CN102245490B - 用于控制悬挂于起重机的货物的运动的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制装置(20)，用于控制从悬挂点(10)被线缆(14)悬挂的货物(15)的运动，所述悬挂点能够绕垂直轴线(Z)旋转、并且能够沿平移轴线(X)平移运动，旋转运动使货物(15)相对于平移轴线(X)生成第一或摇摆角度(Θx)。所述装置计算所述第一或摇摆角度(Θx)和第一或摇摆角度(Θx)的速度(Θ′x)，使用的唯一输入变量是线缆(14)的长度、旋转轴线(Z)与悬挂点(10)之间的距离(R)、和悬挂点(10)的旋转速度(Vy)，而作为内变量使用的是第一或摇摆角度(Θx)的加速度(Θ″x)。

Description

用于控制悬挂于起重机的货物的运动的装置

技术领域

本发明涉及用于控制通过线缆悬挂于提升机的货物(load)的运动的装置和方法，该提升机能够以旋转运动驱动货物。

背景技术

所谈及的提升机特别涉及多种不同类型的塔式起重机或悬臂起重机。这些起重机包括附接至垂直支架的顶部的悬臂。悬臂具有悬挂点(或吊钩点)，从悬挂点通过悬挂线缆悬挂货物。这些起重机的一个具体特征是作为悬臂绕大体居中于起重机支架的垂直旋转轴线Z的旋转或回转运动的第一运动。

此外，这些起重机还进行第二运动，该第二运动是沿悬臂从悬挂点开始的直线运动，该第二运动在本文中被称为平移运动。在某些起重机中，货物的悬挂点是能够在导轨上做平移运动的台车，平移运动(台车运动)是沿悬臂的水平轴线X进行的。另一些起重机包括升降悬臂或铰接而成的悬臂(折合刀悬臂)，并且在其端部处设置货物的悬挂点。悬臂的升降或枢转(articulation)于是生成悬挂点的平移运动。

另外，起重机总是包括用于提升与悬挂线缆相关联的货物的装置，悬挂线缆的长度是可变的，以允许货物在被称为提升运动的第三运动中发生垂直位移。

提升机对货物的处理导致该货物的摇摆运动，这显然是希望消减的，以便在尽可能短的时间内完全安全且平滑地转移货物。在起重机的情况下，第一摇摆运动由绕垂直旋转轴线Z的旋转运动生成。第二摇摆运动也由沿平移轴线X的平移运动的加速/减速而生成。

与因直线运动而形成的摇摆运动相比，因旋转运动而形成的摇摆运动的特别之处是该运动具有在旋转运动期间由货物的离心力生成的分力，该离心力趋于将货物甩出旋转区域。因此，不能通过仅仅作用于控制该旋转运动来消除第一摇摆运动。此外，第一摇摆运动的一个特征是，即使旋转运动的加速或减速度为零，但是只要旋转速度不为零它就保持存在。

若干解决方案已经存在，以用于自动减小被悬货物沿水平轴线的平移运动所生成的摇摆角度，特别是在文献FR2698344、FR2775678、US5443566中。然而，这些文献中没有一个涉及能够自动控制由货物绕垂直旋转轴线的旋转运动所生成的摇摆角度的抗摇摆装置。

发明内容

因此，本发明的目的是通过简单、快速且易于实施的装置和方法来控制悬挂于起重机的货物的摆动。它使实施对货物摇摆的控制所必需的测量或信息取样最小化。

为此目的，本发明描述了一种控制装置，用于控制从提升机的悬挂点被悬挂线缆悬挂的货物的运动，所述悬挂点能够进行绕垂直旋转轴线的旋转运动和沿平移轴线的平移运动，所述旋转运动生成货物沿平移轴线的第一摇摆角度。所述控制装置包括计算器件，用于计算第一摇摆角度和第一摇摆角度的速度，作为唯一输入变量使用的是代表悬挂线缆的长度的信息、代表旋转轴线与悬挂点之间的距离的信息、和代表悬挂点的旋转速度的信息，而作为内变量使用的是第一摇摆角度的加速度。所述计算器件通过使用第一摇摆角度的加速度的迭代过程，来确定第一摇摆角度和第一摇摆角度的速度。

