La présente invention se rapporte à un dispositif de régulation et à un procédé de régulation du déplacement d'une charge suspendue par câbles à un engin de levage, cet engin de levage étant susceptible d'entraîner la charge dans un mouvement de rotation.

Les engins de levage concernés englobent notamment différents types de grues à tour (tower crâne) ou de grues à flèche (jib crâne). Ces grues comportent une flèche qui est accrochée en haut d'un mât vertical. La flèche possède un point d'accroché auquel est suspendue la charge par des câbles de suspension. Elles ont la particularité d'effectuer un premier mouvement qui est un mouvement de rotation de la flèche autour d'un axe de rotation Z vertical qui est généralement centré sur le mât de la grue (rotation or slewing movement).

Par ailleurs, ces grues effectuent un second mouvement qui est un mouvement linéaire du point d'accroché le long de la flèche, ce second mouvement étant appelé mouvement de translation dans le présent document. Dans certaines grues, le point d'accroché de la charge est un chariot (trolley) qui est mobile en translation sur des rails, le mouvement de translation étant alors effectué selon l'axe horizontal X de la flèche (trolley movement). D'autres grues comportent une flèche qui est relevable (luffing jib) ou articulée (jack-knife jib) et au bout de laquelle est disposé le point d'accroché de la charge. Le relevage ou l'articulation de la flèche crée alors le mouvement de translation du point d'accroché.

De plus, les grues comportent toujours un dispositif de levage de la charge qui est associé aux câbles de suspension dont la longueur est variable de façon à pouvoir déplacer la charge verticalement dans un troisième mouvement appelé mouvement de levage (hoisting movement).

La manutention d'une charge par un engin de levage entraîne des balancements de cette charge qu'il est évidemment souhaitable d'amortir pour effectuer en douceur et en toute sécurité le transfert de la charge et cela, dans un laps de temps le plus court possible. Dans le cas d'une grue, un premier balancement (ou premier ballant) est généré par le mouvement de rotation autour de l'axe de rotation vertical Z. Un second balancement (ou second ballant) est également généré par l'accélération/décélération du mouvement de translation selon l'axe de translation X.

Contrairement à un ballant dû à un mouvement linéaire, la particularité d'un ballant dû à un mouvement de rotation est que ce ballant possède une composante qui est générée par la force centrifuge de la charge lors du mouvement de rotation, cette force ayant tendance à écarter la charge par rapport à la zone de rotation. Il n'est donc pas possible de supprimer le premier ballant en agissant uniquement sur les commandes de ce mouvement de rotation. De plus, le premier ballant a la particularité de rester présent dès que la vitesse de rotation est non nulle, même quand l'accélération ou la décélération du mouvement de rotation est nulle.

Il existe déjà plusieurs solutions pour diminuer automatiquement l'angle du ballant généré par un mouvement de translation d'une charge suspendue selon un axe horizontal, notamment dans les documents FR2698344, FR2775678, US5443566. Cependant aucun de ces documents ne traite d'un dispositif d'anti-ballant capable de réguler automatiquement l'angle du ballant généré par un mouvement de rotation de la charge autour d'un axe de rotation vertical.

C'est pourquoi l'invention a pour but de maîtriser les oscillations d'une charge suspendue à une grue, en utilisant un dispositif et un procédé simple, rapide et facile à mettre en œuvre. Elle permet de minimiser les mesures ou les prises d'information qui sont nécessaires pour effectuer le contrôle et la maitrise du ballant d'une charge.

Pour cela, l'invention décrit un dispositif de régulation du déplacement d'une charge suspendue par des câbles de suspension à un point d'accroché d'un engin de levage, le point d'accroché étant susceptible d'effectuer un mouvement de rotation autour d'un axe de rotation vertical et un mouvement de translation selon un axe de translation, le mouvement de rotation générant un premier angle de ballant de la charge selon l'axe de translation. Le dispositif de régulation comporte des moyens de calcul du premier angle de ballant et d'une vitesse du premier angle de ballant, en utilisant comme seules variables d'entrée une information représentative d'une longueur des câbles de suspension, une information représentative d'une distance entre l'axe de rotation et le point d'accroché et une information représentative d'une vitesse de rotation du point d'accroché, et en utilisant comme variable interne une accélération du premier angle de ballant. Les moyens de calcul déterminent le premier angle de ballant et la vitesse du premier angle de ballant à l'aide d'un processus itératif utilisant l'accélération du premier angle de ballant.

