CN108928739B - 用于缓冲负载接纳元件的旋转振动的方法以及缓冲设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于实现提升设备(1)的负载接纳元件(7)的旋转振动的方法以及一种缓冲设备，其中，至少一个调节参数借助负载接纳元件(7)的旋转振动模型被确定为提升高度(IH)的函数，并且对负载接纳元件(7)在任意提升高度(IH)中的旋转振动进行缓冲，所述至少一个调节参数被适配到该提升高度(IH)上，其中，所述负载接纳元件在负载接纳元件的限定的提升高度中被激励到旋转振动，在此测得所述负载接纳元件围绕竖直轴线的至少一个实际旋转角以及测得实际致动器位置，并且由此在给定的提升高度中借助识别方法来识别出所述负载接纳元件的旋转振动模型的模型参数。

Description

用于缓冲负载接纳元件的旋转振动的方法以及缓冲设备
技术领域
本发明涉及一种用于借助缓冲调节器以至少一个调节参数来缓冲提升设备的负载接纳元件的围绕竖直轴线的旋转振动的方法，其中，所述负载接纳元件借助至少三个保持元件与提升设备的支承元件连接，并且至少一个保持元件在负载接纳元件与支承元件之间的长度借助作用到所述至少一个保持元件上的致动器通过缓冲调节器被调整。
背景技术
提升设备、尤其是起重机存在许多不同的实施形式并且它们被用于许多不同的应用领域中。例如存在塔式起重机，其尤其被用于地上工程和地下工程，或者存在例如用于风力发动机的装配的移动式起重机。门式起重机被例如使用为工厂中的室内起重机，并且龙门式起重机例如在用于联运物品运转的运转地点用于操纵运输集装箱、例如在用于从船传送到火车或载重汽车上的港口中或从火车到载重汽车上的传送的货运站中，或者反之亦然。在此，尤其物品为了运输被支承在标准集装箱中，所谓的国际标准化集装箱，它们同样适用于在三种运输-陆路、轨道、水路中的运输。门式起重机的结构和功能是充分已知的并且例如在US2007/0289931A1中借助“自船至岸上起重机”得以描述。所述起重机具有支承结构或在其上设置有悬架的门。在此，所述门包括例如可运动地安装在轨道上的并且能够沿一个方向运动的轮子。悬架与门固定连接并且在所述悬架上又设置有沿着悬架可运动的滑轮。为了容纳例如国际标准化集装箱的货物，所述滑轮借助四个绳与负载接纳元件、所谓的吊具连接。为了接纳和操纵集装箱，所述吊具能够借助绳轮被提升和下降，在此借助用于分别两根绳的两个绳轮。所述吊具也能够匹配到不同尺寸的集装箱上。
为了提高物流过程的经济性，首先要求非常迅速的物品运转、也就是说货船的非常迅速的装载过程和卸载过程以及负载接纳元件和门式起重机的整体上相应快速的运动过程。但是，这种快速的运动过程可能导致负载接纳元件的不期望的振动，因为集装箱不能被准确地放置到预先规定的地点，该振动又使操纵过程延迟。即负载接纳元件的旋转振动尤其是围绕竖直轴线的受干扰的振动，因为该旋转振动难以仅借助传统的起重机由起重机司机平衡。附加地，这种旋转振动也可能通过例如集装箱的不均匀的加载或者通过风力影响导致或进一步加强。
US2007/0289931A1首先阐述了该围绕竖直轴线的震动的问题，但是没有提出令人满意的解决方案。为了测量负载接纳元件的到理论位置的偏移以及为了测量负载接纳元件的与滑轮之间的间隔，在所述负载接纳元件上设置有包括发光元件的目标物体并且在滑轮上设置相应的光感摄像机。由此能够确定围绕竖直轴线、纵向轴线和横向轴线的角度偏移。为了补偿该偏移，为每个保持绳设置一个致动器，借由该致动器能够改变保持绳的长度。根据偏移(竖直、纵向或横向)，以不同的方式来操控各致动器，使得各单个保持绳被缩短或延长并且相应的偏差得以补偿。在此缺点在于，该方法仅仅提供了角度偏差的补偿，而没有考虑到旋转振动的动力学。由此不能补偿旋转振动。
DE102010054502A1提出，为了补偿负载接纳元件的旋转振动在负载接纳元件和保持绳之间设置一旋转机构。但是，这是非常耗费并且因此昂贵的，附加地，有效负载由于该旋转机构的重量而被减少。
在Quang Hieu Ngo等人在2009年在《Journal of Mechanical Science andTechnology》中的2009年第23版上发布的文章《Skew Control of a quay containercrane》的公开内容中，建议了一种用于补偿门式起重机的负载接纳元件的旋转振动的调节方法。在此，类似于US2007/0289931A1的那样，在每个保持绳上设置有一个用于改变绳长的致动器并且在负载接纳元件上设置有照明元件，该照明元件为了测量负载接纳元件的角度偏移与设置在滑轮上的光感摄像机共同作用。在此，为了缓冲负载接纳元件的旋转振动而使用一种数学模型以及一种“输入整形”调节方法。在该输入整形方法中涉及一种预控制，借由该预控制能够调整负载接纳元件的旋转角。由此，存在的旋转振动的缓冲是不可能的。此外缺点在于，在该输入整形方法中使用的数学模型必须是非常精确的，因为不存在补偿参数偏移的可能性。