根据一个特征，所述计算器件还通过考虑由悬挂点沿平移轴线所做的平移运动来确定货物的第一摇摆角度。

根据另一特征，代表悬挂点的旋转速度的信息利用向控制悬挂点的旋转运动的变速驱动器供给的基准速度得到确定。作为一个替代，代表悬挂点的旋转速度的信息通过控制悬挂点的旋转运动的变速驱动器所生成的速度估值得到确定。

根据另一特征，所述控制装置计算作为悬挂点的旋转速度的函数的第一摇摆角度的偏移值，并供给考虑到所述偏移值的用于悬挂点的平移运动的速度的第一修正信号。第一修正信号与第一摇摆角度与偏移值之间的差值成比例，并且与第一摇摆角度的速度成比例。

根据另一特征，第一修正信号加入速度设定值以便供给用于悬挂点的平移运动的速度基准，所述第一修正信号是通过向第一摇摆角度(Θx)与偏移值之间的差值以及向第一摇摆角度的速度施加修正系数而算出的。修正系数可作为悬挂线缆的长度的函数而发生变化。

根据另一特征，所述计算器件计算货物沿垂直于平移轴线的正切轴线的第二摇摆角度和第二摇摆角度的速度，方法是通过迭代过程，并且作为唯一输入变量使用的是代表长度的信息、代表距离的信息和代表旋转速度的信息，而作为内变量使用的是第二摇摆角度的加速度。

本发明还涉及一种自动控制系统，其设计成控制从提升机的悬挂点被悬挂线缆悬挂的货物的运动，并包括上述控制装置。相似地，本发明还涉及一种控制方法，用于控制被悬货物的运动，并在上述这种控制装置内实施。

附图说明

其它特征和优点将参考下面以示例方式给出并通过附图表示出来的一个实施例在下面的详细描述中变得清楚明了，附图中：

图1示出了包括有绕垂直轴线的旋转运动的、起重机类型的提升机的一个示例；

图2示出了在这种提升机中悬挂于悬挂点的货物的摇摆角度的示意图；

图3示出了根据本发明的用于控制货物的运动的装置的简图。

具体实施方式

根据本发明的用于控制所悬货物的运动的装置能够实施为包括货物的旋转运动的提升机，例如起重机等。图1中的示例示出了包括垂直支架和大致水平的悬臂6的起重机5。悬臂6包括悬挂点10，其可以是例如图1中的示例中那样的可动台车。悬臂6能够绕贯穿起重机5的垂直支架的垂直旋转轴线Z进行旋转运动。悬挂点10沿悬臂6是可动的，以便沿平移轴线X进行平移运动。平移轴线X因此与旋转轴线Z相交在点O(见图2)，并通过悬挂点10。在所示示例中，平移轴线X是水平的，但是一些起重机包括相对于水平面角度不为零的悬臂6。

此外，起重机5能够进行垂直提升运动，以升降被一条或多条悬挂线缆14悬挂的货物15，所述一条或多条悬挂线缆14经过悬挂点10、并且其端部关联有用于悬挂待运动货物15的机构。

参考图2，悬挂点10定位在与旋转轴线Z(在图2中表示为点O)距离为R的位置，当悬挂点10沿平移轴线X运动时，该距离R发生变化。在提升运动的作用下，货物15必然呈现出作为悬挂线缆14的长度L的函数的悬挂高度。以下，货物的该悬挂高度将被视为相当于线缆L的长度，对此可增加一个偏移量，代表线缆14的下端与货物15(以例如其重心做代表)之间的距离。

旋转运动期间，货物15因此沿以垂直轴线Z为中心且半径为R的虚拟垂直圆柱体运动，忽略摇摆。在任一给定时刻，悬挂点10的旋转运动因此沿一可动水平正切轴线Y发生，该正切轴线Y总是垂直于平移轴线X、并正切于所述垂直圆柱体。

