KR20130103432A

KR20130103432A - 호이스팅 기어의 운동학적으로 제한된 수량을 분배하는 크레인 컨트롤러

Info

Publication number: KR20130103432A
Application number: KR1020130025047A
Authority: KR
Inventors: 쉬나이더 클라우스; 퀴휠러 제바슈티안; 자보드니 올리버; 칼 에버하터 요하내스
Original assignee: 리브헤르-베르크 넨징 게엠베하
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2013-09-23
Anticipated expiration: 2033-03-08
Also published as: KR102028074B1; JP6189055B2; CN103303798B; US20130245815A1; DE102012004802A1; CN103303798A; JP2013184824A; EP2636636B1; US9790061B2; EP2636636A1

Abstract

본 발명은 케이블에 매달린 하물을 인양하기 위한 호이스팅 기어를 포함하는 크레인용 크레인 컨트롤러에 관한 것으로서, 호이스팅 기어를 구동시켜 요동에 의한 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 움직임을 적어도 부분적으로 보상하는 능동 요동 보상부 및 오퍼레이터의 사양을 참조하여 호이스팅 기어를 구동시키는 오퍼레이터 제어부를 구비하며, 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배는 요동 보상부와 오퍼레이터 제어부 사이에서 조정된다.

Description

호이스팅 기어의 운동학적으로 제한된 수량을 분배하는 크레인 컨트롤러 {Crane Controller with Division of a Kinematically Constrained Quantity of the Hoisting Gear}

본 발명은 케이블에 매달린 하물을 인양(lifting)하기 위한 호이스팅 기어(hoisting gear)를 포함하는 크레인(crane)용 크레인 컨트롤러(crane controller)에 관한 것이다.

이러한 크레인 컨트롤러는 DE 102008024513 A1에 그 예로써 알려져 있다. 설정된 현재의 요동 움직임 및 요동 움직임 모델을 참조하여 케이블 서스펜션 지점의 장래 움직임을 예측하는 예측 장치(prediction device)가 제공되며, 경로 컨트롤러(path controller)는 호이스팅 기어를 구동시킬 때 예측되는 움직임을 고려한다.

그러나, 알려진 케이블 컨트롤러는 몇 가지 요구 사항들을 충분히 만족시킬 수 없다. 게다가, 요동 보상이 실패하는 경우 문제가 발생할 수 있다.

DE 102008024513 A1

본 발명의 목적은 능동 요동 보상 및 오퍼레이터 제어를 수행하는 향상된 크레인 컨트롤러를 제공하는 데 있다.

본 발명에 의하면, 상기 목적은 제1측면에 있어서 청구항 제1항에 의해 달성되며, 제2측면에 있어서 청구항 제4항에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 크레인 컨트롤러는 호이스팅 기어를 구동시켜 요동(heave)에 의한 케이블 서스펜션 지점(cable suspension point) 및/또는 하물 침적점(load deposition point)의 움직임을 적어도 부분적으로 보상하는 능동 요동 보상부(active heave compensation)를 포함한다. 크레인 컨트롤러는 오퍼레이터(operator)의 사양(specifications)을 참조하여 호이스팅 기어를 구동시키는 오퍼레이터 제어부(operator control)를 더 포함한다.

제1측면에 있어서, 본 발명은 케이블에 매달린 하물을 들어올리기 위한 호이스팅 기어를 포함하는 크레인용 크레인 컨트롤러를 나타낸다. 호이스팅 기어를 구동시켜 요동에 의한 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 움직임을 적어도 부분적으로 보상하는 능동 요동 보상부가 제공된다. 게다가 오퍼레이터 제어부가 제공되며, 오퍼레이터 제어부는 오퍼레이터의 사양을 참조하여 호이스팅 기어를 구동시킨다. 본 발명에 의하면, 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적(kinematically)으로 제한된(constrained) 수량(quantity)의 분배는 요동 보상부와 오퍼레이터 제어부 사이에서 조정될 수 있다. 이런 방식으로, 크레인 컨트롤러는 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 분배하고 그렇게 함으로써 어느 부분이 요동 보상부를 위해 사용 가능한지 및 어느 부분이 오퍼레이터 제어부를 위해 사용 가능한지 결정한다.

호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량은 예를 들어 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 최대 사용 가능한 속도 및/또는 최대 사용 가능한 가속도가 될 수 있다.

그러므로 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배는 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 최대 사용 가능한 속도 및/또는 최대 사용 가능한 가속도의 분배를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배는 적어도 하나의 가중치(weighting factor)에 의해 영향을 받으며, 상기 가중치에 의해 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 속도 및/또는 가속도가 요동 보상부와 오퍼레이터 제어부 사이에서 분배된다. 특히, 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 속도 및/또는 최대 사용 가능한 가속도는 크레인 컨트롤러에 의해 요동 보상부와 오퍼레이터 제어부 사이에서 분배될 수 있다.

바람직하게는, 상기 분배는 적어도 일부 영역에서 비단계식으로(steplessly) 조정될 수 있다. 그러므로 크레인 컨트롤러가 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 섬세하게(sensitively) 분배하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량 전체를 오퍼레이터 제어부에 할당함으로써 요동 보상부를 스위치-오프(switch off)시키는 것이 추가적으로 가능하다. 이는 동시에 분배 조정을 통해 능동 요동 보상부를 완전하게 스위치 오프 시킬 수 있게 된다.

바람직하게는, 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량 분배의 비단계식 조정은 완전하게 스위치-오프된 오퍼레이터 제어부로부터의 진행 및/또는 완전하게 스위치-오프된 오퍼레이터 제어부를 향한 진행이 가능하다. 이는 완벽한(pure) 오퍼레이터 제어부와 요동 보상부 사이에서 지속적인 전환(transition)을 가능하게 한다.

제2측면에 있어서, 본 발명은 케이블에 매달린 하물을 인양하기 위한 호이스팅 기어를 포함하는 크레인용 크레인 컨트롤러를 포함한다. 크레인 컨트롤러는 호이스팅 기어를 구동시켜 요동에 의한 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 움직임을 적어도 부분적으로 보상하는 능동 요동 보상부를 포함한다. 게다가 오퍼레이터 제어부가 제공되며, 오퍼레이터 제어부는 오퍼레이터의 사양을 참조하여 호이스팅 기어를 구동시킨다. 본 발명에 의하면, 컨트롤러는 두 개의 분리된 경로 계획 모듈(path planning module)을 포함하며 이를 통해 요동 보상부 및 오퍼레이터 제어부를 위한 궤도들이 서로 다르게 계산된다. 요동 보상이 실패하는 경우, 이러한 목적을 위해 사용되어야 하는 분리된 제어부 및 다른 조작 행위의 결과 없이, 크레인은 여전히 오퍼레이터 제어부를 통해 구동 가능하다. 바람직하게는, 두 개의 분리된 경로 계획 모듈에서는 호이스팅 기어의 위치 및/또는 속도 및/또는 가속도의 소기 궤도들이 각각 계산된다.

게다가 바람직하게는, 두 개의 분리된 경로 모듈에 의해 지정된 궤도들은 호이스팅 기어의 제어 및/또는 조정을 위해 합쳐지고 설정값들로 사용될 수 있다.

게다가, 호이스팅 기어의 제어는 측정값들을 호이스팅 윈치(hoisting winch)의 위치 및/또는 속도에 피드백시키고 이에 따라 설정값들을 실제값들과 비교할 수 있다. 게다가, 호이스팅 기어의 구동은 호이스팅 윈치 작동의 동역학(dynamics)을 고려할 수 있다. 특히, 이러한 목적을 위해 해당 파일럿 제어부(pilot control)가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 파일럿 제어부는 호이스팅 윈치 작동의 동역학에 대한 물리적 모델의 반전(inversion)에 기초한다.

바람직하게는, 두 개의 분리된 경로 계획 모듈은 각각 별도로 적어도 하나의 작동 제한을 고려하고 그렇게 함으로써 호이스팅 기어에 의해 실제로 접근 가능한 목표 궤도(target trajectory)들을 생성한다.

바람직하게는, 크레인 컨트롤러는 요동 보상부와 오퍼레이터 제어부 사이에서 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 분배한다. 특히, 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 최대 사용 가능한 속도 및/또는 최대 사용 가능한 가속도가 요동 보상부와 오퍼레이터 제어부 사이에서 분배된다.

바람직하게는, 두 개의 분리된 경로 계획 모듈에서 궤도들은 각각 할당되는 적어도 하나의 물리적 제한 수량을 고려하여 계산되며, 특히 요동 보상부 및 오퍼레이터 제어부 각각을 위해 최대 사용 가능한 전원 및/또는 최대 사용 가능한 속도 및/또는 최대 사용 가능한 가속도가 고려된다.

적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 분배함으로써, 제어 변수를 완벽하게 제한할 수 없는 가능성이 있다. 그러나 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배는 각각 별도로 작동 제한을 고려하는 완전하게 분리된 두 개의 경로 계획 모듈을 사용하도록 제공된다.