发明内容
由此，本发明的任务在于，克服现有技术中的各缺点、尤其应实现一种用于缓冲提升设备的负载接纳元件的旋转振动的方法。
按照本发明，该任务通过如下方式实现，所述至少一个调节参数借助负载接纳元件的旋转振动模型被确定为提升高度的函数，以及为了缓冲所述负载接纳元件在任意提升高度上的旋转振动使所述至少一个调节参数适配到该提升高度上，其中，所述负载接纳元件在负载接纳元件的限定的提升高度中被激励到旋转振动，在此测得所述负载接纳元件围绕竖直轴线的至少一个实际旋转角以及测得实际致动器位置，并且由此在给定的提升高度中借助识别方法来识别出所述负载接纳元件的旋转振动模型的模型参数。借助该简单的方法能够缓冲负载接纳元件在任意提升高度上的旋转振动，而不需要手动地确定缓冲调节器的一个或多个调节参数。由此，所述提升设备的运行或负载的迅速的运动和准确的定位被明显简化，这带来时间节省以及因此带来生产力的提高。
优选所述负载接纳元件在该负载接纳元件的限定的提升高度中被激励以旋转振动，其中，所述负载接纳元件的围绕竖直轴线的至少一个实际旋转角以及实际致动器位置被测得，并且由此借助识别方法识别出所述负载接纳元件在给定的提升高度中的旋转振动模型的模型参数。由此能够借助合适的识别方法确定所选择的旋转振动模型的未知的模型参数，由此确定所述负载接纳元件的未知的振动特性以及能够实现旋转振动的缓冲。
有利地，所述至少一个致动器液压或电地被操纵，由此能够使用标准部件、例如液压缸或电动马达，并且能够使用现有的能力供应系统。
当在负载接纳元件与支承元件之间设置有至少四个保持元件时，能够操控更大的负载。
当设置有至少两个致动器、尤其为每个保持元件设置有一个致动器时是有利的。由此能够一方面实现旋转振动缓冲的冗余，由此能够提高掉落可靠性。另一方面能够使用小惯性的小致动器，由此能够减少缓冲调节的作用时间并且提高调节质量。
有利地，借助设置在支承元件上或负载接纳元件上的摄像系统或者借助提升设备的提升驱动装置来测量所述提升高度。由此能够非常准确地并且以更简单的方式测得所述提升高度。
优选借助设置在所述支承元件上或所述负载接纳元件上的摄像系统测量所述负载接纳元件的旋转角。借由该简单的方法，能够非常准确地确定所述负载接纳元件的旋转角。此外，摄像系统能相对简单地加装到现有的提升设备上。
根据一种优选的实施方式，所述旋转振动模型是包括至少三个模型参数、尤其包括一个动态参数δ、一个缓冲参数ξ和一个系统增益参数iβ的二阶微分方程。借由该旋转振动系统通过二阶微分方程的数学建模，实现实际的旋转振动的简单但足够准确的描绘。
有利的是，所述识别方法是数学方法、尤其是在线最小二乘法。借由该常见的数学方法能够以简单的方式并且足够准确地确定模型参数。
有利的是，作为所述缓冲调节器使用包括优选五个调节参数KI、K1、K2、KFF、KP的状态调节器。由此以高的调节质量实现快速和稳定的缓冲调节器。通过集成的预控制(调节参数KFF)，能够改进引导特性，并且通过积分(调节参数KI)实现稳定的准确性或能够补偿模型不确定性。
根据一种优选的实施形式，为缓冲调节器预先给定负载接纳元件的理论旋转角，并且所述缓冲调节器在预先给定的角度范围中、尤其在-10°≤βsoll≤+10°的角度范围中调节校准该理论旋转角。由此能够实现负载接纳元件的期望的旋转，由此负载、例如集装箱也能被定位到不精确定向的目标上、例如位置倾斜的载重汽车上。
有利地，在所述缓冲调节器中集成有防风保护装置，其中，为缓冲调节器设置所述至少一个致动器的致动器限定、尤其是所述致动器的最大/最小的许用致动位置szul、最大/最小的许用致动速度vzul以及最大/最小的许用致动加速度azul。通过该所谓的防风保护装置能够避免所述至少一个致动器可能导致缓冲调节器的不稳定的的不允许的大调整参数。
附图说明
下面，参考附图1至图4进一步阐述本发明，各附图举例地、示意地并且不受限地示出本发明的有利的实施方式。在此，附图如下：
图1示出借助集装箱起重机的提升设备的基本构造；
图2a和图2b示出包括用于构成旋转振动的负载的负载接纳元件；
图3示出示意的提升设备的部分；
图4示出缓冲调节器的调节器结构；
图5示出状态评估单元。
具体实施方式
