CN104671095B - 确定负荷摆动和/或转动角和抑制负荷摆动或旋转的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定在起重机上的通过至少一个绳索式固定件所提起的负荷的至少一个摆动角和/或转动角的方法，其中起重机具有悬臂和滑车，在滑车上通过至少一个绳索式的固定件固定负荷，并且在起重机上设置了至少一个光学检测装置以检测负荷的摆动角和/或转动角，在该方法中借助至少一个光学检测装置检测负荷的摆动角和/或转动角，其中设定，所检测的摆动角和/或转动角含有通过至少一个光学检测装置来决定的系统误差，并且求出所检测的摆动角和/或转动角所含有的系统误差的值。此外本发明还涉及一种用于抑制负荷的摆动运动和/或旋转运动的方法以及一种起重机。

Description

确定负荷摆动和/或转动角和抑制负荷摆动或旋转的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定在起重机上的通过至少一个绳索式的固定件提起的负荷的至少一个摆动角和/或转动角的方法，其中，起重机具有悬臂和能够沿着悬臂借助驱动装置线性运动的滑车，在滑车上通过至少一个绳索式的固定件固定负荷，并且在起重机上的设置了至少一个光学检测装置以检测负荷的摆动角和/或转动角，在该方法中借助至少一个光学检测装置检测负荷的摆动角和/或转动角。此外，本发明涉及一种用于抑制在起重机上的通过至少一个绳索式的固定件提起的负荷的摆动运动和/或旋转运动的方法，以及一种起重机。

背景技术

为了转运负荷、例如从船泊转移到货车或者火车上，使用起重机、特别是所谓的集装箱桥式起重机，该起重机具有基本上水平定向的悬臂以及能够沿着悬臂借助滑车驱动装置线性运动的滑车。此外，这种起重机对于负荷转移还能够包括起重机驱动装置，通常通过该装置，起重机整体能够横向于滑车的运动方向移动并且因此能够横向于悬臂移动。

对于运输过程而言，其中可能涉及集装箱或类似物的、要转运的负荷，通过一个或多个绳索式固定件固定在起重机的滑车上，其中可能涉及绳索、链、带或者类似物。绳索式固定件的长度能够通过与滑车相对应的抬升机构来改变。负荷能够直接固定在绳索式固定件上。替代地，固定件能够与负荷提起件、例如所谓的吊具相连，该负荷承受件又提起负荷。为此，吊具有利地包括夹紧装置，利用该夹紧装置能够夹紧不同尺寸的负荷。

在此，通过绳索式固定件和可能的吊具悬挂在滑车上的负荷能够通过使用抬升机构来提升，通过滑车的沿着悬臂的运动以及悬臂的或者整个起重机的运动、特别是横向于滑车的运动方向的运动，该负荷能够从船上运输到陆地上或者反向进行并且随后被放置。

在这种运输过程中，存在以下问题，即通过滑车的运动和可能的起重机的运动以及通过外界影响、例如风引发了由绳索引导的负荷的不同摆动类型的运动。在此，能够引发负荷的横向摆动运动、即引发线摆类的运动，以及引发围绕其轴线中的一个的旋转振荡，其中负荷按照转摆类型来运动。其中后面提到的旋转的振荡运动特别地对于围绕主要垂直轴的负荷的旋转运动有重要意义，这种运动也称为倾斜运动。

因为随着负荷的不同振荡运动而出现了风险，必须观察这种运动并且可能的情况下采取相应措施。由现有技术，预知了不同的方法，利用这些方法能够检测借助起重机要转运的、绳索引导的负荷的当前摆动角和/或转动角。

在此，通常在负荷的当前偏转状态中，作为摆动角测量或检测在至少一个绳索式的、用于使负荷固定在滑车处的固定件和垂线之间围成的角、或者该角度在由滑车的运动方向和垂线所张紧的平面中的投影。检测负荷在其围绕其轴线进行旋转运动时相对于零点位置已经旋转了的角度作为转动角。如果负荷实施了倾斜运动、即实施了围绕其垂直轴的旋转运动，那么还称为倾斜角。

为了检测当前的摆动角或转动角，特别地使用配属于起重机结构的光学检测装置、例如摄像系统，利用其能够观察负荷的横向和/或旋转的振荡运动。这种摄像系统通常包括设置在滑车底侧处的摄像机以及定位在负荷上方的、朝向摄像机且对于图像分析所必需的反射器。通过适当的图像处理方法，由借助摄像机和反射器来生成的影像确定负荷的当前摆动角和/或转动角。