본 발명에 따른 제1측면 및 제2측면은 각각 별개로 청구될 수 있으며 독립적으로 수행될 수 있다. 다만, 특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 상기 두 개의 측면은 서로 조합될 수 있다.

특히, 본 발명의 제2측면에 따른 두 개의 분리된 경로 계획 모듈의 사용은 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배에 대한 용이한 조정을 제공한다. 특히, 크레인 컨트롤러를 통해 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량이 오퍼레이터 제어부 및 요동 보상부를 위해 얼마나 사용 가능한지 지정할 수 있으며, 상기 분배는 호이스팅 기어를 구동시키기 위해 목표 궤도들을 계산하는 경우 두 개의 분리된 경로 계획 모듈을 통해 제한을 고려할 수 있다.

상술한 측면에 따른 크레인 컨트롤러, 본 발명에 따른 요동 보상부는 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 예측되는 움직임을 참조하고 요동 보상부의 사용 가능한 전원을 고려하여 궤도를 계산하는 최적화 함수를 포함할 수 있다. 특히, 호이스팅 기어를 구동시키기 위해 요동 보상부의 사용 가능한 전원을 고려하는 계산된 궤도는 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 예측되는 움직임을 가능한 한 훌륭하게 보상할 수 있다. 특히, 상기 궤도는 요동을 일으키는 케이블 서스펜션 지점의 움직임 및/또는 하물과 하물 침적점 사이의 다른 움직임 때문에 발생하는 하물의 잔여 움직임을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 크레인 컨트롤러는 바람직하게는 설정된 현재의 요동 움직임 및 요동 움직임 모델을 참조하여 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 장래 움직임을 예측하는 예측 장치를 포함하며, 센서 데이터를 참조하여 현재의 요동 움직임을 결정하는 측정 장치(measuring device)가 제공된다. 특히, 예측 장치는 수직 방향(vertical direction)에서 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 장래 움직임을 예측한다. 반면 수직 방향에서의 움직임은 무시될 수 있다.

예측 장치 및/또는 측정 장치는 DE 102008024513 A1에 설명된 바와 같이 구성될 수 있다.

오퍼레이터 제어부는 게다가 오퍼레이터의 사양을 참조하고 오퍼레이터 제어부를 위해 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 고려하여 궤도를 계산할 수 있다. 바람직하게는, 오퍼레이터 제어부는 또한 오퍼레이터 제어부를 위해 최대 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 고려할 수 있으며 이에 따라 오퍼레이터의 사양으로부터 호이스팅 기어를 구동시키기 위한 궤도를 계산할 수 있다.

사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 각각 고려함으로써, 호이스팅 기어가 지정된 궤도들을 따르도록 할 수 있다. 바람직하게는, 각 궤도들의 결정은 상술한 경로 계획 모듈들에 의해 영향을 받는다.

바람직하게는, 크레인 컨트롤러는 크레인 오퍼레이터가 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배를 조정하고 특히 가중치를 지정할 수 있는 적어도 하나의 제어 요소를 포함한다.

본 발명에 따른 크레인 컨트롤러에 있어서, 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배는 바람직하게는 인양하는 동안 달라질 수 있다. 이에 따라, 크레인 컨트롤러는 예를 들어 더 빠른 인양을 위해 오퍼레이터 제어부에 더 많은 전원을 공급할 수 있다. 반면, 크레인 컨트롤러가 요동이 충분하게 보상되지 않았다고 판단하는 경우 더 많은 양의 전원이 요동 보상부에 공급될 수 있다. 따라서, 크레인 컨트롤러는 예를 들어 날씨 변화 및 요동에 유연하게 대응할 수 있다.

바람직하게는, 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배 변화는 상술한 가중치 변화에 의해 영향을 받는다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 크레인 컨트롤러는 현재 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 계산하는 계산 함수를 포함한다. 특히, 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 속도 및/또는 가속도가 계산될 수 있다. 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 속도 및/또는 가속도가 인양하는 동안 변하기 때문에, 계산 함수를 통해 인양의 현재 상황에 맞게 조정될 수 있다.

바람직하게는, 계산 함수는 풀린(unwound) 케이블의 길이 및/또는 케이블의 힘(force) 및/또는 호이스팅 기어를 작동시키기 위해 사용 가능한 전원을 고려한다. 예를 들어, 풀린 케이블의 길이에 따라 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 속도 및/또는 가속도가 달라질 수 있으며, 이는 특히 매우 긴 케이블을 통해 인양하는 동안에는 풀린 케이블의 무게가 호이스팅 기어의 하물에 작용하기 때문이다. 게다가, 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 속도 및/또는 가속도는 인양된 하물의 질량에 따라 변동될 수 있다. 게다가, 특히 축전지(accumulator)를 구비한 하이브리드(hybrid) 작동의 경우에는, 호이스팅 기어의 사용 가능한 전원 및/또는 속도 및/또는 가속도는 축전지 상태에 따라 변동될 수 있다. 바람직하게는, 상술한 사항이 고려될 수 있다.

본 발명에 따르면, 현재 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량 각각은 크레인 컨트롤러의 사양에 따라 요동 보상부와 오퍼레이터 제어부 사이에서 바람직하게 분배될 수 있으며, 특히 크레인 오퍼레이터에 의해 지정된 가중치를 참조할 수 있다.

바람직하게는, 요동 보상부의 최적화 함수는 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량 분배의 변화 및/또는 오직 예측 수평선의 끝 부분에서의 인양하는 동안 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 변화를 초기에 포함한다. 이는 예측된 수평면 전체에 있어서 안정적인 최적화 함수를 제공한다. 바람직하게는 진행 시간을 구비하는 변화된 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량은 예측 수평선의 시작 부분까지 전달될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 요동 보상부의 최적화 함수는 호이스팅 기어의 제어 및/또는 조정을 포함하는 목표 궤도를 결정한다. 특히, 목표 궤도는 호이스팅 기어의 움직임 목표를 지정하도록 한다. 상기 최적화는 이산화 과정(discretization)을 통해 영향을 받는다.

본 발명에 따르면, 상기 최적화는 업데이트된 하물 인양 지점의 예측 움직임에 기초한 각 시간 위상의 영향을 받는다.

본 발명에 따르면, 각 목표 궤도의 첫 번째 값이 호이스팅 기어를 제어하는 데 사용된다. 업데이트된 목표 궤도가 사용되는 경우, 오직 상기 목표 궤도의 첫 번째 값이 제어를 위해 결과적으로 사용된다.

본 발명에 따르면, 최적화 함수는 제어보다 더 많은 검사 시간(scan time)을 사용하여 동작할 수 있다. 이는 계산-집약적(calculation-intensive) 최적화 함수를 위해 검사 시간을 더 사용하는 것을 선택할 수 있으며, 반면 계산-집약적 최적화 함수를 줄이고 적은 검사 시간을 사용함으로써 정확성을 높이는 것을 선택할 수도 있다.

게다가, 유효한 해결책(solution)이 없는 경우 최적화 함수는 긴급 궤도 계획(emergency trajectory planning)을 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, 유효한 해결책이 없는 경우 적절한 작동이 보장될 수 있다.

바람직하게는, 오퍼레이터 제어부는 입력 장치(input device)를 통해 오퍼레이터가 지정한 신호를 참조하여 오퍼레이터에 의한 소기의 호이스팅 윈치의 속도를 계산한다. 특히, 수동 레버(hand lever)가 제공된다.

소기 속도는 입력 장치의 위치에 의해 지정된 최대 사용 가능한 속도의 일부로서 오퍼레이터 제어부를 위해 계산될 수 있다.

바람직하게는, 목표 궤도는 최대 가속도가 달성될 때까지 최대 허용되는 양의 저크(positive jerk)를 통합함으로써 생성된다. 그렇게 함으로써 호이스팅 기어가 오퍼레이터 제어부에 의해 과부하되지 않는 것을 보장할 수 있다. 바람직하게는, 최대 가속도는 오퍼레이터 제어부에 할당된 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 가속도의 일부에 해당한다.

게다가 바람직하게는, 최대 음의 저크(negative jerk)가 추가됨으로써 소기 속도가 달성될 때까지 속도는 최대 가속도가 통합됨으로써 증가한다.

따라서, 이는 목표 속도의 달성을 보장하고, 가속도는 다시 0으로 감소하며, 목표 속도로 도달하기 위한 가속도 점프에 의한 불필요한 하물은 피할 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 크레인 컨트롤러를 구비하는 크레인을 더 포함한다.

특히, 크레인은 폰툰(pontoon)에 배치될 수 있다. 특히, 크레인은 갑판(deck) 크레인이 될 수 있다. 또한, 크레인은 해양(offshore) 크레인, 항구(harbor) 크레인 또는 케이블 굴삭기(excavator)가 될 수 있다.

본 발명은 본 발명에 따른 크레인을 구비하는 폰툰을 더 포함할 수 있으며, 특히 본 발명에 따른 크레인을 구비하는 선박을 더 포함할 수 있다.