图1示例性地借助示意的集装箱起重机2示出提升设备1，所述集装箱起重机例如用于在港口的船的加载或卸载。通常，所述集装箱起重机2具有支承结构3，该支承结构要么固定要么可运动地设置在地面上。在可运动的布置的情况下，所述支承结构3能够例如在Y方向上能行驶到轨道上地设置、例如在图1中示意地示出的那样。通过该在Y方向上的自由度，所述集装箱起重机2在地点方面能灵活被地使用。该支承结构3具有悬臂4，该悬臂与支承结构3固定连接。在该悬臂4上通常设置有支承元件5，该支承元件在悬臂4的纵向方向上、即在所示的示例中在X方向上可运动，例如支承元件5能够借助轮子支承在引导部中。支承元件5通常借助保持元件6与用于接纳负载8的负载接纳元件7连接。在集装箱起重机2的情况下，所述负载8通常是集装箱9，在多数情况下是具有20、40或45英尺长和8英尺宽的国际标准集装箱。但也存在负载接纳元件7，其适用于同时并列地接纳两个集装箱9(所谓的双吊具)。但是，用于根据本发明的缓冲方法，所述负载接纳元件的该类型和实施不再是重要的，可以使用负载接纳元件7的任意的实施形式。保持元件6通常实施为绳，其中，在多数情况下在支承元件5上设置四个保持元件6，但也可设置更多或更少个保持元件6，但至少设置三个保持元件6。为了接纳负载8、例如集装箱9，在支承元件5和负载接纳元件7之间的提升高度IH借助提升驱动装置10(参见图3)能被调整、如在图1中示出的那样例如沿Z方向调整。当所述保持元件6构成为绳时，所述提升高度IH通常借助一个或多个绳轮10a、10b调整、如在图3中示意性示出的那样。即为了操控负载8或集装箱9，所述提升设备1或集装箱起重机2能沿三个轴线的方向运动。基于快速的运动过程、集装箱9的不均匀加载或风力影响，可能发生的是，设置在各保持元件6上的负载接纳元件7由于设置在其上的集装箱9被激励以振动，如下面借助图2a和图2b示出的那样。
图2a示意地示出支承元件5，在其上借助四个保持元件6设置有包括负载8的负载接纳元件。坐标系统示出负载接纳元件7的自由度。直的双箭头象征负载接纳元件7的可能的运动方向，其中，在示出的示例中沿Y方向的运动通过整个提升设备1的运动实现，沿X方向的运动由支承元件5在悬臂4上的运动实现(提升设备1和悬臂4在图2a中未示出)，并且沿Z方向的运动由提升高度IH借助保持元件6和提升驱动装置10(未示出)的改变实现。弯的双箭头象征负载接纳元件7围绕各个轴线的可能的旋转。围绕X轴线或Y轴线的旋转能由提升设备1或集装箱起重机2的使用者相对容易地补偿，并且在此不更详细地描述。围绕Z轴线(即围绕竖直轴线)的旋转(如在图2b中示出的那样)如在开头描述的那样是非常受干扰的，因为尤其负载接纳元件7围绕Z轴线的旋转振动可能使负载8在限定的位置上、例如载重汽车或火车车厢的装载面上的定位变得困难或延迟。
因此，根据本发明规定一种方法，借助该方法能够简单和快速地缓冲负载接纳元件7围绕竖直轴线的这种旋转振动，使得实现负载接纳元件7连同设置在其上的负载8的迅速的运动过程，这应带来物品操控的效率提升。下面借助图3和图4对所述方法的细节进行说明。
当然，所述提升设备1的所描述的实施形式可仅示例地理解为根据图1至图3的集装箱起重机2。所述提升设备1用于根据本发明的方法的应用也可构成为任意其它的形式，例如为室内起重机、门式起重机、移动起重机等。重要的仅是提升设备1的基本功能以及提升设备1具有用于执行根据本发明的缓冲方法的重要部件，如下面描述的那样。
在图3中示出、在此借助集装箱起重机2的各部件提升设备1的重要的各部件。在此示出对于本发明重要的各部件。这种起重机的构造和功能以及描述是充分已知的并且因此无须进一步说明。根据本发明的一种优选的实施形式，在支承元件5(在图3中示意地虚线地示出)和负载接纳元件7之间设置四个保持元件6a、6b、6c、6d，这些保持元件可够成为高度固定的绳、尤其够成为钢绳。为了在Z方向上提升或下降负载接纳元件7、即为了调整提升高度IH，设置有提升驱动装置10。在根据图3的示例中，提升驱动装置10通过绳轮10a和10b构成，其中，在每个绳轮10a、10b上卷绕有至少两个保持元件6a、6c或6b、6d。但是当然也可考虑提升驱动装置的其它形式。为了执行根据本发明的方法，在至少一个保持元件6a、6b、6c、6d上设置至少一个致动器11a、11b、11c、11d，用于改变保持元件6的长度。但是有利地，在每个保持元件6a、6b、6c、6d上设置一个致动器11a、11b、11c、11d。有利地，如在图3中可见的，在提升设备1上设置具有各一个致动器11a、11b、11c、11d的四个保持元件6a、6b、6c、6d。
在如在图3中示出的提升驱动装置10中，所述保持元件6a、6b、6c、6d经由设置在负载接纳元件7上的导向辊引导。所述保持元件6a、6b、6c、6d的相应自由的端部固定在位置固定的保持点、例如在支承元件5上。在该构成方案中，致动器11a、11b、11c、11d优选固定在位置固定的保持点上、例如支承元件5上，并且保持元件6a、6b、6c、6d的自由端部在致动器11a、11b、11c、11d上。由此，通过调整致动器11a、11b、11c、11d能够调整保持元件6a、6b、6c、6d的长度，由此也调整在支承元件5和负载接纳元件7之间的间隔。
