JPH0341021B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、弾性リアクシヨンサポートまたは
弾性結合部を介して被駆動ユニツトに水平運動を
与える駆動機構を制御するための装置に関する。

限定しない例示として、この種の幾つかの水平
運動を次のように列挙することができる。

(a) 物上げ装置（クレーン・天井走行クレーンな
ど）の水平運動。

(b) “俯抑旋回”型の塔形クレーンの場合、固定
支柱は、垂直軸を中心にジブを旋回させるため
の機構を頂部に支持しており、回転部全体の慣
性はきわめて大きい。この支柱は、水平旋回機
構に関する限り、圧縮応力、曲げ応力および捩
り応力のもとで動作する弾性リアクシヨンサポ
ートを形成している。ジブの水平旋回時におけ
る支柱の動力学的変形は、クレーンの急激作動
や不適宜のリアクシヨンを引き起こしがちであ
る。

前記弾性リアクシヨンサポートまたは弾性結合
部は、水平運動部の操作性、精度、構成、部品の
耐用寿命および寸法等の面で好ましくない影響を
及ぼす様々な複雑な動力学的現象の発生源であ
る。

これら動力学的作用を減じるための従来公知の
１方法は、水平運動に必要な機械トルクが徐々に
与えられるよう、駆動装置を適当な装置によつて
制御するというものである。

しかしながら、この方法には次のような欠点が
ある。

−トルクを増大させるのにかなりの時間を要す
る。このため、トルクの作用による弾性リアク
シヨンサポートまたは弾性結合部の変形が避け
られないうえに、被駆動ユニツト可動部を迅速
に始動させることができないという不都合が加
わる。

−弾性サポートの漸次変形と可動部の漸次始動が
重なることにより、エネルギーおよび振動応力
が弾性サポートに伝達されて危険である。

−風などの外部要因によるトルクの増減に対処で
きない。

−可動部を始動させる前にむだ時間が生じ、操作
がスムーズに行かない。

−可動部の速度制御ができない。

別の方法は、弾性リアクシヨンサポートまたは
弾性結合部と連動する速度検出用変換器と接続し
た速度制御ループによつて駆動トルクを制御する
というものであるが、前記のような変換器は弾性
サポートのあらゆる振動をとらえてしまい、速度
（制御）ループ、したがつてまたトルク（制御）
ループのレベルにおいて、“交番変動”現象が発
生する。

この発明の目的は、少なくとも下記の４つの基
本的な回路を組合わせてなることを特徴とする電
気装置を介して水平運動のための駆動装置を制御
することによつて、上記のような不都合を取り除
くことにある。

Ａ 各動作期における所定目標トルクを基準にし
て駆動装置が与える電気機械トルクを制御する
ために必要なコンポーネントによつて構成され
るトルクループ。

Ｂ 操作者が手動で指示した速度の達成および維
持のための目標トルク値を供給することによつ
てトルクループを制御する、被駆動ユニツトの
可動部の対地絶対速度を制御するためのルー
プ。

Ｃ 可動部の対地絶対速度と駆動装置の速度との
速度差が所定と閾値を超えたとき目標トルクを
修正して、回転子に蓄積された運動エネルギー
に起因する急激動作（動力学的衝撃）を減じる
ための速度差ループ。

Ｄ 目標トルクに対抗して駆動装置の速度の微分
を導入することにより、全体の動力学的挙動を
安定させるための駆動装置速度微分回路。

この発明のもう１つの特徴によれば、被駆動ユ
ニツト可動部の対地絶対速度を制御するループ
は、速度制御および目標トルク値発生のための装
置のほかに、機構のすきま閉塞による動力学的効
果を減じるために目標トルクを修正する中間対応
装置、すなわち目標トルクを漸次的に導入する勾
配回路と、被駆動ユニツトに作用する応力の大き
さと持続時間が加速期も減速期も同じであるよう
にするための修正回路と、目標トルクの最大値を
制限するための装置とを具備している。

この発明のさらに別を特徴によれば、被駆動ユ
ニツト可動部の対地絶対速度を制御するループ
は、加速期、速度維持期または減速期を通じトル
クループの入口で定常トルクを指示することを可
能にする処理段を具備している。この目標トルク
は、この被駆動ユニツト可動部の対地絶対速度制
御ループに含まれたトルク勾配回路および修正回
路、ならびに被駆動ユニツト可動部の対地絶対速
度と駆動装置速度との速度差のためのループおよ
び駆動装置速度微分回路による修正を受けること
ができる。

この発明のもう１つの特徴によれば、この発明
の対象である装置は、前記速度差ループおよび駆
動機構速度微分回路を適当に調整（設定）するか
もしくは実質的に除去した状態において、三相電
動機または低慣性回転子形特殊三相電動機の制御
のために、もしくは定常トルクの指示が可能な任
意の形式の駆動機構の制御のために用いることが
できる。

