｋ1D、ｋ2D、ｋ3D、ｋ4Dは状態コントローラの制御強化値であり、それにより変数ｗh、ｄｗh／ｄｔ、φD、ｄφD／ｄｔが適当に加重されて制御入力部にフィードバックされる。
【００４０】  パイロット制御強化値ＫVdi（ＫVD0〜ＫVD4）を計算するには、数２６が先ず参照変数の積によって展開される。
【数２７】
0005362158.tif 000028
この式は、ＫVDi（ＫVD0〜ＫVD4）に関して、数２０と同じ構成である。数２７によるパイロット制御のシステム全体の透過関数とターンテーブル梯子の回転軸心の透過関数がその係数ｂiとａiにおける条件  数２１を満たすとき、位置、速度、加速、ジャークおよび任意のジャーク微分と関連した最適なシステム挙動が正確に達成される。
【００４１】  ここでも、数２２と同様な一次方程式システムになり、求めたいパイロット制御に従って強化値ＫVD0〜ＫVD4に従って分析形で解くことができる。しかし、求めたいパイロット制御強化値ＫVDO〜ＫVD4に加えて、係数ｂiおよびａiも、状態コントローラの既知の制御強化値ｋ1D、ｋ2D、ｋ3D、ｋ4Dに依存する。その導き出し方を以下で説明する。
状態コントローラブロック７３を考慮に入れたパイロット制御ブロック７１のパイロット制御強化値ＫVD0〜ＫVD4用として、以下が得られる。
【数２８】
0005362158.tif 000029
【００４２】  したがって、理想化モデルにもとつく回転方向での、振動なしの、経路が正確なケージの移動を保証するパイロット制御強化値は、数２３と同様の方法で数２８から得られる。しかし、状態制御強化値k1D、ｋ2D、ｋ3D、ｋ4Dを求めなければならない。これを以下で説明する。
【００４３】  コントローラフィードバック７３は状態コントローラとして設計される。状態コントローラは、あらゆる状態変数、つまり状態ベクトルｘDのあらゆる要素、が制御強化値ｋiDで加重されて、パスの制御入力部にフィードバックされるという特徴がある。制御強化値ｋiDが組み合わされて制御ベクトルｋDを形成する。
【００４４】  「Unbehauen, Regelungstechnik 2 [Control Engineering 2], loc cit」によれば、システムの動的挙動はシステム行列ＡDの固有値の位置によって決まり、それらは同時に周波数範囲の透過関数の極点である。行列の固有値は、以下の特性多項式の変数ｓと関連したゼロ位置を計算することによって、行列式から求めることができる。
【数２９】
0005362158.tif 000030
Ｉは単位行列である。数６〜数１２による選択された状態モデルの場合、数２９の評価は以下のような５次の多項式を作る：
【数３０】
0005362158.tif 000031
【００４５】  固有値の位置が以下の行列式の評価によって求めることができるから、状態変数をコントローラ行列ＫDを介して制御入力部ヘフィードバックすることによって、これらの固有値を明確に置き換えることができる。
【数３１】
0005362158.tif 000032
【００４６】  数３１の評価も５次の多項式を作るが、それは制御強化値ｋiD（ｉ＝１〜５）に依存する。数６〜数１２によるモデルの場合、数３０は以下のようになる。
【数３２】
0005362158.tif 000033
【００４７】  目標とする方法でシステムの動作を影響するために、制御強化値ｋiDのために、数３１および数３２があるゼロ位置を取ることが要求され、その動作がこの多項式のゼロ位置に反映される。その結果、この多項式のための以下の入力が作られる。
【数３３】
0005362158.tif 000034
ｎは状態ベクトルの大きさと等しいシステムの次数である。数６〜１２によるモデルの場合、ｎ＝５で、したがって、ｐ（ｓ）は以下のようになる。
【数３４】
0005362158.tif 000035
ｒiは、システムが安定し、よい制振効果をもって十分早く制御が働き、通常生じる制御の逸脱で制御変数の制限が起こらないように選択される。ｒiは、シミュレーションでの試運転の前に、これらの評価基準に従って決定することができる。
【００４８】  制御強化値を数３１および数３３の多項式の係数比較で求めることができる。
【数３５】
0005362158.tif 000036