在此，致动器11a、11b、11c、11d为了改变在支承元件5和负载接纳元件7之间的相应的保持元件6a、6b、6c、6d的长度而能由缓冲调节器12驱控，在此，优选向致动器11a、11b、11c、11d预先给定至少一个理论致动位置ssoll或理论致动速度vsoll。为了缓冲调节，由缓冲调节器12测得所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d的至少一个实际致动器位置sist(缓冲调节器12在图3中未示出)。在此，缓冲调节器12可例如够成为以硬件和/或软件的形式的单独的构件，亦或在现有的起重机控制中实现。所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d可由缓冲调节器12如此操控(如下面还详细描述的那样)，使得通过改变致动位置和/或致动速度，所述负载接纳元件7一方面被激励旋转振动(如在图3中通过双箭头示意)或另一方面如此被驱控，使得负载接纳元件7的旋转振动被缓冲。
在示出的实施形式中，在此，为了激励或为了缓冲旋转振动，优选借助相应的致动器11a、11b加长在支承元件5和负载接纳元件7之间的两个对角对置的保持元件6a、6b的长度，并且借助相应的致动器11c、11d减小另外两个对角对置的保持元件6c、6d的长度，或者反之亦然。但是也例如可在支承元件5和负载接纳元件7之间设置仅三个保持元件6，并且仅一个致动器11用于改变该三个保持元件6之一的长度。仅重要的是，借助所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d能改变在支承元件5和负载接纳元件7之间的至少一个保持元件6a、6b、6c、6d的长度，使得能激励或缓冲所述负载接纳元件7围绕竖直轴线(在图3中围绕Z轴线)的旋转振动。
致动器11a、11b、11c、11d可任意地构成、优选使用能够纵向调整的液压或电的实施形式。如在图3中示出的那样，当致动器11a、11b、11c、11d以液压缸的形式使用时，用于操纵致动器11a、11b、11c、11d的能量例如来自现有的液压系统。但是，致动器11a、11b、11c、11d也可够成为绳轮并且被电地驱控，其中，操纵能量来自现有的电网。也可考虑致动器11a、11b、11c、11d的适用于在支承元件5和负载接纳元件7之间的保持元件6的长度改变的另外的实施形式。所述致动器11a、11b、11c、11d尤其必须具有在负载8的提升和下降期间的待期待的力。为了在限定的负载情况下实现保持元件6a、6b、6c、6d的要求的长度改变，致动器11a、11b、11c、11d例如也可具有附加的齿轮传动机构。
为了执行根据本发明的缓冲方法规定，所述负载接纳元件7的围绕Z轴线(或竖直轴线)的至少一个实际旋转角βist能被测得，例如可设置以摄像系统形式的测量装置14，其中，在支承元件5上设置有摄像机14a并且在负载接纳元件7上设置有与该摄像机14a共同作用的测量元件14b，或者反之亦然。但是，所述实际旋转角βist也能够以其他方式被测量，例如借助陀螺仪传感器，重要的是存在用于所述实际旋转角βist的测量信号，其能被供应给缓冲调节器12。此外规定，在支承元件5和负载接纳元件7之间的提升高度IH能被测得。例如通过提升驱动装置10测得所述提升高度IH，例如以绳轮10a、10b的能用于起重机控制中的位置信号的形式。所述提升高度IH也可来自于起重机控制。但是，所述提升高度IH也可例如借助测量装置14测得、例如借助摄像系统，其不仅能测得所述提升高度IH而且能测得所述实际旋转角βist。这种测量装置14在现有技术中已知，因此在此不再进一步阐述。
下面借助图4描述所述缓冲方法的各个步骤。
图4示出根据本发明的包括缓冲调节器12和调节对象15的调节结构的可能的构成的方块图，所述缓冲调节器如已经阐述的那样可实施为单独的构件或者在提升设备1的控制系统中，并且所述调节对象由缓冲调节器12调节。在该示出的实施例中，所述缓冲调节器12构成为状态调节器13。但是，基本上也可使用任意其它合适的调节器。所述调节对象15是借助图3描述的系统。缓冲调节器12的引导参数是负载接纳元件7的理论旋转角βsoll，并且调整参数优选是所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d的理论致动位置ssoll。替选地，替代于理论致动位置ssoll也可使用理论致动速度vsoll作为调整参数。所述实际旋转角βist如已经描述的那样能借助测量装置14、例如借助摄像系统测得。作为反馈，为缓冲调节器12供应所述负载接纳元件7的至少所测得的实际旋转角βist(并且在使用理论致动速度vsoll作为调整参数的情况下也供应所测得的实际致动器位置sist)。也可考虑，附加地测得实际角速度
Figure GDA0003057134410000101
并且供应给缓冲调节器12，由此可进一步改进试试缓冲调节。当然，当需要时，也可由测得的实际旋转角βist求导得实际角速度
