(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、ケージが移動するとき、水平および垂直方向の梯子の湾曲、上昇角、回転角、伸長長さおよびケージ質量の計測変数の少なくとも１つがコントローラを介して駆動制御変数にフィードバックされることで、梯子の振動を抑制するように制御手段が設計され、
ケージの移動時に微分方程式に基づく動的モデルで梯子の理想化された移動挙動を計画し、梯子の実質的に無振動の移動のために梯子の駆動の理想化制御変数を動的モデルにもとづいて計算するパイロット制御ブロックが設けられ、
作業環境での梯子の移動経路を作るための経路計画モジュールが設けられ、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、ケージジャークおよびケージジャークの微分の時間関数の形で移動経路を、梯子の駆動を制御するパイロット制御ブロックに送り、
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し、
前記経路計画モジュールが、前記運動学的制約に基づいて前記ケージジャークの微分の時間関数をも生成し、前記パイロット制御ブロックに送ることを特徴とする装置。
【請求項２】
コントローラが、水平および垂直方向の梯子の湾曲、上昇角、回転角、伸長長さおよびケージ質量の計測変数の計測値を一定の増幅値で増幅する状態コントローラとして設計されてい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】
コントローラが、上昇角、伸長長さおよびケージ質量の変数の少なくとも１つの関数として形成された計測変数の計測値の増幅値を駆動制御変数にフィードバックする状態コントローラとして設計されてい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４】
上昇角、伸長長さおよびケージ質量の変数の加重増幅値を生成す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】
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１に記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項６】
経路計画モジュールがケージジャークの時間関数である複数のケージジャークの定関数を生成し、これらを微分することによってケージ加速、ケージ速度およびケージ位置の時間関数を求め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】
経路計画モジュールが、緊急停止の際に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５または６に記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項８】
前記梯子の動作軸心に沿った動きを制御する軸心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７のいずれかに記載のターンテーブル梯子装置。
【請求項９】
梯子を上下させ、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、例えば多関節また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。そのような装置は一般的に、回転可能かつ上昇可能に車両に取付けられる。
【背景技術】
【０００２】  公知のターンテーブル梯子はハンドレバーによって油圧式または電気油圧式に制御される。純粋な油圧制御の場合、ハンドレバーの偏向が、油圧制御回路によって、比例弁として設計された制御ブロック用の比例制御信号に直接変換される。移動がさほどガタつかず、より滑らかにするために油圧制御回路のダンパーを使用することができる。しかし、そのようなダンパーは、非常に異なる伸長長さと上昇角を含む全操作範囲に満足に適合させることができない。さらに、この種の減衰は一般的に遅い応答挙動を伴う。【０００３】
電気油圧制御では、ハンドレバーの偏向が先ず電気信号に変換され、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る。公知の解決策では、ターンテーブル梯子の移動がそれほどガタつかないように、信号がランプ関数によって減衰される。そして、処理された電気信号が、ターンテーブル梯子部品の駆動を制御する油圧比例弁に与えられる。ランプ関数の勾配を選択する場合、減衰効果と応答挙動の間の妥協が常に必要になる。公知のすべての解決策では、応答挙動において多少大きい程度の慣性を受け入れるのによってのみ、ガタつく移動の抑制とある程度の制振を達成することができる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明の目的は、アクティブな防振を行え、応答挙動を実質的に損なわないコントロールを備えた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】
【０００５】  この目的は、本発明によれば、請求項１に記載されたコントロールを備えたターンテーブル梯子装置によって達成される。
コントロールは、水平および垂直方向の梯子の湾曲、上昇角、回転角、伸長長さおよびケージ質量等の計測変数の１つを、これらの変数に加重するコントローラを介して梯子駆動の制御入力にフィードバックするという基本概念に基づいている。
【０００６】  加重係数を決定するためにターンテーブル梯子の動的モデルが求められる。これに基づいて、以下でコントローラ強化と呼ぶ加重係数が決定される。
独立した制御アルゴリズムが個々のターンテーブル梯子軸心に関連づけられる、空間的に分離された動的モデルに分散制御概念が基づくなら、特に有利である。その結果、特に効率的でメンテナンスの容易なアルゴリズムが可能になる。
システムを経路制御に拡張する場合、参照変数を作る経路計画モジュールが設けられる。コントロールは、経路に正確な移動用の逆さ動的モデルに基づくパイロット制御によって補充される。
【発明を実施するための形態】
【０００７】  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。
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、ＱFEに変換されることが不可欠である。
【０００８】  従って、水平方向の梯子の湾曲、垂直方向の梯子の湾曲、上昇角、回転角、伸長長さおよびケージ質量等の計測変数の少なくとも１つがコントローラを介してフィードバックされることが不可欠である。梯子部品の振動は、特に水平および垂直湾曲の計測変数の、駆動の制御入力へのフィードバックによって抑えることができる。
制御が経路制御へ拡張される場合、フィードバックに加えて、参照変数が駆動の制御入力へ与えられる方法も非常に重要である。
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なくなり、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。
【０００９】  この根拠は、この目的は変数ｗv、ｗh、ｌ、φA、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ことを支援する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  数２３（英語原文の式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に組み合わされた回転、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。
しかし、経路計画モジュールではなく、ランプ関数によってハンドレバーからの信号から参照変数を生成して、軸心コントローラへ直接与えることもできる。その結果、制振の質が幾分低下する。
【００１０】  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。