对于用于确定负荷的当前的摆动角和/或转动角的摄像系统传递可靠的测量值的前提条件是，精细地校正该系统。在此，特别需要，使设置在滑车处的摄像机和设置在负荷处的反射器精确的彼此相对地朝向。

该前提条件在起重机的恶劣运行环境中，通常无法满足或者仅在大量耗费的情况下得到满足。一方面存在着结构上的限制，这导致了已知的摄像系统必须装配在不符合要求的位置上，由此例如产生了在摄像机和反射器之间的不期望的偏移。在这种情况下，在测量负荷的当前位置时，有恒定的偏置(Offset)。此外还能够发生，必须如下地定位摄像机，使得其以一个角度拍摄负荷、或者设置在负荷顶侧处的反射器。在此对负荷位置的测量还是包含误差的，其中误差取决于提升高度、即绳索式固定件的当前长度相关，通过该固定件使负荷固定在滑车处。在所提到的情况中，代替实际摆动角或转动角，检测了含误差的角度。

由现有技术已知了不同的工作方法，以便克服上述问题。一方面，可以校准所使用的摄像系统。为此，在起动运行的范畴中执行补偿，以便使摄像机的零点位置尽可能地与负荷的零点位置相一致。这例如能够通过手动校正系统来实现。利用这种校正产生了非常显著的耗费并且还产生了其他问题，即在起重机的恶劣环境中仅在较短的时间区间内保持校准不变。

另一种可行性在于，放弃测量负荷的绝对位置信息，并且仅确定位置差值。这意味着，替代位置，特别是代替当前绝对的摆动角或转动角，仅检测通过差值形成获得的角速度。但是，以这种方式获得的相对信息经常被认为是不充分的。

发明内容

从现有技术出发，本发明的目的是，提供一种用于确定在起重机上的通过至少一个绳索式的固定件提起的前述类型负荷的至少一个摆动角和/或转动角的方法，利用该方法能够可靠地确定由绳索引导的负荷的摆动角和/或转动角。

在用于确定在起重机上的通过至少一个绳索式的固定件提起的前述类型负荷的至少一个摆动角和/或转动角的方法中，该目的由此来实现，

-设定所检测的摆动角和/或转动角含有通过至少一个光学检测装置来决定的系统误差，并且

-求出所检测的摆动角和/或转动角所含有的系统误差值。

换句话说，本发明的基础构想在于，由此有针对性地出发，即借助至少一个常用的光学检测装置检测的负荷当前摆动角度值和/或转动角度值是含有误差的。在此，根据本发明设定，通过用于角度测量的、其中例如可能涉及摄像系统的装置自身决定了该误差。具体而言由此出发，即通过至少一个所应用的光学装置的组件的不符合要求的安装位置，特别是通过摄像机和/或反射器的不符合要求的位置、或者该组件的不符合要求的或含误差的彼此校正，导致了系统误差，检测到的角度值以该系统误差偏离于实际值。系统误差特别地涉及偏置、即涉及所测量的角度值相对于实际应检测的角度值的偏移量。

从所检测的角度值不是实际值的设定出发，因此根据本发明求出该系统误差的值。

根据本发明，对于所检测的摆动角和/或转动角含有系统误差的设定例如通过使用数学模型地进行，在数学模型中考虑到了摆动角或转动角可能具有误差。

根据本发明的方法能够与下述无关地应用，即负荷的摆动角和/或转动角是否实际包含或不包含系统误差。对于已经正确地校正了所使用的光学检测装置的情况，例如能求出零或者低于预设阙值的值以作为系统误差值。因此，还能够应用根据本发明的方法，以便判断，在起重机上的光学检测装置是否被错误地校正。

根据本发明的方法有利实施方式的特征在于，求出无误差的摆动角和/或转动角。

如果根据本发明求出了负荷的摆动角或转动角所包含的系统误差的值，那么所检测的摆动角或转动角能够清除所求出的系统误差，并且因此能够获得负荷的实际的、无误差的摆动角或转动角。

通过这种根据本发明的误差清除，能够完全放弃对于所使用的至少一种光学装置的大量花费的手动校正，由此显著地节省了时间并且因此节省了成本。

甚至在起重机结构上的至少一个光学检测装置初始化时，能够允许已知的含误差的装配或校正，因为求出了由此确定的系统测量误差，并且所测量的角度值能够去除该误差。因此可行的是，光学检测装置还设置在与现有技术不同的位置上、例如更易接触的位置上，由此同样节省了时间和成本。

