BR102019024000A2

BR102019024000A2 - processo e regulador de oscilações para a regulagem de oscilações de um sistema técnico oscilatório

Info

Publication number: BR102019024000A2
Application number: BR102019024000-8A
Authority: BR
Inventors: Andreas Stöger; Thomas J. Frauscher; Ralf SKOTSCHEK
Original assignee: B&R Industrial Automation GmbH
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2020-07-28
Also published as: US11334027B2; KR20200059148A; US20200159169A1; SG10201910073WA; JP2020087451A; CN111196557B; CN111196557A; EP3653562A1; CA3060280A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um processo e a um regulador de oscilações para a regulagem de oscilações de um sistema técnico oscilatório, pelos quais, para se remover problemas de regulagem na regulagem de oscilações provocados por restrição de variáveis de ajuste de um sistema técnico oscilatório (1), propõe-se que na regra de regulagem, para o cálculo da variável de ajuste (u), seja levada em consideração uma restrição (

) de pelo menos uma deri- vada temporal da variável de ajuste (u).

Description

PROCESSO E REGULADOR DE OSCILAÇÕES PARA A REGULAGEM DE OSCILAÇÕES DE UM SISTEMA TÉCNICO OSCILATÓRIO

[0001] A presente invenção refere-se a um processo para a regu-lagem de oscilações de pelo menos uma variável de oscilação a ser regulada de um sistema técnico oscilatório por meio de um regulador de oscilações com uma regra de regulagem, a qual, a partir de um valor alvo e de um valor real e/ou de uma derivada temporal de um valor alvo e de um valor real da variável de oscilação a ser regulada, calcula uma variável de ajuste para um atuador do sistema técnico oscilatório. A invenção também se refere a um regulador de oscilações correspondente.

[0002] Dispositivos elevatórios, especialmente guindastes, existem em muitas formas diferentes de execução e são utilizados em muitas áreas diferentes de aplicação. Por exemplo, existem guindastes de torre que são utilizados preponderantemente para a construção de edifícios e para a construção de fundações, ou existem guindastes móveis para, por exemplo, a montagem de instalações de energia eólica. Também são conhecidos dispositivos elevatórios em depósitos de prateleiras altas (os assim chamados Stacker Cranes). Guindastes de ponte são utilizados, por exemplo, como guindastes de galpões em galpões de fábrica e guindastes e portal são utilizados, por exemplo, para a manipulação de recipientes de transporte (contêineres, por exemplo) em locais de transbordo para o transbordo intermodal de produtos, como, por exemplo, em portos para o transbordo de navios para trens ou para caminhões ou para estações ferroviárias de mercadorias para o transbordo da linha férrea para os caminhões e vice-versa. Nesse caso, preponderantemente, os produtos são armazenados em contêineres padronizados para o transporte, os assim chamados contêineres ISO, que são igualmente apropriados para o transpor-te nos três modos de transporte, viário, trilhos e aquático. A construção e o funcionamento de um guindaste de portal são conhecidos há muito tempo e são descritos, por exemplo, no US 2007/0289931 A1 com base em um "ship-to-shore-crane". O guindaste apresenta uma estrutura de sustentação, respectivamente um portal, sobre a qual está disposto um braço de guindaste. Nesse caso, o portal está disposto de modo móvel sobre um carril, por exemplo, por meio de rodas e pode ser movido em uma direção. O braço de guindaste está conectado fixamente com o portal e no braço de guindaste está disposto também um carro de ponte móvel ao longo do braço de guindaste (um elemento de sustentação em geral). Para a absorção de uma carga, por exemplo de um contêiner ISO, o carro de ponte está conectado por meio de cabos com um elemento de recepção de cargas, como, por exemplo, com um assim chamado Spreader. Para a absorção e manipulação de uma carga, o elemento de recepção de carga pode ser elevado ou abaixado por meio de guinchos, sendo nesse caso por meio de dois guinchos para cada dois cabos. O elemento de recepção de carga também pode ser adaptado a cargas com diferentes magnitudes.

[0003] Para aumentar a economicidade de processos de logística, é necessário, entre outras coisas, um transbordo muito rápido de produtos, isto é, por exemplo, processos de carregamento e de descarregamento muito rápidos de navios mercantes e processos correspondentemente rápidos de movimentação dos elementos de suportar carga e dos guindastes de portal em seu conjunto. O mesmo se aplica, naturalmente, a outros dispositivos elevatórios ou de transporte. No entanto, tais processos de movimentação rápida da carga podem levar a que se formem oscilações indesejáveis do elemento de recepção de carga, as quais retardam o processo de manipulação porque a carga não pode ser posicionada com precisão no local previsto. Nesse caso, podem ocorrer oscilações de rotação do elemento de recepção de carga, ou seja, oscilações em torno de um eixo vertical (skew), de um eixo longitudinal (list) e/ou de um eixo transversal (trim) da carga, sendo que no caso de dispositivos elevatórios ocorrem tipicamente oscilações de rotação em torno do eixo vertical ou as mesmas são relevantes. Igualmente, o elemento de recepção de carga suspenso no cabo pode defletir devido a processos de movimentação também em uma direção de movimentação de uma parte do dispositivo elevatório, como, por exemplo, do carro de ponte e/ou do portal, o que também pode levar a oscilações pendulares do elemento de recepção de carga (assim chamado Sway).

[0004] Devido à estrutura construtiva do dispositivo elevatório, no que se refere ao elemento de recepção de carga trata-se de um sistema mecânico pouco oscilatório ou sem amortecimento de oscilação. Isso significa que a parte vibratória do sistema mecânico não apresenta nenhum amortecimento ou apenas um amortecimento próprio fraco, e isso faz com que as oscilações surgidas não sejam amortecidas ou só sejam amortecidas de modo bastante fraco. O movimento da parte vibratória do sistema mecânico pode ser descrito, nesse caso, por uma equação diferencial de segunda ordem (frequentemente, na teoria dos sistemas também chamada de elemento PT2) ou de ordem superior. Naturalmente, além de dispositivos elevatórios também existem outros sistemas mecânicos oscilatórios com ou sem amortecimento, como, por exemplo, um sistema mecânico com carga suspensa de modo pendular sobre uma parte movida com acionamento, como parte vibratória. O movimento da carga, nesse caso, pode ser descrito por meio de uma equação diferencial de segunda ordem. A parte movida pode ser, por exemplo, um veículo de um dispositivo de transporte, tal como um veículo de um motor linear de estator longitudinal, por exemplo, para o transporte de cargas, conforme descrito, por exemplo, no EP 3 109 998 A1 ou no EP 3 243 772 A1. Nesse caso, o pêndulo também pode ser projetado como braço flexível rígido, fixo por aperto no veículo. O movimento do braço flexível também pode ser descrito por meio de uma equação diferencial de segunda ordem. Também é um exemplo disso um veículo movido com um recipiente no qual se encontre um líquido, o qual se acha espargido devido ao movimento. Nesse caso, o movimento do líquido pode ser descrito, em uma boa aproximação, por meio de uma equação diferencial de segunda ordem. Também nesse caso pode se tratar de um veículo de um dispositivo de transporte, como um motor linear de estator longitudinal, por exemplo. Também é concebível uma combinação disso, ou seja, por exemplo, um recipiente suspenso de modo pendular sobre um veículo movido, com um líquido espargido. É evidente que existe uma abundância de tais sistemas mecânicos oscilatórios, sendo que o movimento de uma parte vibratória do sistema mecânico pode ser descrito por meio de uma equação diferencial pelo menos de segunda ordem.