当悬挂点10进行旋转运动时，货物15描绘出一钟摆型运动，称为摇摆，由具有两个正交分量的摇摆角度限定出。第一分量形成表示为Θx的第一摇摆角度，并对应于摇摆向平移轴线X上的投影。第二分量形成表示为Θy的第二摇摆角度，并对应于摇摆向正切轴线Y上的投影。此外，当悬挂点10进行平移运动时，货物15也描绘出一钟摆型运动，但其摇摆角度只是沿着平移轴线X，加入以上限定出的第一摇摆角度Θx。

沿轴线X的平移运动是通过平移马达Mx进行的，平移马达Mx受控于一接收速度基准Vx_基准的变速驱动器Dx(见图3)。相似地，绕垂直轴线Z的旋转运动是通过旋转马达My进行的，旋转马达My受控于一接收角速度基准Vy_基准的变速驱动器Dy。沿轴线Z的提升运动是通过提升马达(图中未示出)进行的，提升马达使悬挂线缆缠绕和松开。该提升马达可安置在悬挂点10上。

平移运动和旋转运动分别受控于起重机5的驱动器，该驱动器分别通过例如如图3所示的操纵杆型的一个或多个开关杆来供给平移速度设定值信号Vcx和旋转速度设定值信号Vcy。然而，在提升机受自动控制的某些应用中，还可构思到的是速度设定值Vcx、Vcy直接来于自动控制单元。

此外，与直线运动相比，旋转运动生成一种摇摆，其角度呈现出分别在两个垂直轴线X和Y上不为零的分量Θx和Θy。沿轴线Y的第二分量Θy由悬挂点的加速/减速生成，并且能够通过作用于控制旋转运动而得到克服。另一方面，沿轴线X的第一分量Θx由离心力生成，该离心力引起货物15的不是在共切平面YZ中取向而是沿垂直平面XZ取向的运动。因此，该第一分量Θx不能通过作用于控制旋转运动而得到克服，但是还涉及作用于控制沿轴线X的平移运动。

另外，即使旋转运动以恒定速度发生(即没有加速/减速)，离心力也引起货物15沿轴线X的运动。

因此，本发明的目的是协助控制能够进行悬挂点10的平移运动和旋转运动的提升机5，这两个运动当然能够同时进行。相似地，平移和旋转运动能够与货物15沿轴线Z的提升运动同时进行。

由旋转所生成的摇摆的性质以及多种不同运动之间的相互关系使对摇摆的控制和对所悬货物15的运动的控制复杂化。

本发明能实现在货物15的运动期间沿轴线X和沿轴线Y以简单和自动的方式、并且以对机器的驱动者透明的方式消减摇摆。有利地，本发明不需要任何学习过程，也不需要可能变得成本高且难以实施的、对马达电流或马达扭矩的摇摆角度Θx和/或Θy的任何测量。

参考图3，控制装置20的目标是在货物15发生旋转和/或平移运动时消减货物15的摆动动作，其中所述旋转和/或平移运动当然能够与货物15的提升运动同时进行。

控制装置20包括用于确定代表悬挂线缆的长度L的信息的器件(means)。这些确定器件包括例如与提升马达的轴或线缆的缠绕鼓相关联的传感器或编码器。也可以想到用于确定长度L的另一些器件：例如，沿线缆的整个行程分布的若干限制开关传感器，长度L于是通过根据这些限制开关传感器的触发而变化的预定水平值得到确定。然而，该解决方案当然是较不精确的。

控制装置20包括用于确定代表悬挂点10与旋转轴Z之间的距离R的信息的器件。多种不同的确定器件是可能的：

-根据第一变型，距离R通过以下传感器获得：可以是与平移马达Mx的轴或线缆的缠绕鼓相关联的旋转编码器、或者可以是例如沿着悬臂6的电位计型直线编码器等绝对编码器。

-根据第二变型，距离R通过以下方式获得：从平移运动的基准速度Vx_基准的测量开始积分(integration)，然后对该基准速度积分。基准速度Vx_{基 准}是容易获得的，因为它实际上被负责控制平移马达Mx的变速驱动器Dx使用。可额外地使用限制开关型或近程检测器型的一个或多个检测器来提供用于R的复位值。

-根据第三变型，距离R也可通过沿在悬臂6上的整个行程分布的若干检测器来获得，然后通过随这些限制开关传感器的触发而发生变化的预定水平值来确定距离R。然而，该解决方案当然是较不精确的。