게다가, 본 발명은 수중에 위치한 하물의 인양 및/또는 하강을 위해 본 발명에 따른 크레인 및 크레인 컨트롤러의 사용 방법 및/또는 수중, 예를 들어 배에 위치한 하물 침적점으로부터 인양 및/또는 하강을 위해 본 발명에 따른 크레인 및 크레인 컨트롤러의 사용 방법 및/또는 수중에 위치한 하물 침적점을 향해 인양 및/또는 하강을 위해 본 발명에 따른 크레인 및 크레인 컨트롤러의 사용 방법을 포함한다. 특히, 본 발명은 심해(deep-sea) 인양 및/또는 하강 및/또는 배로의 양륙(unloading)을 위해 본 발명에 따른 크레인 및 크레인 컨트롤러의 사용 방법을 포함한다.

본 발명은 케이블에 매달린 하물을 인양하기 위한 호이스팅 기어를 포함하는 크레인을 제어하는 방법을 더 포함한다. 바람직하게는, 요동 보상부는 호이스팅 기어의 자동적인 구동에 의한 요동 때문에 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 움직임을 적어도 부분적으로 보상한다. 게다가, 호이스팅 기어는 오퍼레이터 제어부를 통해 오퍼레이터의 사양을 참조하여 구동된다. 본 발명에 따르면 제1측면에 따라 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량이 요동 보상부와 오퍼레이터 제어부 사이에서 다양하게 분배된다. 제2측면에 따르면 요동 보상부 및 오퍼레이터 제어부를 위한 궤도가 각각 별개로 계산된다. 그러므로 본 발명에 따른 방법은 크레인 컨트롤러에 관하여 상술한 동일한 장점을 제공한다. 다시 한번, 상기 두 가지 측면은 특히 상호 결합되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 방법은 크레인 컨트롤러 및 크레인 컨트롤러의 함수를 구비하는 본 발명에 관하여 상술한 바와 같이 수행된다. 게다가, 바람직하게는 본 발명에 따른 방법은 상술한 바와 같은 사용 방법을 제공한다.

특히, 본 발명에 따른 방법은 상술한 바와 같은 크레인 컨트롤러 및/또는 크레인에 의하여 수행될 수 있다.

본 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 코드를 구비한 소프트웨어를 더 포함한다. 특히, 상기 소프트웨어는 기계 판독(machine-readable) 데이터 매체에 저장될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 크레인 컨트롤러는 크레인 컨트롤러 발명에 따른 소프트웨어를 설치함으로써 실행될 수 있다.

본 발명은 이제 예시적인 실시예 및 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다.

본 발명에 의하면, 크레인 컨트롤러는 호이스팅 기어를 구동시켜 요동(heave)에 의한 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 움직임을 적어도 부분적으로 보상하는 능동 요동 보상부 및 오퍼레이터의 사양을 참조하여 호이스팅 기어를 구동시키는 오퍼레이터 제어부를 포함하며, 상기 크레인 컨트롤러는 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 분배하고 그렇게 함으로써 어느 부분이 요동 보상부를 위해 사용 가능한지 및 어느 부분이 오퍼레이터 제어부를 위해 사용 가능한지 결정할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 요동 보상이 실패하는 경우, 이러한 목적을 위해 사용되어야 하는 분리된 제어부 및 다른 조작 행위의 결과 없이, 크레인은 여전히 오퍼레이터 제어부를 통해 구동할 수 있다.

도 1은 폰툰에 배치된 본 발명에 따른 크레인을 나타내는 도면이다.
도 2는 요동 보상부 및 오퍼레이터 제어부를 위한 분리된 궤도 계획의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 일정한 저크를 갖는 궤도들을 계획하기 위한 4차 적분기 체인(integrator chain)을 나타내는 도면이다.
도 4는 시간축(time horizon)의 끝 부분에서 시간축의 시작 부분보다 더 큰 거리를 사용하는 궤도 계획을 위한 비 등거리(non-equidistant) 이산화 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 속도의 예를 사용하여 시간축의 끝 부분에서 초기에 고려하는 제한이 어떻게 변하는지 나타내는 도면이다.
도 6은 저크 추가를 참조하는 오퍼레이터 제어부의 궤도 계획에 사용되는 3차 적분기 체인을 나타내는 도면이다.
도 7은 작동의 제한들을 고려하는 오퍼레이터 제어부의 경로 계획의 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 호이스팅 기어의 위치 및/또는 속도 및/또는 가속도를 위한 궤도가 경로 계획을 참조하여 계산되는 스위칭(switching) 시간과 관련되는 예시적인 저크 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 9는 저크 추가로 인해 생성되는 속도 및 가속도 궤도의 추이를 나타내는 도면이다.
도 10은 요동 보상부와 여기서는 일정 장력 모드(constant tension mode)로 지칭되는 목표 장력 모드를 구비하는 구동 개념의 개요를 나타내는 도면이다.
도 11은 요동 보상부를 위한 구동의 블록 회로 다이어그램(block circuit diagram)을 나타내는 도면이다.
도 12는 목표 장력 모드를 위한 구동의 블록 회로 다이어그램을 나타내는 도면이다.

도 1은 호이스팅 기어(5)를 구동시키기 위한 본 발명에 따른 크레인 컨트롤러를 구비하는 크레인(1)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 호이스팅 기어(5)는 케이블(4)을 움직이는 호이스팅 윈치를 포함한다. 크레인(1)에 있어서, 크레인 붐(crane boom)의 끝 부분에서 휘어지는 도르래(pulley)의 예시적인 실시예로서, 케이블(4)은 케이블 서스펜션 지점(2)으로 안내된다. 케이블(4)이 움직임으로써 케이블에 매달린 하물(3)은 인양되거나 하강될 수 있다.

호이스팅 기어(5)의 위치 및/또는 속도를 측정하고 해당 신호들을 크레인 컨트롤러에 전송하는 적어도 하나의 센서가 제공된다.

게다가, 케이블 힘을 측정하고 해당 신호들을 크레인 컨트롤러에 전송하는 적어도 하나의 센서가 제공된다. 상기 센서는 크레인 몸체의 일 지역, 특히 윈치(5)의 마운트 및/또는 케이블 도르래(2)의 마운트에 배치될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 크레인(1)은 폰툰(6), 여기에서는 배에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폰툰(6)은 요동 때문에 약 6 인치가 자유롭게 움직인다. 폰툰(6)에 배치되어 있는 크레인(1)뿐 아니라 케이블 서스펜션 지점(2) 또한 그렇게 함으로써 움직인다.

본 발명에 따른 크레인 컨트롤러는 호이스팅 기어(5)를 구동시켜 요동에 의한 케이블 서스펜션 지점(2)의 움직임을 적어도 부분적으로 보상하는 능동 요동 보상부를 포함한다. 특히, 요동에 의한 케이블 서스펜션 지점(2)의 수직적 움직임을 적어도 부분적으로 보상한다.

요동 보상부는 센서 데이터로부터 현재의 요동 움직임을 결정하는 측정 장치를 포함한다. 측정 장치는 크레인 토대에 배치되는 센서들을 포함한다. 특히, 상기 센서들은 자이로스코프(gyroscopes) 및/또는 틸트 앵글(tilt angle) 센서들이 될 수 있다. 바람직하게는 특히, 세 개의 자이로스코프 및 세 개의 틸트 앵글 센서들이 제공된다.

게다가, 설정된 요동 움직임 및 요동 움직임 모델을 참조하여 케이블 서스펜션 지점(2)의 장래 움직임을 예측하는 예측 장치가 제공된다. 특히, 예측 장치는 오로지 케이블 서스펜션 지점(2)의 수직적인 움직임을 예측한다. 측정 및/또는 예측 장치와 관련하여, 측정 장치의 센서들 지점에서의 배의 움직임은 케이블 서스펜션 지점의 움직임(2)으로 변환될 가능성이 있다.

예측 장치 및 측정 장치는 바람직하게는 DE 102008024513 A1에 설명된 바와 같이 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 크레인(1)은 요동과 함께 움직이는 폰툰(6)에 배치되는 하물 침적점으로부터 인양 및/또는 하강되는데 사용되는 크레인 또는 하물 침적점을 향해 인양 및/또는 하강되는데 사용되는 크레인이 될 수 있다. 이 경우, 예측 장치는 하물 침적점의 장래 움직임을 예측하여야 한다. 이는 상술한 과정과 유사하게 영향을 받으며, 상기 측정 장치의 센서들은 하물 침적점의 폰툰에 배치된다. 크레인은 예를 들어 해양 크레인, 항구 크레인 또는 케이블 굴삭기가 될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 호이스팅 기어(5)의 호이스팅 윈치는 유압으로(hydraulically) 구동된다. 특히, 호이스팅 윈치가 구동되는 유압 펌프 및 유압 모터의 유압 회로가 제공된다. 바람직하게는, 에너지가 하물을 줄이는 에너지를 저장하는 유압 축전지가 제공되며, 상기 에너지는 하물을 인양하는 경우 사용될 수 있다.