Figure GDA0003057134410000102
或实际角加速度
Figure GDA0003057134410000103
例如根据时间推导。
所需要的实际参数、即尤其是实际旋转角βist以及必要时尤其对时间的求导要么直接被测量或能被直接测量，至少部分地也被观察者评估。借助观察者评估的实际参数、例如实际旋转角βist的使用的优点在于，由此能够避免可能存在的或对于缓冲调节不期望的测量装置14的测量值的测量干扰。主要原因在于，在根据图3的优选实施方式中，所述实际旋转角βist借由测量装置14测量，但尽管如此为了缓冲调节使用评估的实际旋转角
Figure GDA0003057134410000104
(附加地也可能还使用评估的实际角速度
Figure GDA0003057134410000111
对此参见图5)。在此，可使用任意合适的并且充分已知的观察者、例如卡尔曼滤波，其测得所需的实际参数的评估值。在下面，各评估值必要时以符号^示出。
但是，应注意的是，用于根据本发明的缓冲方法的调节结构是次级的并且基本上可使用任意合适的调节器。于是，根据所需实际参数的执行，为所述缓冲调节器12供应为测量值或评估值。
所述缓冲调节器12具有至少一个调节参数，优选具有五个调节参数。借助所述调节参数，可调节所述调节的特征、即例如响应特性、动力、过冲、缓冲灯，其中，借助一个调节参数可调整所述特性中的响应一个。如果应影响多个特性，那么需要相应个数的调节参数。由此，所述调节的系统的系统特性能被适配。
为了设计合适的缓冲调节器12，首先调制所述调节对象、即待调节的技术系统(例如在图3中示出)。在现在的情况下，以旋转振动模型推导出负载接纳元件7围绕Z轴线的旋转振动特性，例如借助以
Figure GDA0003057134410000112
的形式的二阶微分方程。该旋转振动模型的三个模型参数是动态参数δ、缓冲参数ξ和系统增益参数iβ，例如以负载8以及负载接纳元件7的测量惯性Jβ限定为
Figure GDA0003057134410000113
并且以该振动系统的弹性常数cβ和缓冲常数dβ限定为
Figure GDA0003057134410000114
在此所述弹性常数cβ根据提升高度IH调制。
值得注意的是，该旋转振动模型仅可理解为示例的并且也可使用其他的旋转振动模型，其可能构成或接近实际的旋转振动。
所述旋转振动模型的模型参数、即例如δ、ξ和iβ可能是已知的，但是通常是未知的。因此，在第一步骤中可借助识别方法识别模型参数。这种识别方法是迄今已知的、例如由Isermann,R在1992年在Springer-Verlag的第二版中的《Identifikation dynamischerSysteme》或Ljung,L在2009年Springer-Verlag第二版中的《System Identification:Theory for the User》，由此在此不再进一步阐述。所述识别方法指的是，以输入函数(例如单位阶跃函数)激励待识别的系统并测得输出参数并与模型的输出参数比较。于是改变所述模型参数，以便将在所测量的输出参数和由模型计算的输出参数之间的偏差最小化。为了可能需要的识别，可使用缓冲调节器12，以便在限定的提升高度IH中激励包括设置在负载接纳元件上的负载8的负载接纳元件7围绕Z轴线旋转振动。为了该目的，在缓冲调节器12中设置合适的激励调节器，例如以两点调节器的形式。借助该两点调节器，所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d例如与所述负载接纳元件7的实际旋转角βist相关地被驱控以可能的最大理论致动速度vsoll。这意味着，例如在负载接纳元件7的旋转角βist≥0°的情况下，所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d被驱控以可能的最大负致动速度v，并且在负载接纳元件7的旋转角βist≤0°的情况下，所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d被驱控以可能的最大正致动速度v。在根据图3包括四个保持元件6a、6b、6c、6d以及与之共同作用的四个致动器11a、11b、11c、11d的提升设备1的构造方案中，有利地互补地通如下方式实现激励：例如致动器11a、11b以可能的最大正致动速度v被驱控并且致动器11c、11d以可能的最大负致动速度v被驱控，或者反之亦然。在此，所述旋转振动的激励能在负载接纳元件7的任意的但是固定的提升高度IH中实现。缓冲调节器12借助测得的负载接纳元件7的实际旋转角βist以及所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d的测得的实际致动器位置sist借助识别模型由所述负载接纳元件7的激励的旋转振动测得在该预先给定的提升提升高度IH中的所使用的旋转振动模型的模型参数。在该上述旋转振动模型的情况下，首先优选测得动态参数δ和缓冲参数ξ，并且接着在所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d的静止状态(实际致动速度vist＝0)的情况下，测得系统增益参数iβ。根据本发明的一种实施形式，为了识别模型参数的使用在线最小二乘法作为识别方法，但是也可考虑使用其他的方法、例如离线最小二乘法或基于优化的方法。
