(57)【要約】  本発明は、フック・ポイント（１０）からケーブル（１４）により吊られた貨物（１５）の運動を制御する制御装置に関し、前記フック・ポイントは、垂直回転軸（Ｚ）の周りに回転可能であり、且つ、並進軸（Ｘ）に沿った並進運動可能であり、前記回転運動は、前記並進軸（Ｘ）に対する前記貨物（１５）の第１の振動角（ΘＸ）を生じる。前記装置（２０）は、前記第１の振動角（ΘＸ）と前記第１の振動角（ΘＸ）の速度（Θ´Ｘ）とを計算するが、その計算においては、前記ケーブル（１４）の長さ（Ｌ）と、前記回転軸（Ｚ）と前記フック・ポイント（１０）との間の距離（Ｒ）と、前記フック・ポイント（１０）の回転速度（ＶＹ）と、だけを入力変数として用い、且つ、前記第１の振動角（ΘＸ）の加速度（Θ´´Ｘ）を内部変数として用いる。
2012512111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイスト装置（５）のフック・ポイント（１０）からサスペンション・ケーブル（１４）により吊られた貨物（１５）の運動を制御する制御装置であって、前記フック・ポイント（１０）は、垂直回転軸（Ｚ）の周りの回転運動と、並進軸（Ｘ）に沿った並進運動とを行うことが可能であり、前記回転運動は、前記並進軸（Ｘ）に沿った前記貨物（１５）の第１の振動角（ΘＸ）を生じさせ、
前記制御装置（２０）は計算手段を備え、前記計算手段は、前記サスペンション・ケーブル（１４）の長さ（Ｌ）を示す情報と、前記回転軸（Ｚ）と前記フック・ポイント（１０）との間の距離（Ｒ）を示す情報と、前記フック・ポイント（１０）の回転速度（ＶＹ）を示す情報と、だけを入力変数として用い、さらに、前記第１の振動角（ΘＸ）の加速度（Θ´´Ｘ）を内部変数として用いることにより、前記第１の振動角（ΘＸ）と前記第１の振動角（ΘＸ）の速度（Θ´Ｘ）とを決定することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記計算手段は、前記第１の振動角（ΘＸ）の前記加速度（Θ´´Ｘ）を用いて反復プロセスを行うことにより、前記第１の振動角（ΘＸ）と前記第１の振動角ΘＸ）の前記速度（Θ´Ｘ）とを決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記計算手段は、前記並進軸（Ｘ）に沿った前記フック・ポイント（１０）による前記並進運動を考慮することにより、前記貨物（１５）の前記第１の振動角（ΘＸ）を決定する、こと特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御装置（２０）は、前記フック・ポイント（１０）の前記回転速度（ＶＹ）の関数である前記第１の振動角（ΘＸ）のオフセット値（ΘＸｅｑ）を計算し、且つ、前記フック・ポイント（１０）の前記並進運動の速度に対して、前記オフセット値（ΘＸｅｑ）を考慮した第１の修正信号（ΔＶＸ）を与える、ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項５】
前記第１の修正信号（ΔＶＸ）は、前記第１の振動角（ΘＸ）と前記オフセット値（ΘＸｅｑ）との間の差に比例し、且つ、前記第１の振動角（ΘＸ）の前記速度（Θ´Ｘ）に比例する、ことを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記第１の修正信号（ΔＶＸ）は、設定速度（ＶＣＸ）に加えられて、前記フック・ポイント（１０）の前記並進運動に対してリファレンス速度（ＶＸref）を与え、前記第１の修正信号（ΔＶＸ）は、前記第１の振動角（ΘＸ）と前記オフセット値（ΘＸｅｑ）との間の差に対して、且つ、前記第１の振動角（ΘＸ）の前記速度（Θ´Ｘ）に対して、修正係数（ＫΘｘ、Ｋ´Θｘ）を適用することにより、計算される、ことを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記修正係数（ＫΘｘ、Ｋ´Θｘ）は、前記貨物（１５）の前記サスペンション・ケーブル（１４）の前記長さ（Ｌ）の関数としての変数である、ことを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記計算手段は、前記並進軸（Ｘ）と垂直な接線方向の軸（Ｙ）に沿った前記貨物（１５）の第２の振動角（ΘＹ）と、前記第２の振動角（ΘＹ）の速度（Θ´Ｙ）とを、長さ（Ｌ）を示す情報と、距離（Ｒ）を示す情報と、前記回転速度（ＶＹ）を示す情報とを入力変数として用い、且つ、前記第２の振動角（ΘＹ）の加速度（Θ´´Ｙ）を内部変数として用いて、計算する、ことを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
【請求項９】
前記計算手段（２１）は、前記第２の振動角（ΘＹ）と、前記第２の振動角（ΘＹ）の速度（Θ´Ｙ）とを、前記第２の振動角（ΘＹ）の前記加速度（Θ´´Ｙ）を用いた反復プロセスを用いて決定する、ことを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記制御装置（２０）は、第２修正信号（ΔＶＹ）を、前記第２の振動角（ΘＹ）と前記第２の振動角（ΘＹ）の速度（Θ´Ｙ）とに修正係数（ＫΘＹ、Ｋ´ΘＹ）とを適用することにより計算された前記回転速度に与える、ことを特徴とする請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