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
回転および伸長軸心用のベクトルも同様に設定される。
【００１１】  図５は、回転および上昇・傾斜軸心で出発点φKDstart＝０°、φKAstart＝０°から目標点φKDtarget＝９０°、φKAtarget＝２０°への移動用として、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ｄφKD／ｄｔ、ｄφKA／ｄｔ、設定角加速度ｄ2φKD／ｄｔ2、ｄ2φKA／ｄｔ2および設定ジャークｄ3φKD／ｄｔ3、ｄ3φKA／ｄｔ3の時間関数を例示する。この場合、最大角速度（ｄφD／ｄｔ）max、（ｄφA／ｄｔ）max、最大角加速度（ｄ2φD／ｄｔ2）max、（ｄφA2／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。まだ空の時間関数における係数は、移動開始時、次のまたは前の移動段階への移行点、または目標点での周辺条件と、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、それは回転軸心での最高速度（ｄφD／ｄｔ）maxである。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インタロックされる。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。
【００１２】  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。
【００１３】  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ＫSl（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
【００１４】
【数１】
0005253697.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、システム全体のダイナミックスが向上する。そして、目標加速（ｄ2φKD／ｄｔ2target）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】
0005253697.tif 000003
の設定ジャーク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によって、設定ジャークｄ3（φKDref）／ｄｔ3から求められる。
【００１５】
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、運動学的制約（ｄ2φD／ｄｔ2）maxおよび（ｄ3φD／ｄｔ3）maxと比例強化値ＫSl 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。
【００１６】  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。この場合、梯子部品の制振に関して、軸心コントローラの機能は参照変数の生成から独立している。言い換えれば、水平方向の梯子の湾曲、垂直方向の梯子の湾曲、上昇角、回転角、伸長長さおよびケージ質量等の計測変数の少なくとも１つがコントローラを介してフィードバックすることにより、参照変数を適用せずに制振効果も達成される。経路に正確な移動を達成するには、経路計画モジュールとパイロットコントロールが必要となる。
【００１７】  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。
設定速度がランプ関数を通して軸心コントローラに与えられるだけなら、パイロットコントロールでこの信号を最高許容速度に標準化すれば十分である。
【００１８】  梯子部品の振動を抑え、ターンテーブル梯子を目標箇所に位置づけるために、回転角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つをこの状態制御ブロック７３で強化して、制御入力部に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。
油圧駆動装置は非線形の動的特性（ヒステリシス、あそび）によって特徴づけられるから、パイロット制御そして、任意に、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。
回転軸心用の動的モデルを導き出すことによって、動作モードの詳細を説明するが、その導出は、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。
【００１９】  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のと、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】
0005253697.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表すことができる。
【００２０】
【数４】
0005253697.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、それは梯子ユニットの均等の質量分布が２点質量に換算するというモデル観察から生じる。第１の質量が梯子機構の回転中心で換算され、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。
【００２１】油圧駆動は以下の式で表される。
【数５】
0005253697.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。
【００２２】  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】
0005253697.tif 000007
ここで、
状態ベクトル：
【数７】
0005253697.tif 000008
【００２３】制御変数：
【数８】
0005253697.tif 000009
【００２４】出力変数：
【数９】
0005253697.tif 000010
【００２５】システム行列：
【数１０】
0005253697.tif 000011
【００２６】制御ベクトル：
【数１１】
0005253697.tif 000012
【００２７】出力ベクトル：
【数１２】
0005253697.tif 000013
【００２８】  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〜数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。
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。
【００２９】
【数１３】
0005253697.tif 000014
が制御入力部にフィードバックされる状態コントローラブロック７３の導入により、数６は以下のように変化する。
【数１４】
0005253697.tif 000015
【００３０】「Unbehauen, Regelungstechnik 2 [Control Engineerig 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１５】
0005253697.tif 000016
Ｉは単位行列である。参照変数があるかないかは、この場合重要ではない。これは、概略を制限することなくゼロに設定できる。数６〜１２による選択された状態モデルの場合、数１５（英語原文の式２９）の評価は以下のような５次の多項式を作る：
【数１６】
0005253697.tif 000017
【００３１】  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１７】
0005253697.tif 000018
【００３２】  数１７（英語原文の式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６〜１２によるモデルの場合、数１６（英語原文の式３０）は以下のようになる。