以下において、この発明の１実施態様を示す添
付の図面を参照しながら発明の詳細な説明を行な
う。限定しない例示として与えられる添付図面
は、本発明の特徴を一層良く理解させることがで
きるだろう。

第１図および第２図において、駆動装置は、こ
の発明による装置によつて制御されるスリツプリ
ング誘導形または抵抗かご形三相電動機Ｍであ
る。

この発明による装置は、次の４つの基本回路
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを組合わせて構成されている。

Ａ 下記ａおよびｂからなる駆動トルク制御ルー
プ。

ａ ２相の切り換えによる電動機の回転方向の
転換を可能にする固定子回路に組み込まれた
サイリスタを用いて３相における固定子電圧
を変化させることにより所要の駆動トルクを
指示することを可能にする従来公知の形式の
四象限電源ユニツト１。

ｂ トルク制御装置２及び三相固定子電圧と電
流からトルクを計算する電磁トルク計算装置
３によつて構成される閉ループ形電動機トル
ク電子制御システム。このシステムによつ
て、すべての動作段階、特に加速、減速およ
び制動の段階における所定トルクの指示が可
能になる。

Ｂ 前記トルク制御システムと連結されており、
カスケード方式（速度ループによるトルクルー
プの制御）によつて被駆動ユニツトの可動部の
対地絶対速度を制御するループ。このループは
次のａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆによつて構成され
ている。

ａ 所望速度XVGYを指示する装置。これを
手動で操作するだけで、被駆動ユニツトの可
動エレメントの実際速度により、自動的に所
望速度を得ることができる。

ｂ 可動エレメントの対地絶対速度を測定する
ための、対象機械とのすべての弾性結合から
独立したGY、たとえばジヤイロスコープ形
の変換器（ジヤイロ旋回計）または加速度計
形の変換器。この装置は、運動の方向によつ
て正または負の、速度に比例した電圧を供給
するが、この電圧は速度ループに入力されて
指示装置の電圧と比較される。電位差計Ｐ１
の目的は、指示情報を、被駆動ユニツトの形
式と対象である運動とに応じて絶対速度側定
装置の出力情報と平衝させることを可能にす
ることにある（被駆動ユニツトに応じた予調
整）。

ｃ トルク制御ループを制御し、Ａにおいて目
標トルク信号を正確に出力する速度制御装置
４。指示速度XVGYが達成されない限り、
指示電圧と交換器GYによつて測定された値
との間にはエラー電圧が存在する。増幅およ
び処理されたエラー電圧は、定常トルク指示
値に変換され、これが後述の様々なコンポー
ネントの働きによつて修正される。速度ルー
プの利得（比例作用）は電位差計Ｐ２によつ
て制御することができる。

ｄ 効率上の理由から、電動機レベルにおいて
必要なトルクは減速段階の方が加速段階より
小さいことを考慮して、加速時間または減速
時間が等しくなるような種類の指示トルクを
修正するための回路５。結局、被駆動ユニツ
トに対する作用は、加速の場合も減速の場合
も同じである。これは、加速が必要な象限を
検出し、それらを減速が必要な象限と区別す
る電子回路６によつて達成される。この電子
回路は、望ましい実施態様においては、指示
トルクの方向および実際速度の方向を、直流
電圧±Ｕおよびゼロ基準電圧の間に位置する
分割ブリツジＲ１４−Ｒ１５，Ｒ１６−Ｒ１
７，Ｒ１８−Ｒ１９およびＲ２０−Ｒ２１に
よつて実現される基準電圧と比較することに
よつて処理する。この回路の接点ｒは、駆動
象限および休止時において閉じ、減速象限に
おいて開くが、この接点の働きによつて、Ａ
点において入力される目標トルクレベルは駆
動象限および休止時にはそのままＢ点に伝達
され、減速象限では分割ブリツジによつて減
衰される。

ｅ 機構のすきま閉塞による動力学効果を減じ
るため、徐々に目標トルクを導入する勾配回
路７。望ましい実施態様においては、この勾
配回路は、電位差計Ｐ４を通流する定電流の
作用下におけるコンデンサＣ１の充電をその
原理とし、前記電位差計Ｐ４の端子電圧は、
ダイオードＤ１およびＤ２により一定に維持
される。増幅器CI２は、電圧追従装置の役
割をし、その出力端子電位はそのプラス入力
端子電位に追従する。他方、抵抗Ｒ７は、コ
ンデンサＣ１の充電電流が電位差計Ｐ４を通
流する電流となるように、ダイオードＤ１お
よびＤ２の電流を電位差計Ｐ４の電流に合わ
せて制限する。勾配回路の勾配は、電位差計
Ｐ４を介して調整することができる（機械に
応じた予調整）。勾配回路は、２個のダイオ
ードＤ１およびＤ２の並列接続により、対称
型となつており、このため、正負にかかわら
ず目標値を勾配回路の端子Ｂにおいて入力す
ることが可能である。