[0005] Naturalmente, além de sistemas mecânicos oscilatórios também existem outros sistemas técnicos oscilatórios, como sistemas oscilatórios elétricos (circuitos ressonantes elétricos) ou sistemas oscilatórios hidráulicos ou pneumáticos. Também essas oscilações podem ser descritas de modo análogo através de uma equação diferencial de segunda ordem ou de ordem superior.

[0006] No geral, a invenção refere-se a sistemas técnicos oscilatórios que podem ser descritos através de variáveis físicas, tais como um grau de liberdade de movimentação, uma tensão elétrica, uma corrente elétrica, uma pressão, uma corrente volumétrica ou de massa etc., sendo que pelo menos uma variável física (chamada de variável de oscilação) pode ser excitada para oscilações periódicas. É possível influenciar por fora o sistema técnico oscilatório por meio de pelo menos um atuador, como, por exemplo, uma unidade de acionamento de uma parte movida de um sistema mecânico (um dispositivo elevatório ou um motor linear de estator longitudinal, por exemplo), uma bomba hidráulica, uma fonte de tensão elétrica ou de corrente elétrica etc., a fim de se influenciar a variável de oscilação. A oscilação da pelo menos uma variável de oscilação pode ser descrita matematicamente / fisicamente através de uma equação diferencial de segunda ordem ou de ordem superior. Em operação normal, geralmente essas oscilações são indesejáveis e, por isso, devem ser reguladas.

[0007] Para se regular a oscilação da variável de oscilação quando estiver em operação o sistema técnico oscilatório, frequentemente se implementa um regulador de oscilações, o qual calcula uma variável de ajuste para um atuador do sistema técnico, para influenciar a variável de oscilação no sentido de um amortecimento da oscilação. Dependendo da forma de execução do sistema técnico oscilatório, o atuador pode ser diversificado. Por exemplo, no caso de um dispositivo elevatório, como variável de ajuste pode ser calculada a velocidade de um carro de ponte (como atuador), a fim de se regular oscilações pendulares na direção de movimentação dos carros de ponte. Igualmente, no caso de um dispositivo elevatório, o comprimento de um cabo do elemento de recepção de cargas pode ser calculado como variável de ajuste e pode ser ajustado por meio de uma unidade de regulagem de comprimento de cabo (como atuador), a fim de se regular as oscilações de rotação. No caso de um veículo de um motor linear de estator longitudinal (como atuador), como variável de ajuste pode ser calculada a velocidade do veículo a ser ajustada, a fim de se regular uma oscilação pendular de uma carga suspensa de modo pendular ou a fim de se regular um movimento de espargir de um líquido em um recipiente no veículo. No caso de um sistema hidráulico, por meio de uma bomba hidráulica é possível influenciar a pressão e/ou o fluxo (como variável de ajuste) de um líquido hidráulico. No caso de um sistema elétrico é possível empregar uma tensão elétrica aplicada e/ou uma corrente elétrica aplicada como variável de ajuste. Naturalmente, dependendo da forma de execução do sistema técnico oscilatório, também são possíveis outros atuadores e variáveis de ajuste.

[0008] Adicionalmente, frequentemente é desejável ou necessário regular a variável de oscilação do sistema técnico oscilatório para um determinado valor alvo predefinido, como, por exemplo, uma determinada posição a ser alcançada ou um ângulo de torção de um elemento de recepção de cargas de um dispositivo elevatório, a posição de um veículo de um motor linear de estator longitudinal, uma voltagem de saída de um circuito oscilante elétrico, uma pressão hidráulica de um circuito hidráulico etc. Uma tal regulagem de variável de oscilação pode ser combinada com uma regulagem de oscilação. Nesse caso, os valores teóricos da variável de oscilação são regulados e, nesse processo, as oscilações da variável de oscilação são reguladas em torno dos valores alvo.

[0009] Em cada sistema técnico, as variáveis de ajuste para o atu-ador são restringidas por predeterminações físicas. Por exemplo, a velocidade máxima que pode ser alcançada pelo carro de ponte de um dispositivo elevatório ou pelo veículo de um motor linear de estator longitudinal encontra-se restringida pela forma de execução da unidade de acionamento. O mesmo se aplica de forma análoga à faixa de regulagem possível de uma unidade de regulagem de comprimento de cabo ou a um outro atuador mecânico qualquer. Com uma bomba hidráulica é possível alcançar apenas uma pressão máxima e/ou uma corrente volumétrica máxima, ou uma derivada temporal dela. Igualmente, com uma fonte de tensão ou de corrente só é possível gerar uma determinada tensão ou uma determinada corrente. Exemplos típicos de restrições físicas de um motor elétrico são uma tensão máxima de motor de um motor elétrico, que leva a uma restrição de velocidade, ou uma corrente máxima de motor, que leva a uma restrição de acele-ração. Uma construção mecânica é limitada, por exemplo, pela resistência mecânica, de onde resulta uma restrição de força. De modo exatamente igual existem restrições físicas correspondentes para outros tipos de atuadores. Consequentemente, as variáveis de ajuste calculadas pelo regulador de oscilações, eventualmente em combinação com o regulador de variáveis de oscilação, serão restringidas devido às restrições predefinidas e o atuador receberá apenas a variável de ajuste restringida. Nesse caso, no entanto, frequentemente devem ser levadas em consideração também as restrições de uma derivada temporal das variáveis de ajuste, ou seja, quão rapidamente uma variável de ajuste pode ser modificada ou deve ser modificada. Através da restrição de variável de ajuste ocorrida no regulador após o cálculo da variável de ajuste introduz-se um deslocamento temporal da variável de ajuste (deslocamento de fase) e, eventualmente, também uma restrição do valor da variável de ajuste. Com isso, especialmente no caso de grandes amplitudes de oscilação, o regulador de oscilações não pode mais amortecer a oscilação da variável de oscilação ou só pode amortecer de modo insuficiente. Em caso extremo (no caso de um deslocamento de fase correspondentemente grande), a oscilação poderia ser inclusive reforçada através do regulador de oscilações por meio de restrição de variável de ajuste, o que também pode levar a uma instabilidade.

[0010] Em J. B. Klaassens, et al., "Modeling and Control of Container Cranes", Londres: Cargo Systems, 2000, Proceedings, p. 11-12, é descrito um regulador de oscilações para um guindaste de contêine-res, que deve regular oscilações pendulares (Sway) e oscilações de rotação (skew). Para diminuir a influência de uma restrição de variável de ajuste e para garantir que sejam cumpridas as restrições da velocidade do carro de ponte e da aceleração do carro de ponte, é previsto que os parâmetros de reforço do regulador sejam adequados de modo adaptativo. No entanto, não é explicado detalhadamente como ocorre essa adequação adaptativa.

[0011] Um objetivo da invenção é eliminar os problemas em correlação com uma restrição de variável de ajuste na regulagem de oscilações de um sistema técnico oscilatório, ao menos reduzi-los.

[0012] Esse objetivo é alcançado devido ao fato de que na regra de regulagem para o cálculo da variável de ajuste é levada em consideração uma restrição de pelo menos uma derivada temporal da variável de ajuste. Essa variável de ajuste calculada pode ser encaminhada ao atuador para o ajuste. Consequentemente não é mais necessário restringir ulteriormente ainda mais a variável de ajuste calculada, senão que a variável de ajuste calculada (eventualmente em uma soma com outras variáveis de ajuste, como, por exemplo, provenientes de um controle prévio) pode ser utilizada diretamente no atuador, porque aí a restrição já terá sido levada em consideração. Nesse modo de proceder, devido à restrição não vem a ocorrer nenhum deslocamento de fases, e isso leva que seja possível evitar os efeitos negativos correlatos sobre a regulagem.