【００４９】  数６〜数１２によるモデルの場合、以下の一次方程式システムが制御強化値ｋiDの関数として作られる：
【数３６】
0005362158.tif 000037
【００５０】  上記方程式システム  数３６の評価は、所望の極点ｒiとシステムパラメータの関数として分析的数式を制御強化値に与える。数６〜数１２によるモデルの場合、システムパラメータはＫPD、ｉD、Ｖ、ｌ、φA、β、ＪD、ｍ、ｍK、ｃDL、ｂDL、ｂDである。このコントローラ設計の利点は、伸長長さｌや上昇角φAのようなシステムにおけるパラメータ変化が、変更された制御強化値に即座にとり入れられることである。これは最適化された制御挙動に極めて重要である。
【００５１】  完全な状態コントローラは、すべての状態変数に関する知識を要求するから、状態観察者の代わりに出力フィードバックとして制御を設計することが有利である。これは、すべての状態変数がコントローラを介してフィードバックされるのではなく、計測によって検出されたものだけがフィードバックされることを意味する。したがって、個々のｋiDがゼロのものがある。式６〜１２によるモデルの場合、例えば回転軸心モータの駆動モーメントの計測を省略できる。したがって、ｋ5D＝０になる。これにもかかわらず、ｋ1D〜ｋ4Dを数３６によって計算することができる。さらに、かなり複雑な計算のため、単一の作動ポイントに対してコントローラパラメータを計算することが賢明な場合がある。しかし、その後で、以下のコントローラ行列を持つシステムの実際の固有値位置を、数３１の計算によって数値的チェックをしなければならない。
【数３７】
0005362158.tif 000038
【００５２】  これは数値的にしか行えないから、変化するシステムパラメータでカバーされる全体広がりを取り入れられなければならない。この場合、変化するシステムパラメータはｌとφAであろう。これらのパラメータは間隔［ｌmin，ｌmax］および［φAmin，φAmax］で変動する。言い換えれば、これらの間隔で複数の支点ｌiおよびφAjを選択し、これらの変化するシステムパラメータの考え得るすべての組合せに対して、システム行列Ａij（ｌi、φAj）を計算して数３１に挿入し、数３７からＫDで評価しなければならない。
すべてのｉとｊに関して、
【数３８】
0005362158.tif 000039
【００５３】  数３８のすべてのゼロ位置が常にゼロ未満なら、システムの安定性を確実にし、最初に選択された極点ｒiを保持することができる。そうでない場合は、数３３による極点ｒiの補正が必要であるかもしれない。
【００５４】  ｗh、ｄｗh／ｄｔ、φD、ｄφD／ｄｔのフィードバックにより、状態コントローラブロック７３の出力は以下のようになる。
【数３９】
0005362158.tif 000040
【００５５】そして、パイロットコントロール７１を考慮に入れた回転軸心用の比例弁の設定制御電圧は以下のようになる。
【数４０】
0005362158.tif 000041
【００５６】  数６〜数１２による状態モデルでは、線形のシステム部分だけを考慮に入れることができから、線形のシステム挙動がシステム入力と関連して作られるような方法で、油圧補償ブロック７５の油圧の静的非線形性をオプション的に考慮に入れることができる。油圧の最も重要な非線形効果は、比例弁のゼロ点まわり遊びと補助伝達動力制御のヒステリシス効果である。この目的のために、比例弁の制御電圧ｕStDとその結果生じる伝達動力ＱFDの間の静的特性曲線が実験的に記録される。その特性曲線は以下の数学関数で表すことができる。
【数４１】
0005362158.tif 000042
そして、システム入力と関連して線形性が要求される。言い換えれば。比例弁と油圧補償ブロックは、数５によって要約される以下の挙動を持つことになる。
【数４２】
0005362158.tif 000043
【００５７】補償ブロック７５が
【数４３】
0005362158.tif 000044
の静的特性曲線を有する場合、静的補償特性曲線として
【数４４】
0005362158.tif 000045
が選択されると、条件  数４２が正確に満たされる。
【００５８】  このようにして、回転軸心の軸心コントローラの個々の要素が記載される。結論として、経路計画モジュールと回転軸心コントローラの組合せが、回転軸心での振動なしの、経路が正確な移動の要求にこたえる。
