CN108163712A - 具有三阶滤波器的防摇摆起重机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制悬挂于吊运机械(2)的附接点(H)处的载荷(1)的移动的方法，所述方法包括获取步骤(a)，在此期间，获取“导引设定值”(V_u)，其代表操作者希望赋予悬挂载荷(1)的移动速度，所述方法还包括处理步骤(b)，在此期间，从导引设定值(V_u)推导被称为“执行设定值”(V_trol)的设定值，所述执行设定值应用于驱动马达(7、8)，以便移动所述悬挂载荷(1)，所述处理步骤(b)包括通过三阶滤波进行的C³平滑处理子步骤(b4)，在此期间，向导引设定值(V_u)应用三阶滤波器(F3)，以便生成C³级别平滑度的已滤波导引设定值(V_f)，然后从所述已滤波导引设定值(V_f)定义执行设定值(V_trol)。

Description

具有三阶滤波器的防摇摆起重机控制方法

技术领域

本发明涉及比如起重机等吊运机械的一般领域，并且更具体地涉及塔式起重机，其包括可移动的附接点，比如滑车，其可悬挂待移动的载荷(被称为“悬挂载荷”)，并且其配备有导引系统，所述导引系统允许移动所述悬挂载荷并控制其位移。

更具体而言，本发明涉及旨在管理这类吊运机械的导引系统的控制方法。

背景技术

一般而言，这类控制方法(其旨在为机床的导引提供辅助)包括：获取导引设定值的步骤，在此期间由吊运机械的操作者表示的速度设定值被收集，并且其对应于所述操作者希望赋予悬挂载荷的速度；然后是处理步骤，在此期间应用于允许移动所述悬挂载荷的驱动马达的执行设定值从所述导引设定值得到推导。

此外，为了确保悬挂载荷的运输操作的精度和安全性，公知的控制方法通常寻求控制更具体地说限制摆动振荡或“摇摆”的幅度，悬挂载荷在滑车的移动期间可能受到所述摆动振荡。

为此，特别已知的是通过闭环伺服控制来应对摇摆，其中测量滑车的位置的真实值和速度的真实值，以及载荷的摇摆的角度值，以便能够生成修正设定值，其应用至电动机，其致动滑车并且其旨在降低所述摇摆。

虽然这种系统实际上允许减弱摇摆，然而它可能有一些缺点。

实际上，这种闭环伺服控制强制实施了许多传感器，其旨在例如测量摇摆的真实角度，这增加了导引系统的(更一般地说配备有所述导引系统的吊运机械的)复杂性，从而增加了其成本以及故障的风险。

此外，这种导引系统所使用的数学模型的复杂性以及用以测量和处理的数据量趋于在计算能力、记忆和能量方面调动相当可观的且昂贵的资源。

另外，相应地提供的导引辅助可能有过度抑制吊运机械对操作者(或“起重机驾驶员”)的命令的响应(反应)的倾向，从而扭曲了所述操作者可能具有的机械行为的直观感觉，并且特别会给予所述操作者不愉快的感觉，即机械缺乏反应性并且没有忠实执行他的命令。

发明内容

因此，赋予本发明的目的在于克服前述缺点，并提出一种用于控制悬挂载荷的移动的新方法，其确保悬挂载荷的移动既迅速又柔和，而且能有效控制摇摆，这为操作者提供忠实的感觉，允许非常自由、反应灵敏并且比较直观的导引，并且尽管具有这些性能，仍然实现起来特别简单和有效。

赋予本发明的目的通向以下方法实现，即一种用于控制悬挂于吊运机械的附接点处的载荷的移动的方法，所述方法包括导引设定值获取步骤(a)，在此期间，获取被称为“导引设定值”的设定值，其代表吊运机械的操作者希望赋予悬挂载荷的移动速度，所述方法还包括处理步骤(b)，在此期间，从所述导引设定值推导被称为“执行设定值”的设定值，所述执行设定值旨在应用于至少一个驱动马达，以便移动所述悬挂载荷，所述方法的特征在于，所述处理步骤(b)包括C³平滑处理子步骤(b4)，在此期间，所述导引设定值被处理，以便赋予所述导引设定值相对于时间具有三阶可微性以及相对于时间具有连续性的属性，以便从所述导引设定值生成C³级别的被称为“已滤波导引设定值”的设定值，然后从所述已滤波导引设定值定义执行设定值。

更优选地，C³平滑处理子步骤(b4)可以包括三阶滤波子步骤(a4)，在此期间，三阶滤波器被应用于导引设定值，以便生成C³级别的已滤波导引设定值。

所谓“C³级别”，在数学意义上是指，所考虑的参数(这里为已滤波导引设定值)或者更具体地说代表所述所考虑的参数随时间推移的演变的函数(即代表已滤波导引设定值随时间推移的演变的函数)相对于时间是三阶可微分的，并且所述函数及其一阶、二阶、三阶导数是连续的。

有利地，导引设定值(悬挂载荷的速度设定值)的C³平滑处理，更具体而言为此目的使用应用于所述导引设定值的三阶滤波器，会允许确保已滤波导引设定值(其在以后实际上会被使用来定义应用于驱动马达的执行设定值)是级别C³的。

有利地，相应地受到C³平滑处理的已滤波导引设定值提供优异的平滑条件(因为它在这里是三阶可微分的，并且因为其一阶、二阶和三阶导数是连续的)，从而提供原始导引设定值一般不具有的连续性和有界数学属性，如通过机械的操作者实时地定义和修改的。

实际上，将想到的是，机械的操作者能使导引设定值在任何时候以不可预测的方式改变。

基于机械的所述操作者必须对其做出反应的不同状况，导引设定值(其在这里呈用于悬挂载荷的速度设定值形式)因此一方面能在机械的操作者决定改变运动方向(左/右，远离/靠近)时在符号上发生改变，而另一方面在操作者从他希望快速的运动切换至较慢运动(减速度)或相反地(加速度)时在幅度(强度)上发生改变。

此外，导引设定值的这些变化的速度可以显著地不同，取决于机械的操作者致动控制装置以操作改变或修正轨迹的频率和快速性。

因此，实际上，原始导引设定值可能存在一些步进式的急剧变化，其在数学上可能等同于不连续性。

类似地，特别由于这些不连续性，导引设定值(其将优选用于对悬挂载荷的行为建模以及用于推导执行设定值)的时间导数(通常为一阶和二阶导数)，如果它们在没有任何适当的平滑处理(滤波)的情况下被直接计算出的话，则可能如期造成一些分散或一些不连续性，使得所得的执行设定值将能够导致悬挂载荷的急促或不稳定的反应。

这就是为什么本发明的方法在所述导引设定值被实际上应用于驱动马达之前会有利地对导引设定值进行平滑处理，这允许从控制信号(执行设定值)中消除不稳定性、不连续性和其它分散性，其将能够导致急抽和发生(或维持)摇摆。

因此，可以获得特别规则且稳定的悬挂载荷的运动，而不管所述运动的性质如何(即不管机械的操作者所需的轨迹的形状如何)，并且不管机械的操作者所需的所述运动的速度和幅度如何。

有利地，并且如下面详述的，赋予导引设定值的C³平滑处理进一步允许随后借助于简化的数学模型从所述导引设定值定义执行设定值，所述数学模型不仅简单而且执行快速，此外并且特别地，其生成在本质上不造成摇摆的执行设定值，即在被应用于致动马达时不会导致(不会通过自身导致)发生摇摆的执行设定值。

另外，本发明的方法特别允许自由且准确地设定应用于导引设定值的三阶滤波器的脉动以及系数，这允许在各种情况下保持悬挂载荷的速度向机械的操作者所表示的速度设定值快速收敛。

换言之，本方法提供动态的且反应灵敏的导引。

然后，本发明的方法有利地允许驱动马达的使用得到最佳化，因为它允许从所述马达取得尽可能最佳的性能，特别是就赋予附接点以及载荷的速度或加速度而言，同时在每一次均符合所述马达的物理极限。