[0013] Em uma configuração vantajosa, a regra de regulagem contém um parâmetro de regulador que é dependente da restrição da pelo menos uma derivada temporal da variável de ajuste. De preferência, o parâmetro de regulador é um amortecimento a ser introduzido no sistema técnico oscilatório, amortecimento este que, desse modo, pode ser adaptado à restrição predefinida. Nesse caso, é particularmente vantajoso que o parâmetro de regulador seja dependente de uma amplitude de oscilação da oscilação e/ou de uma amplitude de uma derivada temporal da oscilação, porque com isso o parâmetro de regulador, particularmente de preferência o amortecimento, pode ser adequado de modo adaptativo à oscilação atual. Por exemplo no caso de amplitudes menores de oscilação isso possibilita amortecer mais for-temente do que no caso de amplitudes maiores de oscilação, e isso faz com que as oscilações possam ser reguladas mais rapidamente.

[0014] A amplitude de oscilação pode ser medida, embora, de preferência, seja calculada com um observador de amplitude de oscilação, o qual, a partir de derivadas temporais dos valores reais e dos valores alvo da variável de oscilação a ser regulada, calcula a amplitude de oscilação da oscilação e/ou a amplitude de uma derivada temporal da oscilação. Desse modo, é possível se prescindir de dispositivos adicionais de medição para a medição da amplitude, pois a amplitude de oscilação e as amplitudes das derivadas podem ser estimadas a partir das variáveis de medição existentes.

[0015] De preferência, no cálculo da variável de ajuste é levado em consideração um tempo morto do sistema técnico oscilatório, de preferência na medida em que seja calculado um erro de regulagem situado no futuro em torno do tempo morto e esse erro de regulagem futuro seja levado em consideração no cálculo da variável de ajuste. Em muitos sistemas técnicos, o tempo morto pode ser considerável. Através da consideração do tempo morto é possível melhorar nitidamente a qualidade de regulagem da regulagem de oscilações.

[0016] De preferência, implementa-se um controle prévio que, a partir de valores alvo das variáveis de oscilação, calcula uma variável de ajuste de controle prévio, que, para a determinação da variável de ajuste para o atuador, é somada com a variável de ajuste calculada pelo regulador de oscilações. Devido ao controle prévio, o regulador de oscilações só precisa regular mais erros menores de regulagem, e isso faz com que se possa melhorar a dinâmica da regulagem.

[0017] De modo particularmente vantajoso, implementa-se um regulador de variável de oscilação, que regula o desvio entre um valor alvo da variável de oscilação a ser regulada e um valor final da variável de oscilação, como sendo o valor da variável de oscilação obtido após a regulagem da oscilação. Com isso, obtém-se um desacopla-mento vantajoso do regulador de oscilações em relação ao regulador de variável de oscilação, e isso faz com que o comportamento de regulagem do regulador de oscilações não seja influenciado pela regulagem de variável de oscilação. Para isso, o valor final pode ser calculado simplesmente em um observador de valor final, o qual calcula como valor final um componente constante da oscilação da variável de oscilação a ser regulada.

[0018] A presente invenção será explicada detalhadamente a seguir, tomando-se como referência as figuras de 1 a 6, que mostram, como exemplo, esquematicamente e não restritivamente, configurações vantajosas da invenção. Mostra-se:
Figura 1: um dispositivo elevatório como exemplo de um sistema técnico oscilatório;
Figura 2: graus de liberdade de oscilação de um elemento de recepção de cargas do dispositivo elevatório;
Figura 3: um regulador de operação do sistema técnico com uma regulagem de oscilações de uma variável de oscilação;
Figura 4: um regulador de operação de um dispositivo elevatório com regulagem de oscilação, controle prévio, regulagem de variável de oscilação e regulador de comprimento de cabo;
Figura 5: um regulador de oscilações com um observador de amplitude de oscilações e
Figura 6: um regulador de variável de oscilação com observador de valor final.

[0019] Como já foi mencionado ao início, a regulagem de oscilações de acordo com a invenção pode ser utilizada basicamente em qualquer sistema técnico oscilatório no qual uma oscilação de uma variável de oscilação do sistema técnico possa ser descrita através de uma equação diferencial pelo menos de segunda ordem. Uma variável de oscilação é uma variável física temporalmente variável, como, por exemplo, velocidade, aceleração, corrente elétrica, tensão elétrica, pressão, fluxo etc., por meio da qual é possível descrever o comportamento temporalmente variante do sistema técnico oscilatório. Como exemplo e de modo não restritivo, a invenção será descrita a seguir com base no exemplo de um dispositivo elevatório como sistema técnico oscilatório 1, sendo que as formas de execução seguintes podem ser transferidas de modo análogo para qualquer outro sistema técnico oscilatório com uma variável de oscilação.

[0020] A figura 1 mostra um dispositivo elevatório na forma de um guindaste de portal, que é utilizado, por exemplo, para o carregamento e descarregamento de navios em um porto. O dispositivo elevatório apresenta uma estrutura de sustentação 3, a qual é disposta de modo fixo ou móvel ao solo. No caso de uma disposição móvel, a estrutura de sustentação 3 pode ser disposta de modo deslocável sobre trilhos na direção Y, por exemplo. A estrutura de sustentação 3 apresenta um braço de guindaste 4, o qual está ligado firmemente com a estrutura de sustentação 3. Usualmente, sobre esse braço de guindaste 4 está disposto um elemento de sustentação 5, o qual é móvel na direção longitudinal do braço de guindaste 4, ou seja, na direção X no exemplo exposto. Por exemplo, um elemento de sustentação 5 pode ser apoiado de modo móvel por meio de rolos em guias no braço de guindaste 4. Usualmente, o elemento de sustentação 5 encontra-se ligado com um elemento de recepção de cargas 7 por meio de elementos de retenção 6, como um cabo ou cinta, por exemplo, para a recepção de uma carga 8. Usualmente, os elementos de retenção 6 são produzidos como cabos, sendo que na maioria dos casos quatro elementos de retenção 6 são dispostos no elemento de sustentação 5, embora também possam ser previstos mais ou menos elementos de retenção 6. Consequentemente, o elemento de recepção de carga 7 fica disposto de modo pendular no elemento de sustentação 5 móvel por meio dos elementos de retenção 6 e, desse modo, ele se torna capaz de oscilar.

[0021] Para a recepção de uma carga 8, como um contêiner, por exemplo, o comprimento de cabo Ih entre o elemento de sustentação 5 e o elemento de recepção de carga 7 é regulável por meio de uma unidade de acionamento de elevação 2 na direção Z, por exemplo, tal como exposto na figura 1. Com isso, o elemento de recepção de carga 7 pode ser elevado com uma velocidade de elevação vh, ou seja, pode ser movido na direção Z. Se os elementos de retenção 6 forem projetados como cabos, o comprimento de cabo Ih será regulado, usualmente, por meio de um ou mais guinchos. O elemento de sustentação 5 pode ser movido no braço de guindaste 4 por meio de uma unidade de acionamento de elemento de sustentação 9 com uma velocidade de elemento de sustentação vt. De um modo geral, o elemento de sustentação 5 é a parte movida do sistema técnico oscilatório e o elemento de recepção de carga 7 ligado a ele é a parte oscilatória do sistema técnico oscilatório 1. A posição de elemento de sustentação xt do elemento de sustentação 5 e a posição de carga xl do elemento de recepção de carga 7 são relacionadas, respectivamente, a um sistema dado de coordenadas. Devido a uma possível oscilação pendular do elemento de recepção de carga 7 (indicado na figura 1 por linha tracejada), o elemento de recepção de carga 7 deflete em torno do ângulo θ e, usualmente, não coincide a posição de elemento de sustentação xt com a posição de carga xl. Naturalmente, também são possíveis oscilações pendulares para as outras posições, ou seja, por exemplo, na direção Y no caso de um movimento da estrutura de sustentação 3 na direção Y ou na direção Z, sendo que as oscilações também podem se sobrepor.