借助已知的(在先已知或识别的)模型参数，现在能为旋转振动模型设计缓冲调节器12。为此，选择合适的调节器结构、例如PID调节器或状态调节器。当然，每个调节器结构具有多个调节参数Kk，k≥1,它们必须借助调节器设计方法被这样调节，是的得到期望的调节方法。这种调节器设计方法可能使迄今已知的并且因此不详细描述。例如列举频率特征方法、根轨迹曲线方法、通过极点给定的调节设计和Riccati方法，其中，当然还有许多另外的方法。但是，为了本发明取决于具体的调节器结构或具体的调节器设计方法。期望的调节方法也可在当然考虑稳定调节和其他边界调节的情况下基本上任意地选择用于本发明。对于本发明仅重要的是，所述调节参数根据提升高度IH确定。也能以最不同的方式实现。
可考虑，是被用于不同的提升高度IH的模型参数并且于是确定分别用于不同的提升高度IH的调节参数Kk。以该方式，能够根据提升高度IH得到调节参数Kk的特征曲线或者根据提升高度IH或其他参数、例如测量惯性矩Jβ得到特征。当然，这可能是非常耗费的并且不那么实用的。因此，优选缓冲调节器12的调节参数Kk作为公式化的关联作为至少所述提升高度IH并且必要时其它的模型参数的函数给定、即例如Kk＝f(IH)或Kk＝f(IH,…)。由此，必须仅为了提升高度IH确定调节参数Kk并且于是能够简单地以其他提升高度IH计算。但是，由根据函数的关系同样能离线地计算用于不同的提升高度IH的调节参数Kk并且由此设定特征曲线后特征综合曲线，于是接着被使用。
为了缓冲调节，在所述调节的任意时间间隔中使调节参数Kk适配到实际的提升高度IH上、例如通过从特征综合曲线读取或通过计算。于是，缓冲调节器12借助适配的调节参数Kk确定调整参数、其借助所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d在相应的时间间隔中被调整。所述调节参数Kk被这样适配到实际的提升高度IH上，以便能够优化地缓冲在任意提升高度IH上的负载接纳元件7的旋转振动。
尤其在包括负载接纳元件7的提升设备1的情况中，经常常见地用于不同的负载8、例如用于不同尺寸的集装箱、不同的负载接纳元件7或在该尺寸中能适配的负载接纳元件7。当然，可直接影响到惯性矩Jβ上。因此可设定，上述程序用于执行不同的负载接纳元件7。由此为了不同的负载接纳元件7获得不同的调节参数Kk。
下面，借助具体的实施例阐述根据本发明的方法。由上面描述的以
Figure GDA0003057134410000141
的形式的旋转振动模型出发。上述旋转振动模型的模型参数、即例如δ、ξ和iβ如描述地那样被识别用于确定的提升高度IH。作为用于缓冲调节器12的调节器结构，基于其高的调节质量或调节表现，使用状态调节器13、如在图4示出的那样。在此，作为调节参数Kk设定五个参数KI、KP、K1、K2、KFF。对于状态调节器13的设计，包括旋转振动模型的待调节的系统在状态空姐构成中被视为调节对象15，例如以以下形式：
Figure GDA0003057134410000142
作为系统的状态，使用致动位置s、旋转角β、角速度
Figure GDA0003057134410000143
和在理论旋转角βsoll和实际旋转角βist之间的偏差eβ。所述调节参数Kk接着被确定为提升高度IH的函数，其被用于模型参数
Figure GDA0003057134410000144
和
Figure GDA0003057134410000145
在此，d0是闭合的调节回路的缓冲常数，也就是说，几乎未缓冲的系统借助缓冲调节器12被转换为缓冲。参数ωi确定动力和调节回路的响应特性并且与待识别的旋转振动模型的系统特性相关联(下标i≥0表示缓冲调节器的参数的数量，在该实施的示例中是参数ω0,ω1,ω2)。缓冲常数d0和参数ωi优选是预参数化或与给定的，但是在需要时能由使用者调节。
KP＝2d0ω0+ω1+ω2
Figure GDA0003057134410000146
Figure GDA0003057134410000147
Figure GDA0003057134410000151
Figure GDA0003057134410000152