根据本发明的方法既能够用于执行对负荷的当前摆动角的确定，也能够同样执行对其当前转动角的确定。在此特别感兴趣的是负荷围绕其垂直轴的转动角、即所谓的倾斜角。

为了检测负荷的摆动角或转动角，能够使用一个或多个常见的光学检测装置，其特别地分别包括摄像机和反射器。例如能够应用一种检测装置，其既检测当前的摆动角也检测当前的转动角、特别是负荷的当前倾斜角。替代于此，对于摆动角和转动角检测，能够分别使用单独的检测装置。这个光学检测装置或这些光学检测装置观察负荷的振荡运动，其中以自身已知的方式使用图像处理方法，以便由光学影像获取当前的摆动角或转动角的值。

本发明的实施方式的特征在于，借助至少一个光学检测装置检测摆动角和/或转动角的时间导数。在此，例如能够检测摆动角或转动角的第一时间导数、即摆动或转动角速度。这例如能够通过由两次时间上间隔开地拍摄负荷的当前偏转状态来形成差值的方式实现。

根据本发明的其他实施方式设定，利用至少一个光学检测装置所检测的摆动角等于无误差的摆动角与误差值之和，和/或利用至少一个光学检测装置所检测的转动角等于无误差的转动角与误差值之和。

负荷的摆动运动或转动运动涉及振荡运动，其能够普遍适用地通过以下形式的二阶微分方程

$\stackrel{\·\·}{z}\left(t\right)+{\mathrm{\ω}}^{2}z\left(t\right)={\mathrm{\ω}}^{2}u$

来描述。在此z(t)是所观察的参量，即摆动角或转动角，ω是振荡运动的特征频率，并且u(t)是调节参量，其中例如能够涉及滑车的位置。

在机械式系统中，负荷的振荡的转动和/或摆动运动的特征圆周频率ω，能够以简单的方式通过振荡实验、模型演算或者其他由现有技术已知的方法来求出。在线摆类型的振荡的摆动运动中，特征圆周频率仅通过至少一个绳索式固定件的当前长度、即负荷的当前提升高度来确定。在起重机系统中，以测量技术检测这些参量，并且因此为了求出特征圆周频率使用这些参量。

根据本发明由此出发，即基于通过至少一个光学检测装置(借助于其测量或者检测当前的摆动或转动角)的不精确取向或校正，代替真实的角度值z(t)，而测量了含有系统误差z_off的参量

$\tilde{z}\left(t\right)=z\left(t\right)+z_{off}.$

因此，根据本发明，使得通过上述微分方程能够在数学上描述的关于负荷的振荡属性的认知与由所使用的光学装置的含误差的定位和/或校正来决定的未知误差的误差模型相组合。

在此，在本发明的改进方案中特别地能够提出、即设定：所检测的摆动角和/或转动角包含的系统误差在时间上是恒定的，或者其取决于至少一个绳索式固定件的长度准静态地改变，负荷通过该固定件固定在滑车上。因此，由此出发，即误差z_off或者在时间上保持相同或者仅取决于负荷的提升高度低频率地变化。

利用根据本发明的方法，除了时间上不变化的误差外，该误差例如由于相对于反射器偏置地布置了光学检测装置的摄像机来引起-也求出时间变化的误差、特别是取决于负荷的提升高度的误差。这种类型的时间变化的误差例如由此出现，即摄像机以一定的角度朝向反射器。因此，利用根据本发明的方法还能够补偿随时间变化的误差。

根据本发明的方法的其他有利设计方案的特征在于，使用至少一个调节技术上的观察模型，以便求出所测量的摆动和/或转动角包含的系统误差的值、和/或无误差的摆动角和/或无误差的转动角。

观察模型、也称为观察器的应用在调节技术领域内是已知的。利用观察器，由已知的起始参量、例如调节参量和所观察的参照系统的已知输出参量、例如测量参量能够模拟状态。也就是说，该状态是能观察的。观察器例如用于模拟调节路径的范畴中。实际调节路径的物理特性能够通过微分方程在数学上模拟。其通常是线性或者线性化的，并且能够表达为矩阵形式的一阶微分方程的系统。然而，因为数学模型和实际调节路径的特性不是精确一致的，微分方程随时间不同地展开。现在，为了比较数学模型和实际调节路径，观察器理论引入了反馈(Reuckfuehrung)。