Selon une caractéristique, les moyens de calcul déterminent le premier angle de ballant de la charge en tenant compte également du mouvement de translation effectué par le point d'accroché selon l'axe de translation. Selon une autre caractéristique, l'information représentative de la vitesse de rotation du point d'accroché est déterminée en utilisant une référence de vitesse qui est fournie à un variateur de vitesse pilotant le mouvement de rotation du point d'accroché. Alternativement, l'information représentative de la vitesse de rotation du point d'accroché est déterminée en utilisant une estimation de vitesse qui est élaborée par un variateur de vitesse pilotant le mouvement de rotation du point d'accroché.

Selon une autre caractéristique, le dispositif de régulation calcule une valeur d'offset du premier angle de ballant qui est fonction de la vitesse de rotation du point d'accroché et délivre un premier signal de correction de la vitesse du mouvement de translation du point d'accroché qui tient compte de la valeur d'offset. Le premier signal de correction est proportionnel à la différence entre le premier angle de ballant et la valeur d'offset et est proportionnel à la vitesse du premier angle de ballant.

Selon une autre caractéristique, le premier signal de correction est ajouté à une consigne de vitesse pour fournir une référence de vitesse du mouvement de translation du point d'accroché, le signal de correction étant calculé en appliquant un coefficient de correction à la différence entre le premier angle de ballant (Θx) et la valeur d'offset et à la vitesse du premier angle de ballant. Les coefficients de correction peuvent être variables en fonction de la longueur des câbles de suspension.

Selon une autre caractéristique, les moyens de calcul calculent un second angle de ballant de la charge selon un axe tangentiel perpendiculaire à l'axe de translation et une vitesse du second angle de ballant, à l'aide d'un processus itératif et en utilisant comme seules variables d'entrée l'information représentative de la longueur, l'information représentative de la distance et l'information représentative de la vitesse de rotation, et en utilisant comme variable interne une accélération du second angle de ballant.

L'invention revendique également un système d'automatisme destiné à commander le déplacement d'une charge suspendue par des câbles de suspension à un point d'accroché d'un engin de levage et comportant un tel dispositif de régulation. De même, l'invention revendique un procédé de régulation du déplacement d'une charge suspendue qui est mis en œuvre dans un tel dispositif de régulation.

D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 montre un exemple d'un engin de levage, de type grue, comportant un mouvement de rotation autour d'un axe vertical, - la figure 2 schématise les angles de ballant d'une charge suspendue à un point d'accroché dans un tel engin de levage,

- la figure 3 représente un schéma simplifié d'un dispositif de régulation du déplacement d'une charge conforme à l'invention.

Le dispositif de régulation du déplacement d'une charge suspendue selon l'invention peut être mis en œuvre dans un engin de levage comportant un mouvement de rotation de la charge, tel qu'une grue ou analogue. L'exemple de la figure 1 montre une grue 5 qui comporte un mât vertical et une flèche sensiblement horizontale 6. La flèche 6 comporte un point d'accroché 10, qui peut être un chariot mobile comme dans l'exemple de la figure 1. La flèche 6 peut effectuer un mouvement de rotation autour d'un axe vertical de rotation Z passant par le mât vertical de la grue 5. Le point d'accroché 10 est mobile le long de la flèche 6 pour effectuer un mouvement de translation selon un axe de translation X. L'axe de translation X croise donc l'axe de rotation Z en un point O (voir figure 2) et passe par le point d'accroché 10. Dans l'exemple montré, l'axe de translation X est horizontal, mais certaines grues comportent une flèche 6 ayant un angle non nul par rapport à l'horizontale.

Par ailleurs, la grue 5 peut effectuer un mouvement vertical de levage pour soulever et descendre une charge 15 suspendue par un ou plusieurs câbles de suspension 14 qui transitent par le point d'accroché 10 et au bout desquels est associé un organe de suspension de la charge 15 à déplacer.