또한, 전기적인 작동이 사용될 수 있다. 이 또한 에너지 축전기가 연결될 수 있다.

다음에서, 본 발명의 예시적인 실시예가 나타나며, 본 발명의 다중적 측면이 결합되어 실현된다. 그러나, 개개의 측면은 상술한 바와 같이 현재 적용되는 일반적인 부분으로서 본 발명의 실시예를 실현하기 위해 개별적으로 사용된다.

1. 참조 궤도들의 계획

능동 요동 보상부의 소기 예측 동작을 실행하기 위해, 2도가 자유롭게 움직이는 구조의 파일럿 제어부 및 피드백으로 구성되는 순차 제어부(sequential control)가 채용된다. 파일럿 제어부는 매개변수의 미분으로부터 계산되며 두 번 더 지속적으로 미분 가능한 참조 궤도들을 필요로 한다.

상기 작동이 상기 지정된 궤도들에 따르기 위해 이를 계획하는 것이 필요하다. 따라서, 호이스팅 기어의 제한 또한 고려되어야 한다. 상기 고려에 대한 시작점은 케이블 서스펜션 지점의 수직 위치

및/또는 속도

이며, 이는 DE 102008024513 A1에 기재된 알고리즘에 의하여 고정된 시간축에 예측된다. 게다가, 관성 좌표계(inertial coordinate system)에서 하물을 움직이는 크레인 오퍼레이터의 수동 레버 신호 또한 궤도 계획에 포함되어 있다.

안전상의 이유로 윈치 또한 능동 요동 보상이 실패할 경우 수동 레버 신호를 통해 여전히 움직일 수 있어야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 궤도 계획 개념을 사용하면, 보상 움직임을 위한 참조 궤도들의 계획과 수동 레버 신호의 결과에 의한 계획 간의 분리는 영향을 받는다.

도 2를 참조하면,

,

및

는 보상을 위해 계획된 위치, 속도 및 가속도를 지칭하며,

,

및

는 수동 레버 신호에 기초하여 계획된 중첩되어 감기거나 풀린 케이블을 위한 위치, 속도 및 가속도를 지칭한다. 추가적인 실행 과정에서, 호이스팅 윈치의 움직임을 위한 계획된 참조 궤도들은 항상

,

및

이 각각 지정되어 있으며, 이는

,

및

이 작동 동역학의 시스템 출력을 위한 참조로써 사용되기 때문이다.

분리된 궤도 계획 때문에 요동 보상부가 스위치-오프되거나 요동 보상이 완벽하게 실패된 경우(예를 들어, IMU의 실패로 인한) 수동 레버를 수동으로 작동하기 위해 동일한 궤도 계획 및 동일한 순차 컨트롤러(sequential controller)를 사용할 수 있으며 그렇게 함으로써 요동 보상부가 스위치-온 된 상태에서 동일한 작동을 가능하게 한다.

완전하게 독립된 계획에도 불구하고 주어진 속도 v_max 및 가속도 a_max를 위반하지 않기 위해, v_max 및 a_max는 가중치

(cf. 도 2)에 의해 분배될 수 있다. 이는 크레인 컨트롤러에 의해 지정되며 보상 및/또는 하물의 움직임을 위해 사용 가능한 전원을 개별적으로 분배하기 위해 제공된다. 따라서, 보상 움직임의 최대 속도 및 가속도는 (1-k_l)v_max 및 (1-k_l)a_max 이며 중첩되어 감기거나 풀린 케이블을 위한 궤도들은 K_lv_max 및 K_la_max 이다.

k_l은 작업 중에 변할 수 있다. 최대 가능한 이동 속도 및 가속도는 케이블 및 하물의 총 질량에 의존하기 때문에, v_max 및 a_max 또한 작업에서 변할 수 있다. 그러므로, 각각의 해당 값들은 마찬가지로 궤도 계획에 전달된다.

전원을 분배함으로써, 제어 변수 제한들은 완전하게 이용되지 않으나, 크레인 컨트롤러는 능동 요동 보상의 영향을 쉽고 직관적으로 조정할 수 있다.

가중치 k_l=1 은 능동 요동 보상부를 스위치-오프하는 것과 동일하며, 보상의 스위치-온과 스위치-오프 사이에서의 자연스러운 전환을 가능하게 한다.

챕터의 첫 부분은 케이블 서스펜션 지점의 수직 움직임을 보상하기 위한 참조 궤도들

,

및

의 생성을 설명한다. 여기서 중요한 측면은 수직 움직임의 계획된 궤도들은 가능한 한 설정된 k_l 에 의해 주어진 제한들에 의해 보상된다.

그러므로, 케이블 서스펜션 지점의 수직 위치들

및 속도들

은 완전한 시간축에서 예측되며, 최적의 제어 문제는 주기적으로 해결되도록 공식화된다. 수치적인 해결책 및 구현에 관해서는 후술하기로 한다.

챕터의 두 번째 부분은 하물을 이동하기 위한 궤도들

,

및

의 계획을 다룬다. 이들은 크레인 컨트롤러 w_hh 의 수동 레버 신호로부터 직접적으로 생성된다. 상기 계산은 최대 허용 가능한 저크의 추가에 의해 영향을 받는다.

1.1 보상을 위한 참조 궤도들

호이스팅 윈치의 움직임을 보상하기 위한 궤도 계획에 있어서, 유효한 작동 제한들을 고려하는 케이블 서스펜션 지점의 예측된 수직 위치들 및 속도들로부터 충분히 자연스러운 궤도들이 생성되어야 한다. 이 작업은 각 시간 위상에서 온라인 상에서 해결될 수 있는 제한된 최적화 문제로 여겨진다. 그러므로, 상기 접근은 비록 예측 모델(model-predictive) 제어 생성을 의미하지만, 예측 모델 제어의 초안과 유사하다.

케이블 서스펜션 지점의 수직 위치들

및 속도들

의 최적화를 위한 참조들 및 설정값이 사용되며, 이는 DE 102008024513 A1에 기재된 알고리즘에 의해 K_p 시간 단위를 갖는 완전한 시간축에 있어서 t_k에서 예측되며 예측 시간에 대응되어 계산된다.

k_l, v_max 및 a_max 에 의한 유효한 제약들을 고려하여 최적 시간 시퀀스(sequence)가 보상 움직임을 위해 결정될 수 있다.

그러나, 예측-모델 제어와 유사하게 계산된 궤도의 첫 번째 값(the first value)은 오직 후속 제어를 위해 사용된다. 다음 위상에서는, 업데이트되고 이에 따라 더 정확해진 케이블 서스펜션 지점의 수직 위치들 및 속도에 따른 최적화 과정이 반복된다.

제어 부분 및 관련 안정화가 특징인 고전적 예측 모델 제어와 비교하여 성공적인 제어를 수행하는 예측 모델 궤도 생성의 장점은 궤도 생성과 비교하여 더 긴 검사 시간을 통해 계산될 수 있다는 점이다. 그러므로, 계산 집약적(calculation-intensive) 최적화가 느리게 수행된다.

반면, 이러한 개념에서 최적화가 유효한 해결책을 찾지 못한 경우를 위해 긴급 함수(emergency function)가 제어와 독립적으로 실행될 수 있다. 이는 단순화된 궤도 계획으로 구성되어 있으며, 이 때 제어는 긴급 상황에 의존하며 윈치를 구동시킨다.

1.1.1 보상 움직임을 계획하기 위한 시스템 모델

보상 움직임을 위한 지속적인 참조 궤도들의 요구들을 충족시키기 위해, 초기의 3차 미분

은 도약 가능(jump-capable)한 것으로 볼 수 있다. 그러나, 저크에서의 도약은 윈치 수명과 관련하여 보상 움직임을 피해야 하며, 오직 4차 미분

만이 도약 가능한 것으로 볼 수 있다.

그러므로, 저크

는 적어도 일정하게 계획되어야 하며 보상 움직임을 위한 궤도 생성은 도 3에 도시된 4차 적분기 체인에 의해 영향을 받는다. 최적화 과정에서, 동일한 시스템 모델이 제공되며 상태 공간(state space)에서 다음과 같이 표현될 수 있다.

(1.1)

여기서, 출력

는 보상 움직임을 위해 계획된 궤도들을 포함한다. 최적화 제어 문제 및 장래 구현과 관련되는 공식화를 위해, 연속 시간 모델(time-continuous model)이 초기에 레티스(lattice)

(1.2)

에서 이산화되며, K_p 는 케이블 서프펜션 지점의 수직 움직임 예측을 위한 예측 위상들 수를 나타낸다. 이산 시스템 시간 t_k 로부터 궤도 생성에서의 이산 시간 표시를 구별하기 위해

를 사용하였으며,

및

는 궤도 생성을 위해 사용되는 수평선 K_p 의 이산적인 시간 간격을 나타낸다.