在本发明的改进方案中能够提出，使用至少一个调节技术上的观察器模型，其扩展了一个误差模型。根据本发明以这种方式扩展的观察器模型是特别适合的，以便求出通过所使用的至少一个光学检测装置来决定的系统误差，并且求出无误差的摆动或者转动角。

在此能够特别地提出，使用至少一个调节技术上的观察模型，其中，误差模型与用于负荷的摆动运动和/或旋转运动的运动方程相组合。

此外，根据本发明的方法的另一个有利的实施方式的特征在于，使用调节技术上的观察器模型，其至少包括摆动角、摆动角的时间导数中的一个和摆动角所包含的系统误差作为状态参量，和/或使用调节技术上的观察器模型，其至少包括转动角、转动角的时间导数中的一个和转动角所包含的系统误差。

有利地，用状态描述观察根据本发明而使用的观察器模型。由此出发，即，z(t)是要观察的参量、也就是摆动或转动角，在状态描述

$\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=Ax\left(t\right)+bu\left(t\right)$

y(t)＝Cx(t)

中，利用状态矢量x(t)、输出信号y(t)、起始信号u(t)、系统矩阵A、输出矩阵C和起始矢量b来获得。具体地如下获得

并且

因此，状态矢量x(t)扩展了根据本发明所设定的误差z_off。

可观察性矩阵的秩

$Q=\left[\begin{array}{c}C\\ CA\\ {\mathrm{CA}}^2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 1\\ 0& 1& 0\\ 0& 1& 0\\ -{\mathrm{\ω}}^2& 0& 0\\ -{\mathrm{\ω}}^2& 0& 0\\ 0& -{\mathrm{\ω}}^2& 0\end{array}\right]$

是3，因此，所有三个状态参量、即z、和z_off能够由所扩展的模型无误差地求出，因此对于偏置也一样。

对于在调节结构中的应用，还应设计观察器动态，即用于消除在模型和实际之间的误差的动态。这是调节技术中的标准工作方法，这可能通过使用有现有技术已知的方法中的一种无限制地实现。

根据

$\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=Ax\left(t\right)+bu\left(t\right)+L\left(y_m\right(t)-y(t\left)\right)=(A-LC)x\left(t\right)+bu\left(t\right)+{\mathrm{Ly}}_m\left(t\right)$

具有反馈矩阵L的观察器结构与测量参量相比较，该测量参量借助至少一个光学检测装置连同所属的图像处理方法来检测，也就是说将所检测的摆动或转动角z_cam(t)

$y_m\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{z}_{cam}\left(t\right)\\ {\stackrel{\·}{z}}_{cam}\left(t\right)\end{array}\right]$

与所求出的参量y(t)比较，并且通过适于确定尺寸的反馈矩阵L跟踪状态参量x(t)。在此，有对于借助光学检测装置所检测的摆动或转动角的z_cam(t)和对于摆动或转动角速度的y_m(t)是测量参量的矢量，其由路径得出。

由两个测量参量、即摄像机的角速度和不含误差的角度值z_cam，在观察器的状态矢量x(t)中求出三个所需要的参量：角速度实际的去除了误差的角度z和误差z_off。

这些参量能够因此特别地应用在对由绳索引导的负荷运动进行振动抑制的调节的范畴中。根据本发明所求出的误差参量z_off描述了主导的误差的大小。

根据本发明，通过使用至少一个扩展了误差模型的、具有之前说明的模型附加部的观察站模型，能够识别对于振荡抑制的调节所必需的状态参量、即特别是实际的当前摆动角和/或转动角以及摆动角速度和/或转动角速度。能够稳定且可靠地求出与引起至少一个所使用的光学检测装置或其有缺陷的安装的和/或其有缺陷的校正的误差相关的缺失信息。

本发明的另一个内容通过一种用于抑制在起重机上的通过至少一个绳索式固定件所提起的负荷的摆动运动和/或转动运动的方法来给出，其中，起重机具有悬臂和能沿着悬臂借助驱动装置线性运动的滑车，负荷通过至少一个绳索式固定件固定在滑车上，并且在起重机上设置至少一个光学检测装置以检测负荷的摆动角和/或转动角，并且其中为起重机分配至少一个调节装置以抑制负荷的摆动运动和/或旋转运动，该方法包括以下步骤：

通过之前说明的根据本发明的、用于确定至少一个摆动角和/或转动角的方法，求出无误差的摆动角和/或所检测的摆动角包含的系统误差的值；和/或通过之前说明的根据本发明的、用于确定至少一个摆动角和/或转动角的方法，求出无误差的转动角和/或转动角包含的系统误差的值，

