This study examines the optimum shape of a trolley, the driving device of the retractable membrane roof. The closed-type trolley was determined as the model of the study, and a trolley composed of cylindrical-shaped inner and outer holders was selected as the basic model. Based on this model, a cylindrical-based optimal trolley model was proposed. In the basic trolley model, steel was used for the outer holder, and steel, titanium, and aluminum were used for the inner holder. In each case, the most economical shape for the external load of the basic model was newly proposed through the topology optimization process, and the finite element analysis results of the proposed model were compared to define the durability and economics. Here, topology optimization analysis and finite element analysis used the commercial software ANSYS. As a result of optimization, the volume of the outer holder of the trolley was reduced by 58.2% and the volume of the inner holder was reduced by 25.0% compared to the basic model. In the case of stress, a stress increase of 43.2 to 79.2% occurred depending on the material of the inner holder, but it was found to be significantly lower than the yield strength, thereby ensuring safety.
In this paper the sway-control problem of a container crane is investigated. The control loop is divided into two stages. The first stage is a modified time optimal control for trolley traversing. The velocity command for trolley traversing consists of three components ; a reference velocity and two feedback signals for compensating the deviations of trolley and sway angle from their desired trajectories. For trolley's exact positioning the trolley dynamics is identified via an error equation identifier structure. The second stage is a nonlinear residual sway control that starts at the end of first stage. The control design for the second stage is investigated from the perspective of controling an underactuated system, and the control law combines the feedback linearization and variable structure control.
In this paper, we proposed a two-stage control of the container crane. The first stage control is time-optimal control for the purpose of fast trolley traveling. With suitable trolley velocity patterns, the sway which is generated during trolley moving is minimized. At the second stage control feedback control law is investigated for the quick suppression of residual vibration after the trolley motion. For more practical system, the container crane system is modeled as a partial differential equation (PDE) system with flexible cable. The dynamics of the cable is derived as a moving system with tension caused by payload using Hamilton's principle for the systems. A control law based upon the Lyapunov's method is derived. It is revealed that a time-varying control force and a suitable passive damping at the actuator can successfully suppress the transverse vibrations.
Six different types of velocity profiles of trolley movement of a container crane are investigated for the minimal sway angle at the target trolley position. Three velocity patterns which include trapezoidal, stepped and notched-type velocity patterns are obtained assuming constant rope length. The notched type velocity pattern is shown to be derived from the time-optimal bang-bang control. The stepped type velocity pattern can be shown to be derived as bang-off bang control as well. Considering the damping effect due to hoist motion a double stage acceleration pattern is also analyzed. The main objective of the paper is to show how much time-reduction can be obtained among several velocity patterns appearing in the literature.
To achieve fast loading and unloading of containers from a container ship, quick suppression of the remaining sway motion of the container at the end of each trolley stroke is crucial. Due to the pendulum motion of the container and disturbances like sind, residual sway always exists at the end of trolley movement. In this paper, the sway-control problem of a container crane is investigated. A two-stage control is proposed. The first stage is a time optimal controlfor the purpose of fast trolley traveling. The second stage is a nonlinear control for the quick suppression of residual sway, which starts right after the first stage while lowering the container. The nonlinear control is investigated in the perspective of controlling an underatuated mechanical system, which combines partial feedback linearization to account for the known nonlinearities as much as possible, and variable structure control to account for the unmodeled dynamics and disturbances. Simulation and experimental results are provided.
This paper presents an optimal initial firing angle control based on the energy consumption and regenerative energy of a parallel multi-pulse thyristor dual converter for urban railway power substations. To prevent short circuiting the thyristor dual converter, a hysteresis band for maintaining a zero-current discontinuous section (ZCDS) is essential during mode changes. During conversion from the ZCDS to forward or reverse mode, the DC trolley voltage can be stabilized by selecting the optimal initial firing angle without an overshoot and slow response. However, the optimal initial firing angle is different depending on the line impedance of each converter. Therefore, the control algorithm for tracking the optimal initial firing angle is proposed to eliminate the overshoot and slow response of DC trolley voltage. Simulations and experiments show that the proposed algorithm yields the fastest DC voltage control performance in the transient state by tracking the optimal firing angle.
건축 분야는 최근 기계·로봇 분야와 접목하여 환경에 유동적으로 대응할 수 있는 개폐식 장치를 경기장과 같은 대공간 구조물의 지붕에 많이 적용하고 있다. 이러한 장치 중에서 외관이 수려한 개폐 막은 경량이어서 경계부의 견인 장치만으로 막을 쉽게 개폐할 수 있다. 그러나 막은 주 케이블에 트롤리로 연결되어 이동하므로 지붕의 면적에 비례해 트롤리 개수가 늘어난다. 본 연구에서는 이러한 막의 개폐 장치에 많이 사용되는 오픈형 트롤리를 위상 최적 기법을 이용하여 모델을 제안한다. 해석은 ANSYS 프로그램을 사용하였고, 결과를 바탕으로 피드백 과정을 통해서 새로운 모델을 제안하고, 검토하였다. 이 과정에서 트롤리 중량은 줄고, 내구성이 높아진 원형을 개발할 수 있었다. 오픈형 트롤리는 정적 해석 결과와 이에 대한 경계조건을 바탕으로 위상 최적화를 수행하며, 세 가지 타입의 최적 트롤리 원형을 설계하였다. 제안된 트롤리는 기본형 트롤리와 같은 조건에서 비교한 결과, 최대 71.04%의 부피를 감소시켰고, 항복강도는 8.67~11.43%에 달하였다. 결론적으로 본 연구에서 제안된 최적화 트롤리 모델은 경제성과 안정성을 신뢰할 만하였다.
Overhead cranes consist of trolley, girder, rope, objects, trolley motor, girder motor, and hoist motor. If objects are regarded as mass point, and the acceleration of hoisting motion for objects is neglected, analytical model of overhead cranes becomes a nonlinear model because the length of a rope changes. Equations of motion this model is derived of simultaneous differential equations fur motors and object. Positions of the model are controlled by optimal inputs which obtain from a nonlinear optimal control method. From the results of computer simulation, even if initial states of objects suing, it is founded that position of overhead cranes is controlled, and that swing of objects is suppressed.
The recent amount of container freight continuously has been increased, but the low efficiency of container crane causes jamming frequently in transportation and cargo handling at port. It is required that the working velocity and safety are improved by control of moving the trolley as quick as possible without large overshoot and any residual swing motion of container at the destination. In this paper, a LQ Fuzzy controller for a container crane is proposed to accomplish an optimal design of improved control system for minimizing the swing motion at destination. In this scheme a mathematical model for the system is obtained in state space form. Finally, the effectiveness of the proposed controller is verified through computer simulation.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권5호
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pp.544-553
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2002
The recent amount of container freight continuously has been increased, but the low efficiency of container crane causes jamming frequently in transportation and cargo handling at port. It is required that the working velocity and safety are improved by control of moving the trolley as quick as possible without large overshoot and any residual swing motion of container at the destination. In this paper, a LQ controller for a container crane is proposed to accomplish an optimal design of improved control system for minimizing the swing motion at destination. In this scheme a mathematical model for the system is obtained in state space form. Finally, the effectiveness of the proposed controller is verified through computer simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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