En référence à la figure 2, le point d'accroché 10 est situé à une distance R de l'axe de rotation Z (matérialisé par le point O de la figure 2), cette distance R variant lorsque le point d'accroché 10 se déplace selon l'axe de translation X. Sous l'action du mouvement de levage, la charge 15 présente évidemment une hauteur de suspension variant en fonction de la longueur L des câbles de suspension 14. Cette hauteur de suspension de la charge sera par la suite assimilée à la longueur des câbles L, à laquelle on pourrait éventuellement ajouter un offset représentant la distance entre l'extrémité basse des câbles 14 et la charge 15 (matérialisée par exemple par son centre de gravité).

Durant le mouvement de rotation, la charge 15 se déplace donc le long d'un cylindre vertical virtuel centré sur l'axe vertical Z et de rayon R, en faisant abstraction du ballant. A tout instant, le mouvement de rotation du point d'accroché 10 s'effectue donc suivant un axe horizontal tangentiel Y mobile qui est toujours perpendiculaire à l'axe de translation X et tangent par rapport au cylindre vertical.

Lorsque le point d'accroché 10 effectue un mouvement de rotation, la charge 15 prend un mouvement pendulaire appelé ballant qui est défini par un angle de ballant ayant deux composantes orthogonales. Une première composante forme le premier angle de ballant noté Θx et correspond à la projection du ballant sur l'axe de translation X. Un second composante forme le second angle de ballant noté Θy et correspond à la projection du ballant sur l'axe tangentiel Y. De plus, lorsque le point d'accroché 10 effectue un mouvement de translation, la charge 15 prend également un mouvement pendulaire avec un angle de ballant selon l'axe de translation X uniquement, qui vient donc s'ajouter au premier angle de ballant Θx défini ci-dessus.

Le mouvement de translation selon l'axe X est effectué grâce à un moteur de translation Mx piloté par un variateur de vitesse Dx qui reçoit une référence de vitesse Vx _r e _f (voir figure 3). De même, le mouvement de rotation autour de l'axe vertical Z est effectué grâce à un moteur de rotation My piloté par un variateur de vitesse Dy qui reçoit une référence de vitesse angulaire Vy _ref . Le mouvement de levage selon l'axe Z est effectué grâce à un moteur de levage non représenté sur les figures qui permet d'enrouler et de dérouler les câbles de suspension. Ce moteur de levage pourrait être placé sur le point d'accroché 10.

Le mouvement de translation, respectivement de rotation, est commandé par le conducteur de la grue 5, ce conducteur fournissant un signal de consigne de vitesse de translation Vcx, respectivement un signal de consigne de vitesse de rotation Vcy, à l'aide par exemple de combinateur(s) - de type joystick, comme indiqué sur la figure 3. Néanmoins, dans certaines applications où les engins de levage seraient pilotés en automatique, on pourrait aussi envisager que les consignes de vitesse Vcx, Vcy proviennent directement d'un équipement d'automatisme.

Par ailleurs, contrairement aux mouvements linéaires, un mouvement de rotation génère un ballant dont l'angle présente des composantes Θx et Θy non nulles dans les deux axes perpendiculaires, respectivement X et Y. La deuxième composante Θy selon l'axe Y est générée par l'accélération/décélération du point d'accroché et peut être combattue en agissant sur la commande du mouvement de rotation. Par contre, la première composante Θx selon l'axe X est générée par la force centrifuge qui provoque un déplacement de la charge 15 qui n'est pas dirigé dans le plan tangentiel YZ, mais qui est dirigé suivant un plan perpendiculaire XZ. Cette première composante Θx ne peut donc pas être combattue en agissant sur la commande du mouvement de rotation, mais implique d'agir également sur la commande du mouvement de translation suivant l'axe X.

De plus, la force centrifuge provoque le déplacement de la charge 15 selon l'axe X, même lorsque le mouvement de rotation se fait à vitesse constante (c'est-à-dire à accélération/décélération nulle). Le but de l'invention est donc d'aider au pilotage d'un engin de levage 5 susceptible d'effectuer un mouvement de translation et un mouvement de rotation du point d'accroché 10, ces deux mouvements pouvant évidemment être effectués simultanément. De même, les mouvements de translation et de rotation peuvent être effectués simultanément avec un mouvement de levage de la charge 15 selon l'axe Z.

