The sway control problem of the pendulum motion of a container hanging on the trolly, which transports containers from a container ship to trucks, is considered in the paper. In the container crane control problem, suppressing the residual swing motion of the container at the end of acceleration or the case of that the unexpected disturbance input exists is main issue. For this problem, in general, the trolley motion control strategy is introduced and applied. But in this paper, we introduce and synthesize a new type of swing motion control system. In this control system, a small auxiliary mass is installed on the spreader. And the actuator reacts against the auxiliary mass, applying intertial control forces to the container to reduce the swing motion in the desired manner. In this paper, we apply the LMI approach and simultaneous optimization design method to design the anti-swing motion control system for the controlled plant. And the simulation result shows that the proposed control strategy is shown to be robust to disturbances like winds and initial sway motion.
Yard cranes are very useful equipments for handling of heavy containers. But rope-driven yard cranes must have a little of sway and skew motion because ropes are passive mechanical device. So many researches have been concentrated on anti-sway algorithm controlling trolley speed. These approaches require sway angle. But it is very difficult to know sway angle and its derivative. Therefore control algorithm of trolley speed is not practical in general. On the contrary, control strategy using auxiliary rope is very useful to sway control of yard crane because rope length is shorter than quay-side container cranes. In this paper, we derive equations of motion of trolley system which have anti-sway controller to use auxiliary rope. And we propose the control strategy and analyse the behavior of the proposed system.
Yard cranes are very useful equipments for handling of heavy containers. But rope-driven yard cranes must have a little of sway and skew motion because ropes are passive mechanical device. So many researches have been concentrated on anti-sway algorithm controlling trolley speed. These approaches require sway angle. But it is very difficult to know sway angle and its derivative. Therefore control algorithm of trolley speed is not practical in general. On the contrary, control strategy using auxiliary rope is very useful to sway control of yard crane because rope length is shorter than quay-side container cranes. In this paper, we derive equations of motion of trolley system which have anti-sway controller to use auxiliary rope. And we propose the control strategy and analyse the behavior of the proposed system.
In practical fields, the sway of crane systems leads to extra stress to the crane structure during the transporting operation and it is in close connection with its life. Usually, when we operate the cranes with high speed and manual control, the sway motion is irreducible. In this paper, a new type of crane system is proposed to avoid the irreducible sway of the crane systems. The proposed system is composed of mechanical arm with function of anti-sway based on conventional line system. By the anti-sway arm, we can realize to prevent the sway of the container box but cannot avoid the oscillation for the overall body of the crane. So, a controller design method to solve the above stated problem must be considered. The problem is solved by adopting the velocity pattern control methods of trapezoidal and curve types and its effectiveness is proved through experimental results.
최근에, 자동화 크레인 제어 시스템은 빠른 속도와 신속한 수송이 요구되어 지고 있다 컨테이너 야드 내에서 크레인 시스템의 동작 동안, 스프레더에 매달린 컨테이너의 흔들림은 최소화로 되도록 크레인의 트롤리 위치와 와이어 로프 길이 제어가 필요하다. 크레인 시스템에서 자동 주행 제어 기술과 흔들림 방지 기술을 사용하여 무인 자동화 제어 시스템의 개발을 할 수 있는 핵심 기술이다. 그 결과 우리는 트랜스퍼 크레인 시스템 제어에서 자동 주행 제어를 위한 제어기를 설계하였다. 크레인 시스템을 통한 시뮬레이션 분석에서 다른 기존의 제어기들보다 우수한 제어 수행을 증명하였다.
In the control of crane system, the traversing time of the trolley must be reduced as much as possible and the swing must be stopped at the end point. To design the minimum time control system, Pontryagim maximum principle is applied. In order to implement the control algorithm, the dynamic equation is linearlized at an equilibrium point, so that the linear time invariant state equation can be obtained. The overall performance of the closed loop system is evaluated by means of computer simulations and practical experiments in a broad range of working conditions. The effectiveness is proved through the experimental results for the anti-sway control of the load and the position control of trolly. It is expected that the proposed system will make an important contribution to the industrial fields.