도 4는 선택된 래티스가 비 등거리(non-equidistant)임을 나타내고 있으며, 이에 따라 시간축에서 필요한 점들의 수가 감소된다. 그러므로, 이는 최적화 제어의 차원을 작게 유지하는 문제를 해결할 수 있게 한다. 수직 위치 및 속도의 예측은 예측 수평선의 끝 부분에서 더 부정확해 지기 때문에, 수평선 끝 부분에서의 개략적인 이산화 과정의 영향은 계획된 궤도에 부정적인 영향을 미치지 않는다.

상기 래티스를 위한 유효한 이산 시간(time-discrete) 시스템 표시는 분석적 해결책

(1.3)

을 참조하여 계산될 수 있다.

도 3의 적분기 체인은, 다음의 식

(1.4)

을 따르며,

는 각 시간 위상별 이산화 위상의 유효한 너비를 나타낸다.

1.1.2 최적화 제어 문제의 공식화 및 해결책

최적화 제어 문제를 해결하기 위해 궤도가 계획되며, 상기 궤도는 예측된 케이블 서스펜션 지점의 수직 움직임을 가능한 한 따르며 동시에 주어진 제한들을 만족한다.

상기 요구들을 만족시키기 위해, 메리트 함수(merit function)가 다음과 같이 제공되며,

(1.5)

는 각 시간 단위에서 유효한 참조를 지칭한다. 케이블 서스펜션의 예측된 위치

및 속도

만을 여기서 사용 가능하므로, 관련 가속도 및 저크는 0으로 설정된다. 그러나, 가속도 및 저크 미분에 해당 가중치를 가함으로써 이러한 불일치 사양의 영향은 작아지게 된다. 그러므로:

(1.6)

양성 부분 명확(semidefinite) 대각 행렬(diagonal matrix)에 걸쳐

(1.7)

참조에서의 미분은 메리트 함수에서 가중치된다. 스칼라 요소(scalar factor) r_u 는 보정 결과를 평가한다. r_u, q_w _,3 및 q_w _,4 는 전체 예측 수평선에서 일정하며, q_w _,1 및 q_w _,2 는 시간 단위

에 따라 결정된다. 그러므로 예측 수평선의 시작 부분에서 참조 값들은 끝 부분에서보다 더 크게 가중치될 수 있다. 따라서, 예측 시간이 증가하면서 수직 움직임의 예측 정확도가 감소되는 것이 메리트 함수에 그려질 수 있다. 가속도 및 저크를 위한 참조들이 존재하지 않기 때문에, 가중치 q_w _,3 및 q_w _,4 는 오직 0과의 편차를 방지하며, 이는 q_w _,3 및 q_w _,4 가 위치

및 속도

를 위한 가중치보다 더 작도록 설정되었기 때문이다.

최적화 제어 문제를 위해 관련된 제한들은 사용 가능한 동력 및 현재 설정된 가중치 k_l (cf. 도 2)에 따른다. 따라서, 이는 (1.4)로부터 시스템 모델 상태에 적용되며:

(1.8)

입력으로서:

(1.9)

이며, 여기서

는 수평선 끝 부분에서의 각 제한이 수평선 시작 부분에서의 95% 에 이르게 되도록 설정되는 감소 요소(reduction factor)를 나타낸다. 중단 시간 위상에서,

는 선형 보간법(linear interpolation)을 따른다. 수평선을 따른 제약의 감소는 기존의 허용 해결책을 더 견고하게 한다.

작동 중에 속도 및 가속도 제한들이 변할 수 있으며, 저크 j_max 및 저크의 미분값

제한들은 일정하다. 호이스팅 윈치 및 크레인 전체 수명을 증가시키기 위해, 최대 허용 쇼크 하물에 대한 상기 제한들이 선택된다. 위치 상태에 대한 제한들은 적용되지 않는다.

최대 속도 v_max 및 가속도 a_max 뿐 아니라 동작 중 전원 k_l의 가중치가 외부에서 결정되기 때문에, 속도 및 가속도 제한들은 또한 최적 제한 문제를 위해 어쩔 수 없이 변경된다. 제시된 개념은 다음과 같은 관련된 시변(time-varying)을 고려한다: 제한들이 변하면, 업데이트된 값이 먼저 예측 수평선의 끝 부분에서 시간 위상

를 위해 고려된다. 시간이 흐르면, 이는 다음으로 예측 수평선의 시작 부분으로 전달(push)된다.

도 5는 속도 제한을 참조한 추이를 도시하고 있다. 제한을 줄이는 경우, 케어(care)가 최대 허용 미분에 맞게 추가되어야 한다. 이는 예를 들어 속도 제한 (1-k_l)v_max은 가능한 한 빠르게 현재 가속도 제한 (1-k_l)a_max 에 의해 최대로 줄어들 수 있다. 업데이트된 제한들이 비록 전달될 수 있기 때문에, 업데이트된 제한들을 위반하지 않으면서, 현재 제한들의 초기 조건

에 대한 해결책이 항상 존재한다. 그러나, 변경된 제한이 최종적으로 수평선의 시작 부분에서 계획된 궤도들에 최종적으로 영향을 주기 전까지, 완전한 예측 수평선이 된다.

그러므로, 최적화 제어 문제는 최소화된 2차 메리트 함수 (1.5), 시스템 모델 (1.4), 선형 2차(linear-quadratic) 최적화 문제(Quadratic Programming Problem 을 위한 QP 문제) 형태에서 (1.8) 및 (1.9)로부터의 불균등 제한에 의해 완전하게 주어진다. 최적화가 처음으로 수행된 경우, 초기 조건은

로 선택된다. 그 후, 마지막 최적화 위상에서의 시간 단위

를 위해 계산되는

값이 초기 조건으로 사용된다.

각 시간 위상에서, QP 문제의 실제 해결책 계산은 QP 해결사(QP solver)로 지칭되는 수치적 방법에 의해 영향을 받는다.

최적화를 위한 계산 때문에, 보상 움직임의 궤도 계획을 위한 검사 시간은 요동 보상부의 남아있는 모든 구성의 이산화 과정 시간보다 더 크다; 따라서,

이다.

빠른 속도에서의 제어를 위한 참조 궤도들을 사용 가능한지 확인하기 위해, 도 3의 적분기 체인의 시뮬레이션이 빠른 검사 시간

를 갖는 최적화가 밖에서 일어난다. 최적화에서 새로운 값이 사용 가능하면, 상태

는 시뮬레이션을 위한 초기 조건으로 사용되며 예측 수평선의 시작 부분에서 정정되는 변수

는 일정 입력으로 적분기 체인에 기록된다.

1.2 하물의 이동을 위한 참조 궤도들

보상 움직임과 유사하게, 지속적으로 두 번 미분 가능한 참조 궤도들이 중첩된 수동 레버 제어를 위해 필요하다(cf.도 2). 크레인 컨트롤러에 의해 지정되는 움직임들로서, 정상적인 방향에서의 빠른 변화는 윈치에서는 기대할 수 없으며, 지속적으로 계획된 가속도

의 최소 요구 조건은 윈치의 수명과 관련하여 충분한 것으로 발견되었다. 그러므로, 보상 운동을 위해 계획된 참조 궤도들과 대조적으로, 저크에 대응되는 3차 미분은 이미 도약 가능한 것으로 볼 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 이는 3차 적분기 체인의 입력으로 사용된다. 게다가 지속성에 관한 상기 요구 조건, 계획된 궤도들은 수동 레버 제어를 위해 현재 유효한 속도 k_lv_max 및 가속도 k_la_max 제한들을 충족시키야 한다.

크레인 컨트롤러의 수동 레버 신호

는 현재 최대 허용 속도 k_lv_max 에 관한 상대적인 속도 사양으로서 해석된다. 따라서, 도 7에 따르면, 수동 레버에 의해 지정된 목표 속도는

(1.10)

이다.

보는 바와 같이, 수동 레버에 의해 지정된 현재 목표 속도는 수동 레버 위치 w_hh _,가중치 변수 k_l 및 현재 최고 허용 윈치 속도 v_max 에 의존한다.

수동 레버 제어를 위한 궤도 계획 작업은 현재 다음과 같이 나타날 수 있다. 수동 레버에 의해 지정된 목표 속도로부터, 지속적으로 미분 가능한 속도 프로파일이 생성될 수 있기 때문에, 가속도는 일정한 추이를 나타낸다. 이 작업 과정을 위해서는 소위 저크 추가(jerk addition)가 바람직하다.

기본적인 아이디어는 최대 허용 가속도에 도달할 때까지 첫 번째 위상에서 최대 허용 저크 j_max 는 적분기 체인의 입력으로 작용한다. 두 번째 위상에서, 속도는 일정한 가속도에 따라 증가하며; 마지막 위상에서 최대 허용 음성 저크가 추가됨으로써 최종 소기 속도에 도달한다.

그러므로, 각 위상들 사이에서의 스위칭 시간은 오직 저크 추가에 의해 결정되어야 한다. 도 8은 스위칭 시간과 함께 속도 변화를 위한 저크의 예시적인 추이를 나타낸다. T_l _,0는 재계획(replanning)이 발생하는 시간을 나타낸다. T_l _,1, T_l _,2 및 T_l _,3 각각은 각 위상들 사이에서 계산되는 스위칭 시간을 지칭한다. 상기 계산은 다음 단락에서 설명된다.