La nature du ballant généré par la rotation et l'interaction entre les différents mouvements compliquent la maîtrise du ballant et la régulation du déplacement de la charge suspendue 15.

L'invention permet d'amortir de façon simple et automatique le ballant selon l'axe X et selon l'axe Y durant le déplacement de la charge 15, de façon transparente pour le conducteur de l'engin. Avantageusement, l'invention ne nécessite pas de phase d'apprentissage et ne nécessite pas de mesure de l'angle de ballant Θx et/ou Θy, de mesure du courant moteur ou du couple moteur qui peuvent s'avérer coûteuses et plus longues à mettre en œuvre.

En référence à la figure 3, un dispositif de régulation 20 a pour but d'amortir le mouvement oscillant de la charge 15 lors de son déplacement en rotation et/ou en translation, ce déplacement pouvant évidemment être effectué en même temps qu'un mouvement de levage de la charge 15.

Le dispositif de régulation 20 comporte des moyens de détermination d'une information représentative de la longueur L des câbles de suspension. Ces moyens de détermination comprennent par exemple un capteur ou codeur associé à l'arbre du moteur de levage ou au tambour d'enroulement des câbles. D'autres moyens de détermination de la longueur L sont envisageables : par exemple plusieurs fins de course répartis sur l'ensemble de la course des câbles, la longueur L étant alors déterminée par des valeurs paliers prédéterminées en fonction du déclenchement de ces fins de course. Cette solution est néanmoins moins précise évidemment.

Le dispositif de régulation 20 comporte des moyens de détermination d'une information représentative de la distance R entre le point d'accroché 10 et l'axe de rotation Z. Différentes moyens de détermination sont possibles :

Selon une première variante, la distance R est obtenue à l'aide d'un capteur qui peut être un codeur rotatif associé à l'arbre du moteur de translation Mx ou au tambour d'enroulement des câbles, ou qui peut être un codeur absolu, par un exemple un codeur linéaire de type potentiomètre le long de la flèche 6.

Selon une deuxième variante, la distance R est obtenue par intégration à partir d'une mesure de la vitesse de référence Vx _ref du mouvement de translation, puis par intégration de cette vitesse de référence. Cette vitesse de référence Vx _ref est facilement disponible car elle est en effet utilisée par le variateur Dx en charge de piloter le moteur de translation Mx. Un ou plusieurs détecteurs, de type fin de course ou détecteur de proximité, peuvent en plus être utiles pour fournir des valeurs de réinitialisation de R.

Selon une troisième variante, la distance R peut également être obtenue à l'aide de plusieurs détecteurs répartis sur l'ensemble de la course le long de la flèche 6, la distance R étant alors déterminée par des valeurs paliers prédéterminées en fonction du déclenchement de ces fins de course. Cette solution est néanmoins moins précise évidemment.

Le dispositif de régulation 20 comporte également des moyens de détermination d'une information représentative de la vitesse de rotation Vy du point d'accroché 10. Différentes moyens de détermination sont possibles :

- Selon une première variante, la vitesse de rotation Vy est obtenue par une mesure de la vitesse réelle de rotation du point d'accroché 10. Cette solution nécessite cependant l'utilisation d'un capteur de vitesse ou de déplacement.

- Selon une deuxième variante, la vitesse de rotation Vy est obtenue directement par la référence de vitesse Vy _ref qui est fournie en entrée du variateur Dy en charge de piloter le moteur de rotation My. On suppose dans ce cas que le variateur Dy s'assure du suivi de la référence vitesse avec une grande rapidité. Cette solution est très simple à mettre en œuvre car la référence de vitesse Vy _ref est facilement disponible.

- Selon une troisième variante, la vitesse de rotation Vy est obtenue par une estimation de vitesse élaborée dans le variateur de vitesse Dy en charge de piloter le moteur My. Dans certains cas, cette estimation de vitesse est en effet plus proche de la vitesse réelle que la référence de vitesse Vy _ref , à cause de phénomènes tels que écart de suivi de rampe ou phénomènes mécaniques. Cette solution peut donc être intéressante notamment pour une application utilisant un moteur conique. Le paramètre interne au variateur d'estimation de vitesse est souvent disponible sur une sortie analogique du variateur.