[0022] Adicionalmente a uma oscilação pendular do elemento de recepção de carga 7 também podem ocorrer oscilações de rotação do elemento de recepção de carga 7, tal como explicado com base nas figuras 2a e 2b. As setas duplas arqueadas simbolizam as possíveis torções do elemento de recepção de carga 7 em torno do respectivo eixo. Nesse caso, são possíveis torções em torno do eixo X (trim), do eixo Y (list) e do eixo Z (skew). Uma torção em torno do eixo Z (ou sejam em torno do eixo vertical) com o ângulo β é mostrada na figura 2b.

[0023] De um modo geral, ocorre uma oscilação de uma variável de oscilação do sistema técnico 1. No exemplo de execução do dispositivo elevatório da figura 1 ocorre uma oscilação em pelo menos um grau de liberdade de movimentação (X, Y, Z ou uma oscilação de rotação em torno de um dos três eixos) do elemento de recepção de carga 7 do sistema técnico 1, como variável de oscilação y. É evidente que ao mesmo tempo podem ocorrer oscilações de muitas variáveis de oscilação, como, por exemplo, uma oscilação pendular na direção X e uma oscilação de rotação em torno do eixo vertical de um dispositivo elevatório.

[0024] Oscilações de uma variável de oscilação y do sistema técnico oscilatório 1 (de um dispositivo elevatório, por exemplo) podem ser produzidas por excitações internas ou externas. Excitações internas resultam do funcionamento do sistema técnico, como, por exemplo, devido a movimentos da parte movida (estrutura de sustentação 3 e/ou elemento de sustentação 5) do dispositivo elevatório ou devido a cargas 8 distribuídas desigualmente. Excitações externas podem ser influências externas, como o vento, por exemplo. Tais oscilações são perturbadoras durante o funcionamento do sistema técnico 1, porque desse modo, por exemplo, o rendimento que pode ser obtido de um sistema de guindaste será reduzido ou porque oscilações descontroladas representam um risco para o pessoal de serviço e/ou para a carga, e devem ser reguladas quando em operação. "Regular" significa, nesse caso, de preferência, uma redução a mais rápida possível de amplitudes de oscilação que ocorram. Para isso, é previsto um regulador de operação 10 (hardware e/ou software) para o sistema técnico 1, no qual uma unidade de regulagem de oscilação 16 de acordo com a invenção se encontra implementada com um regulador de oscilação 11, o qual regula essas oscilações da pelo menos uma variável de oscilação y, e o qual será explicado em geral com base na figura 3. O regulador de operação 10 pode ser implementado sobre um hardware autônomo, embora também possa ser implementado em uma unidade de controle de instalação do sistema técnico 1 como hardware.

[0025] Para a regulagem de oscilações, para o regulador de oscilações 11 pode ser predefinido, em cada etapa temporal da regulagem, com um valor alvo yset para a variável de oscilação a ser respectivamente regulada. Geralmente, porém, o regulador de oscilações 11 não requer nenhum valor alvo yset, pois com o regulador de oscilações 11 só será regulada a oscilação. Em cada etapa temporal da regulagem, o regulador de oscilações 11 calcula um novo valor da variável de controle u. Para uma oscilação de rotação em um dispositivo elevatório, como mostrado nas figuras 2a, 2b, o valor alvo yset poderia ser, por exemplo, um ângulo de rotação teórico βset, usualmente um ângulo de zero. No caso de uma oscilação pendular em um dispositivo elevatório, como mostrado na figura 1, isso seria, por exemplo, um ângulo de deflexão teórico θset, usualmente um ângulo de zero. No entanto, depois que o ângulo de deflexão θ for proporcional à posição de carga xl, à posição de elemento de sustentação xt e ao comprimento de cabo Ih (o mesmo se aplica de modo análogo à direção Y), conforme o conjunto

também poderia ser utilizada diretamente uma posição de carga teórica xLset como valor alvo yset. Já que, de preferência, em um dispositivo elevatório se regula a posição de carga xl (yL), então isso se apresenta de modo vantajoso. A variável de oscilação y é, então, a posição de carga xl (yL). Se forem reguladas várias oscila-ções, então o valor alvo yset também poderá ser um vetor com vários registros, como, por exemplo, um ângulo de rotação teórico β e uma posição de carga teórica xLset (ySet).

[0026] Um valor real yact é medido no sistema técnico oscilatório 1 ou também é calculado a partir de variáveis medidas ou disponíveis em outro lugar, como, por exemplo, em um observador já há muito conhecido. O valor real yact é fornecido ao regulador de oscilações 11, o qual, a partir daí e a partir do valor alvo yset, calcula uma variável de ajuste u de acordo com a regra de regulagem implementada (usualmente um software), variável de ajuste u esta por meio da qual será comandado um atuador 15 do sistema técnico oscilatório 1. De modo análogo, o valor real yact em muitas variáveis de oscilação y pode ser um vetor com vários registros para os valores reais requeridos. O atuador 15 é, por exemplo, a unidade de acionamento de elemento de sustentação 9, a qual ajusta uma velocidade de elemento de sustentação vt como variável de ajuste u, para exercer influência sobre a oscilação pendular na direção X. O atuador 15 também pode ser uma unidade de regulagem de comprimento de cabo ou uma unidade de acionamento de elevação 2, para se regular o comprimento de cabo Ih de pelo menos um elemento de retenção 6, a fim de se ter influência sobre uma oscilação de rotação em torno do eixo vertical. Nesse caso, a variável de ajuste u pode ser uma velocidade de regulagem vs ou uma posição de regulagem do pelo menos um elemento de retenção 6. Também são possíveis vários atuadores 15. Naturalmente, em outras formas de execução do sistema técnico oscilatório 1 também são concebíveis outros valores alvo yset, valores reais yact, variáveis de ajuste u e/ou atuadores 15.

[0027] No regulador de operação 10 podem ser ainda implementados outros reguladores (usualmente como hardware e/ou software), tal como será explicado detalhadamente com base na figura 4. Em um controle prévio 12, a partir do valor alvo yset é possível calcular uma variável de ajuste de controle prévio uv, como, por exemplo, uma velocidade de elemento de sustentação vtv ou velocidade de regulagem vsv da regulagem de cabo. Para isso pode-se implementar uma regra qualquer de controle prévio, que, a partir do valor alvo yset calcule a variável de ajuste de controle prévio uv, ou seja, uv = f(yset). Em função da implementação concreta do controle prévio 12, é possível levar em consideração no controle prévio 12 outros valores de medição ou valores estimados de determinadas variáveis físicas do sistema técnico 1. Para isso, o valor alvo yset também pode ser um vetor com vários elementos de vetor, como, por exemplo, uma posição de carga teórica XLset (também em várias direções X, Y, Z) ou um ângulo de torção β, e derivadas temporais do valor alvo yset, ou seja, por exemplo,

(ve-locidade),

(aceleração),

(arranque) e/ou

(choque) e, eventualmente, também outras derivadas superiores. Como é usual, a variável de ajuste de controle prévio uv é, então, somada com a variável de ajuste de regulador ur calculada pelo regulador de oscilações 11, para se calcular a variável de ajuste u para o atuador 15 do sistema mecânico 1. Nesse caso, o regulador de oscilações 11 só precisa regular muito mais os pequenos desvios de regulagem que permaneçam depois do controle prévio.

