CN114341046A - 起重机和用于控制该起重机的方法 - Google Patents

起重机和用于控制该起重机的方法 Download PDF

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Abstract

起重机，特别是旋转塔式起重机或臂式起重机，其具有：从起重臂(2)伸出并承载起重吊钩(8)的吊索(7)，其中，在起重吊钩(8)上装配有上面紧固有负荷(11)的悬挂装置(12)，该负荷通过悬挂装置(12)以与起重吊钩(8)间隔开的方式悬挂；用于确定负荷(11)的位置和/或偏转的确定设备(60)；以及用于根据检测的负荷(11)的位置和/或偏转来控制用于移动起重机元件并转移起重吊钩(8)的驱动设备的电子控制设备(3)，其中，确定设备(60)具有：第一确定装置(63；65)，其用于确定起重吊钩(8)的位置和/或偏转；安装在悬挂装置(12)上和/或负荷(11)上的具有用于提供加速度信号和旋转速率信号的加速度和旋转速率传感器装置的惯性测量设备(66、67)；以及第二确定装置，其用于根据安装在悬挂装置(12)和/或负荷(11)上的惯性测量设备(66、67)的加速度信号和旋转速率信号，并根据第一确定装置(63、65)的表征起重吊钩(8)的位置和/或偏转的信号，确定和/或估算负荷(11)的偏转和/或位置。

Description

起重机和用于控制该起重机的方法
技术领域
本发明涉及起重机，特别是旋转塔式起重机，其包括从起重臂伸出并承载上面连接有承载负荷的悬挂装置的起重吊钩的吊索、用于确定负荷位置和/或摆动运动的确定设备、用于移动起重机元件和重新定位起重吊钩的驱动设备以及用于根据确定的负荷位置和/或摆动运动来控制驱动设备的控制设备，并且还涉及用于控制这种起重机的方法，其中根据确定的负荷位置和/或摆动运动来影响驱动设备的驱动。
背景技术
为了能够沿行驶路径或在两个目标点之间重新定位起重机的起重吊钩，通常必须操作和控制各种驱动设备。
在此，例如旋转塔式起重机、臂式起重机或桥式起重机(或装卸桥)的操作员通常直接控制驱动器，因此需要大量的练习和集中精力才能将负荷快速地移动到卸货点并将其安全地放下。特别地，驱动起重机会快速导致负荷的大摆动，由于阻尼低，这种摆动只能非常缓慢地衰减。手动避免这种情况是非常困难的，即使是经验丰富的起重机操作员也一定能成功或几乎不会成功。
在此，如果负荷不能直接悬挂在起重吊钩上，而是通过例如缆具、中间吊架、一根或多根链条、延长吊网或单纯为其他缆索形式的悬挂装置(Anschlagmittel)悬挂固定在与起重吊钩间隔开一定距离的位置处，则摆动运动的复杂性会进一步增加。悬挂装置相对于下降深度越长，并且取决于负荷质量与起重吊钩或带钩滑车的质量的比率，负荷相对于起重吊钩的摆动运动的影响或比例也会有所不同。可能发生双摆运动，其中，起重吊钩的摆动运动叠加在与吊钩间隔开的负荷或悬挂装置的摆动运动上。摆动运动的这种叠加使得起重机操作员更加难以操作驱动设备，以使得双摆运动受到抑制，或根本不发生这种双摆运动。
对于某些起重机类型，起重机结构本身是可伸缩的并可以自行摆动，由于各种运动轴线，起重机操作员几乎无法进行预测。例如，在旋转塔式起重机的情况下，其中，吊索从可在起重机的起重臂上移动的吊运车上运行，通常必须分别操作和控制旋转机构、吊运车驱动器和提升机构，通过该旋转机构，塔架与其上设置的起重臂或起重臂相对于塔架围绕竖立的旋转轴线旋转，通过该吊运车驱动器，吊运车可以沿起重臂移动，可以通过该提升机构调节吊索，从而升高和降低起重吊钩。对于具有可俯仰的伸缩臂的起重机，除了使起重臂或承载起重臂的上部结构围绕竖立的轴线旋转的旋转机构以及用于调节吊索的提升机构以外，还操作用于向上和向下俯仰起重臂的俯仰驱动器和用于伸出和缩回伸缩节的伸缩驱动器，在伸缩起重臂上存在动臂的情况下，可能还要操作动臂驱动器。在这种起重机和类似类型的起重机的混合形式的情况下，例如在具有可俯仰的起重臂的旋转塔式起重机或具有可俯仰的平衡臂的井架起重机的情况下，还可能需要分别控制其他驱动设备。