Le dispositif de régulation 20 comporte un module estimateur 21 relié à un module correcteur 22. Le module estimateur 21 reçoit en entrée les informations représentatives de la longueur L des câbles, de la distance R et de la vitesse de rotation Vy et comporte des moyens de calcul qui calculent en temps réel le premier angle de ballant Θx et la vitesse (ou variation) Θ'x de ce premier angle Θx, ainsi que le second angle de ballant Θy et la vitesse (ou variation) Θ'y de ce second angle Θy. Le module estimateur 21 transmet ensuite ces valeurs calculées au module correcteur 22 qui calcule et délivre en sortie un premier signal de correction ΔVy qui est additionné à la consigne de vitesse Vcy du mouvement de rotation, ainsi qu'un second signal de correction ΔVx qui est additionné à la consigne de vitesse Vcx du mouvement de translation.

Pour calculer les angles de ballant Θx et Θy et les vitesses Θ'x et Θ'y, le module estimateur 21 utilise un modèle mathématique de pendule avec amortissement, qui répond aux deux équations suivantes : a) L ^* Θ"x = - g ^* sinΘx - V'x ^* cosΘx + Vy ^{2 *} (R + L ^* sinΘx) ^* cosΘx + (Vz - K _f ) ^* Θ'x b) L ^* Θ"y = - g ^* sinΘy - V'y ^* R ^* cosΘy + Vy ^{2 *} L ^* sinΘy ^* cosΘy + (Vz - K _f ) ^* Θ'y

dans lequel :

- Θx représente le premier angle de ballant de la charge selon l'axe X,

- Θ'x représente la vitesse de l'angle de ballant Θx,

- Θ"x représente l'accélération de l'angle de ballant Θx,

- Θy représente le second angle de ballant de la charge selon l'axe Y,

- Θ'y représente la vitesse de l'angle de ballant Θy,

- Θ"y représente l'accélération de l'angle de ballant Θy,

- L représente la longueur des câbles,

- R représente la distance entre le point d'accroché des câbles et l'axe de rotation Z,

- Vz représente la vitesse du mouvement de levage, calculée comme étant la dérivée de la longueur L,

- Vx représente la vitesse linéaire du mouvement de translation selon l'axe X, calculée préférentiellement comme étant la dérivée de la distance R, ou mesurée à partir de la vitesse de référence Vx _ref fournie en entrée du variateur Dx en charge de piloter le moteur de rotation Mx (voir flèche en pointillés dans la figure 3),

- Vx représente l'accélération du mouvement de translation selon l'axe X, calculée comme étant la dérivée de la vitesse V _x ,

- Vy représente la vitesse angulaire du mouvement de rotation du point d'accroché 10,

- Vy représente l'accélération angulaire du mouvement de rotation, calculée comme étant la dérivée de la vitesse Vy,

- K _f représente un coefficient de frottement fixe,

- g représente la pesanteur.

L'équation a) montre que le dispositif de régulation utilise l'accélération Θ"x de l'angle Θx comme variable interne et que les seules variables d'entrée fournies au module estimateur 21 sont la longueur des câbles L, la distance R et la vitesse angulaire de rotation Vy. Le premier angle de ballant Θx et la vitesse Θ'x sont calculés à l'aide d'un processus itératif dans le temps, c'est-à-dire que les résultats sont recalculés de façon périodique à chaque instant t, en utilisant notamment les résultats obtenus à l'instant précédent t-1. Ce processus itératif utilise l'accélération Θ"x et peut se représenter à tout instant t de la façon suivante :

- Vz ₁ = (L ₁ - L _1-1 ) / Δt

- Θ"x _t = (-g ^* sinΘx _t - V'x _t ^* cosΘx _t + Vy ₁ ^{2 *} (R _t + L _t ^* sinΘx _t ) ^* cosΘx _t + (Vz ₁ - K _f ) ^* Θ'x _t )/ L ₁