これらの結果に基づいて、上昇・傾斜軸心７用の軸心コントローラを説明する。図９は軸心コントローラの上昇・傾斜の基本構成を示す。
上昇・傾斜軸心の方向の設定ケージ位置と微分（速度、加速、ジャークおよびジャークの微分）の形の経路計画モジュールの出力関数がパイロット制御ブロック９１（回転軸心のブロック７１）に与えられる。これらの関数は、動的モデルの理想化された前提条件の下で、振動のない、経路に正確な梯子の移動が作られるように、パイロット制御ブロックにおいて強化される。パイロット制御強化値を決定するためのベースは、上昇・傾斜軸心のために以下の部分で説明される動的モデルとなる。したがって、ターンテーブル梯子の振動はこれらの理想化された前提条件の下で抑制され、ケージは生成される経路をたどる。
回転軸心の場合のように、外乱（例えば、風の影響）のむらをなくし、モデル誤差を補償するために、パイロット制御を状態コントローラブロック９３（回転７３の軸心と比較）で任意に補うことができる。このブロックで、上昇角φA、上昇角速度ｄφA／ｄｔ、梯子ユニットの縦方向の湾曲ｗV、縦方向湾曲の微分ｄｗV／ｄｔ等の計測変数の少なくとも１つが強化され、制御入力部にフィードバックされる。計測変数φAとｗVの微分はマイクロプロセッサ制御で数値的に形成される。
【００５９】  油圧駆動ユニットの強い静的非線形性（ヒステリシス、遊び）のために、パイロット制御ｕApilotと任意の状態コントローラ出力ｕAjerkから形成された値は、システム全体の線形挙動を想定できるように、油圧補償ブロック９５（ブロック７５と同様）で制御入力ｕAref用に変えられる。ブロック９５（油圧補償）の出力は補正制御変数ｕStAである。そして、この値は上昇・傾斜軸心のシリンダ用の油圧回路の比例弁に与えられる。
【００６０】  上昇軸心のための動的モデルの導き出しは、以下で動作モードを詳細に説明するのに役立つ。その導き出しは、パイロット制御強化値と状態コントローラの計算のベースになる。
この目的のために、図１０はモデル変数の定義の説明図である。そこで示された、単位ベクトルｅ11〜ｅ13を持つ慣性系と関連した梯子機構の上昇位置の角度φAと、湾曲ｗvのために曲がりが小さい場合の以下の式で計算されるケージの上昇位置の角度φKAとの関係はこの場合不可欠である。
【数４５】
0005362158.tif 000046
【００６１】  この動的システムは以下の微分方程式で説明すことができる。
【数４６】
0005362158.tif 000047
ＪAは上昇軸心まわりの梯子ユニットの慣性モーメントである。ＭMAは梯子に対する油圧シリンダの駆動トルクである。ｂAは油圧シリンダの粘性摩擦である。数４の最初の式は梯子の駆動油圧シリンダの上昇作動に関する運動方程式を実質的に表し、梯子ユニットの曲がりによる反応が考慮されている。数４の２番目の式は湾曲ｗvを表す運動方程式で、湾曲振動の刺激が角加速または外乱を通して梯子ユニットの上昇または傾斜で引き起こされ、これらの微分方程式の初期条件によって表される。数４の２番目の式で、パラメータｃALは梯子ユニットの剛性であり、ｂALは上昇・傾斜軸心方向の梯子振動の減衰定数である。この剛性は梯子ユニットの伸長状態ｌに大きく依存するから、剛性の関数がｌの関数としてＦＥＭシミュレーションから計算される。したがって、ｃALとしてｃAL（ｌ）が以下で常に想定される。また、これはｌに依存する関数でもある構造上のデータから計算された慣性モーメントＪAにも当てはまる。言及されていないパラメータは、回転軸心の式  数４に関する詳細から推定することができる。
【００６２】  油圧駆動は以下の式で表される。
【数４７】
0005362158.tif 000048
Ｆcylはピストンロッドへの油圧シリンダの力である。Ｐcylはシリンダにおける圧力である（ピストンまたはリング側での移動方向に依存する）。Ａcylはシリンダの横断面である（ピストンまたはリング側での移動方向に依存する）。βは油の圧縮性である。Ｖcylはシリンダ容量である。ＱFAは上昇と傾斜のための油圧回路の伝達力である。ＫPAは比例弁の伝達力と制御電圧との関係をつくる比例定数である。補助伝達力制御の動的影響は無視される。シリンダにおける油の圧縮で、油圧シリンダの全容量の半分が関連シリンダ容量として想定される。ｚｃｙｌ、ｄ（ｚcyl）／ｄｔはシリンダロッドの位置と速度である。これら幾何学上のパラメータのｄbとφpは上昇運動に依存している。