在这种情况下，起重机操作员通常通过例如以操纵杆、拨动开关、旋钮和滑块等形式的相应操作元件来驱动和控制所述驱动设备，根据经验，这需要大量的感觉和经验，以便快速而轻柔地接近目标点，而起重吊钩不会发生更大的摆动运动。虽然应尽可能快速地在目标点之间行驶以实现高工作效率，但应轻柔地停在各个目标点上，而不使起重吊钩与上面连接的负荷向后摆动。
由于需要集中注意力，特别是由于经常要完成重复的行驶路径和单调的任务，因此起重机的驱动设备的这种控制对于起重机操作员来说是很疲劳的。此外，在注意力下降或对相应起重机类型的经验不足的情况下，如果起重机操作员不能足够灵敏地操作起重机的操作杆或操作元件，则会出现所提起的负荷的更大摆动或双摆运动，从而产生相应的潜在危险。在实践中，即使对于经验丰富的起重机操作员，起重机的驱动有时也会迅速引起负荷的较大摆动运动，这种摆动运动只能非常缓慢地消退。
为了应对不期望的摆动运动的问题，已经提出了为起重机的控制设备设置摆动衰减设备，其通过控制模块干预控制并影响驱动设备的控制，例如，通过过快或过强地操作操作杆来防止或削弱驱动设备的较大加速，或者在更大负荷的情况下限制特定的行驶速度，或也以类似的方式主动干预行驶运动，以便防止起重吊钩的过强摆动。
这种用于起重机的摆动衰减设备在各种实施例中是已知的，例如，通过根据特定传感器信号(例如，倾斜和/或陀螺仪信号)控制旋转机构驱动器、俯仰和吊运车驱动器。例如，文献DE 20 2008 018 260 U1或DE 10 2009 032 270 A1显示了起重机上已知的负荷摆动衰减器，在关于摆动衰减设备的基础方面明确引用了其主题。例如，在DE 20 2008 018206 U1中，通过陀螺仪单元测量缆索相对于垂线的角度及其以缆索角速度形式的变化，以便在相对于垂线的缆索角速度超过极限值时自动干预控制器。
此外，文献EP16 28 902 B1、DE 103 24 692 A1、EP25 62 125 B1、US 2013 01 61279 A、DE100 64 182 A1或US 55 26 946 B分别显示了起重机闭环控制的概念，其考虑到了摆动力学或摆动和驱动动力学。这种考虑到摆动力学的起重机上的闭环控制已经是各种科学出版物的主题，例如，参见E.Arnold、O.Sawodny、J.Neupert和K.Schneider的“Anti-sway system for boom cranes based on a model predictive control approach(基于模型预测控制方法的臂式起重机的消摆系统)”，IEEE国际会议机电一体化和自动化，2005，Niagara Falls，Ont.，Canada，2005，pp.1533-1538Vol.3.以及Arnold E.、Neupert J.、Sawodny O.的“
Figure BDA0003521011850000031
Trajektoriengenerierung für flachheitsbasierteFolgeregelungen am Beispiel eines Hafenmobilkrans(以移动式港口起重机为例为基于平坦度的后续控制生成模型预测轨迹)”，Automatisierungstechnik，56(8/2008)，或者J.Neupert、E.Arnold、K.Schneider和O.Sawodny的“Tracking and anti-sway controlfor boom cranes(臂式起重机的跟踪和消摆控制)”，Control Engineering Practice，18，pp.31-44，2010，doi:10.1016/j.conengprac.2009.08.003。
