Proposals for a cargo anti-sway method using motor torque control

Abstract

У роботі розглянуто метод гасіння коливань вантажу шляхом управління моментом приводного асинхронного двигуна з використанням сучасних частотно-керованих електроприводів. Детально розглянуто процес коливань у двомасовій системі “візок-вантаж” механізму пересування вздовж консолі причального контейнерного перевантажувача. Записані основні рівняння, що пов’язують тягове зусилля і кут відхилення вантажу від вертикалі, на основі яких формується закон управління моментом приводного двигуна за умови нульового відхилення вантажу від вертикалі наприкінці етапів розгону і гальмування. Сформульовані базові принципи інженерного підходу до вирішення задачі гасіння коливань доступними сьогодні день технічними можливостями частотно-керованого електроприводу, а також до розробки основних алгоритмів керування VFD в цьому процесі. У статті наведено результати моделювання поведінки в режимах розгону-гальмування двомасової системи “візок-вантаж” для характерних співвідношень маси вантажу та довжини канату, які підтверджують можливість гасіння коливань вантажу шляхом безпосереднього управління моментом приводного двигуна. Модель базується на реальних технічних даних контейнерного перевантажувача Liebherr P-179 L Super. Важливою особливістю методу є відсутність імпульсів знакозмінного моменту на валу: момент хоч і змінює знак, але цей процес відбувається плавно і повністю керовано, в точній відповідності до завдання, а процес розгону з гасінням коливань є повністю керованим, наслідком чого є відповідність швидкості візка та моменту двигуна до закладених технологічних і технічних обмежень. Метод є простим у технічній реалізації: генератор косинусоїди і обчислювач зусилля можуть бути закладені в алгоритми окремого керуючого PLC разом з алгоритмом перемикання режимів VFD з управління моментом на стадії розгону-гальмування на автоматичну стабілізацію швидкості на стадії пересування вантажу із сталою швидкістю.

The paper discusses the cargo anti-sway method based on the induction motor torque control using modern variable frequency drives. The main equations relating the tractive force and the cargo sway angle, on the basis of which the motor torque control law is formulated for zero cargo sway at the end of accelerating and braking, are written. The results of simulating the behaviour of the two-mass trolley-cargo system are presented for the typical ratios of the cargo weight to the rope length, which support the assumption about the feasibility of cargo anti-sway control by direct motor torque control.