实际上，应该明白的是，如果马达不能达到为其设定的设定值(因为所述设定值相对于所述马达的能力来说过高)，则附接点的真实驱动将相对于所需驱动遭受不足之处，使得将在实际上获得的所述附接点的运动(因此悬挂载荷的运动)不会响应于所需运动。

然而，因为根据定义执行设定值实际上被精确计算，以便(在理论上)获得规则且无摇摆的运动(所需运动)，因此应该明白的是，如果实际上驱动马达未正确地执行所述执行设定值，则导引系统不会表现为所希望的，并且这可能导致发生摇摆以及对附接点和载荷的运动的一些控制损失。

由于本发明，本文中可以用参数表示C³平滑处理，更具体而言可以用参数表示三阶滤波，并且在适当情况下，使C³平滑处理(或滤波)的这种参数化随时间推移而演变，使得执行设定值在促进导引系统的快速响应的同时，就最大速度和最大加速度而言，不超过驱动马达的实际能力。

关于这点，应该特别指出的是，一方面，能赋予附接点(滑车)的最大加速度直接取决于用于移动所述附接点的驱动马达的最大加速度能力，而另一方面，由于动力学物理定律，在附接点的加速度(滑车的加速度)与悬挂载荷的速度的三阶导数之间存在数学关系。

因此，当机械的操作者所表示的原始导引设定值(悬挂载荷的速度设定值)受到C³平滑处理时，根据本发明，将应用于驱动马达的速度设定值的轮廓的扁平化处理得到有利地执行，即执行设定值的值(滑车的速度设定值的值)随时间推移的演变(更具体而言每单位时间的演变速度)得到扁平化，根据的是这样的演变轮廓，其最佳地反映所需的导引设定值，但是其同样并且特别符合马达用以提供在每次均与所述执行设定值匹配的响应的能力。

这样，实际上执行设定值总是“可获得”的，即所述执行设定值在本质上使得所述真实导引系统总是能够实际上“实现”(达到)向其应用的所述执行设定值，从而提供真实的响应，其符合所述导引系统预期的行为，更具体而言符合滑车预期的行为(使得所述预期行为由执行设定值定义)。

因此，执行设定值永远不会考虑有缺陷的真实导引系统。

更具体而言，所提出的三阶滤波器在导引设定值的处理期间简化了适当饱和的实施，从而简化了执行设定值的“智能”动态限制的实施，其允许取得最佳的驱动马达，同时保证永久、准确和可靠地控制附接点的运动以及悬挂载荷的运动。

最后，应该指出的是，本发明的控制方法有利地允许通过开环伺服控制导引吊运机械，仅仅是通过将执行设定值(速度设定值)应用于有关的驱动马达，而无需对实际摇摆的任何测量(即无需获得对摇摆的真实角度的反馈)，这限制传感器的数量以及用于导引必需的计算能力，从而降低导引系统的复杂性、体积和能量消耗。

附图说明

通过阅读以下描述以及参考仅为说明性和非限制性目的而提供的附图，本发明的其它目的、特征和优点将更详细地显现，附图中：

图1根据示意性透视图示出了通过本发明的方法所导引的吊运机械的一个示例的一般配置。

图2根据示意性侧视图示出了作为本发明的方法的基础的钟摆机械模型的一般原理。

图3以框图的形式示出了适用于三阶滤波器的脉动以及三阶滤波之前的导引设定值的一次饱和的计算。

图4以框图的形式示出了本发明的处理步骤(b)的实施原理，更具体而言为本发明的三阶滤波器的详情。

图5根据示意性俯视图示出了笛卡尔坐标系与圆柱坐标系之间的对应关系，其允许以适当的参考系表示导引设定值，然后表示执行设定值。

图6以框图的形式示出了本发明的方法的实施，其从以包括径向分量和角度分量的圆柱坐标表示的导引设定值开始，一方面用于控制定向马达(“定向”是指围绕被称为“定向轴”的轴(ZZ’)的偏航回转分量)，而另一方面用于控制分配马达(“分配”是指相对于定向轴(ZZ’)的向外或向内的径向分量)。

图7示意性地示出了响应于步进式原始导引设定值以及执行设定值获得的已滤波导引设定值，所述执行设定值是如图6中所示借助于源自图2的机械模型的变换公式从所述已滤波导引设定值确定的。

具体实施方式

本发明涉及一种用于控制悬挂于吊运机械2的附接点H的载荷1的移动的方法。

吊运机械2设计为能够移动附接点H，从而移动悬挂载荷1，这种移动是根据围绕被称为“定向轴”的第一纵轴(ZZ’)的偏航旋转分量θ，和/或根据径向分量R，所述径向分量R对应于被称为“分配运动”的运动，该运动在本文中是沿着第二轴(DD’)的平移，所述第二轴被称为“分配轴”，正割于所述定向轴(ZZ’)，如图1和2中所示。

具体而言，吊运机械2可以形成塔式起重机，其井架3实施为定向轴(ZZ’)，并且其悬臂4实施为分配轴(DD’)，如图1中所示。

为了方便描述，在下面将考虑塔式起重机的这种构造，并且特别是具有水平悬臂4的塔式起重机的构造，但应理解完全可能的是考虑将本发明的原理应用于其它吊运机械，特别是移动式起重机或俯仰臂起重机。

分配轴(DD’)与定向轴(ZZ’)的交点将标记为O。

优选地，附接点H由滑车5形成，其可以有利地被引导沿着分配轴(DD’)、沿着悬臂4平移。

为方便起见，在下面，滑车5可以等同于附接点H。

定向运动θ以及分配运动R(更具体而言滑车5沿着悬臂4在平移方向上的驱动运动R)可以由任何适当的驱动马达7、8(优选为电动式)确保，更具体而言分别由至少一个(电动式)定向马达8和一个(电动式)分配马达7确保。

载荷1通过悬挂装置6比如悬挂线缆悬挂于附接点H。因此，为方便起见，在下面，所述悬挂装置将等同于这种悬挂线缆6。

优选地，悬挂载荷1也可以根据垂直分量(被称为“升降分量”)移动，以便能够改变悬挂载荷1相对于地面的高度。

优选地，为此目的可以使悬挂线缆6的长度L改变，通常借助于由升降马达(优选为电动式)驱动的绞盘，以便能够改变悬挂载荷1到附接点H的距离，从而通过缩短长度L(通过卷绕悬挂线缆6)来使载荷1上升，或者相反通过延伸所述长度L(通过退绕悬挂线缆6)来使所述载荷1下降。

为方便起见，可以通过“导引系统”参考允许确保悬挂载荷1的移动及其位移控制的组件，所述组件通常包括允许实施本发明的方法的模块(计算装置)10、12、13、14、15、16、17，以及驱动马达7、8(致动器)，并且在适当情况下包括由所述驱动马达7、8驱动的机械的可动构件(执行器)，所述可动构件将在本文中一方面对应于井架3和悬臂4(可根据定向运动θ进行偏航定向)，另一方面对应于确保沿着悬臂4的分配运动R的滑车5。

根据本发明，所述方法包括导引设定值获取步骤(a)，在此期间获取被称为“导引设定值”V_u的设定值，并且其代表吊运机械2的操作者希望赋予悬挂载荷1的移动速度V_load。

然后，本发明的方法包括处理步骤(b)，在此期间在本文中借助于处理模块10从所述导引设定值V_u推导被称为“执行设定值”V_trol的设定值，其旨在应用于至少一个驱动马达7、8，以便移动悬挂载荷1，特别是以便移动悬挂所述载荷1的滑车5。

应指出的是，有利地，所述方法允许执行速度而不是轨迹的伺服控制，更具体而言，从对应于悬挂载荷1所需的速度的速度设定值V_u执行滑车5的速度的伺服控制。

因此，在这方面，执行设定值V_trol将优选表示附接点H必须达到的速度设定值(即滑车5必须达到的速度设定值)。

换言之，所述方法优选包括步骤(a)，在此期间，操作者(自由地)定义并(有意地)表示导引设定值，其形式为操作者希望悬挂载荷1遵循的速度设定值，然后包括处理步骤(b)，在此期间，所述导引设定值(悬挂载荷的速度设定值)被处理，在本文中更具体地被三阶滤波器滤波，以便变换为滑车5的相应速度设定值，从而形成(速度)执行设定值V_trol，其应用于适当的驱动马达7、8。