此外，已经尝试对双摆运动进行建模，当负荷通过悬挂装置与起重吊钩间隔开地悬挂时，会以所述方式产生这种双摆运动，参见Schaper、Ulf等人的“A load positionobserver for cranes with gyroscope measurements(采用陀螺仪测量的起重机负荷位置观测器)”，第18届世界大会论文集，国际自动控制联合会，米兰(意大利)，2011年8月28日至9月2日，第3563至3568页。在此，通过陀螺仪测量吊索的偏转角度和偏转加速度，以便根据双摆的运动学模型来确定悬挂在悬挂装置上的负荷的位置。但是，这需要知道额外的悬挂装置的长度或负荷与起重吊钩之间的距离以及负荷和悬挂装置的惯性力矩。如果不能额外知道悬挂装置的长度或负荷与吊钩的距离或负荷和悬挂装置相对于起重机吊钩的惯性力矩，则这种方法不能可靠地确定负荷的位置或其偏转。
因此，基本目标是尽可能精确地检测或确定负荷位置或其双摆运动，以便能够通过调节主动抵消它们。一方面，可以将这种调节用作辅助系统，其允许起重机操作员通过操作设备直接指定负荷运动(而不是桥架或吊运车运动)。这种支持可以提高工作安全性和生产力。此外，衰减是起重机运动完全自动化的重要前提。
在此，特别存在的问题是，用于主动衰减的系统迄今为止不能以低成本的方式进行改装或不能普遍使用。因此，进一步的缺点是，迄今为止，已知的衰减器非常昂贵，并且通常未充分考虑可能的双摆运动，该双摆运动在具有负荷和起重吊钩之间的相关间距的细长悬挂装置的情况下，通过起重吊钩本身的摆动运动和负荷相对于起重吊钩的摆动运动的叠加而产生。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种改进的起重机和一种改进的用于控制该起重机的方法，该起重机和方法避免了现有技术的缺点并以有利的方式发展了现有技术。优选地，应在旋转塔式起重机和臂式起重机或其他起重机中实现改进的摆动衰减，它更好地考虑了在延长的悬挂装置和与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷的情况下的双摆运动。
根据本发明，所述目的通过根据权利要求1所述的起重机和根据权利要求10所述的方法来实现。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。
因此，提出了在悬挂装置上和/或直接在与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷上执行摆动检测，并且在悬挂装置上的和/或直接在与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷上的摆动传感器系统设置有惯性检测设备，该惯性检测设备安装在悬挂装置上和/或直接安装在与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷上，并且提供表示悬挂装置和/或与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷的平移加速度和旋转速率(Drehraten)的加速度信号和旋转速率信号。
这种安装在悬挂装置上和/或直接安装在与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷上的惯性测量设备(有时也称为IMU)可以包括加速度和旋转速率传感器装置，以用于提供加速度信号和旋转速率信号，这些加速度信号和旋转速率信号一方面表示沿不同的空间轴线的平移加速度，另一方面表示关于不同的空间轴线的旋转速率或陀螺仪信号。在此，作为旋转速率，可以提供旋转速度(Drehgeschwindigkeiten)，但原则上也可以提供旋转加速度或者两者。