【数１８】
0005253697.tif 000019
【００３３】  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１７および数１８（英語原文の式３１および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。
【００３４】
【数１９】
0005253697.tif 000020
【００３５】ｎは状態ベクトルの大きさを等しくするシステム配列である。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２０】
0005253697.tif 000021
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。
【００３６】  制御強化値を数１７および数１９（英語原文の式３１および３３）の多項式の係数比較で求めることができる。
【００３７】
【数２１】
0005253697.tif 000022
【００３８】  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：
【００３９】
【数２２】
0005253697.tif 000023
【００４０】  上記方程式システム数２２（英語原文の式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。
【００４１】  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。数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２２（英語原文の式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１７（英語原文の式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。
【００４２】
【数２３】
0005253697.tif 000024
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１７（英語原文の式３１）に挿入し、数２３（英語原文の式３７）からＫDで評価しなければならない。
【００４３】  すべてのｉとｊに関して、
【数２４】
0005253697.tif 000025
数２４（英語原文の式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１９（英語原文の式３３）による極点ｒiの補正が必要であるかもしれない。
【００４４】  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２５】
0005253697.tif 000026
【００４５】  アクティブな制振に加えて経路に正確な移動を可能にするために、状態コントローラブロック７３にパイロット制御ブロック７１を加えることができる。
パイロット制御ブロック７１の設計のため、数１４（英語原文の式１２ａ）は、参照変数
【数２６】
0005253697.tif 000027
を作る部分によって拡張される。
【００４６】  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およびオプション的な設定ジャークの微分である。したがって、参照変数のｗDは以下の通りである。
【数２７】
0005253697.tif 000028
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で加重されて、それらの合計が制御入力部に与えられる。従って、パイロット制御行列は以下のようになる。
【００４７】
【数２８】
0005253697.tif 000029
行列式  数２６（英語原文の式２４）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は理想化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。
【００４８】
【数２９】
0005253697.tif 000030
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。
【００４９】  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〜数１２から以下のように計算することができる。
【数３０】
0005253697.tif 000031
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３１】
0005253697.tif 000032
変数ｋ1D、ｋ2D、ｋ3D、ｋ4Dは状態コントローラの制御強化値であり、それは変数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するものである。
【００５０】  パイロット制御強化値ＫVdi（ＫVD0〜ＫVD4）を計算するには、数３１（英語原文の式２６）が先ず参照変数の積によって展開される。
【００５１】
【数３２】
0005253697.tif 000033
【００５２】  数３２（英語原文の式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における以下の条件を満たすとき、位置、速度、加速、ジャークおよび、オプション的な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。
【００５３】
【数３３】
0005253697.tif 000034
【００５４】  これは一次方程式システムを作り、それは求めたパイロット制御強化値ＫVD0〜ＫVD4によって分析形で解くことができる。
【００５５】  係数ｂiおよびａiは、求めたパイロット制御強化値ＫVD0〜ＫVD4に加えて、状態コントローラの既知のコントローラ強化値ｋ1D、ｋ2D、ｋ3D、ｋ4Dにも依存する。
状態コントローラブロックを考慮に入れながら、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用に以下が得られる。
【００５６】
【数３４】
0005253697.tif 000035
【００５７】  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〜数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。
【００５８】  上昇角φAと梯子長さｌなどのモデルパラメータの変更は、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。
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。減衰パラメータｂDL、ｂDは周波数応答測定値から求められる。
【００５９】  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３５】
0005253697.tif 000036
【００６０】  従って、最適化されたモデルに基づく、回転方向でのケージの無振動で経路が正確な移動を保証するパイロット制御強化値が数３４（英語原文の式２８）から得られる。
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任意で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３６】
0005253697.tif 000037
【００６１】  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３７】
0005253697.tif 000038
補償ブロック７５が
【数３８】
0005253697.tif 000039
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３９】
0005253697.tif 000040
が選択されると、条件  数３７（英語原文の式４２）が正確に満たされる。