- Θ'x _t = Θ'xt-i + Θ"x _t- i ^* Δt

- Θx _t = Θxn + Θ'xn ^* Δt

dans lequel Θx _t et Θx _t- i représentent le premier angle de ballant respectivement à un instant t et à un instant précédent t-1 , Θ'xt et Θ'xt-i représentent la vitesse de l'angle de ballant Θx respectivement aux instants t et t-1 , Θ"x _t et Θ"x _t- i représentent l'accélération de l'angle de ballant Θx respectivement aux instants t et t-1 , V'x _t représente l'accélération du mouvement de translation à l'instant t, Vx _t et Vx _t- i représentent la vitesse du mouvement de translation respectivement aux instants t et t-1 , Vz _t représente la vitesse de levage à l'instant t, R _t et Rn représentent la distance R respectivement aux instants t et t-1 , Vy _t représente la vitesse de rotation à l'instant t, L _t et Lu représentent la longueur des câbles respectivement aux instants t et t-1 et Δt représente l'écart de temps entre l'instant t et l'instant t-1.

Le processus itératif part de l'hypothèse qu'au démarrage, les valeurs de Θx, Θ'x et Θ"x sont nulles, c'est-à-dire qu'à l'instant t = 0, on a : Θx ₀ = Θ'x ₀ = Θ"x ₀ = 0.

De même, l'équation b) montre que le dispositif de régulation utilise l'accélération Θ"y de l'angle Θy comme variable interne et que les seules variables d'entrée fournies au module estimateur 21 sont la longueur des câbles L, la distance R et la vitesse angulaire de rotation Vy. Le second angle de ballant Θy et la vitesse Θ'y sont calculés à l'aide d'un processus itératif dans le temps, c'est-à-dire que les résultats sont recalculés de façon périodique à chaque instant t, en utilisant notamment les résultats obtenus à l'instant précédent t-1. Ce processus itératif utilise l'accélération Θ"y et peut se représenter à tout instant t de la façon suivante :

- Vy ₁ = (Vy ₁ - Vy _1-1 ) / Δt

- Vz ₁ = (L ₁ - L _1-1 ) / Δt

- Θ"y _t = (-g ^* sinΘy _t - V'y _t ^* R ^* cosΘy _t + Vy ₁ ^{2 *} L _t ^* sinΘy _t ^* cosΘy _t + (Vz ₁ - K _f ) ^* Θ'y _t ) / L ₁

- Θ'y _t = Θ'yt-i + Θ"y _t-1 ^* Δt • Θy _t = Θy _t-1 + Θ'yn ^* Δt

dans lequel Θyt et Θyt--ι représentent le second angle de ballant respectivement à un instant t et à un instant précédent t-1 , Θ'y _t et Θ'y _t- i représentent la vitesse de l'angle Θy respectivement aux instants t et t-1 , Θ"yt et Θ"yt--ι représentent l'accélération de l'angle Θy respectivement aux instants t et t-1 , V'y _t représente l'accélération angulaire du mouvement de rotation à l'instant t, Vz _t représente la vitesse de levage à l'instant t, Vy _t et Vy _t- i représentent la vitesse angulaire de rotation respectivement aux instants t et t-1 , L _t et Lu représentent la longueur des câbles respectivement aux instants t et t-1 et Δt représente l'écart de temps entre l'instant t et l'instant t-1.

Le processus itératif part de l'hypothèse qu'au démarrage, les valeurs de Θy, Θ'y et Θ"y sont nulles, c'est-à-dire qu'à l'instant t = 0, on a : Θy ₀ = Θ'y ₀ = Θ"y ₀ = 0.