根据直接安装在悬挂装置上或紧固在悬挂装置上的负荷上的所述惯性测量设备的加速度信号和旋转速率信号，并且根据起重吊钩的位置和/或偏转或者能够表征或识别起重吊钩的位置和/或偏转的测量信号，可以基于双摆动力学非常精确地确定负荷的位置或偏转。
起重吊钩位置和/或偏转能够以已知的方式确定，例如，通过摆动传感器系统来确定，该摆动传感器系统在吊索脱离起重臂的区域中具有相机，且/或在吊索上具有陀螺仪，且/或在起重吊钩上包括另一惯性测量设备。
通过在所述悬挂装置上和/或直接在经由悬挂装置悬挂在起重吊钩上的负荷上的额外摆动传感器以及它的用于提供负荷或悬挂装置的加速度信号和旋转速率信号的惯性测量设备，即使在双摆运动的情况下也可以精确地确定负荷的位置和/或偏转，而无需确切知道悬挂装置的长度或负荷与起重吊钩的距离以及负荷和悬挂装置相对于起重吊钩的惯性矩。特别地，即使如在实践中经常发生的在起重机操作期间提升不同重量的负荷或使用不同长度的悬挂装置或捆绑不同长度的悬挂装置，这也允许准确地确定负荷的位置和/或偏转。
有利地，所述惯性测量设备能够可拆卸地和/或以不使用工具的方式安装在负荷和/或悬挂装置上，其中，用于紧固惯性测量设备的紧固装置可以例如包括磁性装置或弹性夹紧装置，以便能够以简单的方式将惯性测量设备磁性地紧固或夹紧在负荷和/或悬挂装置上。也可以使用其他紧固装置，例如，真空抽吸按钮或诸如夹紧爪等可机械驱动的夹紧装置。
特别地，基于双摆动力学，可以提供观测器(Beobachter)，其例如是卡尔曼滤波器的形式，特别是非线性或所谓的“无迹”卡尔曼滤波器的形式，该观测器可以借助于所有驱动器的位置信号和速度信号以及起重吊钩的位置和/或偏转，或者借助于用于识别起重吊钩的位置和/或偏转的摆动传感器系统和负荷本身或悬挂装置上的额外摆动传感器系统(惯性测量设备的形式)的信号，可靠且精确地确定负荷的位置和/或偏转。在这种情况下，例如可以估算悬挂装置的长度和/或负荷与起重吊钩之间的距离和/或悬挂装置与垂线之间的偏转角，并且可以由此计算出负荷的位置。
有利地，惯性测量设备可以检测三个空间轴线上的加速度和围绕至少两个空间轴线的旋转速率。加速度传感器装置可被设计为在三个轴线上工作，而陀螺仪传感器装置可被设计为至少在两个轴线上工作。
有利地，安装在悬挂装置上和/或直接安装在与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷上的惯性测量设备可以将其加速度信号和旋转速率信号和/或从这些信号推导出的信号无线地传输到控制和/或评估设备，该控制和/或评估设备可以安装在起重机的结构部分上，或也可以单独地布置在起重机附近。特别地，可以进行去往接收器的传输，该接收器可以安装在吊运车上和/或吊架(吊索从其上伸出)上。有利地，传输可以例如通过蓝牙或WLAN连接进行。
通过惯性测量设备的这种无线连接，也可以将摆动衰减器非常容易地改装到现有的起重机上，而为此不需要复杂的改装措施。基本上，只有惯性测量设备必须安装在悬挂装置上和/或直接安装在与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷上以及与其通信的接收器上，该接收器将信号传输到控制或调节装置。