ホイスト装置（５）のフック・ポイント（１０）からサスペンション・ケーブル（１４）により吊られた貨物（１５）の運動を制御するように設計された自動システムであって、
請求項１から１０のいずれか１つに記載された制御装置を備えることを特徴とする自動システム。
【請求項１２】
ホイスト装置（５）のフック・ポイント（１０）からサスペンション・ケーブル（１４）により吊られた貨物（１５）の運動を制御する制御方法であって、前記フック・ポイント（１０）は、垂直回転軸（Ｚ）の周りの回転運動と、並進軸（Ｘ）に沿った並進運動とを行うことが可能であり、前記回転運動は、前記並進軸（Ｘ）に沿った前記貨物（１５）の第１の振動角（ΘＸ）を生じ、
前記方法は計算ステップを備え、前記計算ステップは、前記サスペンション・ケーブル（１４）の長さ（Ｌ）を示す情報と、前記回転軸（Ｚ）と前記フック・ポイント（１０）との間の距離（Ｒ）を示す情報と、前記フック・ポイント（１０）の回転速度（ＶＹ）を示す情報とを入力変数として用い、さらに、前記第１の振動角（ΘＸ）の加速度（Θ´´Ｘ）を内部変数として用いることにより、前記第１の振動角（ΘＸ）と前記第１の振動角（ΘＸ）の速度（Θ´Ｘ）とを決定することを特徴とする制御方法。
【請求項１３】
前記計算ステップは、前記第１の振動角（ΘＸ）の前記加速度（Θ´´Ｘ）を用いた反復プロセスを行うことにより、前記第１の振動角（ΘＸ）と、（前記第１の振動角ΘＸ）の前記速度（Θ´Ｘ）とを決定する、ことを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。
【請求項１４】
前記計算ステップは、前記並進軸（Ｘ）に沿った前記フック・ポイント（１０）による前記並進運動を考慮することにより、前記貨物（１５）の前記第１の振動角（ΘＸ）を決定する、こと特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
【請求項１５】
前記制御方法は修正ステップを備え、前記修正ステップは、前記フック・ポイント（１０）の前記回転速度（ＶＹ）に比例するオフセット値（ΘＸｅｑ）を計算し、且つ、前記フック・ポイント（１０）の前記並進運動の速度に対して、前記オフセット値（ΘＸｅｑ）を考慮した第１の修正信号（ΔＶＸ）を与える、ことを特徴とする請求項１３に記載の制御装方法。
【請求項１６】
前記第１の修正信号（ΔＶＸ）は、前記第１の振動角（ΘＸ）と前記オフセット値（ΘＸｅｑ）との間の差に比例し、且つ、前記第１の振動角（ΘＸ）の前記速度（Θ´Ｘ）に比例する、ことを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
【請求項１７】
前記第１の修正信号（ΔＶＸ）は、設定速度（ＶＣＸ）に加えられて、前記フック・ポイント（１０）の前記並進運動に対してリファレンス速度（ＶＸref）を与え、前記第１の修正信号（ΔＶＸ）は、前記第１の振動角（ΘＸ）と前記オフセット値（ΘＸｅｑ）との間の差に対し、且つ、前記第１の振動角（ΘＸ）の前記速度（Θ´Ｘ）に対し、修正係数（ＫΘｘ、Ｋ´Θｘ）を適用することにより、計算される、ことを特徴とする請求項１６に記載の制御方法。
【請求項１８】
前記修正係数（ＫΘｘ、Ｋ´Θｘ）は、前記貨物（１５）の前記サスペンション・ケーブル（１４）の前記長さ（Ｌ）の関数としての変数である、ことを特徴とする請求項１７に記載の制御方法。
【請求項１９】
前記計算ステップは、前記並進軸（Ｘ）と垂直な接線方向の軸（Ｙ）に沿った前記貨物（１５）の第２の振動角（ΘＹ）と前記第２の振動角（ΘＹ）の速度(Θ´Ｙ)とを、長さ（Ｌ）を示す情報と、距離（Ｒ）を示す情報と、回転速度（ＶＹ）を示す情報とを入力変数として用い、且つ、前記第２の振動角（ΘＹ）の加速度（Θ´´Ｙ）を内部変数として用いて、計算する、ことを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
【請求項２０】
前記計算ステップは、前記第２の振動角（ΘＹ）と前記第２の振動角（ΘＹ）の速度（Θ´Ｙ）とを、前記第２の振動角（ΘＹ）の前記加速度（Θ´´Ｙ）を用いた反復プロセスによって決定する、ことを特徴とする請求項１９に記載の制御方法。
【請求項２１】
前記制御方法は、第２修正信号（ΔＶＹ）を、前記第２の振動角（ΘＹ）と前記第２の振動角（ΘＹ）の速度（Θ´Ｙ）とに修正係数（ＫΘＹ、Ｋ´ΘＹ）を適用することにより計算された前記回転速度に与える、ことを特徴とする請求項１９に記載の制御方法。
【請求項２２】
前記計算ステップは、減衰を伴う振り子の数学的モデルを用いる、ことを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイスト装置(hoisting machine)からケーブルにより吊るされた（suspend）貨物（load）の運動を制御するための装置及び方法に関するものであり、このホイスト装置は、回転運動をしている貨物を動かすことができる。
【背景技術】
【０００２】