控制装置20还包括用于确定代表悬挂点10的旋转速度Vy的信息的器件。多种不同的确定器件是可能的：

-根据第一变型，旋转速度Vy通过测量悬挂点10的真实旋转速度而获得。然而该解决方案需要使用速度或运动传感器。

-根据第二变型，旋转速度Vy直接通过速度基准Vy_基准而获得，速度基准Vy_基准供给至负责控制旋转马达My的变速驱动器Dy的输入。在该情况下，假定的是变速驱动器Dy能够非常快速地跟随速度基准。该解决方案非常易于实施，因为速度基准Vy_基准是容易获得的。

-根据第三变型，旋转速度Vy通过在负责控制马达My的变速驱动器Dy中生成的速度估算值获得。在一些情况下，该速度估算值实际上比速度基准Vy_基准更接近真实速度，原因是例如倾斜随动误差等现象或机械现象造成的。因此，该解决方案能够特别有利于使用圆锥马达的应用场合。变速驱动器内在的速度估值参数通常能够以变速驱动器的模拟输出获得。

控制装置20包括连接至修正器模块22的估算器模块21。估算器模块21作为输入接收的是代表线缆的长度L、距离R、旋转速度Vy的信息，并包括计算器件，所述计算器件实时计算第一摇摆角度Θx和该第一角度Θx的速度(或变型)Θ′x、以及第二摇摆角度Θy和该第二角度Θy的速度(或变型)Θ′y。估算器模块21然后将这些计算值传至修正器模块22，修正器模块22计算并作为输出而传输加入旋转运动用速度设定值Vcy的第一修正信号ΔVy、以及加入平移运动用速度设定值Vcx的第二修正信号ΔVx。

为了计算摇摆角度Θx、Θy和速度Θ′x、Θ′y，估算器模块21使用具有减振的钟摆数学模型，其满足以下两个方程式：

a)L*Θ″x＝-g*sin Θx-V′x*cos Θx+Vy²*(R+L*sin Θx)*cos Θx+(Vz-K_f)*Θ′x

b)L*Θ″y＝-g*sinΘy-V′y*R*cosΘy+Vy²*L*sinΘy*cosΘy+(Vz-K_f)*Θ′y

其中：

-Θx表示货物沿轴线X的第一摇摆角度，

-Θ′x表示摇摆角度Θx的速度，

-Θ″x表示摇摆角度Θx的加速度，

-Θy表示货物沿轴线Y的第二摇摆角度，

-Θ′y表示摇摆角度Θy的速度，

-Θ″y表示摇摆角度Θy的加速度，

-L表示线缆的长度，

-R表示线缆的悬挂点与旋转轴线Z之间的距离，

-Vz表示提升运动的速度，作为长度L的导数而算出，

-Vx表示沿轴线X的平移运动的线速度，优选作为距离R的导数算出，或者使用在负责控制旋转马达Mx的变速驱动器Dx的输入处供给的基准速度Vx_基准而测出(见图3中的虚线箭头)，

-V′x表示沿轴线X的平移运动的加速度，作为速度Vx的导数算出，

-Vy表示悬挂点10的旋转运动的角速度，

-V′y表示旋转运动的角加速度，作为速度Vy的导数算出，

-K_f表示固定摩擦系数，

-g表示因重力产生的作用力。

方程式a)表明控制装置使用角度Θx的加速度Θ″x作为内变量，并且供给至估算器模块21的唯一输入变量是线缆L的长度、距离R和角旋转速度Vy。第一摇摆角度Θx和速度Θ′x是通过一段时间内的迭代过程算出的，换言之在每个时刻t周期性地算出结果，特别是使用时刻t-1处获得的结果。该迭代过程使用加速度Θ″x，并可在任一时刻t表示为以下方式：

■Vx_t＝(R_t-R_t-1)/Δt

■V′x_t＝(Vx_t-Vx_t-1)/Δt

■Vz_t＝(L_t-L_t-1)/Δt

■Θ″x_t＝(-g*sinΘx_t-V′x_t*cosΘx_t+Vy_t ²*(R_t+L_t*sinΘx_t)*cosΘx_t+(Vz_t-K_f)*Θ′x_t)/L_t