有利地，根据惯性测量设备的信号，可以在两级或多级过程中确定负荷或将负荷悬挂在起重吊钩上的悬挂装置相对于垂线的偏转。首先，例如借助于互补滤波器或方向滤波器来确定悬挂装置的倾斜和/或负荷的倾斜，因为所述倾斜不必与起重吊钩相对于吊运车或悬挂点的偏转以及吊索相对于垂线的偏转一致，因此然后根据悬挂装置和/或负荷的倾斜及它或它们的加速度来确定悬挂装置或悬挂在起重吊钩上的负荷相对于垂线的期望偏转，该互补滤波器或方向滤波器例如参见Mahony R.、Hamel T.和Pflimlin J.的“Nonlinear Complementary Filters on the Special Othogonal Group(特殊正交群上的非线性互补滤波器)”，IEEE自动控制汇刊，2008，53，1203-1218，或者Madgwick S.O.H.、Harrison A.J.L.和Vaidyanathan R.的“Estimation of IMU and MARG orientationusing a gradent descent algorithm(使用梯度下降算法估算IMU和MARG的方向)”，IEEE国际康复机器人会议，2011，1-7。由于惯性测量设备紧固在悬挂装置上和/或直接紧固在与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷上，因此加速度信号和旋转速率信号不仅受到吊索的摆动运动的影响，而且还受到可相对于吊索倾斜或摆动的悬挂装置的动力学的影响。
特别地，可以通过少量的计算步骤实现负荷摆动角和/或负荷位置的准确估算，然后通过控制器可以将其用于主动摆动衰减，特别是将其与起重吊钩位置和/或起重吊钩和/或吊索的摆动角一起用于主动摆动衰减。
在此，有利地，首先借助于互补滤波器从惯性测量设备的信号中确定悬挂装置和/或与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷的倾斜，该互补滤波器利用了惯性测量设备的平移加速度信号和陀螺仪信号的不同特性，其中，替代地或补充地，也可以使用卡尔曼滤波器从加速度信号和旋转速率信号中确定悬挂装置和/或与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷的倾斜。
然后，可以根据所确定的悬挂装置和/或与起重吊钩间隔开地悬挂的负荷的倾斜，在惯性坐标中确定负荷或悬挂装置的加速度和旋转速率。
特别地，第一确定装置可以包括互补滤波器，该互补滤波器具有用于惯性测量设备的旋转速率信号的高通滤波器和用于惯性测量设备的加速度信号或从其推导出的信号的低通滤波器，其中，所述互补滤波器可被设计为将基于被高通滤波的旋转速率信号得到的悬挂装置或负荷的倾斜的基于旋转速率的估算与基于被低通滤波的加速度信号得到的悬挂装置或负荷的倾斜的基于加速度的估算相互结合，并且从负荷搬运装置(Lastaufnahmemittels)的倾斜的经结合的基于旋转速率的估算和基于加速度的估算中确定负荷搬运装置的倾斜。
用于根据所确定的负荷搬运装置的倾斜来确定悬挂装置或负荷相对于垂线的偏转的第二确定装置包括滤波器和/或观测器设备，其考虑将所确定的负荷搬运装置的倾斜作为输入变量，并且从悬挂装置或负荷上的惯性加速度确定悬挂装置或负荷相对于垂线的偏转。
特别地，所述滤波器和/或观测器设备可以包括卡尔曼滤波器，特别是扩展的或非线性的“无迹(unscented)”卡尔曼滤波器。
作为这种卡尔曼滤波器的替代或补充，第二确定装置还可以包括计算设备，以用于根据加速度的静态关系，特别是根据水平惯性加速度与重力加速度的商来计算吊索和/或负荷搬运装置相对于垂线的偏转。
有利地，在双摆的上部分(即，吊索和/或紧固在吊索上的起重吊钩)上可以具有用于检测双摆运动的该分量的摆动传感器系统，以便能够根据摆动传感器系统的信号确定吊索和/或起重吊钩相对于垂线的偏转和/或起重吊钩位置。