注意，应该指出的是，所述方法给予机械的操作者大的行动自由，因为所述操作者能够在任何时候根据他选择的幅度设定他希望载荷1执行的导引设定值(速度设定值)V_u，并且这不会例如被迫遵守预定的固定轨迹。

另外，应指出的是，本发明的方法有效于导引定向运动θ以及导引分配运动R，或者导引这两个运动同时进行的任何组合。

从形式上看，应注意的是，有利地可以定位可动构件的位置，即一方面定位附接点H/滑车5，另一方面定位悬挂载荷1，并且以下述参考系表示所述可动构件的运动：笛卡尔参考系(O、X、Y、Z)，其关联于吊运机械2的基部(被认为是固定的)；或“极”型参考系(O、r、θ)，其使用圆柱坐标或者甚至是球坐标。

常规上，因此在所述笛卡尔参考系中可以注意：

和即滑车5分别沿着X(第一横轴)和Y(第二横轴，垂直于第一横轴X)的位置(下标“trol”指代“滑车”)；

和即所述滑车5分别沿着X和Y的速度分量；

和即悬挂载荷1分别沿着X和沿着Y的位置(下标“load”指代悬挂载荷1)；

和即所述悬挂载荷1分别沿着X和沿着Y的速度分量，其对应于悬挂载荷1的(所需)速度的分量，因此，实际上对应于导引设定值V_u的分量。

当使用圆柱坐标(r、θ)时，更具体地可以为每个所考虑的可动构件附加Frenet参考坐标系，从而允许表示所考虑的可动构件的速度的径向分量V^r(根据分配运动R)和直辐射分量V^θ(根据定向运动θ的切线)，特别如图5中所示。

因此，在所述图5中以及图6中，和分别表示悬挂载荷1的速度矢量V_load的径向分量和直辐射分量(即实际上表示速度导引设定值V_u的径向分量和直辐射分量)，而和分别表示滑车5的速度矢量V_trol的径向分量和直辐射分量(即速度执行设定值V_trol的径向分量和直辐射分量，其分别应用于分配马达7和定向马达8)。

如图3、4和6中所示，导引设定值V_u可以由机械的操作者借助于任何适当的控制构件11提供。

所述控制构件11可以特别呈操作杆或一组控制器的形式，其将允许操作者表示他希望赋予悬挂载荷1的定向速度设定值(偏转速度、直辐射)和分配速度设定值(径向速度)

为了方便标记，原始导引设定值V_u(如机械的操作者在控制构件11处表示的，即由操作杆在导引系统的输入装置处提供的信号)将在前述附图中优选标记为V_JOY。

为了更好地说明本发明，现在将参考图2披露允许建模摆动系统的理论力学的一些要素。

应该指出的是，本文中参考一个单一移动维度根据被认为平行于悬臂4和分配轴(DD’)的X轴在平面中给予的说明在三维中仍然有效。

根据动力学(牛顿定律)的基本原理，并且同时忽略可能的外力比如风力等，我们具有：

其中

M代表悬挂载荷1的质量；

代表悬挂载荷1的加速度(其在本文中被认为通过水平方向X进行)；

代表悬挂线缆6的张力；

代表重力(重力的加速度)。

以上方程暗示矢量与矢量共线(平行)。因此，我们具有：

其中β角度(摇摆的角度)由悬挂线缆6与垂线Z形成。

通过做出小角度的假设，还可以写成：

其中

P_trol为滑车5的位置(本文中为X坐标)，

P_load为载荷1的位置(本文中为X坐标)，并且

L为悬挂线缆6的长度。

我们推导出一方面的滑车的位置P_trol与另一方面的悬挂载荷的位置P_load和载荷的速度V_load之间的以下关系：

并且通过相对于时间对以上表达式求微分，我们得到被称为“变换公式”的二阶微分方程，其表示作为悬挂载荷1的速度V_load的函数的滑车5的速度V_trol：

其也可以通过拉普拉斯变换表示：

实际上，由于以上变换公式，因此可以从希望被赋予悬挂载荷的速度值V_load，即从导引设定值V_u，计算滑车的速度设定值V_trol，具体即为执行设定值V_trol。

然而还有必要考虑的事实是，在真实导引系统中，滑车5必然具有有限(有界)的加速度。从数学的角度来看，该物理条件导致的是滑车的加速度即滑车的速度的时间导数，必须在一方面存在，而在另一方面有边界(即被有限的固定值补充)。

然而，根据以上变换公式计算滑车速度(执行设定值)V_trol涉及悬挂载荷速度(导引速度)V_load的二阶导数

关于该变换公式，滑车的加速度因此可以表示为载荷速度V_load的三阶导数的函数的形式。

由此可见，滑车的加速度的存在和有界的条件导致的是载荷速度V_load的三阶导数是存在和有界的，即悬挂载荷的速度V_load(因此将用于设定悬挂载荷的所述速度的导引设定值V_u)是三阶可微分的，并且其三阶导数是连续(和有界)的。

换言之，我们必须确保的是，实际上用于计算(根据以上变换公式)执行设定值V_trol的导引设定值V_u(在每次，并且在每个情形下)为C³级别的，并且即使所述导引设定值V_u最初由机械的操作者表示，并且以原始形式V_JOY大致实时地获得，其有可能随时间推移以不可预测的方式改变，如果操作者选择这样做的话，因此其并不一定具有这些C³平滑性能。

根据本发明，这就特别是为什么处理步骤(b)会有利地包括C³平滑处理子步骤(b4)，在此期间，导引设定值V_u被处理，以便赋予所述导引设定值V_u相对于时间具有三阶可微性并且相对于时间具有连续性的属性，以便从所述导引设定值V_u生成已滤波导引设定值V_f，其为C³级别，然后从所述已滤波导引设定值V_f定义执行设定值V_trol。

根据一个可能的变型，可以使用插值多项式执行C³平滑处理。

根据该变型，导引设定值V_u，更具体而言在给定时间间隔内由导引设定值V_u所取的一连串不同值中的若干个甚至是所有被考虑的值，借助于多项式进行内插。

所述多项式本质上(至少)具有C³平滑度级别，因此提供既准确又为C³级别的导引设定值的近似值，呈多项式类型的已滤波导引设定值V_f的形式。

因此，这种多项式提供导引设定值的C³扁平化处理。

然而，根据比通过多项式进行插值的变型更易于实施的另一特别优选的变型，在C³平滑处理子步骤(b4)期间，向导引设定值V_u应用三阶滤波器F3，以便对所述导引设定值进行C³平滑处理，以便生成C³级别的已滤波导引设定值V_f。

换言之，子步骤(b4)优选构成三阶滤波子步骤，在此期间，三阶滤波器F3被应用于导引设定值V_u，以便生成已滤波导引设定值V_f，其是三阶可微分的(并且更确切地说为C³平滑度级别)。

优选地，C³平滑处理更具体而言三阶滤波借助于由电子或计算机计算装置形成的三阶滤波模块12执行。

三阶滤波F3可以表示为传递函数的形式：

其中：

ω为三阶滤波器F3的脉动；

c₁、c₂分别为所述三阶滤波器F3所使用的一阶和二阶系数。

在时间域中，三阶滤波器F3变换成以下微分方程：

为了使三阶滤波器F3最佳化，我们将优选选择：c₁＝2.15和c₂＝1.75，如图4中所示。

实际上，这些值允许使滤波器F3的反应性得到最佳化，方法是将响应时间最大限度地减少在5％(即做出响应所需的时间朝步进式设定值收敛，误差低于所述步长的值的5％)，同时限制过冲量。