【００６３】  図１１は上昇軸心の上昇運動を示す。油圧シリンダはターンテーブル梯子機構の下側端に据えつけられる。この点と上昇軸心まわりの梯子ユニットの支点との間隔ｄaは構造データから推定できる。油圧シリンダのピストンロッドは間隔ｄbでもって梯子ユニットに固定される。φ0も構造データから分かる。そこから上昇角φAと油圧シリンダ位置ｚcylとの以下の関係が得られる。
【数４８】
0005362158.tif 000049
【００６４】  上昇角φAだけが計測変数であるから、数４８の逆関係と、ピストンロッド速度ｄ（ｚcyl）／ｄｔと上昇速度ｄφA／ｄｔとの間の依存が意味を持つ。
【数４９】
0005362158.tif 000050
【数５０】
0005362158.tif 000051
【００６５】梯子ユニットに対する作用モーメントを計算するために、投影角φpも計算しなければならない。
【００６６】
【数５１】
0005362158.tif 000052
その結果、数４６〜数５１に記述された上昇軸心の動的モデルを状態表現に変えることができる（0. Foellinger: Regelungstechnik, [Control Engineering], 7th Edition, Huethig Verlag, Heidelberg, 1992も参照）。システムの以下の状態表現が作られる：
状態表現：
【数５２】
0005362158.tif 000053
ここで、
状態ベクトル：
【数５３】
0005362158.tif 000054
制御変数：
【数５４】
0005362158.tif 000055
出力変数：
【数５５】
0005362158.tif 000056
システム行列：
【数５６】
0005362158.tif 000057
制御ベクトル：
【数５７】
0005362158.tif 000058
出力ベクトル：
【数５８】
0005362158.tif 000059
【００６７】  回転軸心の動的モデルは、伸長長さｌおよび上昇角φAの三角関数部分と関連した可変パラメータシステムと見なされる。数５２〜数５８は以下で説明するパイロットコントロール９１と状態コントローラ９３の設計のベースとなる。
パイロット制御ブロック９１の入力変数は、設定角度位置φKA、設定角速度ｄ（φKA）／ｄｔ、設定角加速ｄ2（φKA）／ｄｔ2、設定ジャークｄ3（φKA）／ｄｔ3および任意の設定ジャークの微分である。したがって、基準変数のｗAは数１３と同様である。
【数５９】
0005362158.tif 000060
【００６８】ｗAの要素は、パイロット制御ブロック９１において、パイロット制御強化値ＫVA0〜ＫVA4で加重され、それらの合計が制御入力部に与えられる。上昇軸心の軸心コントローラが状態コントローラ９３を備えない場合は、パイロット制御ブロックからの変数ｕApilotは参照制御電圧ｕArefとなり、それは油圧非線形性の補償後に制御電圧ｕStAとして比例弁に与えられる。その結果、状態表現  数５２は数６１のパイロット制御行列によって、数１４と同様に以下のように展開される。
【数６０】
0005362158.tif 000061
【数６１】
0005362158.tif 000062
【００６９】  行列式  数６０の数値を求めれば、パイロット制御ブロックのための代数式としてそれを書くことができ、ｕApilotは理想的されたモデルに基づく比例弁用の非修正設定制御電圧である。
【数６２】
0005362158.tif 000063
ＫVA0〜ＫVA4はパイロット制御強化値であり、それらは、ケージが振動なしで設定軌道経路を正確にたどるように、梯子ユニットの現在の上昇角φAと伸長長さｌの関数として計算される。
パイロット制御強化値ＫVA0〜ＫVA4は次のように計算される。ケージ角度φKAの制御変数と関連して、パイロット制御ブロックなしで、透過関数を状態式  数５２〜数５８から以下のように計算することができる。
【数６３】
0005362158.tif 000064
出力パイロットブロックとケージ位置間の透過関数は、数１８と同様に数６３で計算できる。数６３のパイロット制御ブロック９１を考慮に入れることにより、数１９と同様な関係が得られ、これを掛けると以下の構成になる：