In crane control system, it is required that the travelling time of crane must be reduced as much as possible and there is no the swing of load at the end and starting points. In this paper, we present a hybrid control method which includes two control methods of the optimal regulator and the velocity pattern control in order to realize high performance of the anti-sway. To implement the control algorithm, the dynamic equation is linearlized at an equilibrium point, so that the linear time invariant state equation can be obtained. A 1/10 sized model crane of the usual gantry cranes is made and used to show the applicability of the developed hybrid control method. The effectiveness of developed hybrid control method is proved by experimental results which show us good performance for anti-sway control comparing to conventional velocity pattern control. Practically, it is expected that the proposed control system will make an important contribution to the automatic crane control system of the industrial fields.
This paper presents an algorithm to control the undesirable sway of a suspended load in the crane system that has a trade-off between positioning the load and suppressing the sway of the load. The aim is to transport the load to a specified place with small sway angle as quickly as possible. Dynamic model is based on a simple pendulum driven by a velocity drive that is mostly used for actuating a trolley in industry. Proposed algorithm is composed of two parts : one is a off-line optimal trajectory generator, the other on-line tracking control. The former produces optimal trajectories minimizing energy under the speed constraint of velocity drive. The latter controls outputs to track the generated trajectories. Digital simulations and experiments are performed on a pilot crane to demonstrate the performance of the proposed control algorithm.
최근에, 자동화 크레인 제어 시스템은 빠른 속도와 신속한 수송이 요구되어 지고 있다. 따라서, 컨테이너가 초기좌표에서 최종좌표로 이동될 때 컨테이너 경로는 최소시간에 흔들림 없이 설계되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 최종 좌표까지 이동에서 충돌을 피하기 위하여 충돌방지 경로를 계산하였다. 그리고, 정확한 주행 제어를 위해서 신경회로망 예측 PID제어기를 구성하였다. 제안된 예측제어 시스템은 PID 파라미터를 생산하기 위하여 신경회로망 예측기, PID 제어기 그리고 신경회로망 자기 동조기로 구성하였다 크레인 시스템을 통한 시뮬레이션 분석에서 다른 기존의 제어기들 보다 우수한 제어 수행을 증명하였다.
전자파표면유속계를 이용한 유량측정은 전자파를 발사한 후 수표면에 반사되는 전자파의 도플러효과를 이용하여 표면유속을 측정하는 방법이다. 국제적으로 1980년대부터 홍수유량측정의 어려움을 극복하고자 전자파표면유속계를 개발하여 하천 유량측정 업무에 활용하였다. 미국의 경우U.S. Geological Survey (USGS)에서 교량, 케이블웨이, 제방, 헬리콥터, 비행기 등 전자파표면유속계의 측정 위치에 따라 주파수 범위를 달리하며 유속을 측정하는 연구가 진행되었다. 국내의 경우 Lee et al.(2021)은 드론을 이용한 전자파표면유속계 측정을 위해 드론으로부터 전자파표면유속계로 전달되는 진동을 제거하고 전자파표면유속계의 흔들림 방지를 위한 댐퍼플레이트를 개발하여 드론과 전자파표면유속계를 결합한 DSVM(Dron and Surface Veloctity Meter using doppler radar) 측정방법에 대한 실용성을 확인하였다. 기존 연구에서 DSVM 방법은 드론의 각 측선 이동을 위한 조종 및 전자파표면유속계 측정의제어를 측정자가 수행하였는데 본 연구에서는 자동 측정 시스템 개발을 통해 측정자의 조종 의존도를 줄임과 동시에 안전하고 정확한 유량측정을 위해 노력하였다. 측정지점의 위치정보를 DB화하여 각 측선별 이동하는 자율운항 기능과 전자파표면유속계를 자동으로 제어하여 측정을 실시하는 기능을 개발하였다. 또한 전자파표면유속계 컨트롤 시스템과 GCS(Ground Control System)를 통합하여 한 시스템에서 측정의 모든 상황을 컨트롤 할 수 있게 하였다. 현재까지는 DSVM 방법의 자율운항 기능과 자동 측정 시스템의 테스트를 완료하였고 2022년 홍수기 유량측정에 도입하여 홍수기 유량측정의 실용성을 판단할 계획이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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