特别地，用于测量双摆运动的上部分量的摆动传感器系统可以包括能够测量吊索的偏转的陀螺仪设备。与吊索相关的这种陀螺仪设备本身是已知的，并且可以例如参考Schaper Ulf等人的上述文献“A load position observer for cranes with gyroscopemeasurements(采用陀螺仪测量的起重机负荷位置观测器)”。
作为这种陀螺仪设备的替代或补充，用于检测起重吊钩的摆动运动的摆动传感器系统也可以在起重吊钩上具有提供加速度信号和旋转速率信号的惯性测量设备，所述加速度信号和旋转速率信号一方面指示沿不同空间轴线的平移加速度，另一方面指示关于不同空间轴线的旋转速率或陀螺仪信号，并且表示起重吊钩的平移加速度和旋转速率。作为旋转速率，在此可以提供旋转速度，但原则上也可以提供旋转加速度或者这两者。
安装在起重吊钩上的IMU的加速度信号和旋转速率信号的评估可以基本上类似于如上所述的直接安装在负荷或悬挂装置上的IMU的加速度信号和旋转速率信号的评估。
有利地，用于检测起重吊钩位置的检测设备还可以包括诸如相机等成像传感器系统，其从吊索的悬挂点(例如，吊运车)基本垂直地向下看。图像评估设备可以识别由成像传感器系统提供的图像中的起重机吊钩，并确定其相对于图像中心的偏心度或偏移，所述偏心度或偏移是起重机吊钩相对于垂线的偏转的量度，从而表征负荷摆动。替代地或补充地，陀螺仪传感器可以检测从起重臂和/或相对于垂线的吊索引出角(Abzug-winkel)，并将其提供给卡尔曼滤波器。
在起重吊钩铰接地连接到吊索的情况下，起重吊钩的朝向可以对应于悬挂装置的朝向。因此，仅将在起重吊钩上安装惯性测量设备就足够了，并且由于起重吊钩上的惯性测量设备提供了也表征悬挂装置和安装在悬挂装置上的负荷的偏转的加速度信号和旋转速率信号，因此省去了悬挂装置上和/或负荷上的另一惯性测量设备。在这种情况下，负荷和起重吊钩本身的位置或摆动角可以通过起重吊钩上的单个惯性测量设备来确定。
在此，起重吊钩和悬挂装置的倾斜或双摆的下摆动角可以直接从方向滤波器的估算中获得，该方向滤波器例如可被实施为互补滤波器。在这种情况下，起重吊钩和安装在起重吊钩上的悬挂装置相对于垂线的偏转角和相应的角速度不表示系统的状态，而是表示输入。在此，悬挂装置的长度可以通过随机游走方法(Random-Walk-Ansatz)进行估算。替代地或补充地，悬挂装置的长度也可以从外部和/或通过上级软件模块传递给观测器。
所述摆动衰减设备可以在通过操纵诸如操纵杆等相应的操作元件手动操作起重机时监测起重机操作员的输入命令，并在必要时忽略该输入命令，特别是在以下意义上：如果由起重机操作员指定的起重机运动已导致或将导致起重吊钩的摆动，则减小由起重机操作员例如过大地指定的加速度或者还自动开始反向运动。在此，有利地，控制器模块试图尽可能地接近起重机操作员期望的运动和运动曲线，以便给起重机操作员一种控制感，并且仅在必要的范围内忽略手动输入的控制信号，以尽可能无摆动和无振动地执行期望的起重机运动。替代地或补充地，可以用一个或多个操作元件(例如，一个或多个操纵杆)来指定负荷的速度而不是驱动器的速度，其中，控制器模块或控制设备控制起重机驱动器使得尽可能好地实现指定，但同时负荷不会开始摆动。
替代地或补充地，摆动衰减设备也可用于起重机的自动化操作，在该自动化操作中，起重机的控制设备在自动驾驶仪的意义上在沿行驶路径的至少两个目标点之间自动地移动起重机的负荷搬运装置。在这种自动化操作中，其中控制设备的行驶路径确定模块例如在路径控制的意义上确定期望的行驶路径并且控制设备的自动行驶控制模块控制驱动控制器或驱动设备使得起重吊钩沿特定的行驶路径移动，摆动衰减设备可以通过所述行驶控制模块干预驱动控制器的控制，以使起重吊钩无摆动地移动或衰减摆动运动。
附图说明
下面将根据优选示例性实施例和相关附图来更详细地说明本发明。