于是，在所述缓冲调节器12中，在调节的任意的时间间隔中，所述状态调节器13的调节参数借助实际的提升高度IH计算并且以调节为基础。由此，所述负载接纳元件7的旋转振动有意义地在提升过程期间被缓冲，因为缓冲调节器12自动地适配到实际的提升高度IH上。
作为调节的调整参数，所述缓冲调节器12能够确定用于所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d的待调节的致动位置ssoll或致动速度vsoll并且发送给接口16。为此，所述缓冲调节器12经由接口17获得所需的实际参数、例如所述至少一个致动器11a、11b、11c、11d的实际位置sist和负载接纳元件7的实际旋转角βist。实际旋转角βist的时间导数可在缓冲调节器12中确定或也可测量。
替选地，可设置以硬件和/或软件的形式的状态评估单元20(参见图5)，其由测量的实际参量、例如负载接纳元件的实际旋转角βist、用于缓冲调节器12的所需的输入参数的评估值、在此例如评估的实际旋转角βist和评估的实际角速度
Figure GDA0003057134410000153
确定。状态评估单元20可例如实施为迄今已知的卡尔曼滤波。为此也可在状态评估单元20中使用旋转振动模型。
为缓冲调节器12预先给定负载接纳元件7的理论旋转角βsoll，其通缓冲调节器12调节。通常预先给定理论旋转角βsoll＝0，由此调节限定的零位周围的旋转振动。但是也可预先给定与之不同的理论旋转角βsoll，由此所述负载接纳元件7通过缓冲调节器12以及与提升设备1无关地被调节到该角度上并且在此围绕该角度也缓冲旋转振动。由此，能够例如使负载8、例如集装箱9在预先给定的角度范围中旋转并且由此例如在定位不准确的载重汽车的装载面上卸载。为此，不需要用于使负载接纳元件7围绕竖直轴线旋转的附加的装置。在此，根据提升设备1以及其各部件的类型和构成，通过缓冲调节器12在例如±10°的范围中调节负载接纳元件7的旋转角β。
根据本发明的一种有利的实施形式，在缓冲调节器12中集成有防风保护装置，其中，为缓冲调节器12预先给定所述至少一个致动器11的致动器限定、尤其是致动器11的最大/最小的许用致动位置szul、最大/最小的许用致动速度vzul、最大/最小的许用致动加速度azul。通过该集成的防风保护装置，所述缓冲调节器12适配到提升设备1的可供使用的致动器11的结构形式上。为了缓冲负载接纳元件7的旋转振动，所述缓冲调节器12如描述的那样计算所述至少一个致动器11的调整参数、例如理论致动速度vsoll。当该理论致动速度vsoll超过最大致动器限制、例如最大许用致动速度vzul时，所述理论致动速度vsoll被限定到该最大许用致动速度vzul上。在没有致动器限定或防风保护装置的情况下，可能例如出现，所述缓冲调节器12计算至大的理论致动速度vsoll，其基于其设计可能不跟随所述至少一个致动器11。这可能导致调节偏差并且所述缓冲调节器12、尤其集成在缓冲调节器12中的集成器可能通过进一步提高调整参数、例如理论致动速度vsoll导致补偿该调节偏差。该缓冲调节器12的“加载”或者尤其集成在缓冲调节器中的集成器可能导致缓冲调节器12的不稳定，这通过集成的防风保护装置能被可靠地避免。附加地，也能够由理论致动速度vsoll计算得理论致动加速度asoll并且将其与相应的致动器11a、11b、11c、11d的最大/最小许用致动加速度azul比较。当该最大/最小许用致动加速度azul被超过时，同样考虑限制理论致动速度vsoll。由此能够在缓冲调节器中考虑致动器11a、11b、11c、11d的不同实施形式和构造尺寸，由此，所述方法能够非常灵活地用在非常不同的提升设备1上。

Claims (20)

1.用于借助缓冲调节器(12)以至少一个调节参数来缓冲提升设备(1)的负载接纳元件(7)的围绕竖直轴线的旋转振动的方法，其中，所述负载接纳元件(7)借助至少三个保持元件(6)与提升设备(1)的支承元件(5)连接，并且至少一个保持元件(6)在负载接纳元件(7)与支承元件(5)之间的长度借助作用到所述至少一个保持元件(6)上的致动器(11)通过缓冲调节器(12)被调整，其特征在于，所述至少一个调节参数借助负载接纳元件(7)的旋转振动模型被确定为提升高度(IH)的函数，并且为了对负载接纳元件(7)在任意提升高度(IH)中的旋转振动进行缓冲，所述至少一个调节参数被适配到该提升高度(IH)上，其中，所述负载接纳元件(7)在负载接纳元件(7)的限定的提升高度(IH)中被激励到旋转振动，在此测得所述负载接纳元件(7)围绕竖直轴线的至少一个实际旋转角(βist)以及测得实际致动器位置(sist)，并且由此在给定的提升高度(IH)中借助识别方法来识别出所述负载接纳元件(7)的旋转振动模型的模型参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，液压地或电地操纵至少一个致动器(11)