【数６４】
0005362158.tif 000065
【００７０】  強化値ＫVAi（ＫVA0〜ＫVA4）の計算では、係数ｂ4〜ｂ0とａ4〜ａ0だけが意味を持つ。パイロット制御のシステム全体の透過関数とターンテーブル梯子の上昇軸心の透過関数が係数ｂiとａiについての数２１の条件を満たすとき、位置、速度、加速、ジャークおよび任意のジャーク微分と関連した最適なシステム挙動が正確に達成される。
【００７１】  ここでも一次方程式システムになり、それは、求めたいパイロット制御強化値ＫVA0〜ＫVA4に関して分析形で解くことができる。
数５２〜５８によるモデルの場合、回転軸心と同様に計算すると（数１８〜数２３）、
【数６５】
0005362158.tif 000066
がパイロット制御強化値として作られ、
【数６６】
0005362158.tif 000067
【００７２】が得られる。
【００７３】  回転軸心との関連で既に述べたように、これは、パイロット制御強化値がモデルパラメータの関数として作られるという利点がある。数５２〜数５８に従ったモデルの場合、システムパラメータはＫPA、Ａcyl、Ｖcyl、φA、β、ＪA、ｍ、ｍK、ｃAL、ｂAL、ｂA、ｄb、ｄaである。パラメータｌへの依存も、梯子長さに対するパラメータＪAとＣALの依存を通して与えられる。
その結果、上昇角φAと梯子長さｌなどのモデルパラメータの変化は、パイロット制御強化値の変化に即座に入れることができる。したがって、これらは、φAとｌの計測値の関数として常に追跡することができる。言い換えれば、梯子ユニットの異なる伸長長さｌが伸縮軸心で開始されると、その結果、回転軸心のパイロット制御強化値が自動的に変化し、ケージの移動時にパイロット制御の制振挙動が維持される。
【００７４】  さらに、異なる技術的データ（例えばｍなどが変更された）異なる種類のターンテーブル梯子に換えられた場合、パイロット制御強化値を即座に適合させることができる。
パラメータＫPA、Ａcyl、Ｖcyl、β、ｍ、ｍK、ｄb、ｄaは、技術的データに関する情報シートに記載される。平均値またはセンサデータから得られる計測値がケージの質量用として想定される。原則として、パラメータｌ、φAは変化するシステムパラメータとしてセンサデータから求められる。パラメータのＪAおよびＣALはＦＥＭテストから分かる。減衰（ダンピング）パラメータｂAL、ｂAは周波数応答測定値から求められる。
【００７５】  数６〜数１２に従った動的モデルの理想化条件のもとで、上昇軸心の移動時にケージの振動が起こらず、ケージが経路計画モジュールで生成された経路を正確にたどるように、パイロット制御ブロックでターンテーブル梯子の上昇軸心を制御することが可能になる。しかし、動的モデルは真の動的状態の抽象的な再現にすぎない。さらに、外乱（強風など）がターンテーブル梯子に作用することがある。
したがって、パイロット制御ブロック９１は状態コントローラ９３によって支援される。計測変数ｗv、ｄｗv／ｄｔ、φA、ｄφA／ｄｔ、ＭMAの少なくともの１つが状態コントローラにおいて強化値で加重され、制御入力部にフィードバックされる。そこでは、パイロット制御ブロック９１の出力値と状態コントローラブロック９３の出力値の差が形成される。状態コントローラブロックが設けられている場合、パイロット制御強化値を計算するとき、これを考慮に入れられなければならない。
【００７６】  フィードバックのために、数６０は次のように変化する。
【数６７】
0005362158.tif 000068
ＫAは、回転軸心のコントローラ行列ＫDと同様な、上昇軸心の状態コントローラの制御強化値の行列である。回転軸心の数２５〜数２８と同様に計算することにより、記述透過関数は以下のように変化する。
【数６８】
0005362158.tif 000069
【００７７】  上昇軸心の場合、例えば変数ｗv、ｄｗv／ｄｔ、φA、ｄφA／ｄｔをフィードバックできる。この目的のための、Ｋ4の対応する制御強化値はｋ1A、ｋ2A、ｋ3A、ｋ4Aである。
数６８のパイロットコントロール９１を考慮に入れて、パイロット制御強化値ＫVai（ＫVA0〜ＫVA4）を数２１の条件に従って計算できる。