■Θ′x_t＝Θ′x_t-1+Θ″x_t-1*Δt

■Θx_t＝Θx_t-1+Θ′x_t-1*Δt

其中，Θx_t和Θx_t-1分别表示在时刻t处和前一时刻t-1处的第一摇摆角度，Θ′x_t和Θ′x_t-1分别表示时刻t和t-1处的摇摆角度Θx的速度，Θ″x_t和Θ″x_t-1分别表示时刻t和t-1处的摇摆角度Θx的加速度，V′x_t表示时刻t处的平移运动的加速度，Vx_t和Vx_t-1分别表示时刻t和t-1处的平移运动的速度，Vz_t表示时刻t处的提升速度，R_t和R_t-1分别表示时刻t和t-1处的距离R，Vy_t表示时刻t处的旋转速度，L_t和L_t-1分别表示时刻t和t-1处的线缆长度，而Δt表示时刻t与时刻t-1之间的时间差。

迭代过程从以下假设开始，即开始时，Θx、Θ′x和Θ″x的值为零，换言之，在时刻t＝0时：Θx₀＝Θ′x₀＝Θ″x₀＝0。

相似地，方程式b)表明控制装置使用角度Θy的加速度Θ″y作为内变量，并且供给至估算器模块21的唯一输入变量是线缆L的长度、距离R和角旋转速度Vy。第二摇摆角度Θy和速度Θ′y是通过一段时间内的迭代过程算出的，换言之在每个时刻t周期性地重新计算结果，特别是使用前一时刻t-1处获得的结果。该迭代过程使用加速度Θ″y，并可在任一时刻t表示为以下方式：

■V′y_t＝(Vy_t-Vy_t-1)/Δt

■Vz_t＝(L_t-L_t-1)/Δt

■Θ″y_t＝(-g*sinΘy_t-V′y_t*R*cosΘy_t+Vy_t ²*L_t*sinΘy_t*cosΘy_t+(Vz_t-K_f)*Θ′y_t)/L_t

■Θ′y_t＝Θ′y_t-1+Θ″y_t-1*Δt

■Θy_t＝Θy_t-1+Θ′y_t-1*Δt

其中，Θy_t和Θy_t-1分别表示在时刻t处和前一时刻t-1处的第二摇摆角度，Θ′y_t和Θ′y_t-1分别表示时刻t和t-1处的摇摆角度Θy的速度，Θ″y_t和Θ″y_t-1分别表示时刻t和t-1处角度Θy的加速度，V′y_t表示时刻t的旋转运动的角加速度，Vz_t表示时刻t的提升速度，Vy_t和Vy_t-1分别表示时刻t和t-1处的角旋转速度，L_t和L_t-1分别表示时刻t和t-1处的线缆长度，而Δt表示时刻t与时刻t-1之间的时间差。

迭代过程从以下假设开始，即开始时，Θy、Θ′y和Θ″y的值为零，换言之，在时刻t＝0时：Θy₀＝Θ′y₀＝Θ″y₀＝0。

方程式a)包括一特定项“Vy²*R*cosΘx”，其在旋转速度Vy不为零时总为正。这对应于离心力的影响，其意味着一旦发生旋转运动(即使加速度V′y等于零)，就在垂直于正切轴线Y的方向X生成第一摇摆角度Θx。因此，控制的目标不是在旋转运动期间抵销该摇摆，而是只需达到平衡位置，使货物15的不为零摇摆对应于旋转期间的不为零平衡角度，然后在旋转速度Vy等于零时，在旋转运动结束时返回为零的摇摆角度Θx。旋转运动期间，该平衡角度因此对应于一偏移值，表示为Θx_平衡。当旋转运动在进行中时，想法不是抵销该偏移值Θx_平衡，而是使货物稳定，没有具有对应于偏移值Θx_平衡的倾斜度的摆动。近似处理后，偏移值Θx_平衡可由以下方程式确定(Θx_平衡表示为弧度)：

Θx_平衡＝R*Vy²/(g-L*Vy²)