수동 레버 제어를 위한 새로운 상황이 발생하면, 생성된 궤도들의 재계획이 발생한다. 수동 레버 제어 k_la_max 를 위한 목표 속도

또는 현재 유효한 최대 가속도가 변하면 새로운 상황이 발생한다. 목표 속도는 새로운 수동 레버 위치 w_hh 또는 k_l 또는 v_max (cf. 도 7)의 새로운 사양 때문에 변할 수 있다. 유사하게, k_l 또는 a_max 에 의한 최대 유효한 가속도의 변화가 가능하다.

궤도들이 재계획되는 경우, 초기 속도는 가속도가 0으로 감소됨으로써 획득하는 현재 계획된 속도

및 해당 가속도

로부터 계산될 수 있다.

(1.11)

최소 필요 시간은 다음과 같이 주어지며,

(1.12)

는 적분기 체인의 입력, 즉 추가된 저크(cf. 도 6)을 지칭한다: 현재 계획된 가속도

에 따라 다음이 성립한다.

(1.13)

이론적으로 계산된 속도 및 소기 목표 속도에 따라, 입력 과정이 현재 나타날 수 있다. 만약

인 경우,

는 소기 값

에 도달할 수 없으며 가속도는 더 증가할 수 있다. 그러나, 만약

인 경우,

는 너무 빠르며 가속도는 즉시 감소되어야 한다.

이러한 고려들로부터, 다음의 저크의 스위칭 시퀀스(sequences)가

및 입력 신호 u_l _,i 가 각 위상들에 추가되는 세 위상들을 위해 유도될 수 있다;

(1.14)

상기 위상의 기간은

(i=1,2,3)이다. 따라서, 첫 번째 위상의 끝 부분에서의 계획된 속도 및 가속도는:

(1.15)

(1.16)

이며 두 번째 위상 이후에:

(1.17)

(1.18)

이며, u_l _,2 는 0으로 가정한다. 세 번째 위상 이후에, 최종적으로 다음을 따른다:

(1.19)

(1.20)

스위칭 시간 T_l _, _I 의 정확한 계산을 위해 가속도 제한은 초기에 무시되며,

이다. 상기 단순화로 인해, 두 개의 남아있는 시간 간격의 길이는 다음과 같이 나타난다:

(1.21)

(1.22)

는 최대 도달 가속도를 의미한다. (1.21) 및 (1.22)를 (1.15), (1.16) 및 (1.19)에 대입함으로써

값에 대한 시스템 방정식을 획득한다.

를 고려하면, 다음을 최종 획득한다:

(1.23)

의 부호는 (1.21)의

및

조건에 따르며 (1.22)는 양수여야 한다.

두 번째 위상에서,

및 최대 허용 가속도 k_la_max 로부터 실제 최대 가속도를 얻을 수 있다;

(1.24)

동일하게, 실제 발생 시간 간격

및

가 결국 계산될 수 있다. 이는 (1.21) 및 (1.22) 와

로부터 얻을 수 있다. 아직 알 수 없는 시간 간격

은 (1.17) 및 (1.19)와 (1.21) 및 (1.22)에서의

및

로부터 다음과 같이 결정되며,

(1.25)

는 (1.15)에 의한다. 스위칭 시간은 시간 간격으로부터 직접적으로 얻을 수 있다:

(1.26)

계획된 속도 및 가속도 프로파일

및

는 각 스위칭 시간과 함께 분석되어 계산될 수 있다. 스위칭 시간으로부터 계획된 궤도들은, 스위칭 시간 T_l _,3 에 도달하기 전에 새로운 상황이 발생하였기 때문에, 빈번하게 완전히 통과할 수 없으며, 그렇게 함으로써 재계획이 발생하며 새로운 스위칭 시간이 계산되어야 한다. 상술한 바와 같이, 새로운 상황은 w_hh, v_max, a_max 또는 k_l 에 의해 발생한다.

도 9는 실시예에 의한 방법에 의해 생성된 궤도를 나타낸다. 궤도들의 추이는 (1.24)에 의해 발생하는 두 가지 경우를 모두 포함한다. 첫 번째 경우는, t=1s 에서 최대 허용 가속도에 도달하고, 일정한 가속도를 위상에서 유지한다. 두 번째 경우는 t=3.5s 에서 발생한다. 여기서, 수동 레버 위치 때문에 최대 허용 가속도에 완전하게 도달할 수 없다. 첫 번째 및 두 번째 스위칭 시간이 일치하는 결과가 나타나며,

이 적용된다. 도 6에 따르면, 관련된 추이의 위치는 속도 곡선의 적분에 의해 계산되며, 시스템의 시작 위치는 호이스팅 윈치에서 풀린 현재 케이블의 길이에 의해 초기화된다.

2. 호이스팅 윈치를 위한 구동 개념

원칙적으로, 상기 구동은 두 개의 다른 작동 모드로 구성된다: 하물이 자유롭게 매달려 있는 배의 움직임으로부터 하물의 수직 움직임을 차단하기 위한 능동 요동 보상부 및 하물이 해저에 침적되자 마자, 케이블이 느슨해 지는 것을 막기 위한 일정 장력 제어. 깊은 바다에서 인양되는 동안, 요동 보상부가 최초로 활성화된다. 침적 동작의 감지를 참조하여, 일정 장력 제어로 자동적으로 전환된다. 도 10은 관련된 참조 및 제어 변수들의 전체 개념을 도시하고 있다.

그러나 두 개의 다른 작동 모드는 각각 서로 다른 작동 모드 없이 구현될 수 있다. 게다가, 아래에서 설명되는 바와 같이 일정 장력 모드는 배의 크레인 사용 및 능동 요동 보상부와 독립적으로 사용될 수 있다.

능동 요동 보상부 때문에, 호이스팅 윈치가 구동되어 윈치 움직임은 케이블 서스펜션 지점

의 수직 움직임을 보상하고 크레인 컨트롤러는 관성으로 h 축의 수동 레버에 의해 하물을 움직인다. 보상 오차를 최소화하기 위해 구동이 요구되는 예측 동작을 갖는지 확인하기 위해, 2도가 자유롭게 움직이는 구조의 파일럿 제어부 및 안정화 부분(stabilization part)에 의해 구현된다. 파일럿 제어부는 윈치 동역학의 플랫 출력(flat output)에 의한 미분 가능한 매개변수로부터 계산되며 하물을 움직이기 위한 계획된 궤도들

,

및

뿐 아니라 보상 움직임을 위한 음의 궤도들

,

및

(cf. 도 10)로부터 기인한다. 작동 동역학 및 윈치 동역학의 시스템 출력을 위한 목표 궤도들의 결과는

,

및

로 지칭한다. 이는 윈치 움직임의 목표 위치, 속도 및 가속도를 나타내며 이로 인해 케이블을 감거나 풀 수 있다.

일정 장력 위상 동안, 하물에서의 케이블 힘 F_sl 은 케이블이 느슨해 지는 것을 막기 위해 일정하게 제어된다. 그러므로 수동 레버는 이 작동 위상에서는 비활성화되며, 수동 레버 신호에 기초하여 계획된 궤도들은 더 이상 추가되지 않는다. 윈치의 구동은 파일럿 제어부 및 안정화 부분을 갖는 2도가 자유롭게 움직이는 구조에 의해 결과적으로 영향을 받는다.

케이블의 긴 길이 및 높은 깊이로 인해 크레인 후크(hook)가 센서부에 장착되어 있지 않기 때문에, 정확한 하물의 위치 z_l 및 하물에서의 케이블 힘 F_sl 은 제어를 위해 측정된 값으로 사용할 수 없다. 게다가, 매달려 있는 하물의 종류 및 모양에 대한 정보가 존재하지 않는다. 그러므로, 하물의 질량 m_l, 하물의 특정 매개변수, 질량 C_a 에서 유압 계수(coefficient of the hydrodynamic)의 증가, 저항 계수(coefficient of resistance) C_d 및 침적 부피(immersed volume)

와 같은 개개의 특정 하물(load-specific) 매개변수들은 일반적으로 알려져 있지 않으며, 하물 위치에 대한 신뢰할 만한 추정은 실제 거의 불가능하다.

따라서, 풀린 케이블의 길이 l_s 및 관련 속도

뿐 아니라 케이블 서스펜션 지점에서의 힘 F_c은 제어를 위한 측정된 값으로써 사용 가능하다. 길이 l_s 는 인크리멘털 엔코더(incremental encoder)에서 측정된 윈치 각도

및 감긴 층(winding layer) j_l 에 따른 윈치 반경 r_h(j_l) 으로부터 간접적으로 획득할 수 있다. 관련된 케이블 속도

는 적절한 저역 필터링(low-pass filtering) 및 수치 미분을 통해 계산될 수 있다. 케이블 서스펜션 지점에 작용하는 케이블 힘 F_c 은 힘 측정 핀(force measuring pin)에 의해 감지된다.