【００６２】  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。
回転軸心の場合と同様に、状態制御ブロックを介して梯子部品の振動を抑えるために、上昇角φA、上昇角速度ｄφA／ｄｔ、垂直方向の梯子の湾曲ｗv、垂直湾曲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へフィードバックされる。計測変数φAおよびｗvの微分はマイクロプロセッサコントロールで数値的に形成される。コントローラ強化値を決定するためのベースは、上昇・傾斜軸心用として以下で述べる動的モデルである。
梯子部品の制振に加えて、経路に正確な移動をも達成するために、状態コントローラに対してパイロット制御と経路計画が補充される。
【００６３】  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、動的モデルの最適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最適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。
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。
【００６４】  上昇軸心のための動的モデルを導き出すことは、以下で動作モードを詳細に説明するのに役立つ。その導出は、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。
【００６５】
【数４０】
0005253697.tif 000041
この動的システムは以下の微分方程式で表すことができる。
【数４１】
0005253697.tif 000042
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（Ｉ）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、回転軸心の数４に関する詳細から推定することができる。
【００６６】  油圧駆動は以下の式で表される。
【数４２】
0005253697.tif 000043
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。これらた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。
【００６７】  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。φO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４３】
0005253697.tif 000044
上昇角φAだけが計測変数であるから、数４３（英語原文の式４８）の逆関係と、ピストンロッド速度ｄ（ｚcyl）／ｄｔと上昇速度ｄ（φA）／ｄｔとの間の依存が意味を持つ。
【００６８】
【数４４】
0005253697.tif 000045
【００６９】
【数４５】
0005253697.tif 000046
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。
【００７０】
【数４６】
0005253697.tif 000047
【００７１】  その結果、数４１〜数４６（英語原文の式４６〜５１）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（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４７】
0005253697.tif 000048
【００７２】ここで、
状態ベクトル：
【数４８】
0005253697.tif 000049
【００７３】制御変数：
【数４９】
0005253697.tif 000050
【００７４】出力変数：
【数５０】
0005253697.tif 000051
【００７５】システム行列：
【数５１】
0005253697.tif 000052
【００７６】制御ベクトル：
【数５２】
0005253697.tif 000053
【００７７】出力ベクトル：
【数５３】
0005253697.tif 000054
【００７８】  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４７〜数５３（英語原文の式５２〜５８）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。
【００７９】
【数５４】
0005253697.tif 000055
が制御入力部にフィードバックされる状態コントローラブロック７３の導入により、数６は以下のように変化する。
【数５５】
0005253697.tif 000056
【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１５〜数２５（英語原文の式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５６】
0005253697.tif 000057
【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５６（英語原文の式６９ａ）の多項式も５次式である。数４７〜数５３（英語原文の式５２〜５８）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５７】
0005253697.tif 000058
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５７（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４７〜数５３（英語原文の式５２〜５８）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、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。
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４７〜数５３（英語原文の式５２〜５８）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５７（英語原文の式７０）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１７（英語原文の式３１）と同じの式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。
【００８３】
【数５８】
0005253697.tif 000059
【００８４】  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１７（英語原文の式３１）と同様に挿入し、数５８（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５９】
0005253697.tif 000060
【００８５】  数５９（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６８（英語原文の式６９）による極点ｒiの補正が必要であるかもしれない。
【００８６】  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６０】
0005253697.tif 000061
ここで、制御を補充するようパイロット制御ブロック９１が用いられる場合、パイロット制御ブロック９１で適当に加重された基準変数の部分が、数５４（英語原文の式５８ａ）によって状態コントローラを介するフィードバックに加えられる。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５４（英語原文の式５８ａ）と同様に以下のようになる。
【数６１】
0005253697.tif 000062
そして、数４７（英語原文の式５２）は以下のようになる。
【数６２】
0005253697.tif 000063