该方程式清楚地表明偏移值Θx_平衡与旋转速度Vy成比例，并且在旋转速度Vy等于零时也等于零。

修正器模块22接收作为输入的来自估算器模块21的Θx、Θy、Θ′x、Θ′y的估算值，并分别对它们施加修正系数K_Θ和K′_Θ，以便根据以下方程式供给修正信号ΔVx和ΔVy：

ΔVx＝K_Θx*(Θx-Θx_平衡)+K′_Θx*Θ′x

ΔVy＝K_Θy*Θy+K′_Θy*Θ′y

其中，K_Θx和K_Θy是分别施加至用于平移和旋转运动的摇摆角度Θx和Θy的修正系数，K′_Θx和K′_Θy是分别施加至用于平移和旋转运动的摇摆角度Θ′x和Θ′y的速度的修正系数，ΔVx和ΔVy是分别施加至速度设定值Vcx和Vcy的修正信号，而Θx_平衡是旋转运动期间角度Θx的偏移值。

因此，第一修正信号ΔVx不直接取决于第一摇摆角度Θx，而是取决于第一摇摆角度Θx与偏移值Θx_平衡之间的差异。因此，当旋转运动在进行中(速度Vy_基准不为零)时，偏移值Θx_平衡不为零，因此控制装置20供给将离心力对摇摆角度Θx所生成的偏移值纳入考量的修正信号ΔVx。当旋转运动停止(速度Vy_基准等于零)时，偏移值Θx_平衡自动变成零，控制装置20于是施加与Θx和Θ′x成比例的修正信号ΔVx。

因此，施加至控制平移马达Mx的变速驱动器Dx的输入的速度基准Vx_基准等于来自起重机5的自动系统的用于平移运动Vcx的速度设定值，被控制装置20所供给的第一修正信号ΔVx增大，换言之：Vx_基准＝Vcx+ΔVx。

相似地，施加至控制旋转马达My的变速驱动器Dy的输入的速度基准Vy_基准等于来自起重机5的自动系统的用于旋转运动Vcy的速度设定值，被控制装置20所供给的第二修正信号ΔVy增大，换言之：Vy_基准＝Vcy+ΔVy。

根据第一简化实施例，修正系数K_Θ和K′_Θ的值是固定的。根据第二优选实施例，修正系数K_Θ、K′_Θ的值能够作为由装置20确定的线缆的长度L的函数而得到修正，以根据由货物15形成的钟摆的高度来使待施加的速度修正最佳化。在该情况下，修正器模块22接收作为输入的代表长度L的信息，因此能够根据长度L存储若干K_Θ、K′_Θ值。

在第一情形下，假定的是起重机5的自动系统只控制旋转运动，换言之它供给等于零的平移速度设定值Vcx。因此，旋转运动生成因离心力施加到货物15而引起的沿着平移轴线X的第一摇摆角度Θx、以及因旋转运动的加速/减速而引起的沿着正切轴线Y的第二摇摆角度Θy。如前所示，第一摇摆角度只能通过作用于平移运动而得到抵销。

然而，如果自动系统没有要求平移运动，则悬挂点的最终位置必定与其初始位置相同，换言之旋转运动结束时的最终距离R必定等于运动开始时的初始距离R，而不管在平移中施加的用于抵销因旋转产生的第一摇摆角度Θx的修正值如何。因此，控制装置20的修正器模块22存储初始距离R，并且在旋转运动结束时，施加适当的修正信号ΔVx，以将悬挂点10返回至其初始位置，使得R_结束＝R_初始。

在第二情形下，起重机5的自动系统还控制平移运动，换言之它也供给不为零的平移速度设定值Vcx。该平移运动也生成因平移运动的加速/减速引起的沿着轴线X的摇摆。第一摇摆角度Θx于是表示由平移和旋转运动生成的摇摆的集合。

有利地，控制装置不包括任何初步的建模步骤，所述步骤将要求测量其它物理参数，例如测量摇摆角度或测量马达中流动的电流，以确定或细化特定的数学模型、或者建立传感器对线缆的给定长度测得的摇摆角度与台车速度之间的转移函数。