应该指出的是，根据本发明的一个可能的变型，可以将已滤波导引设定值V_f直接用作应用于驱动马达7、8的执行设定值V_trol，即可以设定：V_trol＝V_f。

实际上，由于在本文中通过三阶滤波实现的C³平滑处理，已滤波导引设定值V_f本质上被定义更一般地说被“扁平化”为逐渐朝导引设定值V_u收敛，而从来不会“太生硬”。

这样，得到平滑处理的所述已滤波导引设定值V_f、C³实际上是可获得的，从而驱动马达7、8能够遵循所述已滤波导引设定值V_f。

因此，在图7中示出的示例中，其中机械的操作者应用步进式导引设定值V_u，值得注意的是，已滤波导引设定值V_f实际上是根据比所述步长更渐进的斜率发生演变，并且没有不连续性。

尽管如此，根据本发明的另一特别优选的变型，在没有确定已滤波导引设定值V_f的情况下，可以随后通过应用以上提及的变换公式按如下方程对执行设定值进行定义(以及计算)：

其中：

V_f为已滤波导引设定值(C³平滑处理后的)，本文中更优选从三阶滤波器F3得到，

L为将悬挂载荷连结至附接点的悬挂线缆6的长度，

g为重力。

该变换公式(简单且执行快速)具有本质上为防摇摆函数的优点。

因此，使用以上变换公式有利地相当于向已滤波导引设定值V_f应用一附加的(防摇摆)函数，其允许得到不发生摇摆的执行设定值V_trol。

实际上，以上变换公式来自简化的钟摆模型，其中摇摆角度β被认为几乎为零，即悬挂载荷1不会(或几乎不会)相对于滑车5发生摇摆。

有利地，这以相互的方式意味着，从该模型推导的执行设定值V_trol形成为使得如果所述执行设定值实际上被驱动马达7、8从而被滑车5忠实地执行，则所述执行设定值V_trol不会通过自身导致摇摆。

图7示出了通过将变换公式应用至来自步进式导引设定值V_u的已滤波导引设定值V_f而相应地获得的执行设定值V_trol。

滤波设定值V_f向执行设定值V_trol的变换可以通过任何适当的变换模块(计算装置)13来操作，比如电子电路或计算机编程模块。

另外，应指出的是，根据本发明对执行设定值V_trol的确定可以有利地在不必知晓并且更不必测量悬挂载荷1的质量M的情况下执行，程度达到该参数(载荷1的质量M)不介入处理步骤(b)中使用的公式，并且更具体地说不介入三阶滤波器F3的定义或前述变换公式。

因此，能够避免需要测量悬挂载荷1的质量M或者处理该质量参数M，其在本文中再次允许简化吊运机械2的结构，并且简化和加速本方法的执行。

有利地，防摇摆效果(其本质上一方面由C³平滑处理自身提供，另一方面通过使用不生成摇摆的变换公式提供)被组合在一起，以对悬挂载荷1的运动提供最佳化的伺服控制，完全避免摇摆。

考虑到本方法生成不会导致任何摇摆的执行设定值的能力，能够根据本发明以特别优选的方式实现开环伺服控制。

因此，特别能够导引吊运机械2，更具体而言导引滑车5的移动(本文中通常沿定向θ和分配R)，方法是“盲目地”将执行设定值(本文中优选为速度设定值)V_trol应用至驱动马达7、8，而不必提供伺服控制，其旨在随后降低可能源自应用该执行设定值或源自外部干扰的真实摇摆。

具体而言，因此能够导引吊运机械2，而不必使用悬挂载荷1的实际(真实)摇摆的角度的测量或计算反馈，或者所述悬挂载荷1的实际摇摆的角速度的测量或计算反馈，并且优选不必使用附接点H的移动的实际(真实)速度的测量反馈。

通过在开环中使用本发明的方法，因此能够有利地实现对悬挂载荷1的移动的优异控制，并且更具体地说向机械的操作者提供手动控制载荷移动的优异可能性，这是借助于将执行的快速性和简易性组合起来的方法，同时简化吊运机械2的结构，并且特别地同时避免了需要旨在测量摇摆的传感器。

即使如此，本发明的方法在一变型中仍然保持与闭环伺服控制的完美兼容，据此，首先依据本发明特别是通过利用三阶滤波确定执行设定值V_trol，然后将所述执行设定值V_trol应用于驱动马达7、8，同时提供闭环伺服控制(如上所述)，其意图在这种摇摆仍将出现的情况下主动地降低可能的摇摆，这种摇摆例如由导引系统之外的干扰导致，比如阵风等。

有利地，根据这种变型，根据本发明一方面通过C³平滑处理另一方面通过使用以上提及的防摇摆变换公式对执行设定值V_trol的确定仍然将允许生成执行设定值(滑车的速度设定值)V_trol，其已经得到最佳化，并且其不生成摇摆(本质上)，使得分配给伺服控制的闭环的摇摆补偿任务将被极大地简化(因为它将仅仅在于降低由导引系统之外的唯一干扰导致的可能摇摆)。

另外，本质上将想到的是，驱动马达7、8在速度、加速度和扭矩方面具有受限(有限)的能力。

因此，必要的是执行设定值V_trol与这些能力兼容，以便允许马达7、8实际上执行所述执行设定值V_trol，从而由于向所述马达7、8应用所述执行设定值V_trol，而生成滑车5的以及悬挂载荷1的无摇摆运动，其符合关于所述执行设定值预期的运动。

换言之，有必要注意生成可实现的即与驱动马达7、8的实际物理能力相干和兼容的执行设定值V_trol，以免寻求索取超越其能力的导引系统，从而避免这样的状况，其中马达7、8的功能不全将导致真实运动不同于预期的理想运动，并且将导致例如摇摆的发生或加剧。

最后，关于稳定性的标准、收敛快速性的标准以及符合驱动马达7、8的物理能力的标准，通常，可以考虑到已滤波导引设定值(已滤波速度设定值)V_f必须(同时)解决四个累积制约因素：

-制约因素1：已滤波速度设定值V_f(t)必须是三阶可微分的，更具体而言为C³级别；

-制约因素2：已滤波速度设定值V_f必须尽可能快地朝导引设定值V_u收敛(通常响应于形成恒定步长的导引设定值V_u)；

-制约因素3：滑车5的加速度永远不应该超过相应驱动马达7、8的本质最大加速度能力，即我们永久性地具有：即其中a_MAX为代表驱动马达7、8能赋予悬挂所述载荷1的附接点H(本文中即为滑车5)的最大加速度的值；

-制约因素4：滑车的速度设定值(执行设定值)V_trol永远不应该超过驱动马达7、8能赋予滑车5的最大速度，即我们永久性地具有：|V_trol|≤V_MAX即:其中V_MAX为代表驱动马达7、8能赋予悬挂所述载荷1的附接点H(本文中即为滑车5)的最大速度的值。

C³平滑处理更具体而言三阶滤波器F3的应用允许解决制约因素1(设定值三次可微分，更具体而言为C³级别)。

可以通过恰当地选择如上所示的所述三阶滤波器F3的系数c₁、c₂，并且另一方面通过视情况调整所述三阶滤波器F3的脉动ω，来解决制约因素2(快速收敛)，如将在下面详细的。

最后，可以通过应用适当的饱和函数SAT1、SAT2、SAT3，来解决制约因素3(加速度限制)和制约因素4(速度限制)，即确保执行设定值(滑车的速度设定值)V_trol是可获得的，其将在下面详细。

因此，根据可以靠自己构成发明的一个优选特征，在C³平滑处理子步骤(b4)期间，可以采用来生成代表最大加速度a_MAX(其为驱动马达7、8能赋予悬挂所述载荷1的附接点H的最大加速度)的参数的已滤波导引设定值V_f，使得源自所述已滤波导引设定值V_f的执行设定值V_trol取决于所述最大加速度，以便通过所述驱动马达7、8可获得的。

更具体而言，被选择来代表驱动马达7、8所容许的最大加速度a_MAX的所述参数可以是三阶滤波器F3的脉动ω，呈被称为“计算脉动”ω₀的脉动的形式，其将特别基于最大容许的加速度a_MAX的所述值来确定。