将无误差的摆动角和/或所检测的摆动角包含的系统误差的值传输到至少一个调节装置上，和/或将无误差的转动角和/或所检测的转动角包含的系统误差的值传输到相同的或者另外的调节装置上，并且

借助至少一个调节装置，基于无误差的摆动角和/或所检测的摆动角包含的系统误差的值，抑制负荷的摆动运动；和/或基于无误差的转动角和/或所检测的转动角包含的系统误差的值，抑制负荷的转动运动。

换句话说，代替对于用于抑制负荷振荡运动的后续调节技术措施的含误差的参量，使用根据本发明的去除了系统误差的摆动角或转动角。为此，将去除了系统误差的摆动角或转动角转递到至少一个调节装置上，该调节装置构造用于抑制负荷的所观察的摆动运动和/或转动运动。基于实际的、无误差的角度值，调节装置例如能够以自身已知的方式测定用于滑车驱动装置的位置信号，从而如下地控制该滑车驱动装置，使得有针对性地抑制了在由滑车的运动方向和垂线所张开的平面中的负荷的线摆类型的运动。

如果，如现有技术中常用的，将利用至少一个光学检测装置检测的含误差的摆动或转动角数值传输到调节装置上，那么实现了到错误角度上的调节。然后，特别地基于测量误差，将负荷调整到错误的位置。如果测量误差随着时间而改变，那么甚至如下地调节负荷的运动，使得负荷遵循误差改变。如果使用根据本发明的方法，则完全避免了此类问题。

在根据本发明的、用于抑制负荷的摆动运动和/或转动运动的方法中，在改进方案中提出，附加地求出摆动角和/或转动角的时间导数中的一个、特别是摆动角速度和/或转动角速度，并且将该时间导数传输到至少一个调节装置上。

最后，本发明的内容是一种起重机，其具有：悬臂；能够沿着悬臂借助驱动装置线性运动的滑车，负荷通过至少一个绳索式固定件固定在滑车上；至少一个光学检测装置以检测负荷的摆动角和/或转动角；至少一个计算装置，其构造用于执行前面说明的根据本发明的方法以确定至少一个摆动角和/或转动角；和至少一个调节装置，其构造用于基于通过该方法求出的无误差的摆动和/或转动角，抑制负荷的摆动运动和/或转动运动。

利用根据本发明的起重机，能够结构性地转换前面说明的根据本发明的方法。

附图说明

关于本发明的其他有利设计方案，下面参考附图对实施例的说明。在附图中示出

图1是根据本发明的具有悬臂和能沿着悬臂移动的滑车的起重机，负荷通过绳索式固定件固定在滑车上，和

图2是图1示出的具有光学检测装置的滑车的放大图，和

图3是图1示出的负荷的俯视图。

具体实施方式

图1示出了起重机1，在此是集装箱桥，其包括基本上水平延伸的悬臂2以及能够沿着悬臂2移动的滑车3。滑车3对应有图中未示出的驱动装置，滑车通过驱动装置能够沿着悬臂2在两个方向上运动。

在滑车3处，通过绳索式固定件、在此通过四个绳索4来固定负荷，负荷在示出的实施例中是集装箱5。集装箱5从图中未示出的船向同样未示出的货车运输。图1中仅通过一个绳索4示意性示出的四个绳索4，在图3中示出的集装箱图示中能良好地识别出。绳索4固定在图中未示出的负荷提起件处、设置在集装箱5的顶侧的吊具处。绳索4的长度能够借助图中未示出的抬升机构来改变，以便提升、放下集装箱5或者克服沿着运输路径的阻力。

在运输过程的范畴中，由于滑车3的、起重机1的运动以及外界因素、例如风，通过绳索4固定在滑车3处的集装箱5经受了不同类型的振荡运动。在此既能够引发集装箱5的平移式振荡运动、即线摆类型的运动，也能够引发集装箱围绕其轴线的振荡的旋转运动、即转摆类型的运动。在此，旋转运动、特别是集装箱5围绕其垂直轴的振荡的旋转运动、也称为倾斜(Skew)运动所涉及的内容是有重要意义的。

因为随着集装箱5的不同的振荡运动出现了风险，必须观察这些振荡运动并且可能采取措施。

因此，利用设置在起重机1处的光学检测装置6观察集装箱5的运动。光学检测装置6包括设置在滑车3的底侧处的摄像机6a以及集装箱5的顶侧处的反射器6b。借助图像处理方法，以自身已知的方式从利用集装箱5的摄像机6a和设置在集装箱顶侧处的反射器6b拍摄的影像中，测量集装箱5的当前偏转状态。在此，检测集装箱5的当前摆动角和当前的倾斜角ψ。