特に問題となっているホイスト装置は、タワークレーン、又は、ジブクレーンの様々なタイプに関するものである。これらのクレーンはジブを備え、ジブは垂直マストの頂上に付けられたものである。ジブ（jib）は、フック・ポイント（サスペンション・ポイント）を有し、このポイントから貨物がサスペンション・ケーブル（suspension cable）により吊られることとなる。これらのクレーンの特有の特徴の１つは、第１の運動の実行であり、この第１の運動は、垂直回転軸Ｚの周りにジブが回転する回転運動又は振動運動（slewing）であり、通常、このＺ軸はクレーンのマストの中心である。
【０００３】
さらに、これらのクレーンは第２の運動を実行し、この第２の運動は、ジブに沿ってフック・ポイントから直線状に動く運動であり、この第２の運動は、本明細書においては、並進運動（translation movement）と呼ぶ。あるクレーンにおいては、貨物のフック・ポイントは台車であり、この台車はレールの上を並進運動することができる。並進運動（台車の運動）はジブの水平軸Ｘに沿って行われる。他のクレーンは、リフティング・ジブ、又は、関節接合のジブ（ジャックナイフ・ジブ）を備え、それらの端に貨物のフック・ポイントが配置される。ジブの昇降、又は、関節運動（articulation）は、フック・ポイントの並進運動を作りだす。
【０００４】
加えて、サスペンション・ケーブルは、サスペンション・ケーブルと一体となって貨物を昇降する（hoisting）ための装置を備え、サスペンション・ケーブルの長さは、昇降運動（hoisting movement）と呼ばれる第３の運動中に貨物が垂直に配置できるように変化する。
【０００５】
ホイスト装置により貨物を取り扱うことは、この貨物の振動運動（sway motion）を引き起こすものであり、貨物をスムーズに移動させるために、非常に安全で、且つ、できる限り短い時間で、この振動運動を止めることが求められていることは明らかである。クレーンの場合には、第１の振動運動は、垂直回転軸Ｚの周りの回転運動により生じる。第２の振動運動は、並進軸Ｘに沿った並進運動の加速／減速により生じる。
【０００６】
直線状の運動に起因した振動運動とは反対に、回転運動に起因した振動運動の特殊性は、この運動が、回転運動の間に貨物の遠心力（centrifugal force）により生じた要素を有することである。この遠心力は、貨物を回転領域から外へ振動させる傾向がある。従って、この回転運動の制御を行うことのみで第１の振動運動をなくすことはできない。さらに、第１の振動運動の性質の１つは、回転運動の加速又は減速がゼロである場合であっても、回転運動のスピードがゼロではない場合には、第１の振動運動は維持されたままであることである。
【０００７】
吊られた貨物の水平軸に沿った並進運動によって生じた振動の振動角（sway  angle）を自動的に減らすためのいくつかの解決策は、すでに存在し、特許文献ＦＲ２６９８３４４、ＦＲ２７７５６７８、ＵＳ５４４３５６６として知られている。しかしながら、これらの文献においては、垂直回転軸のまわりの貨物の回転運動により生じた振動角を自動的に制御することができる防振装置（anti−sway device）を扱ってはいない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような理由により、本発明の目的は、クレーンから吊られた貨物の振動（oscillation）を制御することであり、実施がシンプルで迅速であり、且つ、容易であるような装置及び方法を用いて制御することである。これにより、貨物の振動の制御を行うために必要な測定や情報サンプリングは最小限のものとすることができる。
【０００９】
この目的のために、本発明は、ホイスト装置のフック・ポイントからサスペンション・ケーブルにより吊られた貨物の運動を制御するための制御装置を開示し、フック・ポイントは、垂直回転軸の周りを回転することと、並進軸（translation axis）に沿った並進運動とを行うことができ、この回転運動は、この並進軸に沿った貨物の第１の振動の振動角を生じさせる。この制御装置は、第１の振動角と第１の振動角の速度とを計算する手段を備え、この計算は、入力変数として、サスペンション・ケーブルの長さを示す情報と、回転軸とフック・ポイントとの間の距離を示す情報と、フック・ポイントの回転速度を示す情報と、だけを用い、さらに、内部変数（internal variable）として、第１の振動角の加速度を用いて行う。計算手段は、第１の振動角と第１の振動角の速度とを、第１の振動角の加速度を用いた反復プロセス（iterative process）を用いて決定する。
【００１０】
この１つの特徴によれば、計算手段は、フック・ポイントの並進軸に沿った並進運動を考慮に入れることにより、貨物の第１の振動角を決定する。
【００１１】
他の特徴によれば、フック・ポイントの回転速度を示す情報は、フック・ポイントの回転運動を制御する変速ドライブ（variable speed drive）に供給されるリファレンス速度を用いて決定される。また、別の方法として、フック・ポイントの回転速度を示す情報は、フック・ポイントの回転運動を制御する変速ドライブにより生成された推定速度（speed estimation）を用いて決定される。