ここでも、数２２と同様な一次方程式システムになり、求めたいパイロット制御に従って強化値ＫVA0〜ＫVA4に従って分析形で解くことができる。しかし、求めたいパイロット制御強化値ＫVA0〜ＫVA4に加えて、係数ｂiおよびａiも、状態コントローラの既知の制御強化値ｋ1A、ｋ2A、ｋ3A、ｋ4Aに依存する。
【００７８】  回転軸心の数２８と同様に、状態コントローラブロック９３を考慮に入れることによって、
【００７９】
【数６９】
0005362158.tif 000070
がパイロット制御ブロック９１のパイロット制御強化値ＫVA0〜ＫVA4用として得られる。
数６９で、理想化モデルにもとづき、状態コントローラブロック９３を考慮に入れた、回転方向での、振動なしの、経路が正確なケージの移動を保証するパイロット制御強化値も得られる。しかし、状態制御強化値ｋ1A, ｋ2A、ｋ3A、ｋ4Aを求めなければならない。これを以下で説明する。
【００８０】  コントローラフィードバック９３は状態コントローラとして設計される。制御強化値は回転軸心の場合の数２９〜３９と同様に計算される。
状態ベクトルｘAの要素がコントローラ行列Ｋ4の制御強化値ｋiAで加重されて、パスの制御入力部にフィードバックされる。
回転軸心の場合と同様に、制御強化値を多項式の係数比較で求める。
【数７０】
0005362158.tif 000071
【００８１】  回転軸心の場合と同様に、上昇軸心のモデルも位数がｎ＝５であるから、数７０（英語原文の式６９ａ）の多項式も５次式である。数５２〜数５８によるモデルの場合、制御強化値ｋiAの関数として以下の一次方程式システムが作られる：
【数７１】
0005362158.tif 000072
式中、ｐi（ｐ0〜ｐ4）はゼロ位置ｒｉによって定義される多項式の係数である。
ｒiは、システムが安定し、よい制振効果をもって十分早く制御が働き、通常生じる制御の逸脱で制御変数の制限が起こらないように選択される。ｒiは、シミュレーションでの試運転の前に、これらの評価基準に従って決定することができる。
【００８２】  上記方程式システム数７１（英語原文の式７０）の評価は、所望の極点ｒiとシステムパラメータの関数として分析的数式を制御強化値に与える。数５２〜数５８によるモデルの場合、システムパラメータはＫPA、Ａcyl、Ｖcyl、φA、β、ＪA、ｍ、ｍK、ｃAL、ｂAL、ｂA、ｄb、ｄaである。パラメータｌへの依存は、梯子長さに対するパラメータＪAとＣALの依存を通して与えられる。伸長長さｌや上昇角φAのようなシステムにおけるパラメータ変化が、変更された制御強化値に即座にとり入れられることである。これは最適化された制御挙動に極めて重要である。
【００８３】  回転軸心の場合と同様に、状態コントローラは出力フィードバックとして設計することもできる。この場合、計測によって検出された状態変数だけがフィードバックされる。したがって、個々のｋiAがゼロのものがある。数５２〜数５８によるモデルの場合、例えば油圧シリンダの駆動モーメントの計測を省略できる。したがって、ｋ5A＝０になる。これにもかかわらず、ｋ1A〜ｋ4Aを数７１によって計算することができる。さらに、かなり複雑な計算のため、一定の作動ポイントに対してコントローラパラメータを計算し、この作動ポイントからの逸脱が生じたら、上昇角と伸長長さの関数としてのコントローラパラメータの追跡を無視することが賢明な場合がある。しかし、いずれの場合も、以下のコントローラ行列を持つシステムの実際の固有値位置を、数３１と同じの数７２（英語原文の式７１）の計算によって数値的チェックをしなければならない。
【数７２】
0005362158.tif 000073
これは数値的にしか行えないから、変化するシステムパラメータｌとφAでカバーされる全範囲を取り入れられなければならない。これらのパラメータは間隔［ｌmin，ｌmax］および［φAmin，φAmax］で変動する。これらの間隔で複数の支点ｌiおよびφAjを選択し、これらの変化するシステムパラメータの考え得るすべての組合せに対して、システム行列ＡAij（ｌi、φAj）を計算して、数３１と同様に挿入し、数７２（英語原文の式７１）からＫAで評価する。
すべてのｉとｊに関して、
【数７３】
0005362158.tif 000074