实际上，发明人已经确立了在脉动与最大容许加速度之间存在关系。

实际上，我们已经看到了滑车的加速度为

假设步进式设定值V_u在时间t＝0(初始时间)时应用至处于静止的悬挂载荷1，即应用至最初处于平衡的系统。

因系统最初处于平衡，则有可能考虑到悬挂载荷1的加速度最初为零，即，在时间t＝0时：原因是惯性，而滑车5的加速度在该同一时间t＝0时为最大，于是

因此，制约因素3(加速度限制)导致的是：即：

因此，处理步骤(b)可以优选包括设置三阶滤波器F3的脉动的子步骤(b1)，在此期间，所述三阶滤波器F3的脉动ω、ω₀由代表驱动马达7、8能赋予悬挂所述载荷1的附接点H的最大加速度的值a_MAX计算而得。

另外，并且程度达到以上方程由于制约因素3(加速度限制)而同样涉及脉动ω与速度设定值V_u之间的关系，处理步骤(b)将优选包括设置三阶滤波器F3的脉动ω的子步骤(b1)，在此期间，三阶滤波器的脉动ω更具体而言计算脉动ω₀基于在所考虑的时间t时由吊运机械的操作者应用的导引设定值V_u、V_JOY的值得到调整。

更优选地，三阶滤波器F3的脉动ω的值基于导引设定值V_u、V_JOY是否低于或相反高于基准速度V_thresh而得到改变，所述基准速度由驱动马达7、8能赋予悬挂所述载荷1的附接点H的最大速度值V_MAX定义。

实际上，我们将改变脉动ω，以便在导引设定值(即速度设定值的幅度)V_u、V_JOY的绝对值比最大容许速度V_MAX低时，增加所述脉动ω，从而使用被认为高的脉动，称作“高值”ω_high，因此更具反应性的滤波器F3，并且相反在导引设定值V_u、V_JOY的绝对值将增加而接近最大容许速度V_MAX时，通过减少所述脉动ω至较低脉动，被称为“低值”ω_low。

具体而言，当速度设定值对应于最大容许速度时：V_u＝V_MAX，制约因素3(加速度限制)实际上将导致的是：

实际上，考虑到上述情况，并且如图3中所示，因此可以例如在设置三阶滤波器的脉动的子步骤(b1)期间，由按照如下方式确定的计算脉动ω₀计算三阶滤波器F3的脉动ω：

我们选择V_thresh＝k*V_MAX，其中0<k<1，例如k＝0.5；

如果V_u≤V_thresh，则我们将计算脉动ω₀定义为：

这里形成高值；

如果V_u>V_thresh，则我们将计算脉动ω₀定义为：

这里形成低值，因为V_MAX>V_thresh使得ω_low<ω_high；

其中：

V_u为导引设定值(本文中等于原始导引设定值V_JOY)，

k为所选设定因子，在0到1之间，

L为将悬挂载荷1连结至附接点H的悬挂线缆6的长度，

g为重力(重力的加速度)，

V_MAX为任意(设定)值，其被认为代表驱动马达7、8能赋予悬挂所述载荷1的附接点H的最大速度；实际上，V_MAX将根据吊运机械2的特点、预期载荷1的特点以及所考虑的驱动马达7、8的特点来任意地选择，并且可以例如等于驱动马达7、8实际上能够根据测试赋予滑车5的最大速度的实际值，或者优选等于最大速度的该实际值的一定比例(严格地低于100％，但非零)；

a_MAX为任意(设定)值，其被认为代表驱动马达7、8能赋予悬挂所述载荷1的附接点H的最大加速度；a_MAX可以例如等于通过测试确定的马达的最大加速度的实际值，或者优选等于最大加速度的该实际值的一定比例(严格地低于100％，但非零)。

脉动的该调整(实时)的双重目标是只要有可能就通过增加所述脉动ω来使三阶滤波器F3的反应性(制约因素2)最佳化，因为滤波器F3的响应时间与所述脉动ω成反比(系数c₁、c₂如上所示地选择，5％时的响应时间在4/ω的范围内)，同时符合与驱动马达7、8的最大加速度能力的非超标有关的制约因素3，其为所述脉动ω设定容许上限。

注意，应该指出的是，不管采取来确定脉动ω的定律如何，可调节脉动的使用允许动态地设定三阶滤波器F3，并且以特别简单的方式直接地并且本质地在所述滤波器F3内结合制约因素的一部分，其特别涉及在驱动马达7、8的速度和加速度方面的物理能力。

三阶滤波器F3的脉动ω的调节可以通过任何适当的脉动调节模块14实现，其形成包括例如电子电路或适当的计算机程序在内的计算装置。

另外，发明人凭经验已经注意到，为了避免使三阶滤波器F3不稳定，特别是在高值ω_high与低值ω_low之间的过渡期间，(计算)脉动ω、ω₀应该是二阶可微分的(相对于时间)。

关于这点，发明人已经注意到，希望的是使(计算)脉动ω、ω₀平滑化，特别是为了确保其随时间推移的演变，并且特别地前述过渡高值ω_high/低值ω_low是连续的以及二阶可微分的。

根据可以靠自己构成发明的一个优选特征，这就是为什么在设定三阶滤波器F3的脉动ω的子步骤(b1)期间，我们在确定脉动ω的期间应用更具体而言我们向计算脉动ω₀应用二阶滤波器F2，使得三阶滤波器F3作为脉动ω使用已滤波计算脉动ω_F。

所述已滤波计算脉动ω_F相应地优选定义为：

其中：

ω₀为在二阶滤波F2之前如上所示地获得的计算脉动(也被称为“目标脉动”)，

ω_X为二阶滤波器F2的自然脉动，例如等于4rad/s，

m为二阶滤波器F2的阻尼系数，优选等于0.7(这样选择值允许在短响应时间与二阶滤波的有限过冲量之间获得良好的折衷)。

另外，应注意的是，如果三阶滤波器F3的脉动ω，更具体而言如上所述地计算出的所述三阶滤波器F3的已滤波脉动ω＝ω_F，连续地发生改变(即规则地，在这个术语的数学意义上没有任何不连续性)以朝计算目标脉动ω₀收敛，更具体而言发生改变以便连续地从高值ω_high切换至低值ω_low或反之亦然，因此，以绝对价值而言，可能会出现一些状况，其中不等式即(其源自制约因素3(有限加速度能力))可能会被暂时违反。

实际上，例如假设我们最初处于这样一种情况，其中机械的操作者几乎不或完全不索取悬挂载荷1的移动，使得导引(速度)设定值V_u低，或甚至为零，使得它低于基准速度：V_u<V_thresh，例如V_u＝0m/s.

三阶滤波器F3的脉动ω、ω_F于是接近或者甚至等于其高值ω_high。

现在假设机械的操作者突然以高幅度应用速度设定值V_u，高于基准速度V_thresh，并且例如接近最大容许速度：V_u＝V_MAX。实际上，这相当于向导引系统应用一定步长，根据它，操作者使导引设定值V_u从其低的或甚至为零(通常0m/s)的初始值几乎瞬时切换至高值(通常为V_MAX)。

因为设定值V_u＝V_MAX此后超过基准速度V_thresh，根据子步骤(b1)对三阶滤波器的脉动的自动设定重新定义目标脉动值ω₀，并且在该情况下，它使之降低，以便将它设定为低值：ω₀＝ω_low。

然而，由于被应用来获得已滤波脉动ω_F的二阶滤波F2，如实际上被三阶滤波器F3使用的，所述已滤波脉动ω_F从其初始的高值向其(新的)低目标值ω₀＝ω_low的过渡不是瞬时的，而相反的是比较渐进的，因为脉动的所述过渡(在该情况下为减小)，即已滤波脉动ω_F朝低值ω_low的收敛，可能操作慢于导引设定值V_u的变化(这里为增加)，即慢于导引设定值V_u朝其高值V_MAX的收敛。

因此，应该明白的是，在将三阶滤波器F3的脉动ω、ω_F调整为新的导引设定值V_u所需的短暂持续时间中，因此能够临时地处于这样一种状况，其中接近其高值(V_u大致等于V_MAX)的导引设定值以及同样接近其高值ω_high的脉动ω、ω_F一起存在，因为所述脉动“慢速地”减小为达到其低值ω_low。