2.1 능동 요동 보상부를 위한 구동

도 11은 주파수 영역의 블록 회로 다이어그램에서 능동 요동 보상부를 위한 호이스팅 윈치의 구동을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 케이블 길이

및 속도

의 피드백은 G_h(s) 작동에 대한 일부 시스템으로부터 영향을 받는다. 그 결과, 케이블 시스템 G_s _,z(s) 에서 입력 간섭(input interference)으로 작용하는 케이블 서스펜션 지점

의 수직 움직임에 대한 보상이 파일럿 제어부로서 완전하게 일어나며: 케이블 및 하물 동역학은 무시된다. 입력 간섭 또는 윈치 움직임의 불완전한 보상으로 인해, 고유의 케이블 동역학이 발생되며, 다만 실제로는 발생되는 하물 움직임은 수중에서 급격하게 약화되며 매우 빠르게 감쇠된다.

풀린 케이블의 길이 Y_h(s) 에 대한 해당 변수 U_h(s)로부터 작동 시스템의 전달함수(transfer fuction)은 IT₁ 시스템으로 근사화될 수 있으며 그 결과로서

(2.1)

이 되며 윈치 반경 r_h(j_l)을 구비한다. 동시에 시스템 출력 Y_h(s) 는 플랫 출력을 나타내며, 반전(inverting) 파일럿 제어부 F(s) 는

(2.2)

이며 미분 매개변수의 형태로 시간 영역에서

(2.3)

과 같이 표현될 수 있으며 (2.3)은 파일럿 제어부를 위한 참조 궤도는 적어도 두 번 지속적으로 미분 가능하여야 한다.

안정화 K_a(s) 및 윈치 시스템 G_h(s) 로 구성되는 폐회로(closed circuit)의 전달함수는 도 11로부터 다음과 같이 획득된다.

(2.4)

보상 움직임

을 무시함으로써, 참조 변수

는 일정 목표 속도

가 존재하는 경우로서, 일정 또는 고정된 수동 레버 편차의 램프 형상(ramp-shaped) 신호로 근사화될 수 있다. 이러한 참조 변수에서 고정 제어 편차를 방지하기 위해, 오픈 체인(open chain) K_a(s)G_h(s) 는 I₂ 비헤이뷰어(behavior) [9]를 나타내어야 한다. 이는 예를 들어 PID 컨트롤러에 의해

(2.5)

로써 획득될 수 있다.

그러므로 폐회로는

(2.6)

식을 따르며,

의 정확한 값은 시상수(time constant) T_h 에 따라 결정된다.

2.2 침적 작용의 감지

하물이 해저에 닿으면, 능동 요동 보상부에서 일정 장력 제어로 전환이 일어나야 한다. 이러한 목적을 위해서, 침적 작용의 감지가 필수적이다(cf. 도 10). 동일한 일정 장력 제어 및 다음 일정 장력 제어를 위해, 케이블은 단순한 스프링 질량계(spring-mass system)로 근사화된다.

그러므로, 케이블 서스펜션 지점에서 작용하는 힘은 다음과 같이 계산된다.

(2.7)

k_c 및

는 케이블의 탄성 및 스프링 처짐과 동일한 스프링 계수를 나타낸다. 후자는, 다음이 적용된다:

(2.8)

동일한 스프링 계수 k_c 는 다음 정상(stationary) 관찰로부터 결정된다. 이는 질량 m_f 를 가진 스프링 하물에 대해서 정상 경우에서 적용된다:

(2.9)

(2.8)을 변환하면

(2.10)

이 되며 (2.9)와 (2.10) 사이의 계수 비교를 통해 동일한 스프링 계수는

(2.11)

와 같이 쓸 수 있다.

(2.9)에 있어서, 정상 상태에서의 스프링 처짐

은 유효(effective) 하물 질량 m_e 및 케이블 질량의 절반

에 의해 영향을 받는다. 이는 매달린 스프링 질량 m_f 는 한 지점에 집중되어 있는 것으로 가정하기 때문이다. 그러나, 케이블 질량은 케이블 길이에 따라 일정하게 분배되며 이에 따라 스프링을 충분히 싣지 않는다. 그럼에도 불구하고, 케이블의 전체 무게 중력(weight force)

은 케이블 서스펜션 지점에서의 힘 측정에 포함되어 있다.

케이블 시스템의 근사화로, 해저에서의 침적 작용 감지 조건이 유도될 수 있다. 움직이지 않을 때, 케이블 서스펜션 지점에서 작용하는 힘은 풀린 케이블의 무게 중력

및 하물 질량 m_eg 의 유효(effective) 무게 중력으로 구성된다. 그러므로, 해저에 위치하는 하물의 측정된 힘 F_c 은

(2.12)

로 근사화되며

(2.13)

이며

는 해저에 도달한 후의 풀린 케이블을 지칭한다. (2.13)으로부터

는 측정된 힘의 변화에 비례하며, 이는 지면에 도달한 후의 하물 위치가 일정하기 때문이다. (2.12) 및 (2.13) 을 참조하면 감지를 위한 다음의 조건들이 유도될 수 있으며, 이를 만족시켜야 한다.

■ 음의 스프링 힘은 역치값(threshold value)보다 작아야 한다:

(2.14)

■ 스프링 힘의 시간에 대한 미분값은 역치값보다 작아야 한다:

(2.15)

■ 크레인 컨트롤러는 하물을 내려야 한다. 이 조건은 수동 레버 신호에서 계획된 궤도를 참조하여 확인할 수 있다.

(2.16)

■ 수중에 잠긴 상태에서 잘못된 감지를 막기 위해, 최소 케이블 길이는 풀려 있어야 한다.

(2.17)

음의 스프링 힘

각각의 감소는 측정된 힘 신호 F_c 에서 최종적으로 가장 높은 지점

에 따라 계산된다. 측정 노이즈 및 고전압 간섭들을 저지하기 위해, 대응되는 저역 필터에 의해 힘 신호가 전처리된다.

조건 (2.14) 및 (2.15)가 동시에 만족되어야 하기 때문에, 동적 고유 케이블 진동의 결과로 인한 잘못된 감지는 제외된다: 동적 고유 케이블 진동의 결과, 힘 신호 F_c 는 진동하며, 최종적으로 가장 높은 지점

에 관한 스프링 힘의 변화

및 스프링 힘의 시간에 대한 미분값

는 변이된 위상을 갖는다. 결과적으로, 동적 고유 케이블 진동의 경우에서 역치값

및

의 적절한 선택을 하면서, 두 조건을 동시에 만족시킬 수는 없다. 이러한 목적으로, 수중에 잠긴 상태 또는 해저에 침적된 상태에서 케이블 힘의 정적인 부분은 감소되어야 한다. 그러나, 수중에 잠긴 상태에서의 잘못된 감지는 조건 (2.17)에 의해 방지된다.

스프링 힘 변화를 위한 역치값은 다음과 같이 측정된 힘 신호에서 최종적으로 가장 높은 지점에 따라 계산되며:

(2.18)

이며 최대값

은 실험적으로 결정된다. 힘 신호의 미분값

을 위한 역치값은 (2,7)의 시간에 대한 미분 및 다음과 같이 최대 허용 수동 레버 속도 k_lv_max 로부터 얻을 수 있다.

(2.19)

두 개의 파라미터

및

는 마찬가지로 실험적으로 결정된다.

일정 장력에서 힘 제어는 위치 제어 대신 적용되며, 목표 힘

는 하물에 작용하는 모든 정적 힘들의 합 F_l _, _stat 에 의존하는 참조 변수로서 지정된다. 이러한 목적을 위해 F_l _, _stat 는 알려진 케이블 질량

을 고려하여 요동 보상부의 위상을 계산한다.

(2.20)

F_c _, _stat 는 케이블 서스펜션 지점 F_c 에서의 측정 힘의 정적 힘 요소를 나타낸다. 이는 측정된 힘 신호에 대응하는 저역 필터링으로부터 비롯된다. 필터링에서 얻은 군지연(group delay)은 문제가 없으며, 단지 정적 힘 요소에 대해서만 관심이 있으며 시간 지연은 큰 영향이 없다. 하물에 작용하는 모든 정적 힘들의 합으로부터, 목표 힘은 다음과 같이 케이블 서스펜션 지점에 추가적으로 작용하는 케이블의 무게 중력을 고려하여 유도되며:

(2.21)

케이블에서 도출되는 장력은

에서 크레인 컨트롤러에 의해 지정된다. 참조 변수에서 설정값의 도약을 피하기 위해, 감지하여 측정된 현재 힘으로부터 실제 목표 힘

으로의 램프 형상의 전환은 침적 작용의 감지 이후에 영향을 받는다.

해저로부터 하물을 들어올리기 위해, 크레인 컨트롤러는 자유롭게 매달려 있는 하물에 대한 일정 장력 모드에서 요동 보상부로의 변경을 수동으로 수행한다.