[0028] Do mesmo modo, em um dispositivo elevatório é possível estar implementado um regulador de comprimento de cabo 13 (usualmente, um software), que a partir do valor alvo yset calcule uma variável de ajuste us para uma regulagem de comprimento de cabo, por meio de uma unidade de regulagem de comprimento de cabo, por exemplo, como atuador 15. Naturalmente, em outros sistemas técnicos não é previsto nenhum regulador de comprimento de cabo 13 ou ele é substituído pela regulagem de uma outra variável a ser regulada. Também para a regulagem do comprimento de cabo Ih seria possível calcular no controle prévio 12 uma variável de ajuste de controle prévio para a regulagem de comprimento de cabo, que seria então somada à variável de ajuste calculada no regulador de comprimento de cabo 13 para formar a variável de ajuste us.

[0029] Além disso, também se pode implementar um regulador de variável de oscilações 14 em uma unidade de regulagem de variável de oscilação 19, o qual regula, por exemplo, a posição da parte movida do sistema técnico oscilatório 1, ou seja, por exemplo, do elemento de sustentação 5 ou a posição de um veículo de um motor linear de estator longitudinal, de acordo com a regra de regulagem implementada, eventualmente também em várias direções X, Y. Sem o regulador de variável de oscilação 14, só é regulada a oscilação perturbadora da varável de oscilação y, ou seja, por exemplo, apenas uma oscilação pendular e/ou uma oscilação de rotação do elemento de recepção de carga 7 na posição atual. Com esse regulador de variável de oscilação 14 regula-se adicionalmente a variável de oscilação y, como, por exemplo, a posição de carga xL(yL) para um valor alvo predefinido (que está contido em yset). A variável de ajuste up calculada pelo regulador de variável de oscilação 14 pode ser somada às outras variáveis de ajuste uv, ur, para se obter a variável de ajuste u para o pelo menos um atuador 15. O controle prévio 12 e o regulador de variável de oscilação 14 podem ser combinados à vontade com o regulador de oscilações 11. Também é irrelevante se os reguladores individuais são implementados todos ou em parte como hardware autônomo com software correspondente ou se os reguladores todos ou em parte são implementados como software sobre um hardware em comum. Os reguladores individuais serão explicados detalhadamente a seguir.

[0030] É evidente que o atuador 15 também pode ser constituído por vários atuadores diferentes, dependendo da forma de execução do sistema técnico 1 e/ou dependendo de qual regulador será implementado, respectivamente será utilizado.

[0031] O valor alvo yset para uma variável de oscilação, como, por exemplo, a posição de carga xl ou o ângulo de torção β, pode ser pre-definido a cada etapa temporal da regulagem, usualmente na faixa de 1-100 milissegundos. No entanto, também pode ser definida uma trajetória para a variável de oscilação como valores alvo yset. Nesse caso, a trajetória contém não apenas uma evolução temporal da variável de oscilação, como, por exemplo, uma evolução temporal de predefini-ções de posição ou de ângulo, senão que também uma evolução temporal da variável de variáveis dinâmicas (cinemática), ou seja, de derivadas temporais da evolução temporal da variável de oscilação. A trajetória pode ser utilizada, por exemplo, em um dispositivo elevatório para mover o elemento de recepção de carga 7 de uma posição inicial, ao longo de um determinado curso e cm uma determinada cinemática, para um posição final. Uma trajetória é utilizada especialmente em dispositivos elevatórios para mover o elemento de recepção de carga 7 o mais rapidamente possível e do modo mais seguro possível da posição inicial para a posição final.

[0032] Para o desenvolvimento de um regulador de oscilações 11 é requerido inicialmente um modelo do trecho a ser regulado, ou seja, um modelo da oscilação da variável de oscilação y a ser regulada. O movimento do elemento de recepção de carga 7 de um dispositivo ele-vvatório com sistema técnico 1 pode ser modelado, por exemplo, em geral, em uma representação espacial de situação com uma equação sistêmica na forma

[0033] Esse modelo resulta da modelagem matemática da oscilação do elemento de recepção de carga 7 como parte oscilatória do sistema técnico 1. Nesse caso, y está para a variável de oscilação y a ser regulada em um grau de liberdade de movimentação, ou seja, por exemplo, a posição de carga xL(yL) ou o ângulo de torção β. u é a variável de ajuste, como, por exemplo, uma velocidade de elemento de sustentação vt do elemento de sustentação 5 ou uma velocidade de regulagem vs de um elemento de retenção 6. ib é um reforço de trecho conhecido, ξ0 é um amortecimento de sistema eω0 é a frequência própria. Portanto, esses parâmetros são parâmetros de sistema do sistema técnico oscilatório 1 e resultam da realização concreta do sistema técnico 1 e podem ser pressupostos como já conhecidos. Esses parâmetros de sistema já são dados ou conhecidos ou também podem ser determinados por meio de métodos conhecidos de identificação de sistema, como, por exemplo, por meio de um processo de estimativa de parâmetros. Nesse caso, o sistema técnico 1 é excitado e a reação é avaliada para se estimar os parâmetros de sistema. Isso se aplica basicamente a todo sistema técnico oscilatório 1. Em um elemento de recepção de carga 7 de um dispositivo elevatório, a frequência própria ω0 é dependente do comprimento de cabo Ih e pode ser armazenada em função do comprimento de cabo Ih (por exemplo como curva característica ou como campo característico) ou pode ser calculada. Para uma oscilação pendular resulta a frequência própria

com a aceleração da Terra g. Para uma oscilação de rotação, a frequência própria ω0 pode ser identificada e armazenada para diferentes comprimentos de cabo Ih.

[0034] Evidentemente, para um outro sistema técnico oscilatório 1 também pode resultar uma outra equação de sistema para o movimento da parte oscilatórioa, ou seja, para a variável de oscilação y. Igual-mente também não é necessário modelar o sistema técnico 1 na representação espacial de situação. Por isso, a equação de sistema acima é apenas um exemplo e serve para a explicação da invenção.

[0035] Para a equação de sistema que serve de base deve-se, então, desenvolver um regulador de oscilação 11 com uma regra de re-gulagem desejada, o que pode ser efetuado com métodos técnicos de regulagem já há muito conhecidos, como, por exemplo, uma função de Ackermann, alocação de pólos, processo de curvas características de frequência, etc.

[0036] De acordo com a invenção, com base na equação de sistema desenvolve-se um regulador de oscilações 11 com uma regra de regulagem, que calcula uma variável de ajuste u, para regular a oscilação, ou seja, para amortecê-la. De preferência, desenvolve-se um regulador de oscilações 11 que introduz um amortecimento desejado ξset, para amortecer o sistema técnico oscilatório 1 que esteja pouco amortecido ou não esteja amortecido. Com isso, resulta no geral uma regra de regulagem para o regulador de oscilações 11 na forma de u = f(ξset) por exemplo para a equação de sistema acima

Nesse caso, yset está para o valor alvo da variável de oscilação y a ser regulada, que é definida em yset, por exemplo. Para outras equações de sistema também resultam, naturalmente, outras regras de regulagem.