【００１２】
他の特徴によれば、制御装置は第１の振動角のオフセット値を計算する。この値は、フック・ポイントの回転速度の関数であり、オフセット値を考慮して、フック・ポイントの並進運動の速度のための第１の修正信号（correction signal）に供給される値である。第１の修正信号は、第１の振動角とオフセット値との間の差に比例し、且つ、第１の振動角の速度に比例する。
【００１３】
他の特徴によれば、フック・ポイントの並進運動に対してリファレンス速度を与えるため、第１の修正信号は、速度設定値（speed setpoint）が加えられる。第１の修正信号は、第１の振動角（ΘＸ）とオフセット値との間の差と、第１の振動角の速度とに修正係数を適用することにより計算される。修正係数は、サスペンション・ケーブルの長さの関数として変化することができる。
【００１４】
他の特徴によれば、並進軸に垂直である接線の軸（tangential axis）に沿った貨物の第２の振動角と、第２振動角の速度とを計算し、この計算は、反復プロセスを用い、さらに、入力変数として、長さを示す情報と距離を示す情報と回転速度を示す情報とを用い、内部変数として、第２の振動角の加速度とを用いて行う。
【００１５】
また、本発明は、ホイスト装置のフック・ポイントからサスペンション・ケーブルにより吊られた貨物の運動を制御するように設計され、且つ、上記の制御装置を備える自動制御システムを開示する。同様に、本発明は、上記の制御装置で行われる吊られた貨物の運動を制御する方法を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、クレーンタイプのホイスト装置の一例を示し、この装置は、垂直軸の周りを回転する回転機構（rotation movement）を備える。
【図２】図２は、上記のホイスト装置において、フック・ポイントから吊られた貨物の振動角を模式的に示すものである。
【図３】図３は、本発明による、貨物の運動を制御する装置を簡略化して示したダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
他の利点及び特徴は、例として示され、且つ、添付された図により示される実施形態を参照する以下の詳細な説明により、明らかにされる。
【００１８】
本発明による吊られた貨物の運動を制御される装置は、クレーン又はそれと同等のもののような、貨物の回転機構を備えるホイスト装置において用いることができる。図１中の例はクレーン５を示し、クレーン５は、垂直マストと、ほぼ水平なジブ６とを備える。ジブ６はフック・ポイント１０を備え、このフック・ポイントは図１の例のような可動台車であることができる。ジブ６は、クレーン５の垂直マストを通る垂直回転軸Ｚの周りを回転運動することができる。並進軸Ｘに沿って並進運動を行うために、フック・ポイント１０はジブ６に沿って運動することができる。従って、並進軸Ｘは、ゼロ点（図２参照）で回転軸Ｚと交差し、フック・ポイント１０を通過する。例に示されるように並進軸Ｘは水平である。しかしながら、クレーンによっては水平に対してゼロではない角度を有するジブ６を備えるものもある。
【００１９】
さらに、１つ又は複数のサスペンション・ケーブル１４により吊られた貨物１５を昇降するために、クレーン５は水平昇降運動（vertical hoisting movement）を行うことができる。サスペンション・ケーブルはフック・ポイント１０を通過するものであり、動かされる貨物１５を吊るためのメカニズムとサスペンション・ケーブルの端とが結合される。
【００２０】
図２を参照すると、フック・ポイント１０は、回転軸Ｚ（図２においてゼロ点として示される）から距離Ｒの位置に配置され、並進軸Ｘに沿ってフック・ポイント１０が動く際にこの距離Ｒは変化する。昇降運動をしている場合には、貨物１５の経路には、サスペンション・ケーブル１４の長さの関数として変化するような吊り下げ高さ（suspension height）が存在する。以下のように、貨物の吊り下げ高さは、ケーブルの長さＬと等しいものとして考えられ、ケーブル１４の低い端と貨物１５（例えばその重心として示される点）との間の距離を示すオフセットを、ケーブルの長さに加えることもできる。
【００２１】
従って、回転運動の間、振動を無視すると、貨物１５は、中心が垂直軸Ｚであり、且つ、半径Ｒを持つような仮想的な垂直な円柱に沿って動く。従って、フック・ポイント１０の回転運動は、いかなる瞬間でも、可動し、且つ、水平な接線の軸（mobile horizontal tangential axis）Ｙに沿って起き、この軸は、並進軸Ｘに対して常に垂直であり、上記の仮想的な円柱の接線である。
【００２２】
フック・ポイント１０が回転運動をしている際には、貨物１５は振り子運動（pendulum-type motion）を描き、この振り子運動は、直交する２つに要素を有する振動角により定義される振動として扱われる。第１の要素は第１の振動角を形成し、ΘＸで示され、且つ、並進軸Ｘの上への振動の投影（projection）に対応するものである。第２の要素は第２の振動角を形成し、ΘＹで示され、且つ、接線軸Ｙの上への振動の投影に対応するものである。さらに、フック・ポイント１０が並進運動を行っている際には、貨物１５は、並進軸Ｘに沿った振動角を有する振り子運動を描き、振動角は、上記のように定義された第１の振動角ΘＸに付加される。