如此描述的控制装置设计成安装在起重机5的自动系统中，其特别负责控制和监视货物15的运动。该自动系统特别包括用于平移运动的变速驱动器Dx和用于旋转运动的变速驱动器Dy。鉴于其简单性，控制装置能够直接安装在变速驱动器Dx和Dy中，例如通过变速驱动器的特定模块。自动系统还可包括可编程逻辑控制器，其特别用于供给速度设定值Vcx和Vcy。在该情况下，控制装置也可轻松地集成到可编程逻辑控制器的应用程序中。

控制装置实现根据可能与沿轴线X的平移运动相关联的绕轴线Z的旋转运动来控制货物15的运动的方法。控制方法包括计算步骤，由估算器模块21进行，允许第一摇摆角度Θx和该摇摆角度的速度Θ′x得到确定。该计算步骤只使用长度L、距离R和悬挂点10的旋转速度Vy作为输入变量、并使用加速度Θ″x作为内变量。该计算步骤直接使用具有减振的钟摆模型。

该控制方法还包括由修正器模块22进行的修正步骤。该修正步骤计算与旋转速度Vy成比例的用于角度Θx的偏移值Θx_平衡，并供给考虑到偏移值Θx_平衡的用于平移速度的第一修正信号ΔVx。通过将修正系数K_Θx施加至第一摇摆角度Θx与偏移值Θx_平衡之间的差异，以及将修正系数K′_Θx施加至速度Θ′x，而算出第一修正信号ΔVx。

Claims (22)

1.一种控制装置，用于控制从提升机(5)的悬挂点(10)被悬挂线缆(14)悬挂的货物(15)的运动，所述悬挂点(10)能够进行绕竖直旋转轴线(Z)的旋转运动和沿平移轴线(X)的平移运动，所述旋转运动生成货物(15)沿所述平移轴线(X)的第一摇摆角度(Θx)，其特征在于，所述控制装置(20)包括计算器件，所述计算器件确定第一摇摆角度(Θx)和第一摇摆角度(Θx)的速度(Θ'x)，只使用代表所述悬挂线缆(14)的长度(L)的信息、代表所述旋转轴线(Z)与所述悬挂点(10)之间的距离(R)的信息、和代表所述悬挂点(10)的旋转速度(Vy)的信息作为输入变量，而使用所述第一摇摆角度(Θx)的加速度(Θ''x)作为内变量。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述计算器件通过使用所述第一摇摆角度(Θx)的加速度(Θ''x)的迭代过程，来确定所述第一摇摆角度(Θx)和所述第一摇摆角度(Θx)的速度(Θ'x)。

3.如权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述计算器件还利用由所述悬挂点(10)沿所述平移轴线(X)所做的平移运动来确定所述货物(15)的第一摇摆角度(Θx)。

4.如权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(20)计算作为所述悬挂点(10)的旋转速度(Vy)的函数的、所述第一摇摆角度(Θx)的偏移值(Θx_平衡)，并供给利用所述偏移值(Θx_平衡)的用于所述悬挂点(10)的平移运动的速度的第一修正信号(ΔVx)。

5.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述第一修正信号(ΔVx)与所述第一摇摆角度(Θx)和所述偏移值(Θx_平衡)之间的差值成比例，并且与所述第一摇摆角度(Θx)的速度(Θ'x)成比例。

6.如权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述第一修正信号(ΔVx)加入速度设定值(Vcx)以便供给用于所述悬挂点(10)的平移运动的速度基准(Vx_基准)，所述第一修正信号(ΔVx)通过向所述第一摇摆角度(Θx)与所述偏移值(Θx_平衡)之间的差值、以及所述第一摇摆角度(Θx)的速度(Θ'x)施加修正系数(K_Θx、K'_Θx)而被算出。

7.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述修正系数(K_Θx、K'_Θx)是作为所述货物(15)的悬挂线缆(14)的长度(L)的函数的变量。

8.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述计算器件计算所述货物(15)沿着垂直于所述平移轴线(X)的正切轴线(Y)的第二摇摆角度(Θy)和所述第二摇摆角度(Θy)的速度(Θ'y)，只使用代表长度(L)的信息、代表距离(R)的信息和代表所述旋转速度(Vy)的信息作为输入变量，而使用所述第二摇摆角度(Θy)的加速度(Θ''y)作为内变量。