【００８７】  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ｄφKA／ｄｔ、設定角加速ｄ2φKA／ｄｔ2、設定ジャークｄ3φKA／ｄｔ3およびオプション的な設定ジャークの微分である。したがって、参照変数のｗAは数２７（英語原文の式１３）と同様である。
【数６３】
0005253697.tif 000064
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。パイロット制御行列は以下のように定義される。
【数６４】
0005253697.tif 000065
【００８８】  行列式  数６２（英語原文の式５８ｂ）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は最適化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。
【００８９】
【数６５】
0005253697.tif 000066
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。
【００９０】  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、透過関数を状態式である数４７〜数５３（英語原文の式５２〜５８）から以下のように計算することができる。
【数６６】
0005253697.tif 000067
【００９１】  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３１（英語原文の式２６）と同様に数６６（英語原文の式６８）で計算できる。数６６（英語原文の式６８）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３２（英語原文の式２７）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６７】
0005253697.tif 000068
【００９２】  数６６（英語原文の式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３３（英語原文の式２１）の条件に従って計算できる。ここでも、式２２と同様な一次方程式システムになり、求めた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。
【００９３】  回転軸心の数３４（英語原文の式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、
【数６８】
0005253697.tif 000069
ここで、
【数６９】
0005253697.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。
【００９４】  数６８（英語原文の式６９）で、最適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、上昇または傾斜方向での、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。
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４７〜数５３（英語原文の式５２〜５８）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更は、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。
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。
【００９５】  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。減衰パラメータｂAL、ｂAは周波数応答測定値から求められる。
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。
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。
【００９６】
【数７０】
0005253697.tif 000071
【００９７】  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４２（英語原文の式４７）によって要約される以下の挙動を持つことになる。
【００９８】
【数７１】
0005253697.tif 000072
【００９９】  補償ブロック９５が
【数７２】
0005253697.tif 000073
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７３】
0005253697.tif 000074
が選択されると、条件  数７１（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。
【０１００】  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。
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。参照変数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３７〜数３９（英語原文の式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。
【０１０１】  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φNre1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。
【０１０２】  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３７〜数３９（英語原文の式４２〜４４））。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。
【０１０３】  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、水平軸心に関連する回転軸心の時間関数φKDrefと設定速度ｄ（φKDref）／ｄｔ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φＮre1に変換される。
【数７４】
0005253697.tif 000075
したがって、
【数７５】
0005253697.tif 000076
【０１０４】  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。
【０１０５】
【数７６】
0005253697.tif 000077
式中、ＫPNtotは傾斜速度ｄ（φＮre1）／ｄｔと制御電圧と透過関数の合計強化値である。
【０１０６】
【数７７】
0005253697.tif 000078
が選択された場合、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。
【０１０７】  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の図
【図２】油圧開ループコントロールと閉ループ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】
0005253697.tif 000079
【図２】
0005253697.tif 000080
【図３】
0005253697.tif 000081
【図４】
0005253697.tif 000082
【図５】
0005253697.tif 000083
【図６】
0005253697.tif 000084
【図７】
0005253697.tif 000085
【図８】
0005253697.tif 000086
【図９】
0005253697.tif 000087
【図１０】
0005253697.tif 000088
【図１１】
0005253697.tif 000089
【図１２】
0005253697.tif 000090
【図１３】
0005253697.tif 000091