【００２３】
Ｘ軸に沿った並進運動は、リファレンス速度ＶＸref（図３参照）を受ける変速ドライブＤＸにより制御された並進モーターＭＸにより行うことができる。同様に、垂直軸Ｚの周りの回転運動は、リファレンス角速度ＶＹrefを受ける変速ドライブＤＹにより制御された回転モーターＭＹにより行うことができる。Ｚ軸に沿った昇降運動は、図示されていないホイストモーターにより行うことができ、このホイストモーターは、サスペンション・ケーブルを巻き上げ、ゆるめることができる。このホイストモーターは、フック・ポイント１０に配置することができる。
【００２４】
並進運動及び回転運動は、それぞれクレーン５のドライバーによって制御されており、このドライバーは、例えば図３に示されるように、スイッチレバー又は（ジョイスティックタイプの）レバーの手段を用いて、並進速度設定値信号（translation speed setpoint signal）ＶＣＸと回転速度設定値信号(rotation speed setpoint signal)ＶＣＹとをそれぞれ供給する。それにもかかわらず、ホイスト装置が自動的に制御されるアプリケーションにおいては、自動制御ユニットから直接来る速度設定値ＶＣＸ、ＶＣＹを受けることができる。
【００２５】
さらに、直線運動とは反対に、回転運動が振動を生成し、その振動の角度には、互いに直交する軸ＸとＹとにおいてそれぞれゼロではない要素ΘＸとΘＹが存在する。Ｙ軸に沿った第２要素ΘＹは、フック・ポイントの加速／減速により生じ、且つ、回転運動の制御を行うことにより減衰させる（defeat）ことができる。一方、Ｘ軸に沿った第１の要素ΘＸは遠心力により生じるものであり、この遠心力は、接線面（tangential plane）ＹＺ方向ではなく、垂直面（perpendicular plane）ＸＺ沿ったものである。従って、第１の要素ΘＸは、回転運動の制御を行うことにより減衰させることはできないが、軸Ｘに沿った並進運動の制御の実施を含むものである。
【００２６】
加えて、回転運動が一定の速度であっても（言い換えると、加速／減速がゼロであるとき）、遠心力は、軸Ｘに沿った貨物１５の運動を起こす。
【００２７】
従って、本発明の目的は、フック・ポイント１０の並進運動と回転運動とを行うことができるホイスト装置５の制御を支援することであり、当然、これらの２つの運動は連続して行うことができる。同様に、並進運動と回転運動とは、軸Ｚに沿った貨物１５の昇降運動をともに連続して行うことができる。
【００２８】
回転により生じた振動の性質と、各種運動の間の相互作用とは、振動の制御と吊られた貨物１５の運動の制御とを複雑にする。
【００２９】
本発明は、貨物１５が運動している間に、シンプル、且つ、自動的な方法で、さらに、機械のドライバーに対して透過的（transparent）であるような方法で、Ｘ軸及びＹ軸に沿って振動を減衰させることができる。有利には、本発明は、学習フェーズ（learning phase）を必要とすることなく、また、実施することに費用がかかり、且つ、困難であるような、振動角ΘＸ及び／又はΘＹ、モーター電流（motor current）又はモーターのトルクの測定を必要とすることがない。
【００３０】
図３を参照すると、制御装置２０の目標は、貨物１５が回転運動、及び／又は、並進運動をしている間に、貨物１５の振動運動を減衰させることであり、当然、この運動は貨物１５の昇降運動と同時に行うことができる。
【００３１】
この制御装置２０は、サスペンション・ケーブルの長さＬを示す情報を決定する手段を備える。この決定手段は、例えば、センサー、又は、ホイストモーターのシャフトと一体となった、もしくは、ケーブルの巻上げドラムと一体となったエンコーダーを備える。長さＬの他の決定手段も用いることができ、例えばケーブルの全体の距離（run）に割り振られた様々なリミットスイッチセンサーであり、長さＬはこれらのリミットスイッチセンサーのトリガー関数として所定のレベルの値により決定される。この解決法は、当然正確性を欠くものである。
【００３２】
制御装置２０は、フック・ポイント１０と回転軸Ｚとの間の距離Ｒを示す情報を決定する手段を備える。様々な決定手段としては以下のものが可能である。
−  第１の変形例によれば、距離Ｒはセンサーを用いることにより得ることができ、センサーは、並進モーターＭＸのシャフトと、又は、ケーブルの巻き取りドラムと一体化した回転エンコーダーとすることができ、もしくは、独立したエンコーダーとなることができる。例えば、ジブ６に沿ったポテンショメーター（potentiometer）タイプのリニアエンコーダーである。
−  第２の変形例によれば、距離Ｒは、並進運動のリファレンス速度ＶＸrefの測定から開始されるこのリファレンス速度の積分（integration）から得ることができる。リファレンス速度ＶＸrefは読むことが可能であり、その理由は、実際にリファレンス速度は並進モーターＭＸの制御に重要な変速ドライブＤｘにより用いられるからである。リミットスイッチ又は近接ディテクター（proximity detector）タイプの１つ又は複数のディテクターは、Ｒにリセット値を与えるために追加的に用いられる。