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述负载接纳元件(7)与支承元件(5)之间设置有至少四个保持元件(6)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设置有至少两个致动器(11)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，为每个保持元件(6)设置一个致动器(11)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述提升高度(IH)借助设置在支承元件(5)上或在负载接纳元件(7)上的摄像系统或者借助所述提升设备(1)的提升驱动装置(10)测量。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助设置在支承元件(5)上或在负载接纳元件(7)上的测量装置(14)测量负载接纳元件(7)的实际旋转角(βist)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，借助摄像系统或陀螺仪传感器测量负载接纳元件(7)的实际旋转角(βist)。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述旋转振动模型是包括至少三个模型参数的二阶微分方程。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述旋转振动模型是包括动力学参数(δ)、缓冲参数(ξ)以及系统增益参数(iβ)的二阶微分方程。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述识别方法是数学方法。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述识别方法是在线最小二乘法。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述缓冲调节器(12)是包括调节参数的状态调节器。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述缓冲调节器(12)是包括五个调节参数(KI、K1、K2、KFF、KP)的状态调节器。
15.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，为缓冲调节器(12)预先给定负载接纳元件(7)的理论旋转角(βsoll)，并且所述缓冲调节器(12)在预先给定的角度范围内调节所述负载接纳元件(7)的理论旋转角(βsoll)。
16.根据权利要求15所述方法，其特征在于，所述缓冲调节器(12)在-10°≤βsoll≤+10°的角度范围内调节所述负载接纳元件(7)的理论旋转角(βsoll)。
17.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在缓冲调节器(12)中集成防风保护装置，其中，为缓冲调节器(12)预先给定至少一个致动器(11)的致动限制。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，为缓冲调节器(12)预先给定所述致动器(11)的最大许用致动位置(szul)、最大许用致动速度(vzul)以及最大许用致动加速度(azul)。
19.缓冲设备，用于借助缓冲调节器(12)以至少一个调节参数来缓冲提升设备(1)的负载接纳元件(7)的围绕竖直轴线的旋转振动，其中，所述负载接纳元件(7)借助至少三个保持元件(6)与提升设备(1)的支承元件(5)连接，并且至少一个保持元件(6)在负载接纳元件(7)与支承元件(5)之间的长度能借助作用到所述至少一个保持元件(6)上的致动器(11)通过缓冲调节器(12)被调整，其特征在于，所述至少一个调节参数借助负载接纳元件(7)的旋转振动模型能被确定为提升高度(IH)的函数，并且所述缓冲设备设置用于对负载接纳元件(7)在任意提升高度(IH)中的旋转振动进行缓冲，所述至少一个调节参数能适配到该提升高度(IH)上，其中，所述负载接纳元件(7)在负载接纳元件(7)的限定的提升高度(IH)中被激励到旋转振动，在此测得所述负载接纳元件(7)围绕竖直轴线的至少一个实际旋转角(βist)以及测得实际致动器位置(sist)，并且由此在给定的提升高度(IH)中借助识别方法来识别出所述负载接纳元件(7)的旋转振动模型的模型参数。
20.根据权利要求19所述的缓冲设备，其特征在于，所述缓冲设备根据权利要求1至18中任一项所述的方法运行。
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