【００８４】数７３（英語原文の式７２）のすべてのゼロ点がゼロ未満なら、システムの安定性を確実にし、最初に選択された極点ｒiを保持することができる。そうでない場合は、数６９による極点ｒiの補正が必要であるかもしれない。
ｗv、ｄｗv／ｄｔ、φA、ｄφA／ｄｔのフィードバックにより、状態コントローラブロック９３の出力は以下のようになる。
【数７４】
0005362158.tif 000075
【００８５】  そして、パイロットコントロール９１を考慮に入れた回転軸心用の比例弁の設定制御電圧は、数４０と同様に以下のようになる。
【数７５】
0005362158.tif 000076
【００８６】  回転軸心の場合と同様に、線形のシステム挙動がシステム入力と関連して作られるように、油圧補償ブロック９５の油圧の任意の非線形性を補償できる。上昇軸心の場合、弁の遊びとヒステリシスに加えて、伸長長さｌと上昇角φAと関連して制御電圧に、そして強化係数ＫPAと関連シリンダ直径Ａcylに補正係数が与えられる。その結果、軸心コントローラの方向依存性の構造転換を回避できる。
【００８７】  必要な補償関数を計算するために、比例弁の制御電圧ｕStDとその結果生じる伝達動力ＱFDの間の静的特性曲線が、ここでもｌとφAの関数として、実験的に記録される。その特性曲線は以下の数学関数で表すことができる。
【数７６】
0005362158.tif 000077
【００８８】  そして、システム入力と関連して線形性が要求される。言い換えれば。比例弁と油圧補償ブロックは、数４７によって要約される以下の挙動を持つことになる。
【数７７】
0005362158.tif 000078
補償ブロック９５が
【数７８】
0005362158.tif 000079
の静的特性曲線を有する場合、静的補償特性曲線として
【数７９】
0005362158.tif 000080
が選択されると、条件  数７７（英語原文の式７６）が正確に満たされる。
このようにして、上昇軸心の軸心コントローラの個々の要素が記載される。したがって、経路計画モジュールと上昇・傾斜軸心コントローラの組合わせが、上昇および傾斜時の振動なしの、経路が正確なケージ移動の要求にこたえる。
以下、梯子の伸縮軸心のための軸心コントローラの構造を説明する。図１２はその軸心コントローラの構造を示す。回転および上昇・傾斜軸心コントローラ４３、４５と異なり、伸縮軸心の軸心コントローラ４７は、この軸心が振動する傾向は少ないことから、位置用の外部制御ループと速度用の内部制御ループを持った従来のカスケード制御を備えている。
【００８９】  軸心コントローラを制御するために、経路計画モジュール３９および４１は、伸縮軸心の設定位置ｌrefと設定速度ｄ（ｌref）／ｄｔの時間関数だけを必要とする。これらは、静止しているとき位置と関連して正確な応答の早いシステム挙動が生じるように、パイロット制御ブロック１２１で加重される。基準変数ｌrefと計測変数ｌの実際の比較がパイロット制御ブロックの直後で行われるから、位置ｌに対するパイロット制御強化の場合、位置と関連した安定状態が得られる。設定速度ｄ（ｌref）／ｄｔのためのパイロット制御強化は、ハンドレバーが操作されたとき、主観的に迅速だが十分に減衰された応答挙動が生じるように決定される。位置の制御ループのコントローラ１２３は比例コントローラ（Ｐコントローラ）として設計することができる。その制御強化は、閉鎖制御回路の評価基準安定性と十分な減衰によって決定される。コントローラ１２３の出力変数は比例弁の最適な制御電圧である。回転および上昇・傾斜軸心コントローラ４３、４５の場合と同様に、油圧の非線形性が補償ブロック１２５で補償される。回転軸心の場合と同様な計算が行われる（数４２〜４４）。出力変数は比例弁の補正制御電圧ｕStEである。速度の内側制御ループは油圧回路の補助伝達力制御である。