在这种情况下，滑车5所需的加速度将临时地大致等于并且可以因此临时地超过马达7、8的最大加速度能力因为ω_high>ω_low。

为了避免这种状况，更具体而言为了确保不等式(制约因素3设定的)永久地得到满足：根据可以靠自己构成发明的一个特征，这就特别是为什么处理步骤(b)优选包括一次饱和子步骤(b2)，在此期间，根据三阶滤波器F3的脉动ω、ω_F(即根据三阶滤波器的脉动ω、ω_F在所考虑时间时的瞬时值)计算出的第一饱和定律SAT1被应用于导引设定值V_u、V_JOY。

特别如图3和4中所示，该第一饱和定律SAT1可以由适当的第一饱和模块15实现，所述第一饱和模块形成计算装置，包括例如电子电路或适当的计算机程序。

优选地，第一饱和定律SAT1将表示为：

SAT1(V_u)＝V_u，如果

如果

如果

其中

V_u为导引设定值(本文中等于原始导引设定值V_JOY)，

ω_F为三阶滤波器F3的脉动(更具体而言为已滤波脉动)，

L为悬挂线缆6的长度，

g为重力，并且

a_MAX为代表驱动马达7、8能赋予悬挂所述载荷1的附接点H的最大加速度的值(所述最大加速度值优选如上所示地定义)。

优选地，如图3和4中所示，第一饱和定律SAT1在三阶滤波F3之前应用于原始(速度)设定值V_JOY，以便形成(在第一饱和模块15的输出处)导引设定值V_u，其然后被发往三阶滤波器F3。

另外，在一些状况下，当悬挂线缆6的长度L显著时，执行设定值V_trol，从而滑车5的速度(其由变换公式给出)，可以超过最大容许速度V_MAX，即违反制约因素4(其设定：|V_trol|≤V_MAX)，特别是在导引设定值V_u从而所得已滤波导引设定值V_f经历快速变化、在时间上接近并且具有高幅度的情况下。

发明人所提出的解决方案在于当所述执行设定值达到预定的容许极限(通常为+/-V_MAX)时，通过以适当的方式使导引设定值V_u饱和，来限制执行设定值V_trol。

在执行设定值(因此滑车5的速度)V_trol达到最大容许值V_MAX时重新计算导引设定值的原理，使得所述执行设定值的绝对值|V_trol|(最多)保持恒定，或者甚至减小；换言之，导引设定值V_u被改变以便将执行设定值V_trol限定在其最大容许值V_MAX。

这就是为什么处理步骤(b)优选包括二次饱和子步骤(b3)，其意图在所述执行设定值V_trol大致达到驱动马达7、8能赋予附接点H(即实际上为赋予滑车5)的最大速度V_MAX时，维持恒定或使执行设定值(即附接点H的速度设定值)V_trol减小。

在数学上，如果希望的是维持执行设定值V_trol恒定，则这相当于设定 因此因此

由于通过应用三阶滤波器F3，我们具有：

因此

于是

最后一个公式的第二项为方便起见被标记为E(t)：

如上所述，我们寻求在执行设定值V_trol达到最大容许速度Vmax时，维持执行设定值V_trol恒定或使它减小。此外，实际上，如果导引设定值V_u低，则这原则上表明我们寻找低的滑车速度，从而寻找低的执行设定值V_trol，也就是说，所以没有理由将所述执行设定值V_trol保持恒定在处其最大值V_MAX，而是使它减小。

这就是为什么在二次饱和子步骤(b3)期间，因此优选根据可以靠自己构成发明的一个特征向导引设定值V_u应用第二饱和定律SAT2，其表示为：

SAT2(V_u)＝MIN(E(t),V_u)，如果Vtrol>0，并且

SAT2(V_u)＝MAX(E(t),V_u)，如果Vtrol<0，

其中：

V_u为导引设定值(其优选在经历了第一饱和定律SAT1之后来自第一饱和模块15，如图4中示出的)，

V_trol为执行设定值(滑车的速度)，这里由以下变换公式估算：

V_f为来自三阶滤波器F3的已滤波导引设定值，

和其中

c₁、c₂分别为三阶滤波器F3所使用的一阶和二阶系数(通常我们将具有c₁＝2.15以及c₂＝1.75)，

ω_F为三阶滤波器F3的脉动(这里更具体地为已滤波脉动)，

L为将悬挂载荷1连结至附接点H的悬挂线缆6的长度，

g为重力。

特别如图4中所示，该第二饱和定律SAT2可以由适当的第二饱和模块16实现，所述第二饱和模块形成计算装置，包括例如电子电路或适当的计算机程序。

应指出的是，为了稳定起见，该第二饱和定律SAT2在最大容许速度V_MAX附近的启用和停用可以优选通过迟滞切换进行操作。

更具体而言，第二饱和定律SAT2最初是未启用的，它将在执行设定值V_trol将达到并超过触发阈值时启用，所述触发阈值略高于V_MAX，例如设定为1.04*V_MAX(其加强了兴趣来选择略低于有关驱动马达7、8的实际物理速度极限的V_MAX，通常为所述物理极限的95％-98％)；并且它在执行设定值V_trol将下降低于绝灭阈值时再次被停用，所述绝灭阈值严格地低于触发阈值，并且例如为1.01*V_MAX。

另外，发明人已经注意到，即使上述第一饱和定律SAT1的实施通常能解决制约因素3(滑车的加速度必须保持低于最大容许加速度a_MAX)，但是导引设定值的一些非常特殊的组合仍然可以违反该制约因素3。

然而，如上所示，应用将不符合驱动马达7、8的物理极限特别是加速度能力的执行设定值V_trol可能会导致执行不符合预期运动的运动，从而发生摇摆。

这就特别是为什么为了保证悬挂载荷1的运动并且确保对所述运动的控制和精度，根据可以靠自己构成发明的一个特征但是其将优选被实施为第一饱和定律SAT1的补充，处理步骤(b)优选包括使已滤波导引设定值的三阶导数饱和的子步骤(b5)，在此期间，向已滤波导引设定值V_f的三阶(次)导数应用第三饱和定律SAT3，其饱和阈值取决于驱动马达7、8能赋予悬挂所述载荷1的附接点H的最大加速度a_MAX(通常如以上定义的)。

有利地，该第三饱和定律SAT3的实施可以为第一饱和定律SAT1所提供的预防措施添加额外的预防措施，以便使根据本发明的开环控制的安全性最佳化。

更优选地，第三饱和定律SAT3可以表示为：

如果

如果以及

如果

其中：

V_f为来自三阶滤波器F3的已滤波导引设定值，

ω_F为三阶滤波器F3的脉动(这里更具体地为已滤波脉动)，

c₁、c₂分别为三阶滤波器F3所使用的一阶和二阶系数，

L为将悬挂载荷1连结至附接点H的悬挂线缆6的长度，

g为重力，并且

a_MAX为代表驱动马达7、8能赋予悬挂所述载荷1的附接点H的最大加速度的值，所述最大加速度值通常如上所述地定义。

特别如图4中所示，第三饱和定律SAT3可以由适当的第三饱和模块17实现，所述第三饱和模块形成计算装置，包括例如电子电路或适当的计算机程序。

应指出的是，有利地，当考虑真实状况时，以上提出的推理和方程可应用于三维中。

实际上，如果在三维笛卡尔参考系(X,Y,Z)中考虑起重机，其中Z代表纵轴，本文中与井架3一致，仍然可以陈述牛顿定律：

通过假设小角度的摇摆，我们分别在X轴和Y轴上的投影中具有：

以及其中a_X、a_Y、a_Z分别为悬挂载荷1的加速度的X、Y、Z分量。

根据实施本发明的方法的第一可能性，以绝对价值而言，为了计算执行设定值V_trol，更具体而言为了计算所述执行设定值的笛卡尔分量和有可能保持涉及悬挂载荷1的垂直加速度a_Z的表达式，以便能够同样补偿悬挂载荷1的所述垂直加速度对摇摆生成的潜在影响。