−  第３の変形例によれば、距離Ｒは、ジブ６に沿った全体の距離に割り振られた様々なディテクターを用いて得ることができ、距離Ｒは、これらのリミットスイッチセンサーのトリガー関数として所定のレベルの値により決定する。この解決法は、当然、正確性を欠くものである。
【００３３】
また、制御装置２０は、フック・ポイント１０の回転速度ＶＹを示す情報を決定する手段を備える。様々な決定手段としては以下のものが可能である。
−  第１の変形例によれば、回転スピードＶＹは、フック・ポイント１０の実際の回転速度を測定することにより得ることができる。しかしながら、この解決方法は、速度、又は、運動センサーを用いることを必要とする。
−  第２の変形例によれば、回転速度ＶＹは、リファレンス速度ＶＹrefにより直接得ることができる。リファレンス速度ＶＹrefは、回転モーターＭＹの制御に重要な変速ドライブＤＹの入力に与えられるものである。この場合には、変速ドライブＤＹはリファレンス速度に非常に速く追尾する（follow）することは可能であると考えられる。この解決策は実施が非常にシンプルであり、その理由としては、実施が簡単であり、リファレンス速度ＶＹrefは読み取り可能であるからである。
−  第３の変形例によれば、回転速度ＶＹは、モーターＭＹの制御に重要な変速ドライブＤＹで生成された推定速度（speed estimate）により得ることができる。ある場合においては、実際に、この推定速度は、リファレンス速度ＶＹrefよりも実際の速度に近く、これは、追従誤差の傾斜（ramp following error）といった現象や機械的現象によるものである。従って、この解決策は、円錐形のモーターを用いるアプリケーションにおいて特に有利である。変速ドライブの内部の推定速度パラメーターは、変速ドライブのアナログ出力において利用可能である。
【００３４】
制御装置２０は、修正モジュール２２に接続された推定モジュール（estimator module）２１を備える。推定モジュール２１は、ケーブルの長さＬと、距離Ｒと、回転速度ＶＹとを示す情報を入力として受け取り、且つ、計算手段を備える。この計算手段は、実際の時間において、第１の振動角ΘＸと、第１の振動角ΘＸの速度（変化）Θ´Ｘと、あわせて第２の振動角ΘＹと、第２の振動角ΘＹの速度（または変化）Θ´Ｙとを計算する。推定モジュール２１は、修正モジュール２２に計算した数値を伝達し、修正モジュール２２は、回転運動のために速度設定値ＶＣＹに足される第１の修正信号ΔＶＹを、出力として計算し、且つ、与え、それとともに、並進運動のために速度設定値ＶＣＸに足される第２の修正信号ΔＶＸも出力として計算し、且つ、与える。
【００３５】
振動角ΘＸとΘＹ、速度Θ´ＸとΘ´Ｙを計算するために、推定モジュール２１は、減衰（damping）を伴う振り子計算モデル（pendulum mathematical model）を用い、このモデルは以下の２つの式を満足するものである。
【数１】
2012512111.tif 000003
【数２】
2012512111.tif 000004
式中においては、
−  ΘＸは、Ｘ軸に沿った貨物の第１の振動角を示す。
−  Θ´Ｘは、振動角ΘＸの速度を示す。
−  Θ´´Ｘは、振動角ΘＸの加速度を示す。
−  ΘＹは、Ｙ軸に沿った貨物の第２の振動角を示す。
−  Θ´Ｙは、振動角ΘＹの速度を示す。
−  Θ´´Ｙは、振動角ΘＹの加速度を示す。
−  Ｌは、ケーブルの長さを示す。
−  Ｒは、ケーブルのフック・ポイントと回転軸Ｚとの間の距離を示す。
−  ＶＺは、長さＬの微分関数として計算された、昇降運動の速度を示す。
−  ＶＸは、Ｘ軸に沿った並進運度の直線速度を示し、好ましくは、距離Ｒの微分関数として計算され、もしくは、回転モーターＭＸ（図３の点線矢印を参照）の制御に重要な変速ドライブＤＸの入力に与えられるリファレンス速度ＶＸrefを用いて測定されたものである。
−  Ｖ´Ｘは、Ｘ軸に沿った並進運動の加速度を示し、速度ＶＸの微分係数として計算されたものである。
−  ＶＹは、フック・ポイント１０の回転運動の角速度を示すものである。
−  Ｖ´Ｙは、回転運動の角加速度を示し、速度ＶＹの微分係数として計算されたものである。
−  Ｋｆは、固定摩擦係数（fixed  coefficient of friction）を示す。
−  ｇは、重力による力を示すものである。
【００３６】
式ａ）に示されるように、制御装置は内部変数として角ΘＸの加速度Θ´´Ｘを用い、推定モジュール２１に与えられる入力変数は、ケーブルＬの長さ、距離Ｒ、回転角速度ＶＹのみである。時間にわたって反復される反復プロセス手段を用いて、第１の振動角ΘＸと速度Θ´Ｘとは計算される。言い換えると、結果は、時間ｔ−１に得られた結果を用いて、各時間ｔに周期的に計算されたものである。この反復プロセスは、加速度Θ´´Ｘを用い、各時間ｔでの結果を以下のように示す。
【数３】
2012512111.tif 000005