ｆ 許容最大トルクを超えたトルクが被駆動ユ
ニツトに伝達されないようにするめ、電位差
計Ｐ３による予調整により、目標トルクの最
大レベルを調整するための装置８。

Ｃ 可動エレメントの対地速度（測定変換器およ
びたとえばジヤイロ旋回計GYにより検出）と
電動機速度（回転速度計用ダイナモなどの速度
検出装置DYにより検出）との間の速度差のた
めのループ。このループの目的は、回転子に蓄
積された運動エネルギーによる動力学的衝撃を
減じることにより、被駆動ユニツトの各部に許
容最大応力により大きな応力が作用しないよう
にすることにある。この目的のため、前記２つ
の速度の間のエラー信号が９で指示されて固定
閾値と１０で比較され、かつ情報が目標トルク
に送られて、駆動トルクを減少させるかもしく
は方向を逆転させる。望ましい実施態様におい
ては、ツエナーダイオードDZ５，DZ６によつ
て固定閾値回路を構成する。速度測定値GYと
DYの差を表わし、増幅器CI９によつて処理さ
れるＤ点での電圧がツエナー閾値を超えないと
き、Ｆにおける電位はゼロで、指示トルクはＬ
においていかなる修正も受けない。逆の場合
は、Ｆ点の電位が閾値の上限に比例して上昇
し、Ｌにおいてトルクの修正（低減または方向
逆転）が行なわれる。電位差計Ｐ５は速度差閾
値を固定し、電位差計Ｐ７は修正作用利得を固
定する、加算は電位差計Ｐ３を介して勾配と最
大トルクレベルとの間に増幅器／加算器１１，
Ｃ１７を挿入することによつて行なわれる。か
くして、この修正作用が弾性サポートのねじれ
段階および弛緩段階で起こり、動力学的効果を
低減する。

Ｄ コンデンサＣ２、電位差計Ｐ６および抵抗Ｒ
２５によつて構成される電動機速度微分回路１
２。この回路は、目標トルクに抵抗して電動機
速度の微分を導入して、機械の動力学挙動を安
定させる。電位差計Ｐ６により、前記修正作用
を均衡させることができる。

特別な１実施態様においては、駆動装置Ｍは特
殊な低慣性かご形三相電動機である。制御装置
は、速度差ループおよび電動機速度微分回路とは
異なる制御ユニツトを有する点を除けば、上記の
ものと同じでよい。しかし、これら２つのコンポ
ーネントは省略することができる。その理由は、
駆動装置が低慣性電動機であるため、電動機回転
子および対象システムの機械部品の慣性効果が充
分に抑えられているからである。

また、この装置による定常トルクの指示が可能
であれば、他のいかなる駆動装置を用いてもよ
い。ただし、その駆動装置の回転部分の慣性が大
きい場合は速度差ループおよび駆動装置速度微分
回路が必須であり、前記慣性がきわめて小さけれ
ば、前記の２コンポーネントは必ずしも必要な
い。

さらに、駆動装置が与えるべき水平運動の種類
に応じて、この発明による制御装置の各コンポー
ネントの組み合わせ方を様々に換えることができ
る。

この発明による装置の作動原理は下記の通りで
ある。

装置の休止時に、運転者が所望の速度を指示す
ると、この速度が指示トルクとして速度ループに
送り込まれる。電位差計による予調整は、被駆動
ユニツトの形式に応じて予め行なつておく。かく
して目標定常トルクを指示すると、修正時間によ
り必要に応じて目標トルクを修正しない限り、ト
ルクはトルク制御ループの働きにより、加速の全
期間を通じて一定に維持される。象限検出は、１
加速期間のあいだは行なわれない。装置の固定部
分は、トルクが指示されると、直ちにそのトルク
に対応平衡位置を取る。次に、可動部分が作動
し、指示速度と可動部分の瞬間速度との差は、達
成された速度が計画速度に等しくない限り、目標
トルクレベルを維持する。計画速度が達成される
と、目標トルクは抵抗トルク維持レベルまで減少
する。

対象装置は動作中のときは、たとえばゼロ速度
の指示によつて新しい目標トルクが導入される。
可動部分は、加速時間と同様の原理によつて減速
され、最終的に停止される。ただし、この減速期
間を別にすれば、象限検出回路が動作して、目標
トルクを低減する。