[0037] Conforme explicado no início, a variável de ajuste u (ur) calculada com o regulador de oscilações 11 e/ou uma derivada temporal da variável de ajuste u encontra-se frequentemente restringida por motivos físicos de acordo com a implementação do atuador 15, ou seja, por exemplo, Umin ≤ u ≤ Umax e umin ≤ u ≤ umax . Essa restrição pode levar a um comportamento indesejável de regulagem e a uma instabilidade. Para contornar esse problema, de acordo com a invenção, a variável de ajuste u calculada pelo regulador de oscilações 11 não é restringida ulteriormente como até hoje, senão que a restrição

de pelo menos uma derivada temporal

da variávelmax de ajuste u é levada em conta diretamente na regra de regulagem do regulador de oscilações 11 no cálculo da variável de ajuste u, ou seja, por exemplo

ou, no caso de um regulador que in-dt” min dt” max troduza um amortecimento

como por dt” min dt” max exemplo a restrição da primeira derivada temporal umin, umax da variá- vel de ajuste u. Consequentemente, a variável de ajuste u calculada pelo regulador de oscilações 11 é diretamente dependente de pelo menos uma restrição de uma derivada temporal da variável de ajuste u. Usualmente, a variável de ajuste u também uma função do erro de regulagem e, o qual também resulta do valor alvo yset e do valor real yact, ou de derivadas temporais deles (geralmente, a diferença entre eles).

[0038] Sobre isso cabe observar que a restrição não tem que ser obrigatoriamente uma faixa com um limite superior e um limite inferior, senão que também é concebível apenas um limite superior ou um limite inferior, fazendo com que se deva considerar apenas uma restrição máxima ou mínima e seja suprimida a correspondente restrição não existente no cálculo de u.

[0039] Devido à consideração direta da restrição

de uma derivada temporal

da variável de ajuste u no cálculo da variá-vel de ajuste u, são suprimidos os efeitos negativos ligados a isso no caso de uma restrição ulterior. A variável de ajuste u assim calculada preenche já a restrição e por isso a variável de ajuste calculada u não precisa mais ser restringida ulteriormente. De preferência, também a restrição da própria variável de ajuste u, ou seja Umin e/ou Umax, pode ser levada em consideração adicionalmente no cálculo da variável de ajuste u, ou seja, por exemplo

ou, no caso de uma regra de regulagem com amortecimento ξset, também u =

A consideração de uma restrição

da pelo menos uma derivada temporal da variável de ajuste u também pode ser efetuada de outro modo na regra de regulagem. Em uma configuração possível, a regra de regulagem do regulador de oscilações 11 contém pelo menos um parâmetro de regulador RP, o qual é dependente da restrição

da pelo me-nos uma derivada temporal da variável de ajuste u, e eventualmente também de outras restrições Umin e/ou Umax da variável de ajuste u, ou seja, por exemplo

O parâmetro de regula-dt” min dt” max dor RP do regulador de oscilações 11 pode ainda ser dependente adicionalmente de uma situação de sistema que caracterize a oscilação da variável de oscilação (xL, yL, β, por exemplo) a ser regulada do sistema técnico 1, como, por exemplo, uma amplitude de oscilação A e/ou pelo menos de uma derivada temporal

da amplitude de dtn oscilação A.

[0040] Em uma configuração preferida, a restrição

da pelo menos uma derivada temporal da variável de ajuste u e, eventualmente, também a restrição Umin e/ou Umax da própria variável de ajuste u são utilizadas em uma regra de regulagem com amortecimento ξset (como parâmetro de regulador RP do regulador de oscilações 11), para adaptar o amortecimento ξset na regra de regulagem. Com isso, o amortecimento ξset e, consequentemente, também a variável de ajuste u calculada com isso, são dependentes elas próprias das restrições da variável de ajuste u, ou seja,

sendo que nesse caso, mais uma vez, leva-se em considera-ção pelo menos a restrição

de pelo menos uma derivada temporal

da variável de ajuste u. A regra de regulagem do regulador de oscilações 11 resulta, então, para

sendo que Umin, Umax são novamente opcionais. Con-sequentemente, a variável de ajuste u é novamente dependente de pelo menos uma restrição

de pelo menos uma derivada temporal

da variável de ajuste u. A regra de regulagem aci-ma poderia ser utilizada, nesse caso, por exemplo, como

com uma restrição da primeira derivada da variável de ajuste u e com o erro de regra e na forma de

[0041] O amortecimento ξset ou em geral o parâmetro de regulador RP é adaptado, de preferência, em função da amplitude de oscilação A e/ou de uma amplitude An, n>1 de pelo menos uma derivada temporal da variável de oscilação a ser regulada y (xl, yL, β) do sistema téc-nico 1, ou seja,

sendo que, mais uma vez, nem todos os termos precisam estar contidos, embora estejam contidos pelo menos um termo com a amplitude de oscilação A ou com a amplitude An de uma derivada temporal da variável de oscilação y e pelo menos uma restrição de uma derivada temporal da variável de ajuste u. Se a atual amplitude de oscilação A for pequena, então será possível amortecer mais intensamente do que no caso de amplitudes de oscilação A maiores, e isso faz com que o amortecimento ξset ou em geral o parâmetro de regulador RP possa ser adequado de modo adaptativo ao respectivo estado de oscilação.

[0042] A atual amplitude de oscilação A pode ser medida por sensores de medição apropriados, como, por exemplo, por meio de um sistema de câmera para a detecção e avaliação da oscilação ou pode ser estimada por um observador de amplitude de oscilação 17. O observador de amplitude de oscilação 17 pode estar integrado à unidade de regulagem de oscilações 16 (como na figura 5), por exemplo como software sobre um hardware em comum ou pode ser projetado como software e hardware separados.

[0043] Um observador de amplitude de oscilação 17 poderia ser implementado de diferentes modos, como por exemplo como filtro de Kalman. Em uma configuração vantajosa é utilizado um observador de amplitude de oscilação 17, que, a partir das derivadas temporais dos valores reais yact e dos valores alvo yset, estima a amplitude máxima de oscilação A e/ou (conforme a necessidade) a amplitude das derivadas temporais das variáveis de oscilação y. Para isso junta-se uma oscilação senoidal para o erro de regulagem da primeira e da segunda derivada temporal da variável de oscilação y a ser regulada, na formas de

A partir disso é possível calcular com facilidade a amplitude de oscilação A e as ampli-tudes An das derivadas temporais da variável de oscilação y e resultam para A3 = Α2ω0 = A1ω02 = Αω03.

[0044] A vantagem desse enfoque é obtida juntamente com a regra de regulagem vantajosa acima do regulador de oscilações 11 para a introdução ativa de um amortecimento ξset, no qual também ocorre o erro de regulagem

Esse enfoque possibilita levar em consideração facilmente a amplitude máxima de oscilação A no amortecimento ξset) por exemplo como se segue:

[0045]

[0045] Nesse caso, o amortecimento ξset0 é um parâmetro de ajuste predefini-do ou predefinível do regulador de oscilações 11. Se outras derivadas temporais

da variável de ajuste u estiverem restringidas, então, naturalmente, devem ser considerados outros termos e/ou termos adicionais e/ou menos termos, por exemplo apenas para u ou apenas para ü ou adicionalmente para ü . Com isso, as restrições fluem pelo amortecimento ξset diretamente para o cálculo da variável de ajuste u na regra de regulagem do regulador de oscilações 11 e não precisam mais ser utilizadas ulteriormente.