9.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述计算器件(21)通过使用所述第二摇摆角度(Θy)的加速度(Θ''y)的迭代过程，来确定所述第二摇摆角度(Θy)和所述第二摇摆角度(Θy)的速度(Θ'y)。

10.如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(20)供给通过向所述第二摇摆角度(Θy)和所述第二摇摆角度的速度(Θ'y)施加修正系数(K_Θy、K'_Θy)算出的旋转速度用第二修正信号(ΔVy)。

11.一种自动系统，设计成控制从提升机(5)的悬挂点(10)被悬挂线缆(14)悬挂的货物(15)的运动，其特征在于，所述自动系统包括如上述权利要求中任一项所述的控制装置。

12.一种控制方法，用于控制从提升机(5)的悬挂点(10)被悬挂线缆(14)悬挂的货物(15)的运动，所述悬挂点(10)能够进行绕竖直旋转轴线(Z)的旋转运动和沿平移轴线(X)的平移运动，所述旋转运动生成货物(15)沿所述平移轴线(X)的第一摇摆角度(Θx)，其特征在于，所述方法包括计算步骤，所述计算步骤确定第一摇摆角度(Θx)和第一摇摆角度(Θx)的速度(Θ'x)，只使用代表所述悬挂线缆(14)的长度(L)的信息、代表所述旋转轴线(Z)与所述悬挂点(10)之间的距离(R)的信息、和代表所述悬挂点(10)的旋转速度(Vy)的信息作为输入变量，而使用所述第一摇摆角度(Θx)的加速度(Θ''x)作为内变量。

13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤通过使用所述第一摇摆角度(Θx)的加速度(Θ''x)的迭代过程，来确定所述第一摇摆角度(Θx)和所述第一摇摆角度(Θx)的速度(Θ'x)。

14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤还利用由所述悬挂点(10)沿所述平移轴线(X)所做的平移运动来确定所述货物(15)的第一摇摆角度(Θx)。

15.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括修正步骤，该修正步骤计算与所述悬挂点(10)的旋转速度(Vy)成比例的、所述第一摇摆角度(Θx)的偏移值(Θx_平衡)，并供给利用所述偏移值(Θx_平衡)的用于所述悬挂点(10)的平移运动的速度的第一修正信号(ΔVx)。

16.如权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述第一修正信号(ΔVx)与所述第一摇摆角度(Θx)和所述偏移值(Θx_平衡)之间的差值成比例，并且与所述第一摇摆角度(Θx)的速度(Θ'x)成比例。

17.如权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述第一修正信号(ΔVx)加入速度设定值(Vcx)以便供给用于所述悬挂点(10)的平移运动的速度基准(Vx_基准)，所述第一修正信号(ΔVx)通过向所述第一摇摆角度(Θx)与所述偏移值(Θx_平衡)之间的差值、以及所述第一摇摆角度(Θx)的速度(Θ'x)施加修正系数(K_Θx、K'_Θx)而被算出。

18.如权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述修正系数(K_{Θ x}、K'_Θx)是作为所述货物(15)的悬挂线缆(14)的长度(L)的函数的变量。

19.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤确定所述货物(15)沿着垂直于所述平移轴线(X)的正切轴线(Y)的第二摇摆角度(Θy)和所述第二摇摆角度(Θy)的速度(Θ'y)，只使用代表长度(L)的信息、代表距离(R)的信息和代表所述旋转速度(Vy)的信息作为输入变量，而使用所述第二摇摆角度(Θy)的加速度(Θ''y)作为内变量。

20.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤通过使用所述第二摇摆角度(Θy)的加速度(Θ''y)的迭代过程，来确定所述第二摇摆角度(Θy)和所述第二摇摆角度(Θy)的速度(Θ'y)。

21.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括修正步骤，该修正步骤供给通过向所述第二摇摆角度(Θy)和所述第二摇摆角度的速度(Θ'y)施加修正系数(K_Θy、K'_Θy)算出的旋转速度用第二修正信号(ΔVy)。

22.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤使用具有减振的钟摆数学模型。

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