従来公知のシステムと比較した場合の、この発
明による装置の利点は下記の通りである。

−操作者がセロ速度から最高速度まで所望の速度
を指示するだけで、被駆動ユニツトの可動部の
実際速度を自由に制御することができる。

−トルクレベルに関しては操作者は何らの操作も
行なう必要がなく、トルクレベルが被駆動ユニ
ツトの各部の許容値を超えることはない。

−定常トルクの導入が、むだ時間なしに、弾性リ
アクシヨンサポートまたは弾性結合部の準安定
平衡位置、および被駆動ユニツトの可動部分の
迅速な始動によつて表わされる。

−定常トルクの導入と、機構のすきま、駆動装置
の慣性、または被駆動ユニツト可動部に対する
駆動装置の加速による動力学的効果を減じるた
めの対策とによつて、弾性リアクシヨンサポー
トまたは弾性結合部に振動が発生しない。この
結果、被駆動ユニツトの可動部を衝撃なに始動
させるとともに、弾性サポートの疲労を著しく
軽減することができる。

−たとえば風など外部の妨害要因が存在するとき
も、被駆動ユニツトの可動部は操作者が指示し
た位置に維持される。特に、制動装置が働いて
いないときに外部要因が可動部を動かす方向で
作用した場合、直ちに可動部速度測定装置がそ
れを検出して駆動装置がその外部要因に対抗す
るトルクを与えることにより、可動部は静止状
態に維持される。

−被駆動ユニツトに作用する応力は加速期も減速
期も同じてあるため、安定した動作が得られ
る。

結論として、この発明による装置を用いれば、
被駆動ユニツトの迅速、正確、かつ確実な操縦が
可能であり、被駆動ユニツトの疲労を最小限に抑
えることができる。したがつて、被駆動ユニツト
の使用における安全性および経済性が改善され、
また被駆動ユニツトの小型軽量化が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による装置の模式図であり、
第２図は限定しない例示として与えられるこの発
明の装置の回路図である。 １……四像限電源ユニツト、２……トルク制御
装置、３……電磁トルク計算装置、４……速度制
御装置、５……指示トルク修正装置、６……駆動
及び減速像限検出装置、７……勾配装置、８……
最大トルクレベル指示装置、９……速度差レベル
指示装置、１０……固定閾値比較装置、１１……
増幅器／逆転器（加算器）、１２……微分回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弾性リアクシヨンサポートまたは弾性結合部
   を介して被駆動ユニツトに水平運動を与える駆動
   機構を制御するための装置において、 Ａ 従来公知の形式の四象限電源ユニツトと、ト
   ルク制御装置および従来公知の形式の駆動トル
   ク計算装置からなる閉ループ形駆動トルク電子
   制御システムとによつて構成されるトルクルー
   プ、 Ｂ カスケード式に前記トルクループと結合され
   ていて、操作者が手動で指示した速度を達成お
   よび維持するための基準トルク値を発生させ
   る、被駆動ユニツト可動部の対地絶対速度を制
   御するためのループ、 Ｃ 被駆動ユニツト可動部の対地速度と駆動装置
   の速度との速度差が固定閾値を超えたとき前記
   目標トルクを低減または逆転するための速度差
   ループ、及び Ｄ 目標トルクに対抗して駆動装置の速度の微分
   を導入することにより目標トルクを修正するた
   めの駆動装置速度微分回路 を組合せてなることを特徴とする駆動機構を制御
   するための装置。 ２ 前記被駆動ユニツト可動部の対地絶対速度制
   御ループが、速度制御および目標トルク値発生の
   ために必要な諸装置、すなわち、所望速度手動指
   示装置と、被駆動ユニツト可動部の対地絶対速度
   測定装置と、所望速度と実測速度の比較処理によ
   つて目標トルク値を与える速度制御装置とを具備
   しており、さらに目標トルクを修正するための中
   間諸装置、すなわち加速期、減速期に応じて目標
   トルクを修正する回路と、目標トルク勾配装置
   と、目標トルク制限装置とを具備していることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記駆動ユニツトの可動部の対地絶対速度制
   御ループが、このループに含まれる前記トルク勾
   配装置および修正回路、ならびに前記速度差ルー
   プおよび駆動装置速度微分回路による修正が行な
   われる場合を除き、加速期、速度維持期または減
   速期を通じトルクループの入口において定常トル
   クを指示するように、指示速度と実際速度の間の
   エラー電圧を処理する速度制御装置を具備してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の装置。 ４ 三相電動機の制御のために用いることのでき
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第３項の任意の１項に記載の装置。 ５ 前記速度差ループおよび駆動機構速度微分回
   路を適当に調整するかもしくは除去した状態にお
   いて特殊な低慣性回転子形三相電動機の制御のた
   めに用いることのできる特許請求の範囲第１項な
   いし第３項の任意の１項に記載の装置。 ６ 定常トルクの指示が可能な任意の形式の駆動
   装置の制御のために用いることのできる特許請求
   の範囲第１項ないし第３項の任意の１項に記載の
   装置。