当前的摆动角是在集装箱5的当前偏转状态中在绳索4和垂线7之间围成的角度，或者该角度在由滑车3的运动方向和垂线7所张紧的平面中的投影。倾斜角ψ，如图3所示，是当集装箱实施了围绕其垂直轴的振荡旋转运动时，集装箱5相对于零点位置所旋转的角度。

光学检测装置6的摄像机6a和反射器6b，在此被错误地装配、或者说未充分进行校正。具体来讲，摄像机6a没有准确地布置在反射器6b的对面，而是布置成相对于反射器偏移的。此外，摄像机6a不是垂直地、而是以一个角度拍摄反射器6b。由于摄像机6a安装位置和定向含误差，代替实际的当前摆动角和倾斜角ψ，利用光学检测装置6检测了这些参量的含系统误差的值。

此外，借助光学检测装置6还检测了摆动角速度和转动角速度即通过形成两个时间上间隔开地测量摆动角的差、或者通过两个时间上间隔开地测量倾斜角ψ的差来实现。为基于差值的形成而消除了系统误差，因此速度值没有误差。

为了确定集装箱5实际的当前摆动角和实际的当前倾斜角ψ，执行根据本发明的、用于确定至少一个摆动和/或转动角的方法。

在此借助图中未示出的、对应于起重机1的计算装置来解决执行根据本发明的方法所必需的计算，该计算装置在此包括常规的处理器。

因为，根据本发明的方法既用于确定集装箱5实际的当前摆动角也用于确定集装箱5实际的当前倾斜角，因此一方面对摆动角并且另一方面对倾斜角执行该计算。

集装箱5的摆动或转动运动涉及振荡运动，其能够普遍适用地通过以下形式的二阶微分方程

$\stackrel{\·\·}{z}\left(t\right)+{\mathrm{\ω}}^{2}z\left(t\right)={\mathrm{\ω}}^{2}u$

来说明。在此z(t)是观察参量，当前一方面是摆动角并且另一方面是倾斜角ψ。ω是集装箱5的摆动或者倾斜运动的特征频率，并且u(t)是调节参量，其中例如能够涉及滑车3的位置。

根据本发明，首先设定：利用光学检测装置6所检测到的摆动角和所检测到的倾斜角ψ分别等于无误差的摆动或倾斜角ψ与误差值之和。具体来讲，由此出发，即基于光学检测装置6的不精确的取向或校正，取代真实角度值z(t)、即摆动角或倾斜角ψ，测量了含有系统误差z_off的参量

$\tilde{z}\left(t\right)=z\left(t\right)+z_{off}.$

因此，参量是利用光学检测装置6测量的摆动角或倾斜角ψ。

此外，还设定：摆动角和倾斜角所含有的系统误差取决于绳索4的长度准静态地改变。

集装箱5的摆动运动的特征频率在此由以测量技术检测的集装箱5的当前提升高度算出，并且倾斜运动的特征频率通过振荡实验来求出。

为了求出所测量的摆动角和所测量的倾斜角ψ包含的系统误差、并求出无误差的摆动角和倾斜角ψ，在示出的实施例中使用调节技术上的扩展了误差模型的观察器模型。在此，误差模型分别与集装箱5的摆动或倾斜运动的运动方程相组合。当前，对于，使用用于确定无误差的摆动角的扩展的观察器模型和用于确定无误差的倾斜角ψ的扩展的观察器模型。根据本发明的扩展的观察器模型存放在对应于起重机1的、图中未示出的计算装置中。

用于计算无误差的摆动角的调节技术上的观察器模型包括作为状态参量的摆动角摆动角的时间导数中的一个、和摆动角包含的系统误差。用于计算无误差的倾斜角ψ的调节技术上的观察器模型以同样的方式包括作为状态参量的倾斜角ψ、倾斜角ψ的时间导数中的一个、和倾斜角ψ包含的系统误差。

由此出发，即，z(t)是要观察的参量、即在此是摆动角或者倾斜角ψ，其在状态描述

$\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=Ax\left(t\right)+bu\left(t\right)$

y(t)＝Cx(t)

