International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.4
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pp.379-387
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2007
In this paper, a nonlinear anti-sway controller for container cranes with load hoisting is investigated. The considered container crane involves a planar motion in conjunction with a hoisting motion. The control inputs are two (trolley and hoisting forces), whereas the variables to be controlled are three (trolley position, hoisting rope length, and sway angle). A novel feedback linearization control law provides a simultaneous trolley-position regulation, sway suppression, and load hoisting control. The performance of the closed loop system is shown to be satisfactory in the presence of disturbances at the payload and rope length variations. The advantage of the proposed control law lies in the full incorporation of the nonlinear dynamics by partial feedback linearization. The uniform asymptotic stability of the closed-loop system is assured irrespective of variations of the rope length. Simulation and experimental results are compared and discussed.
In this paper the sway-control problem of a container crane is investigated in the perspective of controlling an underactuated mechanical system. For fast loading/unloading of containers from the ship, quick suppression of the remaining swing motion of the container at the end of each trolley stroke is crucial. Known nonlinearities are fully incorporated by feedback linearization. Robustness is enhanced by variable structure control. Compared with the linear LQ control, much better performance can be obtained.
Young I. Son Son;Lim, Young-Do;Park, Bu-Gwi;Hyungbo Shim;Nam H. Jo
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2002.10a
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pp.60.2-60
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2002
$\textbullet$ Contents 1: Introduction to nonlinear crane model $\textbullet$ Contents 2: Passivity of the crane model $\textbullet$ Contents 3: PD-Control based on the passivity $\textbullet$ Contents 4: Global regulation of the system without the velocity measurement $\textbullet$ Contents 5: Simulation studies for the performance test
In this paper a nonlinear control strategy via feedback linearization and energy based Lyapunov function for underactuated mechanical systems is investigated. Underactuated mechanical system is a system of which the number of actuators is less than the number of degrees of freedom. Developed algorithm is applied to a crane system of grab operation. Positioning of the trolley as well as swing-up of the pendulum to the up-right position including maintaining the sway angle at some desired degree are demonstrated. Simulations are provided.
Tantaworrasilp, A.;Benjanarasuth, T.;Ngamwiwit, J.;Komine, N.
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2003.10a
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pp.2240-2245
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2003
In this paper, the controller design by coefficient diagram method (CDM) for controlling the trolley position, load-swing angle and hoisting rope length of the overhead crane system simultaneously is proposed. The overhead crane system is a MIMO system consisting of two inputs and three outputs. Its mathematical model is nonlinear with coupling characteristics. This nonlinear model can be approximated to obtain a linear model where the first input mainly affects the trolley position and the load-swing angle while the second input mainly affects the hoisting rope length. In order to utilize the CDM concept for assigning the controllers, namely PID, PD and PI controllers separately, the model is approximated to be three transfer functions in accordance with trolley position, the load-swing angle and the hoisting rope length controls respectively. The satisfied performances of the overhead crane system controlled by the these controllers and fast rejection of the disturbance effect occurred at the trolley position are shown by simulation and experimental results.
This paper proposes an anti-swing control law for a 2 degrees of freedom overhead crane. The dynamic model of a 2 degrees of freedom crane is highly nonlinear and coupled. The model is linearized and decoupled for each degree of freedom of the crane for small motions of the load about the vertical. Then a decoupled anti-swing control law is designed for each degree of freedom of the crane based on the linearized model. The control law consists of a position control loop and an swing angle control loop. The position loop,. is designed based on the loop shaping method and the swing angle loop is designed via the root locus method. Finally, the proposed anti-swing control law is implemented and evaluated on a 2 degrees of freedom prototype crane.
This paper investigates the constant-level luffing and time optimal control of jib cranes. The constant-level luffing, which is the sustainment of the load at a constant height during luffing, is achieved by analyzing the kinematic relationship between the angular displacement of a boom and that of the main hoist motor of a jib crane. Under the assumption that the main body of the crane does not rotate, the equations of motion of the boom are derived using Newton's Second Law. The dynamic equations for the crane system are highly nonlinear; therefore, they are linearized under the small angular motion of the load to apply linear control theory. This paper investigates the time optimal control from the perspective of no-sway at a target point. A stepped velocity pattern is used to design the moving path of the jib crane. Simulation results demonstrate the effectiveness of the time optimal control, in terms of anti-sway motion of the load, while luffing the crane.
Kim, Kwang-Tae;Kim, Hyo-Jeong;Son, Dong-Hoon;Jang, Jin-Myeong;Kim, Hwa-Joong
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.41
no.4
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pp.238-247
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2018
This paper considers the problem of scheduling loading and unloading operations of a crane in a railway terminal motivated from rail-road container transshipment operations at Uiwang Inland Container Depot (ICD). Unlike previous studies only considering the total handling time of containers, this paper considers a bi-criteria objective of minimizing the weighted sum of the total handling time and tenant service time. The tenant service time is an important criterion in terms of terminal tenants who are private logistics companies in charge of moving containers from/to the terminal using their trucks. In the rail-road container shipment yard, the tenant service time of a tenant can be defined by a time difference between beginning and finishing loading and unloading operations of a crane. Thus, finding a set of sequences and time of the crane operations becomes a crucial decision issue in the problem. The problem is formulated as a nonlinear program which is improved by linearizing a nonlinear constraint in the model. This paper develops a genetic algorithm to solve the problem and performs a case study on the Uiwang ICD terminal. Computational experiment results show that the genetic algorithm shows better performance than commercial optimization solvers. Operational implications in terms of tenants are drawn through sensitivity analyses.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.24
no.2
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pp.50-56
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2000
This paper presents the design of an optimal state feedback controller for container cranes under some design specifications. To do this, the nonlinear equation of a container crane system is linearized and then augmented to eliminate the steady-state error, and some constraints are derived from the design specifications. Designing the controller involves a constrained optimization problem which classical gradient-based methods have difficulties in handling. Therefore, a real-coding genetic algorithm incorporating the penalty strategy is used. The responses of the proposed control system are compared with those of the unconstrained optimal control system to illustrate the efficiency.
In this paper, a feedback linearizing anti-sway control law, using a 2-D model for container cranes, is investigated. The equations of motion are first derived from Lagrange's equation. Then, by substituting the sway dynamics into the trolley dynamics, a reduction of variables from three (trolley, hoist, sway) to two (trolley, hoist) is pursued. The anti-sway control law is designed based on the Lyapunov stability theorem. The proposed control law guarantees the uniform asymptotic stability of the closed-loop system. The simulation results of the derived control law, using MATLAB/Simulink, are compared with those of the sliding mode control law, noted in previous literature. Also, experimental results using a 3-D pilot crane are provided.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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