この式においては、ΘＸｔとΘＸｔ−１とは、時間ｔとその前の時間ｔ−１とにおける第１の振動角をそれぞれ示す。Θ´ＸtとΘ´Ｘｔ−１とは、時間ｔとｔ−１との振動角ΘＸの速度をそれぞれ示す。Θ´´ＸｔとΘ´´Ｘｔ−１とは、時間ｔとｔ−１との振動角ΘＸの加速度をそれぞれ示す。Ｖ´Ｘｔは時間ｔの並進運動の加速度を示す。ＶＸｔとＶＸｔ−１とは、時間ｔとｔ−１との並進運動の速度をそれぞれ示す。ＶＺｔは時間ｔの昇降速度を示す。ＲｔとＲｔ−１とは、時間ｔとｔ−１との距離Ｒをそれぞれ示す。ＶＹｔは時間ｔの回転速度を示す。ＬｔとＬｔ−１とは、時間ｔとｔ−１とのケーブルの長さをそれぞれ示す。Δｔは、時間ｔと時間ｔ−１との間の時間差を示す。
【００３７】
反復プロセスは、スタート時間として仮定したところから開始し、ΘＸ、Θ´Ｘ、Θ´´Ｘの値がゼロであり、言い換えると、時間ｔ＝0においては、ΘＸ０＝Θ´Ｘ０＝Θ´´Ｘ０＝０である。
【００３８】
同様に、式ｂ）に示されるように、制御装置は内部変数として角ΘＹの加速度Θ´´Ｙを用い、推定モジュール２１に与えられる入力変数は、ケーブルＬの長さ、距離Ｒ、回転角速度ＶＹのみである。時間にわたって反復される反復プロセス手段を用いて、第２の振動角ΘＹと速度Θ´Ｙとは計算される。言い換えると、結果は、時間ｔ−１に得られた結果を用いて、各時間ｔに周期的に計算されたものである。この反復プロセスは、加速度Θ´´Ｙを用い、各時間ｔでの結果を以下のように示す。
【数４】
2012512111.tif 000006
この式においては、ΘＹｔとΘＹｔ−１とは、時間ｔとその前の時間ｔ−１とにおける第２の振動角をそれぞれ示す。Θ´ＹｔとΘ´Ｙｔ−１とは、時間ｔとｔ−１との振動角ΘＹの速度をそれぞれ示す。Θ´´ＹｔとΘ´´Ｙｔ−１とは、時間ｔとｔ−１との振動角ΘＹの加速度をそれぞれ示す。Ｖ´Ｙｔは時間ｔの回転運動の角加速度を示す。ＶＺｔは時間ｔの昇降速度を示す。ＶＹｔとＶＹｔ−１とは、時間ｔとｔ−１との回転角速度をそれぞれ示す。ＬｔとＬｔ−１とは、時間ｔとｔ−１とのケーブルの長さをそれぞれ示す。Δｔは、時間ｔと時間ｔ−１との間の時間差を示す。
【００３９】
反復プロセスは、スタート時間として仮定したところから開始し、ΘＹ、Θ´Ｙ、Θ´´Ｙの値はゼロであり、言い換えると、時間ｔ＝0においては、ΘＹ０＝Θ´Ｙ０＝Θ´´Ｙ０＝０である。
【００４０】
式ａ）は、特有の項“ＶＹ２＊Ｒ＊ｃｏｓΘＸ”を備え、この項は、回転速度ＶＹがゼロではない場合には常に正の値である。これは、遠心力の影響に対応するものであり、回転運動が進行中（加速度Ｖ´Ｙがゼロと等しい場合であっても）である時点で、第１の振動角ΘＸは方向Ｘに生じ、この方向Ｘは接線軸Ｙと垂直である。従って、制御の目的は回転運動の間におけるこの振動のキャンセルではなく、回転の間のゼロではない平衡角（equilibrium angle）に対応する貨物１５のゼロではない振動を伴った平衡位置に到達することであり、次いで、回転速度ＶＹがゼロの場合、回転運動の終わりにおいてゼロの振動角ΘＸに戻ることである。回転運動の間、この平衡角はΘＸｅｑで示されるオフセット値に対応する。回転運動が進行している場合、目的は、このオフセット値ΘＸｅｑをキャンセルすることではなく、オフセット値ΘＸｅｑに対応する勾配を有する振動がない状態で貨物を安定させることである。近似した（approximation）後は、オフセット値ΘＸｅｑは、以下の式により決定することができる（ΘＸｅｑはラジアンで示される）。
【数５】
2012512111.tif 000007
この式は、オフセット値ΘＸｅｑが回転速度ＶＹに比例し、回転速度ＶＹがゼロである場合にオフセット値ΘＸｅｑがゼロであることを明確に示すものである。
【００４１】
修正モジュール２２は、推定モジュール２１からの計算された推定値ΘＸ、ΘＹ、Θ´Ｘ、Θ´Ｙを入力として受け取り、以下の式に従って修正信号ΔＶＸとΔＶＹを供給するために、それらに対して修正係数ＫΘとＫ´Θをそれぞれ適用する。
【数６】
2012512111.tif 000008
この式においては、ＫΘＸとＫΘＹとは、それぞれ、並進運動と回転運動との振動角ΘＸとΘＹとに適用される修正係数である。Ｋ´ΘＸとＫ´ΘＹとは、それぞれ、並進運動と回転運動との振動角速度Θ´ＸとΘ´Ｙに適用される修正係数である。ΔＶＸとΔＶＹとは、それぞれ、速度設定値ＶＣＸとＶＣＹに適用される修正信号である。ΘＸｅｑは回転運動の間の角ΘＸのオフセット値である。
【００４２】
従って、第１の修正信号ΔＶＸは直接に第１の振動角ΘＸに依存するものではないが、第１の振動角ΘＸとオフセット値ΘＸｅｑとの間の差に依存する。よって、回転運動が進行中である場合には（速度ＶＹrefがゼロではない）、オフセット値ΘＸｅｑはゼロではなく、それゆえ制御装置２０は修正信号ΔＶＸを与える。このΔＶＸは、振動角ΘＸに対する遠心力により生じたオフセット値を考慮するものである。回転運動が止まった場合には（速度ＶＹrefがゼロ）、オフセット値ΘＸｅｑは自動的にゼロになり、次いで制御装置２０は修正信号ΔＶＸを適用する。このΔＶＸはΘＸとΘ´Ｘとに比例する。
【００４３】
従って、並進モーターＭＸを制御する変速ドライブＤＸの入力に印加されるリファレンス速度ＶＸrefは、クレーン５の自動システムからの並進運動ＶＣＸの速度設定値であって、制御装置２０により与えられた第１の修正信号ΔＶＸが加えられた値と等しく、言い換えると、ＶＸref＝ＶＣＸ＋ΔＶＸである。