2.3 일정 장력 모드를 위한 구동

도 12는 주파수 영역의 블록 회로 다이어그램에서 일정 장력 모드의 호이스팅 윈치의 구동을 도시하고 있다. 도 11에 도시된 제어 구조와 대조적으로, 케이블 시스템 출력 F_c(s), 즉 케이블 서스펜션 지점에서의 측정된 힘은 윈치 시스템의 출력 Y_h(s) 대신에 피드백된다. (2.12)에 따르면, 측정된 힘 F_c(s) 은 힘의 변화

및 도 12에서 M(s) 로 지칭되는 정적 무게 중력

으로 구성되어 있다. 실제 제어를 위해, 케이블 시스템은 결과적으로 스프링 질량계로 근사화된다.

2도가 자유롭게 움직이는 구조의 파일럿 제어부 F(s) 는 능동 요동 보상부를 위해 1이 되며 (2.2) 및 (2.3)에 의해 각각 주어진다. 그러나, 일정 장력 제어 모드에서는 수동 레버 신호가 추가되지 않으며, 이는 보상 움직임을 위해 참조 궤도가 오직 음의 목표 신호

및 가속도

로 구성되어 있기 때문이다. 파일럿 제어부 부분은 결과적으로 초기에 케이블 서스펜션 지점

의 수직 움직임을 보상한다. 그러나, 윈치 위치의 직접적인 안정화는 Y_h(s)의 피드백에 의해 영향을 받지 않는다. 이는 측정된 힘 신호의 피드백에 의해 간접적으로 영향을 받는다.

측정된 출력 F_c(s) 은 도 12로부터 아래 두 개의 전달함수를 갖는 다음의 식을 따르며

(2.22)

(2.23)

(2.24)

지상에 있는 하물을 위한 케이블 시스템의 전달함수는 (2.12)로부터 다음을 따른다:

(2.25)

(2.22)에서 도출된 바와 같이, 보상 오차 E_a(s) 는 안정 전달함수 G_CT _,1(s) 에 의해 보정되며 윈치 위치는 간접적으로 안정화된다. 이 경우 역시, 컨트롤러의 요구조건 K_s(s) 는 예상되는 참조 신호

로부터 기인하며, 이후에 (2.21)로부터 일정 목표 힘

에 의해 전환 위상이 주어진다. 일정 참조 변수 등을 갖는 정적 제어 편차를 피하기 위해, 오픈 체인 K_s(s)G_h(s)G_s _,F(s) 은 I 비헤이뷰어(behavior)를 가져야 한다. 윈치의 전달함수 G_h(s) 는 이미 내재적으로 그러한 거동을 가지고 있기 때문에, 이러한 요구조건은 P 피드백으로 실현될 수 있다; 그러므로 다음이 적용된다:

(2.26)

1 : 크레인
2 : 케이블 서스펜션 지점
3 : 하물
4 : 케이블
5 : 호이스팅 기어
6 : 폰툰

Claims

케이블에 매달린 하물을 인양하기 위한 호이스팅 기어를 포함하는 크레인용 크레인 컨트롤러에 있어서,
상기 호이스팅 기어를 구동시켜 요동에 의한 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 움직임을 적어도 부분적으로 보상하는 능동 요동 보상부; 및
오퍼레이터의 사양을 참조하여 상기 호이스팅 기어를 구동시키는 오퍼레이터 제어부를 포함하며,
상기 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배는 요동 보상부와 오퍼레이터 제어부 사이에서 조정되는, 크레인 컨트롤러.
제1항에 있어서,
상기 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배는 상기 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 최대 사용 가능한 속도 및/또는 최대 사용 가능한 가속도를 포함하고/포함하거나 상기 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배는 적어도 하나의 가중치에 의해 영향을 받으며, 상기 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 속도 및/또는 가속도가 상기 요동 보상부와 상기 오퍼레이터 제어부 사이에서 분배되는, 크레인 컨트롤러.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분배는 적어도 일부 영역에서 비단계식으로 조정되고/조정되거나 상기 요동 보상부는 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량 전체를 상기 오퍼레이터 제어부에 할당함으로써 스위치-오프될 수 있는, 크레인 컨트롤러.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
특히 케이블에 매달린 하물을 인양하기 위한 호이스팅 기어를 포함하는 크레인용 크레인 컨트롤러로서,
상기 호이스팅 기어를 구동시켜 요동에 의한 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 움직임을 적어도 부분적으로 보상하는 능동 요동 보상부; 및
오퍼레이터의 사양을 참조하여 상기 호이스팅 기어를 구동시키는 오퍼레이터 제어부를 포함하며,
상기 컨트롤러는 두 개의 분리된 경로 계획 모듈을 포함하며 상기 경로 계획 모듈을 통해 상기 요동 보상부 및 상기 오퍼레이터 제어부를 위한 궤도들이 서로 다르게 계산되는, 크레인 컨트롤러.
제4항에 있어서,
상기 두 개의 분리된 경로 계획 모듈에 의해 지정된 궤도들은 상기 호이스팅 기어의 제어 및/또는 조정을 위해 합쳐지고 설정값들로 사용되며, 상기 호이스팅 기어의 제어부는 바람직하게는 호이스팅 윈치의 위치 및/또는 속도로 측정된 값들을 피드백시키고/피드백시키거나 상기 호이스팅 윈치 작동의 동역학을 고려하는, 크레인 컨트롤러.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 요동 보상부는 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 예측되는 움직임을 참조하고 상기 요동 보상부의 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 고려하여 궤도를 계산하는 최적화 함수를 포함하고/포함하거나 상기 오퍼레이터 제어부는 상기 오퍼레이터 제어부를 위해 상기 오퍼레이터의 사양을 참조하고 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량을 고려하여 궤도를 계산하는, 크레인 컨트롤러.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배는 인양 동안에, 특히 상기 가중치를 변화시키면서 달라지는, 크레인 컨트롤러.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
현재 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량으로서, 특히 상기 호이스팅 기어의 최대 사용 가능한 전원 및/또는 속도 및/또는 가속도를 계산하는 계산 함수를 구비하며, 상기 계산 함수는 바람직하게는 상기 호이스팅 기어를 작동시키기 위해 사용 가능한 풀린 케이블의 길이 및/또는 상기 케이블의 힘 및/또는 전원을 고려하는, 크레인 컨트롤러.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 요동 보상부의 최적화 함수는 오직 상기 예측 수평선의 끝 부분에서의 인양 동안 상기 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배 변화 및/또는 상기 호이스팅 기어의 사용 가능한 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 변화를 초기에 포함하며 바람직하게는 진행 시간을 구비하는 시작 부분으로 상기 변화를 전달하는, 크레인 컨트롤러.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 요동 보상부의 최적화 함수는 목표 궤도를 결정하고, 상기 목표 궤도는 상기 호이스팅 기어의 제어 및/또는 조정을 포함하며,
상기 최적화 함수는 각 시간 단계에서 상기 하물 인양 지점의 업데이트된 움직임 예측에 기초하여 영향을 받고/받거나
상기 각 목표 궤도의 첫 번째 값은 제어를 위해 사용되고/사용되거나
상기 최적화 함수는 상기 제어보다 더 많은 검사 시간을 사용하고/사용하거나
상기 최적화 함수는 유효한 해결책이 없는 경우 긴급 궤도 계획을 사용하는, 크레인 컨트롤러.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오퍼레이터 제어부는 입력 장치, 특히 수동 레버를 통해 오퍼레이터가 지정한 신호를 참조하여 오퍼레이터에 의한 소기의 속도를 계산하고/계산하거나 상기 오퍼레이터 제어부의 경로 계획은, 최대 가속도에 도달할 때까지, 최대 허용 양의(positive) 저크의 적분에 의해 상기 궤도를 생성하고, 최대 음의(negative) 저크를 추가함으로써 소기의 속도에 도달할 때까지, 바람직하게는 최대 가속도의 적분에 의해 상기 궤도를 생성하는, 크레인 컨트롤러.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 크레인 컨트롤러를 구비하는, 크레인.
케이블에 매달린 하물을 인양하기 위한 호이스팅 기어를 포함하는 크레인을 제어하는 방법에 있어서,
상기 호이스팅 기어를 자동적으로 구동시켜 요동에 의한 케이블 서스펜션 지점 및/또는 하물 침적점의 움직임을 적어도 부분적으로 보상하는 단계; 및
상기 호이스팅 기어가 오퍼레이터 제어부를 통해 상기 오퍼레이터의 사양을 참조하여 구동되는 단계를 포함하며,
상기 호이스팅 기어의 적어도 하나의 운동학적으로 제한된 수량의 분배는 요동 보상부와 오퍼레이터 제어부 사이에서 조정되고/조정되거나 상기 요동 보상부 및 상기 오퍼레이터 제어부를 위한 궤도들이 서로 다르게 계산되는, 크레인 제어 방법.
제13항에 있어서,
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 크레인 컨트롤러에 의한, 크레인 제어 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 크레인 제어 방법을 수행하기 위한 코드를 구비하는, 소프트웨어.