中利用状态矢量x(t)获得。具体地如下获得

并且

因此，状态矢量x(t)扩展了根据本发明所设定的误差z_off。

可观察性矩阵的秩

$Q=\left[\begin{array}{c}C\\ CA\\ {\mathrm{CA}}^2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 1\\ 0& 1& 0\\ 0& 1& 0\\ -{\mathrm{\ω}}^2& 0& 0\\ -{\mathrm{\ω}}^2& 0& 0\\ 0& -{\mathrm{\ω}}^2& 0\end{array}\right]$

是3，因此，所有三个状态参量、即z、和z_off都能够由所扩展的模型无误差地求出。对于在调节结构中的偏置，还设计了观察器动态。

根据具有反馈矩阵L的观察器结构

$\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=Ax\left(t\right)+bu\left(t\right)+L\left(y_m\right(t)-y(t\left)\right)=(A-LC)x\left(t\right)+bu\left(t\right)+{\mathrm{Ly}}_m\left(t\right)$

将由摄像机6a连同相对应的图像处理方法得出的测量参量与求出的参量y(t)进行比较，

$y_m\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{z}_{cam}\left(t\right)\\ {\stackrel{\·}{z}}_{cam}\left(t\right)\end{array}\right]$

并且通过应适当地确定尺寸的反馈矩阵L跟踪状态参量x(t)。在此，有用于借助摄像机6a所检测的摆动或转动角的z_cam(t)和用于摆动或转动角速度的

由两个测量参量、即摄像机的角速度和不含误差的角度值z_cam(t)在观察器的状态矢量x(t)中求出三个所需要的参量：角速度实际的去除了误差的角度z、即无误差的摆动角和倾斜角ψ，和误差z_off。

所求出的无误差的角度ψ随后与角速度一起被传输给图中同样未示出的、对应于起重机1的调节装置。在此，根据本发明的去除了系统误差的摆动角和摆动角速度被传输到对集装箱5的摆动运动起到振荡抑制调节作用的调节装置上。根据本发明的去除了系统误差的倾斜角ψ和倾斜角速度被传输到对集装箱5的倾斜运动起到振荡抑制调节作用的第二调节装置上。

调节装置基于无误差的角度值执行了对集装箱5的运动的可靠的振荡抑制调节，从而确保了起重机1更安全地运行。

替代于在此示出的实施例，还能够使用调节装置，其既实现了对集装箱5的摆动运动的振荡抑制调节，也实现了对集装箱的倾斜运动的振荡抑制调节。

尽管在细节上通过优选实施例详细地阐述并说明了本发明，但是本发明并不局限于公开的实例并且本领域技术人员能够由此推导出其他的变体，而不离开本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种用于确定在起重机(1)上通过至少一个绳索式固定件(4)所提起的负荷(5)的至少一个摆动角和/或转动角(ψ)的方法，其中所述起重机(1)具有悬臂(2)和能够沿着所述悬臂(2)借助驱动装置线性运动的滑车(3)，在所述滑车上通过所述至少一个绳索式固定件(4)固定所述负荷(5)，并且在所述起重机(1)上设置了至少一个光学检测装置(6)以检测所述负荷(5)的摆动角和/或转动角(ψ)，在所述方法中