【００４４】
同様に、回転モーターＭＹを制御する変速ドライブＤＹの入力に印加されるリファレンス速度ＶＹrefは、クレーン５の自動システムからの回転運動ＶＣＹの速度設定値であって、制御装置２０により与えられた第２の修正信号ΔＶＹが加えられた値と等しく、言い換えると、ＶＹref＝ＶＣＹ+ΔＶＹである。
【００４５】
第１のシンプルな実施形態によれば、修正係数ＫΘとＫ´Θとの値は固定されている。第２の好ましい実施形態によれば、修正係数ＫΘとＫ´Θとの値は、貨物１５により生じた振り子の高さに応じて適用する速度修正を最適化するような方法により、装置２０により決定されたケーブルの長さＬの関数として変更することができる。この場合、修正モジュール２２は、長さＬを示す情報を入力として受け取る。従って、長さＬに依存するＫΘ、Ｋ´Θといった様々な値を格納することができる。
【００４６】
第１の解決策においては、クレーン５の自動システムのみが回転運動を制御すると考えられ、言い換えると、ゼロである並進速度設定値を与えるものである。従って、回転運動は、貨物１５に与えられる遠心力により起きる並進軸Ｘに沿った第１の振動角ΘＸを生成し、それとともに、回転運動の加速／減速により起きる接線軸Ｙに沿った第２の振動角ΘＹが生成する。先に示したように、第１の振動角は、並進運動を行うことによりキャンセルすることができる。
【００４７】
しかしながら、自動システムにより並進運動が要求されない場合には、フック・ポイントの最終位置は、その初期ポジションと同じになるべきであり、言い換えると、回転による第１の振動角ΘＸをキャンセルするために、並進中に修正が行われているのにもかかわらず、回転運動の最後における最終距離Ｒは、運動の初期における初期距離Ｒと等しくなるべきである。この理由により、制御装置２０の修正モジュール２２は初期距離Ｒを格納し、回転運動の最後においては、修正モジュール２２は、Ｒfinal＝Ｒinitialのようにフック・ポイント１０が初期位置に戻るために、最適な修正信号ΔＶＸを印加する。
【００４８】
第２の解決策においては、クレーン５の自動システムが追加的に並進運動を制御する。言い換えると、ゼロではない並進速度設定値ＶＣＸを与えるものである。この並進運動は、並進運動の加速／減速により軸Ｘに沿った振動を生じさせる。第１の振動角ΘＸは、並進運度と回転運動とにより生じた振動の集合体を示す。
【００４９】
有利には、制御装置は、準備モデリングステップ（preliminary modeling step）を備えていない。このステップは、特に数学的なモデルを決定し、且つ、定義する目的を持って、もしくは、台車の速度とケーブルの与えられた長さに対するセンサーにより測定された振動角との間の伝達関数を確立する目的を持って、測定された振動角、又は、測定されたモーターに流れる電流といった、測定された他の物理パラメーターを要求するものである。
【００５０】
上記の制御装置は、クレーン５の自動システムの中にインストールされるように設計されており、制御装置は、貨物１５の運動を制御し、且つ、モニターするために重要である。この自動システムは、並進運動のための変速ドライブＤＸと回転運動のための変速ドライブＤＹとを特に備える。その容易性を考慮して、制御装置は、例えば変速ドライブに特有のモジュールを用いることにより、変速ドライブＤＸとＤＹとに直接インストールすることができる。自動システムは、プログラムロジックコントローラー（programmable logic controller）も備えることができ、このコントローラーは速度設定値ＶＣＸとＶＣＹとを与えるために特に用いられる。この場合、制御装置は、プログラムロジックコントローラーのアプリケーション・プログラムと容易に一体化することができる。
【００５１】
制御装置は、潜在的に軸Ｘに沿った並進運動と一体化した軸Ｚの周りの回転運動に従って貨物１５の運動を制御するための方法を行う。制御方法は計算ステップを備え、この計算ステップは推定モジュール２１により行われる。この推定モジュールは、この振動角の第１の振動角ΘＸと速度Θ´Ｘとを決定することを可能にする。この計算ステップは、長さＬと距離Ｒとフック・ポイント１０の回転速度ＶＹとを入力変数として用い、さらに、加速度Θ´´Ｘを内部変数として用いる。計算ステップは減衰を伴う振り子モデルを直接用いる。
【００５２】
制御方法は、修正モジュール２２により行われる修正ステップを備える。修正ステップは、回転速度ＶＹに比例する角度ΘＸのオフセット値ΘＸｅｑを計算し、
オフセット値ΘＸｅｑを考慮した並進速度に対して第１の修正信号ΔＶＸを供給する。第１の修正信号ΔＶＸは、第１の振動角ΘＸとオフセット値ΘＸｅｑとの間の差に対して修正係数ＫΘを与え、且つ、速度Θ´Ｘに対して修正係数Ｋ´Θｘを与えることにより計算される。
【図１】
2012512111.tif 000009
【図２】
2012512111.tif 000010
【図３】
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【国際調査報告】
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