尽管如此，根据本发明的方法的第二优选的可能实施方式，作为一个简化的假设，实际上有可能考虑到悬挂载荷的加速度a_Z相对于重力g是可忽略的。

通过相应地简化以上表达式，我们得到：

以及

通过随后相对于时间对这些表达式求微分，并且同时作为一个现实的简化考虑悬挂线缆6的长度L的变化速度dL/dt是可忽略的，我们获得：

以及

另外，应该指出的是，本发明的方法是特别通用的，因为它能应用于任何类型的吊运机械2，而不管所述吊运机械2的构造如何，程度达到在任何情况下所述方法均有利地允许在笛卡尔参考系中以简单方式计算执行设定值V_trol，而不管吊运机械2专用的坐标系为何(笛卡尔、圆柱或球面)，其中导引设定值V_u、V_JOY在其被机械的操作者设定时首先得到表示，并且其中执行设定值V_trol必须随后被表示，使得所述执行设定值可以适当地应用于有关的驱动马达7、8。

实际上，全部所需的是首先借助于所使用的吊运机械2特有的并且将被标记为R_θ的几何变换矩阵(比如旋转矩阵)将最初以吊运机械2专用的坐标系表示的导引设定值V_u、V_JOY的分量变换成笛卡尔坐标，然后在所述笛卡尔参考系中计算执行设定值V_trol，并且最终借助于将被标记为R_-θ的逆变换矩阵再次将所述执行设定值V_trol的笛卡尔分量变换为以吊运机械2专用的坐标系表示的分量，适用于驱动马达7、8，其分别根据所述分量中的每个生成所述机械2(更具体而言滑车5)的移动。

因此，在吊运机械2由具有水平悬臂的起重机(具有水平悬臂的塔式起重机)形成的情况下，最适合所述机械2的坐标系将是圆柱坐标系，其中所考虑的物体的位置由半径r(沿着悬臂)和方位角θ(围绕定向轴的偏航角度)定位，如图1和5中所示。

对起重机的导引对于操作者而言以非常直观的方式在分配方向(半径r的变型)和定向方向(方位角θ的变型)上执行，导引设定值V_u、V_JOY以及执行设定值V_trol中的每个因此将包括用于分配马达7(其允许作用于半径)的分配分量以及用于定向马达8(其允许作用于方位角的定向分量)。

(导引设定值V_u、V_JOY)从圆柱坐标系向笛卡尔坐标系的第一变换可以借助于旋转矩阵R_θ操作，而(执行设定值V_trol)从笛卡尔坐标系向圆柱坐标系的第二变换可以借助于逆旋转矩阵R_-θ操作。

类似地，在吊运机械2由俯仰臂起重机形成的情况下，最适合的坐标系将是球坐标系，其中滑车5的位置由其方位角(俯仰臂在偏航方向上的定向)、其倾斜度(俯仰臂在俯仰方向上的定向)以及其半径(滑车相对于俯仰臂的铰接基部的距离)定位(和导引)。

本文中再次，向笛卡尔坐标系以及从笛卡尔坐标系进行的变换将通过适当的几何变换矩阵操作，以便能够管理用于沿方位角(偏航)驱动吊臂的马达、用于沿倾斜角(俯仰)驱动吊臂的马达以及用于沿半径(沿着吊臂平移)驱动的马达。

在比如设计成沿着轴(X)或者沿着两个彼此垂直的轴(X和Y)执行平移线性运动的桥式起重机等吊运机械2的情况下，导引设定值可以直接以笛卡尔参考系(X、Y)表示，因此不需要任何坐标变换。

实际上，并且如图6中所示，本发明的方法因此可以相继地包括以下操作：

-在适于吊运机械2的坐标系中，本文优选在圆柱坐标(r_load、θ_load)中，给出悬挂载荷1的位置；

-通过机械的操作者(经由操作杆11)以悬挂载荷的速度设定值V_load的形式表示(原始)导引设定值V_JOY，所述速度设定值的分量对应于所考虑的坐标系，本文中悬挂载荷的所述速度设定值V_load包括(分解为)载荷速度的所需径向分量和载荷速度的所需角度分量

-对悬挂载荷的速度设定值V_load的分量相应地进行C³平滑处理，更具体而言为此目的通过三阶滤波器F3进行已滤波；

-因此，悬挂载荷的速度设定值的第一分量，本文中为载荷速度的所需径向分量受到C³平滑处理，更具体而言被三阶滤波器F3(滤波模块12)滤波，以便获得载荷速度的已滤波径向设定值(即已滤波导引设定值V_f的第一分量)；

-类似地，悬挂载荷的速度设定值的第二分量，本文中为载荷速度的所需角度分量受到C³平滑处理，更具体而言被三阶滤波器F3(滤波模块12)滤波，以便获得载荷速度的已滤波角度设定值，然后它乘以半径r_load(其对应于悬挂载荷1与垂直旋转轴线(ZZ’)相距的距离)，以便获得速度的已滤波(直辐射)切向设定值(即已滤波导引设定值V_f的第二分量)；

-载荷的已滤波速度设定值(已滤波导引设定值V_f)(其在本文中为径向和切向的分量此后是已知的)因此通过应用几何变换矩阵而以笛卡尔参考系得到表示，所述几何变换矩阵在这里为旋转矩阵R_θload，其对应于悬挂载荷1的偏航角位置θ_load：

-在所述笛卡尔参考系的每个轴X和Y上，由于变换公式(变换模块13)，然后可以确定对应于执行设定值(滑车的速度设定值)V_trol的分量：和

-在笛卡尔坐标中可获得的执行设定值(滑车的速度设定值)V_trol于是通过应用逆几何变换矩阵(本文中为逆旋转矩阵R_-θtrol，其对应于滑车5的偏航角位置θ_trol)以适于吊运机械的坐标系(在该情况下以圆柱坐标)表示：

-因此将执行设定值V_trol的分量各自应用至它们相应的驱动马达7、8；因此，执行设定值V_trol的径向分量V_trol ^r因此应用于分配马达7；

而所述执行设定值V_trol的切向分量通过乘以1/r_trol(其中r_trol代表滑车5到垂直旋转轴线(ZZ’)的距离)而变换为滑车速度的角度设定值，然后应用于定向(偏航回转)马达8。

另外，应指出的是，滑车5(附接点H)的圆柱坐标可以轻松(实时地)知晓，例如一方面借助于角位置传感器，其通知悬臂4相对于井架3的角度偏航角位置，即滑车5的偏航角位置θ_trol，而另一方面借助于位置传感器，例如关联于分配驱动马达7的，其允许知晓滑车5沿着悬臂4(平移方向上)的位置，从而知晓所述滑车5与垂直旋转轴线(ZZ’)相距的径向距离r_trol。

类似地，可以借助于测量导致所述悬挂线缆6缠绕的绞盘或升降马达的绝对旋转的传感器来实时地知晓悬挂线缆6的长度L。

可以通过对已滤波导引设定值V_f的分量求积分(相对于时间)来估算悬挂载荷1的偏航角位置θ_load以及所述悬挂载荷相对于垂直回转轴(ZZ’)的(径向)距离r_load，因为所述分量这里分别对应于载荷的已滤波径向速度和载荷的已滤波角速度

因此，更具体而言，可以将悬挂载荷1的估算径向位置r_{load_estim}评估为：

关于这点，应指出的是，当吊运机械2更具体而言悬挂载荷1处于静止，使得所述悬挂载荷1大致垂直地位于滑车5上方时，相对于悬挂载荷1的回转轴的偏航角位置以及距离分别等同于相对于滑车5的回转轴的偏航角位置和距离，其进而如上所示地测量。

因此，可以设定为前述积分计算的初始条件(因此设定为校准参数)：r_load(0)＝r_trol(0)，其中“0”对应于系统处于静止时的初始时间。

在适当情况下，为了改善悬挂载荷1的径向位置的估算精度，可以使用涉及额外测量滑车5的径向位置的观测器(观测矩阵)。

另外，应指出的是，C³平滑处理更具体而言三阶滤波F3可以应用于吊运机械2的一个(单一的)特征运动(通常在图1和6中示出的优选示例中为回转定向运动或平移分配运动)，即仅应用于导引设定值V_u、V_JOY的分量之一，或者应用于所述特征运动中的若干个(即所述分量的若干个)，或者优选应用于所述特征运动中的全部(即应用于导引设定值的所有分量)。