L'équation a) comporte un terme spécifique "Vy ^{2 *} R ^* cosΘx" qui est toujours positif lorsque la vitesse de rotation Vy est non nulle. Cela traduit l'influence de la force centrifuge qui fait que, dès qu'un mouvement de rotation est en cours (même avec une accélération Vy nulle), il se crée un premier angle de ballant Θx dans la direction X, perpendiculaire à l'axe tangentiel Y. L'objectif de la régulation n'est donc pas d'annuler ce ballant durant le mouvement de rotation mais seulement d'atteindre une position d'équilibre avec un ballant non nul de la charge 15 correspondant à un angle d'équilibre non nul durant la rotation, puis de revenir à un angle de ballant Θx nul à la fin du mouvement de rotation, lorsque la vitesse de rotation Vy est nulle. Durant le mouvement de rotation, cet angle d'équilibre correspond donc à une valeur d'offset, notée Θx _eq . Quand le mouvement de rotation est en cours, on ne cherche pas à annuler cette valeur d'offset Θx _eq , mais on cherche à stabiliser la charge sans oscillation avec une inclinaison correspondant à la valeur d'offset Θx _eq . Après approximation, la valeur d'offset Θx _eq peut être déterminée par l'équation suivante (Θx _eq exprimé en radians) :

Θx _eq = R ^* Vy ² / (g - L ^* Vy ² )

Cette équation montre bien que la valeur d'offset Θx _eq est proportionnelle à la vitesse de rotation Vy et est nulle quand la vitesse de rotation Vy est nulle.

Le module correcteur 22 reçoit en entrée les estimations calculées de Θx, Θy, Θ'x, Θ'y provenant du module estimateur 21 et leur applique un coefficient de correction K ₀ , respectivement K' _Θ , pour fournir les signaux de correction ΔVx et ΔVy, selon les équations suivantes :

- ΔVx = K _0x ^* (Θx - Θx _eq ) + K' _Θx ^* Θ'x

- ΔVy = K _Θy ^* Θy + K' _Θy ^* Θ'y

dans lequel K _0x et K _Θy sont des coefficients de correction appliqués respectivement aux angles de ballant Θx et Θy pour les mouvements de translation et de rotation, K' _Θx et K' _Θy sont des coefficients de correction appliqués respectivement aux vitesses des angles de ballant Θ'x et Θ'y pour les mouvements de translation et de rotation, ΔVx et ΔVy sont les signaux de correction à appliquer respectivement aux consignes de vitesse Vcx et Vcy, et Θx _eq est la valeur d'offset de l'angle Θx durant le mouvement de rotation.

Le premier signal de correction ΔVx dépend donc non pas directement du premier angle de ballant Θx mais de la différence entre le premier angle de ballant Θx et la valeur d'offset Θx _eq . Ainsi, lorsqu'un mouvement de rotation est en cours (vitesse Vy _ref non nulle), la valeur d'offset Θx _eq est non nulle et donc le dispositif de régulation 20 délivre un signal de correction ΔVx qui tient compte de la valeur d'offset généré par la force centrifuge sur l'angle de ballant Θx. Lorsque le mouvement de rotation est arrêté (vitesse Vyref nulle), la valeur d'offset Θx _eq devient automatiquement nulle et le dispositif de régulation 20 applique alors un signal de correction ΔVx qui est proportionnel à Θx et Θ'x.

La référence de vitesse Vx _ref appliquée en entrée du variateur Dx pilotant le moteur de translation Mx est donc égale à la consigne de vitesse du mouvement de translation Vcx provenant du système d'automatisme de commande de la grue 5, augmentée du premier signal de correction ΔVx délivrée par le dispositif de régulation 20, c'est-à-dire: Vx _ref = Vcx + ΔVx.

De même, la référence de vitesse Vy _ref appliquée en entrée du variateur Dy pilotant le moteur de rotation My est égale à la consigne de vitesse du mouvement de rotation Vcy provenant du système d'automatisme de commande de la grue 5, augmentée du second signal de correction ΔVy délivrée par le dispositif de régulation 20, c'est-à-dire : Vy _ref = Vcy + ΔVy.

Selon un premier mode de réalisation simplifié, les valeurs des coefficients de correction K ₀ , K' _Θ sont fixes. Selon un second mode de réalisation préféré, les valeurs des coefficients de correction K ₀ , K' _Θ sont modifiables en fonction de la longueur L des câbles déterminée par le dispositif 20, de façon à optimiser les corrections de vitesse à apporter suivant la hauteur du pendule formé par la charge 15. Dans ce cas, le module correcteur 22 reçoit en entrée une information représentative de la longueur L et est donc capable de mémoriser plusieurs valeurs de K ₀ , K' ₀ suivant la longueur L.