借助所述至少一个光学检测装置(6)检测所述负荷(5)的摆动角和/或转动角(ψ)，

其特征在于，

设定所检测的所述摆动角和/或所述转动角(ψ)含有通过所述至少一个光学检测装置(6)来决定的系统误差，并且

求出所检测的所述摆动角和/或所述转动角(ψ)所含有的所述系统误差的值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，求出无误差的所述摆动角和/或所述转动角(ψ)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助所述至少一个光学检测装置(6)检测所述摆动角和/或所述转动角(ψ)的时间导数中的一个时间导数。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设定：利用所述至少一个光学检测装置(6)所检测的所述摆动角等于无误差的所述摆动角与误差值之和，和/或利用所述至少一个光学检测装置(6)所检测的所述转动角(ψ)等于无误差的所述转动角(ψ)与误差值之和。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，设定：利用所述至少一个光学检测装置(6)所检测的所述摆动角等于无误差的所述摆动角与误差值之和，和/或利用所述至少一个光学检测装置(6)所检测的所述转动角(ψ)等于无误差的所述转动角(ψ)与误差值之和。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设定：所检测的所述摆动角和/或所述转动角(ψ)包含的所述系统误差在时间上是恒定的，或者所述系统误差取决于所述至少一个绳索式固定件(4)的长度准静态地改变，所述负荷(5)通过所述固定件固定在所述滑车(3)上。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，设定：所检测的所述摆动角和/或所述转动角(ψ)包含的所述系统误差在时间上是恒定的，或者所述系统误差取决于所述至少一个绳索式固定件(4)的长度准静态地改变，所述负荷(5)通过所述固定件固定在所述滑车(3)上。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用至少一个调节技术上的观察器模型，以便求出所测量的所述摆动角和/或所述转动角(ψ)所包含的所述系统误差的值，和/或求出无误差的所述摆动角和/或无误差的所述转动角(ψ)。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使用至少一个调节技术上的观察器模型，以便求出所测量的所述摆动角和/或所述转动角(ψ)所包含的所述系统误差的值，和/或求出无误差的所述摆动角和/或无误差的所述转动角(ψ)。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用至少一个调节技术上的、扩展了误差模型的观察器模型。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用至少一个调节技术上的、扩展了误差模型的观察器模型。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使用至少一个调节技术上的观察器模型，其中，所述误差模型与用于所述负荷(5)的摆动运动和/或旋转运动的运动方程相组合。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使用至少一个调节技术上的观察器模型，其中，所述误差模型与用于所述负荷(5)的摆动运动和/或旋转运动的运动方程相组合。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使用一个调节技术上的观察器模型，该观察器模型至少包括所述摆动角所述摆动角的时间导数中的一个时间导数、和所述摆动角所包含的所述系统误差作为状态参量；和/或使用一个调节技术上的观察器模型，该观察器模型至少包括所述转动角(ψ)、所述转动角(ψ)的时间导数中的一个时间导数、和所述转动角(ψ)所包含的所述系统误差作为状态参量。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，使用一个调节技术上的观察器模型，该观察器模型至少包括所述摆动角所述摆动角的时间导数中的一个时间导数、和所述摆动角所包含的所述系统误差作为状态参量；和/或使用一个调节技术上的观察器模型，该观察器模型至少包括所述转动角(ψ)、所述转动角(ψ)的时间导数中的一个时间导数、和所述转动角(ψ)所包含的所述系统误差作为状态参量。

16.一种用于抑制在起重机(1)上通过至少一个绳索式固定件(4)所提起的负荷(5)的摆动运动和/或转动运动的方法，其中，所述起重机(1)具有悬臂(2)和能沿着所述悬臂(2)借助驱动装置线性运动的滑车(3)，所述负荷(5)通过所述至少一个绳索式固定件(4)固定在所述滑车上，并且在所述起重机(1)上设置至少一个光学检测装置(6)以检测所述负荷的摆动角和/或转动角(ψ)，并且其中所述起重机(1)分配有至少一个调节装置以抑制所述负荷(5)的摆动运动和/或旋转运动，所述方法包括以下步骤：

通过根据权利要求1至15中任一项所述的方法，求出无误差的所述摆动角和/或所检测的所述摆动角包含的所述系统误差的值；和/或通过根据权利要求1至15中任一项所述的方法，求出无误差的上述转动角(ψ)和/或所检测的所述转动角(ψ)包含的所述系统误差的值，

将无误差的所述摆动角和/或所检测的所述摆动角包含的所述系统误差的值传输到所述至少一个调节装置上，和/或将无误差的所述转动角(ψ)和/或所检测的所述转动角(ψ)包含的所述系统误差的值传输到相同的或另外的调节装置上，并且

借助所述至少一个调节装置，基于无误差的所述摆动角和/或所检测的所述摆动角包含的所述系统误差的值，抑制所述负荷(5)的所述摆动运动；和/或基于所述无误差转动角(ψ)和/或所检测的所述转动角(ψ)包含的所述系统误差的值，抑制所述负荷(5)的所述转动运动。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，附加地求出所述摆动角的和/或所述转动角(ψ)的时间导数中的一个时间导数，并且所述时间导数传输到至少一个调节装置处。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述一个时间导数是摆动角速度和/或转动角速度。

19.一种起重机(1)，具有：悬臂(2)；能够沿着所述悬臂(2)借助驱动装置线性运动的滑车(3)，负荷(5)通过至少一个绳索式固定件(4)固定在所述滑车上；至少一个光学检测装置(6)以检测所述负荷(5)的摆动角和/或转动角(ψ)；至少一个计算装置，所述计算装置构造用于执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法；和至少一个调节装置，所述调节装置构造用于，基于通过所述方法求出的无误差的摆动角和/或所检测的所述摆动角所包含的误差来抑制所述负荷(5)的摆动运动，和/或基于通过所述方法求出的无误差转动角(ψ)和/或所检测的所述转动角(ψ)所包含的误差来抑制所述负荷(5)的旋转运动。