另外，根据前述配置中的任一个，本发明当然涉及使用C³平滑处理，更具体而言使用三阶滤波器F3，并且在适当情况下，使用饱和定律SAT1、SAT2、SAT3中的任一个，以确定执行设定值V_trol，其旨在应用于驱动马达7、8，从而允许移动吊运机械2的悬挂载荷1。

关于这点，应指出的是，本发明因此覆盖C³平滑处理的实施，更具体而言三阶滤波器F3的实施，分别为饱和定律的全部或一部分，而不管用于随后确定执行设定值V_trol的分量的计算类型如何。

本发明还涉及用于吊运机械的控制箱以及配备有这种控制箱的吊运机械2，所述控制箱包括以下模块(即电子和/或计算机计算装置)中的任一个：以上描述的用于C³平滑处理/三阶滤波的模块12、变换模块13、脉动调节模块14、或饱和模块15、16、17。

最后，本发明当然绝不仅仅局限于所描述的变型，本领域技术人员特别能够自由地分离或组合前述特征中的任一个，或者将它们置换为等同方案。

Claims (14)

1.一种用于控制悬挂于吊运机械(2)的附接点(H)处的载荷(1)的移动的方法，所述方法包括导引设定值获取步骤(a)，在此期间，获取被称为“导引设定值”(V_u)的设定值，其代表吊运机械的操作者希望赋予悬挂载荷(1)的移动速度(V_load)，所述方法还包括处理步骤(b)，在此期间，从所述导引设定值(V_u)推导被称为“执行设定值”(V_trol)的设定值，所述执行设定值旨在应用于至少一个驱动马达(7、8)，以便移动所述悬挂载荷(1)，所述方法的特征在于，所述处理步骤(b)包括C³平滑处理子步骤(b4)，在此期间，所述导引设定值(V_u)被处理，以便赋予所述导引设定值(V_u)相对于时间具有三阶可微性以及相对于时间具有连续性的属性，以便从所述导引设定值(V_u)生成C³级别的已滤波导引设定值(V_f)，然后从所述已滤波导引设定值(V_f)定义执行设定值(V_trol)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行设定值(V_trol)表示所述附接点(H)必须达到的速度设定值，并且定义为如下：

其中：

V_f为已滤波导引设定值，

L为将悬挂载荷(1)连结至附接点(H)的悬挂线缆(6)的长度，

g为重力。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在C³平滑处理子步骤(b4)期间，采用来生成代表驱动马达(7、8)能赋予悬挂所述载荷(1)的附接点(H)的最大加速度(a_MAX)的参数(ω、ω₀)的已滤波导引设定值(V_f)，使得源自所述已滤波导引设定值(V_f)的执行设定值(V_trol)取决于所述最大加速度，以便能通过所述驱动马达(7、8)获得。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在C³平滑处理子步骤(b4)期间，向所述导引设定值(V_u)应用三阶滤波器(F3)，以便生成C³级别的已滤波导引设定值(V_f)。

5.根据权利要求3和4所述的方法，其特征在于，所述处理步骤(b)包括设置三阶滤波器(F3)的脉动的子步骤(b1)，在此期间，所述三阶滤波器(F3)的脉动(ω、ω₀)由代表驱动马达(7、8)能赋予悬挂所述载荷(1)的附接点(H)的最大加速度的值(a_MAX)计算而得。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述处理步骤(b)包括设定三阶滤波器(F3)的脉动(ω、ω₀、ω_F)的子步骤(b1)，在此期间，根据吊运机械的操作者在所考虑的时间时应用的导引设定值(V_u)的值来调整三阶滤波器(F3)的脉动(ω、ω₀、ω_F)，并且更优选地，根据导引设定值(V_u)是否低于或相反高于基准速度(V_thresh)来改变三阶滤波器(F3)的脉动(ω、ω₀、ω_F)的值，所述基准速度由驱动马达(7、8)能赋予悬挂所述载荷(1)的附接点(H)的最大速度值(V_MAX)定义。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述处理步骤(b)包括设定三阶滤波器的脉动的子步骤(b1)，在此期间，三阶滤波器(F3)的脉动(ω)由按如下方式确定的计算脉动(ω₀)算出：

我们选择V_thresh＝k*V_MAX，其中0<k<1，例如k＝0.5；

如果V_u≤V_thresh，则我们将所述计算脉动(ω₀)定义为高值：

如果V_u>V_thresh，则我们将所述计算脉动(ω₀)定义为低值：

其中：

V_u为导引设定值，

L为将悬挂载荷(1)连结至附接点(H)的悬挂线缆(6)的长度，

g为重力，

V_MAX为代表驱动马达(7、8)能赋予悬挂所述载荷(1)的附接点(H)的最大速度的值，并且

a_MAX为代表驱动马达(7、8)能赋予悬挂所述载荷(1)的附接点(H)的最大加速度的值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在设定三阶滤波器(F3)的脉动的子步骤(b1)期间，向计算值(ω、ω₀)应用二阶滤波器(F2)，使得三阶滤波器使用已滤波计算脉动(ω_F)，所述已滤波计算脉动(ω_F)因此优选定义为：

其中：

ω₀为二阶滤波(F2)之前的计算脉动，

ω_X为二阶滤波器(F2)的自然脉动，例如等于4rad/s，

m为二阶滤波器(F2)的阻尼系数，优选等于0.7。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述处理步骤(b)包括一次饱和子步骤(b2)，在此期间，第一饱和定律(SAT1)被应用于导引设定值(V_u)，并且其根据三阶滤波器(F3)的脉动(ω、ω_F)计算出。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一饱和定律(SAT1)表示为：

SAT1(V_u)＝V_u，如果

如果

如果

其中

V_u为导引设定值，

ω_F为三阶滤波器(F3)的脉动；

L为将悬挂载荷(1)连结至附接点(H)的悬挂线缆(6)的长度，

g为重力，并且

a_MAX为代表驱动马达(7、8)能赋予悬挂所述载荷(1)的附接点(H)的最大加速度的值。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述处理步骤(b)包括二次饱和子步骤(b3)，其旨在当所述执行设定值大致达到驱动马达(7、8)能赋予附接点(H)的最大速度(V_MAX)时，维持恒定或使执行设定值(V_trol)减小。

12.根据权利要求11和4所述的方法，其特征在于，在二次饱和子步骤(b3)期间，第二饱和定律(SAT2)被应用于导引设定值(V_u)并且表示为：

SAT2(V_u)＝MIN(E(t),V_u)，如果V_trol>0，并且

SAT2(V_u)＝MAX(E(t),V_u)，如果V_trol<0，其中：

V_u为导引设定值，

V_trol为执行设定值，估算为：

V_f为来自三阶滤波器(F3)的已滤波导引设定值，并且

其中

c₁、c₂分别为三阶滤波器(F3)所使用的一阶和二阶系数，

ω_F为三阶滤波器(F3)的脉动；

L为将悬挂载荷(1)连结至附接点(H)的悬挂线缆(6)的长度，

g为重力。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述处理步骤(b)包括使已滤波导引设定值的三阶导数饱和的子步骤(b5)，在此期间，第三饱和定律(SAT3)被应用于已滤波导引设定值(V_f)的三阶导数并且其饱和阈值取决于驱动马达(7、8)能赋予悬挂载荷(1)的附接点(H)的最大加速度(a_MAX)。

14.根据权利要求13和14所述的方法，其特征在于，第三饱和定律(SAT3)表示为：

如果

如果和

如果

其中

V_f为来自三阶滤波器(F3)的已滤波导引设定值，

ω_F为三阶滤波器(F3)的脉动，

c₁、c₂分别为三阶滤波器(F3)所使用的一阶和二阶系数，

L为将悬挂载荷(1)连结至附接点(H)的悬挂线缆(6)的长度，

g为重力，并且

a_MAX为代表驱动马达(7、8)能赋予悬挂所述载荷(1)的附接点(H)的最大加速度的值。