Dans une première situation, on suppose que le système d'automatisme de la grue 5 commande uniquement un déplacement en rotation, c'est-à-dire qu'il fournit une consigne de vitesse de translation Vcx qui est nulle. Le mouvement de rotation génère donc un premier angle de ballant Θx suivant l'axe de translation X provoqué par la force centrifuge appliquée sur la charge 15, ainsi qu'un second angle de ballant Θy suivant l'axe tangentiel Y provoqué par l'accélération/décélération du mouvement de rotation. Comme indiqué précédemment, le premier angle de ballant ne peut être annulé qu'en agissant sur le mouvement de translation.

Or, si aucun déplacement en translation n'est demandé par le système d'automatisme, il faut que la position finale du point d'accroché soit identique à sa position initiale, c'est-à-dire que la distance R finale en fin de mouvement de rotation soit égale à la distance R initiale en début de mouvement, quelle que soit les corrections appliquées en translation pour annuler le premier angle de ballant Θx dû à la rotation. C'est pourquoi le module correcteur 22 du dispositif de régulation 20 mémorise la distance R initiale et applique en fin de mouvement de rotation un signal de correction ΔVx approprié pour ramener le point d'accroché 10 à sa position initiale, de telle sorte que R finale = R initiale.

Dans une deuxième situation, le système d'automatisme de la grue 5 commande en plus un mouvement de translation, c'est-à-dire qu'il fournit également une consigne de vitesse de translation Vcx non nulle. Ce mouvement de translation crée lui aussi un ballant suivant l'axe X provoqué par l'accélération/décélération du mouvement de translation. Le premier angle de ballant Θx représente alors le cumul du ballant généré par les mouvements de translation et de rotation.

Avantageusement, le dispositif de régulation ne comporte aucune étape préalable de modélisation, qui nécessiterait de mesurer d'autres paramètres physiques tels qu'une mesure de l'angle de ballant ou une mesure du courant circulant dans le moteur, dans le but de déterminer ou d'affiner un modèle mathématique particulier ou dans le but d'établir une fonction de transfert entre la vitesse du chariot et l'angle de ballant mesuré par un capteur pour une longueur de câbles donnée.

Le dispositif de régulation ainsi décrit est destiné à être implanté dans un système d'automatisme de la grue 5, chargé notamment de piloter et surveiller les déplacements de la charge 15. Ce système d'automatisme comporte notamment un variateur de vitesse Dx pour le mouvement de translation et un variateur de vitesse Dy pour le mouvement de rotation. Vu sa simplicité, le dispositif de régulation peut être implanté directement dans les variateurs de vitesse Dx et Dy, par exemple à l'aide d'un module spécifique du variateur. Le système d'automatisme peut aussi comporte un automate programmable qui sert notamment à fournir les consignes de vitesse Vcx et Vcy. Dans ce cas, le dispositif de régulation peut aussi être facilement intégré dans un programme application de l'automate programmable. Le dispositif de régulation met en œuvre un procédé de régulation du déplacement de la charge 15 selon un mouvement de rotation autour de l'axe Z associé éventuellement à un mouvement de translation suivant l'axe X. Le procédé de régulation comporte une étape de calcul, effectuée par le module estimateur 21 , qui permet de déterminer un premier angle de ballant Θx et une vitesse Θ'x de cet angle de ballant. L'étape de calcul utilise uniquement la longueur L, la distance R et la vitesse de rotation Vy du point d'accroché 10 comme variables d'entrée et utilise l'accélération Θ"x comme variable interne. L'étape de calcul utilise directement un modèle de pendule avec amortissement.

Le procédé de régulation comporte également une étape de correction, effectuée par le module correcteur 22. L'étape de correction calcule une valeur d'offset Θx _eq de l'angle Θx qui est proportionnelle à la vitesse de rotation Vy et délivre un premier signal de correction ΔVx de la vitesse de translation qui tient compte de la valeur d'offset Θx _eq . Le premier signal de correction ΔVx est calculé en appliquant un coefficient de correction K _0x à la différence entre le premier angle de ballant Θx et la valeur d'offset Θx _eq et un coefficient de correction K' _Θx à la vitesse Θ'x.