[0046] Esse enfoque também pode ser usado para uma correção de tempo morto. O tempo morto Tt do sistema técnico oscilatório é o tempo que transcorre entre a modificação da variável de ajuste u e a correspondente modificação do valor real yact e pode ser pressuposta como já dado. O tempo morto Tt pode ser medido, por exemplo, ou também ser determinado por métodos de identificação. Para a correção de tempo morto, o erro de regulagem situado no futuro em torno do tempo morto Tt é calculado e utilizado para o cálculo da variável de ajuste u. Para o erro de regulagem

foi escolhido o enfoque de

A partir daí é possível calcular o atual ân-gulo de fase φ de

O erro de regulagem futuro

é obtido, então, a partir de et = A2 cos(φact + Δφ) , sendo Δφ = Tt·ω0. Para a regra de regulagem descrita acima resulta a variável de ajuste u, então, por exemplo, para

ou em geral para

ou

ou

ou u =

sendo que, mais uma vez, nem to-das as partes

precisam estar aí contidas, se-não que apenas pelo menos uma derivada temporal de uma restrição

[0047] No exemplo de execução da figura 5, a partir dos valores reais yact e/ou das derivadas temporais do valor real yact, e dos valores alvo yset e/ou das derivadas temporais do valor alvo yset do sistema técnico 1, por exemplo

o observador de amplitude de oscilação 17 calcula a amplitude máxima de oscilação A e as amplitudes requeridas An, como por exemplo A1, A2, da oscilação dos desvios temporais da variável de oscilação y. Estas são utilizadas no regulador de oscilações 11 para adaptar o amortecimento ξset na regra de regulagem, como, por exemplo, em cada etapa temporal da regulagem ou em cada x-ésima etapa temporal da regulagem, para daí calcular a variável de ajuste u (ur). O amortecimento atual ξset também pode ser emitido para poder ser utilizado em outros componentes do regulador de operação 10.

[0048] O regulador de variável de oscilação 14 pode ser projetado com uma regra de regulagem qualquer, por exemplo como regulador PD, regulador PI ou regulador PID ou como regulador de situação e deve regular, de modo conhecido, o erro entre uma predefinição de um valor alvo yset (por exemplo xLset, yLset, βset) da variável de oscilação y a ser regulada e o valor real yact da variável de oscilação y a ser regulada. O projeto de um regulador desse tipo já é conhecido há muito tempo.

[0049] Em uma configuração vantajosa, no regulador de variável de oscilação 14 não é feita a regulagem, como usual, do erro de regulagem entre o valor alvo yset e o valor real yact, senão que do desvio entre um valor final estimado yend da variável de oscilação, por exemplo de uma posição final estimada xLend, yLend, ou um ângulo de torção final βend, que se estabelece depois da regulagem da oscilação da variável de oscilação, e o valor alvo yset. Com isso se obtém um desaco-plamento vantajoso do regulador de oscilações 11, que se apoia nos valores reais yact, em relação ao regulador de variável de oscilação 14, e isso faz com que o comportamento de regulagem do regulador de oscilações 11 não seja influenciado através da regulagem de variável de oscilação.

[0050] Depois que o valor final estimado yend não possa ser medido diretamente, ele será estimado, de preferência, em um observador de valor final 20 a partir de outras variáveis de medição aí existentes do sistema técnico 1, tal como será explicado com base na figura 6. O observador de valor final 10 também poderia ser implementado pelos mais diferentes modos. Uma concretização simples pode ser projeta-da, por exemplo, como filtro de bloqueio de banda, por exemplo como filtro de corte. De preferência, no entanto, concretiza-se um observador de estado, que monitora o valor final yend da variável de oscilação como sendo o componente constante das variáveis de oscilação y a serem reguladas, por exemplo xl, yL, β. Para o observador de valor final 20 é utilizada então, de novo, uma equação de sistema para a oscilação da variável de oscilação, como por exemplo da forma

[0051] Nesse caso, y se refere ao componente variável da variável de oscilação y a ser regulada. Além disso, acha-se contido o amortecimento ξset que, de preferência, será adequado de modo adaptativo no regulador de oscilações 11, conforme já descrito. A última parte com a derivada temporal do valor alvo yset é opcional. Durante a aplicação, o valor alvo yset ou, concretamente, a derivada temporal do valor alvo é levado em consideração de modo sistemático, o que equivale a um controle prévio vantajoso. Para essa equação de sistema é possível desenvolver um filtro de Kalman extendido por meio de métodos já conhecidos há muito tempo, a fim de se calcular o valor final yend.

[0052] No entanto, o observador de valor final 20 também poderia ser projetado com um enfoque similar ao do observador de amplitude de oscilação 17, ou seja, por exemplo, y = yend + Ay sin(ω0t) com a amplitude A y do componente variável y.

[0053] Uma vez que os parâmetros de sistema, especialmente a frequência própria ω0, não precisam ser constantes, senão que podem ser dependentes de outras variáveis, como especialmente a frequência própria ω0 que é dependente do comprimento de cabo Ih em um dispositivo elevatório, então também é possível desenvolver vantajosamente um regulador de variável de oscilação adaptativo 14. Em um regulador PID, como parâmetros de regulador do regulador de variável de oscilação 14 estão contidos, por exemplo, o reforço kp (da parte proporcional), o tempo de reajuste Tn (da parte integral) e o tempo derivativo Tv (da parte diferencial), os quais têm que ser ajustados ao respectivo sistema técnico 1 a ser regulado, para se garantir estabilidade e o comportamento desejado de regulagem. Usualmente, esses parâmetros de regulador são dependentes dos parâmetros de sistema, como por exemplo do reforço de sistema ib, do amortecimento de sistema ξ0 e/ou da frequência própria ω0. Para um regulador de variável de oscilação 14, os parâmetros de regulador kp, Tn, Tv para um sistema de referência com parâmetros de sistema predefinidos, por exemplo com iBref = 1 e ω0ref = 1, podem ser ajustados para um comportamento desejado de regulagem (por exemplo tempo de elevação, oscilação excedente etc.), o que leva a parâmetros de regulador de referência kp0, Tn0, Tv0. Por exemplo, por meio de um processo de curva característica de frequência é possível determinar os parâmetros de regulador kp0, Tn0, Tv0 a partir de um tempo de elevação desejado e uma oscilação excedente desejada. Os parâmetros de regulador podem então ser calculados, por exemplo, na forma:

e se adaptam, assim, às respectivas condições de sistema, especialmente o comprimento de cabo Ih. Para outras regras de regulagem, por exemplo de um regulador PI, ou para outras dependências é possível se proceder de modo análogo.

[0054] Para a variável de ajuste up calculada com o regulador de variável de oscilação 14 é possível, mais uma vez, levar em consideração restrições da variável de ajuste u. Se a regulagem de variável de oscilação for combinada com um controle prévio 12, serão obtidas apenas variáveis de ajuste up muito pequenas. Consequentemente, não serão obtidas eventuais restrições, razão essa porque nesse caso não constitui um problema se as restrições forem utilizadas para as variáveis de ajuste calculadas up ou não forem levadas em consideração.