【００９０】  ターンテーブル梯子の最後の軸心は水平軸心であり、それは、車両が斜面にあるときでも、梯子機構が回転時に常に水平のままであることを確実にする。車両の傾斜を検出するために、電解液センサがターンテーブル梯子機構に取り付けられ、それは直交する２方向の慣性システムと関連したターンテーブル梯子機構の傾斜度を示す。これらの２つの角度はφNxおよびφNyとされる。２番目の方向角度は上昇・傾斜軸心に対応しているから、梯子を常に垂直に保つためには角度φNxだけが重要である。傾斜を補償するために、駆動リングとターンテーブル梯子機構の間に２個の油圧シリンダが取り付けられ、それらは車両に対してターンテーブル梯子機構を角度φNrelに傾けることができる。制御の目的は、回転時に慣性システムに対する角度φNxを常にゼロに維持すること、言い換えれば、慣性システムと平行に整列させることにある。梯子を寝かす前には、再び車両に平行にしなければならない。この目的のために、梯子の伸長前の寝かし状態で角度センサφNxおよびφNyが読み取られ、この値が車両傾斜φFNxおよびφFNyとして記憶される。したがって、値φFNxは前後方向軸心まわりの車両の傾斜であり、φFNyは移動方向を横切る軸心まわりの傾斜である。梯子を寝かす前に再び車両に平行にするためにこれらの値が使用される。
【００９１】  図１３は水平軸心のための軸心コントローラの構造を示す。位置用の外部制御ループと速度用の内部制御ループを持ったカスケードコントローラを備える構造は伸縮軸心のものと対応している。
パイロットコントロール１３１は基本的な構造段階では省かれる。アクティブな水平調整による梯子の動作時に、設定値はφNxに関してゼロであると常に仮定される。コントローラ１３３は現在の計測値φNxと設定値ゼロとの設定対実際値差を制御電圧ｕNrefに変換する。コントローラは比例コントローラとして設計される。コントローラ強化は、閉鎖制御回路の評価基準安定性と十分な減衰によって決定される。コントローラ１３３の出力変数は比例弁の最適な制御電圧である。他の軸心コントローラと同様に、油圧の非線形性が補償ブロック１３５で補償される。回転軸心の場合と同様な計算が行われる（数４２〜数４４）。出力変数は比例弁の補正制御電圧ｕStNである。油圧回路の補助伝達力制御は速度の内側制御ループである。
【００９２】  軸心コントローラの動作を向上させる場合は、パイロットコントロール１３１で軸心コントローラを補うことができる。経路計画モジュールは、水平軸心に関達する回転軸心の時間関数φKDrefと設定速度φKDrefをパイロット制御で必要とする。これらはパイロットコントロールにおいて先ず、以下の式によって、傾斜角の設定値φNrelに変換される。
【数８０】
0005362158.tif 000081
【００９３】したがって、
【数８１】
0005362158.tif 000082
【００９４】  良い近似値として、これは水平軸心の油圧回路用に以下のように単純化できる。
【数８２】
0005362158.tif 000083
式中、ＫPNgesは傾斜速度ｄ（φNrel）／ｄｔと制御電圧と透過関数の合計強化値である。
【数８３】
0005362158.tif 000084
か選択された場合、コントローラ１３３を補うこのパイロット制御によって、動的挙動がさらに向上する。梯子を寝かせる前に、車両の傾斜角φFNxが、慣性システムに関連する傾斜角の設定値に与えられる。したがって、水平軸心は回転軸心との組合わせで、ある車両傾斜での回転時に梯子が常に水平であることを確実にする。
したがって、経路制御によって、すべての軸心でケージの経路に正確な移動を可能にし、その過程における梯子ユニットのアクティブな振動を抑制するターンテーブル梯子装置が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターンテーブル梯子装置の基本的な機械的構造を示す一例
【図２】油圧コントロールと経路コントロールの相互作用を示す図
【図３】経路コントロールの全体構成示す図
【図４】経路計画モジュールの構造を示す図
【図５】全自動の経路計画モジュールでの経路生成を例示する図
【図６】半自動の経路計画モジュールの構造を示す図
【図７】回転軸心用の軸心コントローラの構造を示す図
【図８】回転軸心の機械的構造とモデル変数の定義を示す図
【図９】上昇軸心の軸心コントロールの構成を示す図
【図１０】上昇軸心の機械的構造とモデル変数の定義を示す図
【図１１】上昇軸心の上昇運動を示す図
【図１２】伸長軸心の軸心コントローラの構造を示す図
【図１３】水平軸心の軸心コントローラの構造を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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