[0055] Para diferentes reguladores e componentes do regulador de operação 10 é necessário um valor real yact da variável de oscilação y a ser regulada, bem como derivadas temporais disso, especialmente

(ou seja, a velocidade)

(ou seja, a aceleração), e eventual-mente também derivadas mais elevadas. A variável de oscilação y a ser regulada é, por exemplo, novamente a posição de carga xL(yL) ou um ângulo de rotação β ou a posição de um veículo de um motor linear de estator longitudinal ou uma tensão elétrica ou uma pressão hidráulica. Os valores reais yact necessários podem ser medidos no sistema técnico 1 por meio de sensores de medição apropriados ou podem ser estimados em um observador de estado 18 a partir de outras variáveis de medição. Observadores de situação 18 já são conhecidos há bastante tempo em diferentes configurações, como por exemplo como filtro de Kalman, filtro de Kalman estendido ou observador de Luenberger. Para o observador de estado 18 pode-se novamente atribuir uma equação de sistema para a variável pendular na direção X com a posição de carga xl, como por exemplo

Para os demais graus de liberdade de movimentação do dispositivo elevatório ou de outros sistemas técnicos 1 são obtidas equações de sistema similares. Para essa equação de sistema, o observador de estado 18 pode ser então projetado com métodos conhecidos, como por exemplo um filtro de Kalman. A partir das variáveis de medição presentes, por exemplo a posição de carga xl e a posição χτ da parte movida (ou a partir de outras variáveis de medição), do sistema técnico oscilatório 1, um observador de estado 18 desse tipo calcula então a primeira e a segunda derivada temporal (eventualmente tambpem derivadas mais elevadas) da variável de oscilação

por exemplo da posição de carga

Para os demais graus de liberdade de movimentação ou outras variáveis de oscilação y pode-se proceder de modo análogo.

[0056] Naturalmente, o regulador de oscilações 11 também pode regular oscilações de muitas variáveis de oscilação y de um sistema técnico 1, como por exemplo uma oscilação pendular na direção X e uma oscilação de rotação em torno do eixo vertical de um dispositivo elevatório. Para isso, para pelo menos uma, de preferência para todas, variável de oscilação y a ser regulada, projeta-se o regulador de oscilações 11 conforme descrito acima. Evidentemente, também para cada uma ou para muitas variáveis de oscilação y a serem reguladas é possível prever uma unidade própria de regulador de oscilações 16 como reguladores de oscilações 11.

Claims

Processo para a regulagem de oscilações de pelo menos uma variável de oscilação (y) a ser regulada de um sistema técnico oscilatório (1), com um regulador de oscilações (11), com uma regra de regulagem que, a partir de um valor alvo (yset) e de um valor real (yact) e/ou de uma derivada temporal de um valor alvo (yset) e de um valor real (yact), da variável de oscilação (y) a ser regulada, calcula uma variável de ajuste (u) para um atuador (15) do sistema técnico oscilatório (1), caracterizado pelo fato de que na regra de regulagem, para o cálculo da variável de ajuste (u) é levada em consideração uma restrição
de pelo menos uma derivada temporal da va-riável de ajuste (u).
Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a regra de regulagem contém um parâmetro de regu-lador RP, o qual é dependente da restrição
da pelo menos uma derivada temporal da variável de ajuste (u).
Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que como parâmetro de regulador RP, a regra de regulagem contém um amortecimento (ξset) a ser introduzido no sistema técnico oscilatório (1).
Processo de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de regulador RP é dependente de um estado do sistema.
Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de regulador RP é dependente de uma amplitude de oscilação (A) da oscilação e/ou de uma amplitude (An) de uma derivada temporal da oscilação.
Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que é implementado um observador de amplitude de osci-lação (17), o qual, a partir de derivadas temporais dos valores alvo
dos valores reais
e/ou dos valores reais (yact) e dos valores alvo (yset) das variáveis de oscilação (y) a serem reguladas, calcula a amplitude de oscilação (A) da oscilação e/ou a amplitude (An) de uma derivada temporal da oscilação.
Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que no cálculo da variável de ajuste (u) é levado em consideração um tempo morto (Tt) do sistema técnico oscilatório (1).
Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um erro de regulagem (et) situado no tempo morto (Tt) no futuro é calculado e esse erro de regulagem futuro (et) é levado em consideração no cálculo da variável de ajuste (u).
Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que é implementado um controle prévio (12) que calcula, a partir de valores alvo (yset) e/ou a partir de pelo menos uma derivada temporal de um valor alvo
da variá-vel de oscilação (y), uma variável manipulada de controle prévio (uv), que é adicionada para determinar a variável manipulada (u) para o atuador (15) com a variável de ajuste (ur) calculada pelo controlador de oscilação (11).
Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que é implementado um regulador de variável de oscilações (14), que regula o desvio entre um valor alvo (ySet) da variável de oscilação (y) a ser regulada e um valor final (yend) da variável de oscilação (y), como sendo o valor da variável de oscilação (y) alcançado depois da regulagem da oscilação.
Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o valor final (yend) é calculado em um observador de valor final (20), o qual calcula um componente constante da oscilação da variável de oscilação (y) a ser regulada como valor final (yend).
Regulador de oscilações para a regulagem de oscilações de pelo menos uma variável de oscilação (y) a ser regulada de um sistema técnico oscilatório (1), sendo que no regulador de oscilações (11) é implementada uma regra de regulagem que, a partir de um valor alvo (yset) e de um valor real (yact) e/ou de uma derivada temporal de um valor alvo (yset) e de um valor real (yact) da variável de oscilação (y) a ser regulada, calcula uma variável de ajuste (u) para um atuador (15) do sistema técnico oscilatório (1), caracterizado pelo fato de que a regra de regulagem para o cálculo da variável de ajuste (u) leva em consideração uma restrição
de pelo menos uma deri-vada temporal da variável de ajuste (u) e o regulador de oscilações (11) encaminha a variável de ajuste calculada (u) ao atuador (15) para o ajuste.
Regulador de oscilações de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a regra de regulagem contém um parâmetro de regulador RP, o qual é dependente da restrição

da pelo menos uma derivada temporal da variável de ajuste (u).
Regulador de oscilações de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de regulador RP é dependente de uma amplitude de oscilação (A) da oscilação e/ou de uma amplitude (An) de uma derivada temporal da oscilação.
Regulador de oscilações de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que é previsto um observador de amplitude de oscilação (17), o qual, a partir de derivadas temporais
dos valores reais (yact) e de derivadas temporais
dos valo-res alvo (yset) e/ou a partir de valores reais (yact) e valores alvo (yset) da variável de oscilação a ser regulada (y), calcula a amplitude de oscilação (A) da oscilação e/ou a amplitude (An) de uma derivada temporal da oscilação.
Regulador de oscilações de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado pelo fato de que é previsto um controle prévio (12), o qual, a partir de valores alvo (yset) e/ou a partir de pelo menos uma derivada temporal de um valor alvo
da variável de oscilação (y), calcula uma variável de ajuste de controle prévio (uv) que, para a determinação da variável de ajuste (u) para o atuador (15), é adicionada à variável de ajuste (ur) calculada pelo regulador de oscilações (11), e/ou é previsto um regulador de variáveis de oscilações (14) que regula o desvio entre um valor alvo (yset) da variável de oscilação a ser regulada (y) e um valor final (yend) da variável de oscilação (y), como sendo o valor da variável de oscilação (y) obtido depois da regulagem da oscilação.
Regulador de oscilações de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que é previsto um observador de valor final (20), o qual calcula um componente constante da oscilação da variável de oscilação a ser regulada (y) como sendo um valor final (yend).