图1示出了旋转塔式起重机的示意图，其中吊索从可在起重臂上移动的吊运车伸出，起重吊钩铰接在吊索上，其中悬挂装置悬挂在起重吊钩上，其中示出了在吊索和悬挂装置的不同偏转角下可能导致的双摆运动。
图2示出了图1的双摆及其与起重机吊运车的铰接的示意图，其中输入了吊运车的行驶运动、吊索的长度变化以及产生的摆动角。
图3示出了起重吊钩相对于吊索的可能倾斜。
图4示出了旋转塔式起重机和包括吊索和铰接在起重吊钩上的悬挂装置的双摆的示意图，其中起重吊钩通过铰接式连接件连接到吊索，并且起重吊钩的偏转对应于悬挂装置的偏转。
具体实施方式
如图1所示，起重机10可被设计为旋转塔式起重机。图1所示的旋转塔式起重机可以例如以已知的方式包括塔架1，该塔架1承载起重臂2，起重臂2由可设置有配重的平衡臂4平衡。可以通过旋转机构使所述起重臂2与平衡臂4一起围绕可与塔架纵向轴线同轴的竖直旋转轴线5旋转。吊运车6可以通过吊运车驱动器在起重臂2上行进，其中，上面紧固有起重吊钩8的吊索7从吊运车6伸出。
同样如图1所示，起重机2(当然也可被设计为桥式起重机或其他起重机)在此可以包括电子控制设备3，该电子控制设备例如可以具有布置在起重机本身上的控制计算机。在这种情况下，所述控制设备3可以控制相应建筑机械上的各种致动器、液压回路、电动马达、驱动设备和其他工作单元。例如，在所示的起重机中，它们可以是起重机的提升机构、旋转机构、吊运车驱动器、(可能存在的)起重臂俯仰驱动器等。
在这种情况下，所述电子控制设备3可以与终端装置9进行通信，该终端装置9可布置在控制站上或驾驶室中，并且可以例如具有触摸屏和/或操纵杆、旋钮、滑动开关和类似的操作元件的形式，从而一方面可以在终端装置9上显示来自控制计算机3的各种信息，反之，可以通过终端装置9将控制命令输入到控制设备3。
特别地，起重机10的所述控制设备3可被设计为：即使当摆动衰减设备30检测到与摆动相关的运动参数时，也可以控制提升机构、吊运车和旋转机构的所述驱动设备。
为此，起重机1可以包括摆动传感器系统或检测设备60，其检测吊索7的斜拉和/或起重吊钩8相对于穿过起重吊钩8的悬挂点(即，吊运车6)延伸的垂线62的偏转。特别地，可以检测相对于重力作用线(即，垂线62)的缆索牵引角β(参见图1)。
为此，摆动传感器系统60可以具有安装在吊运车6上的从吊运车6垂直向下看的相机63或另一成像传感器系统，使得当起重吊钩8未偏转时，起重吊钩的图示位于由相机63提供的图像的中心处。然而，如果起重吊钩8例如由于吊运车6的突然启动或旋转机构的突然制动而相对于垂线62偏转，则起重吊钩8的图示从相机图像的中心移出，这可以通过图像评估设备61确定。
另一方面，吊索的斜拉β或起重吊钩相对于垂线62的偏转也可以借助于惯性测量设备IMU来完成，该惯性测量设备安装在起重吊钩8上并且可以将其测量信号优选地以无线的方式传输到吊运车6上的接收器(参见图1)。
此外，用于检测双摆运动的“下”部分(更准确地说，悬挂装置12和紧固到悬挂装置的负荷11的相对于起重吊钩8的摆动运动)的摆动传感器系统60包括额外的惯性测量设备IMU，该惯性测量设备IMU可以安装在所述悬挂装置12上或直接安装在负荷11上。图1和2示出了悬挂装置12上的额外惯性测量设备66和直接安装在负荷11上的另一惯性测量设备67。通过该至少一个额外的惯性测量设备66和67，特别可以确定偏转角
Figure BDA0003521011850000125
该偏转角表示悬挂装置12和负荷11相对于垂线62并因此相对于起重吊钩8的偏转。
根据所检测的或以上述方式确定的相对于垂线62的偏转β和
Figure BDA0003521011850000126
特别是考虑到偏转的方向和大小，控制设备3可以借助于摆动衰减设备30驱动旋转机构驱动器和吊运车驱动器，以便使吊运车6再次或多或少地位于负荷11正上方并补偿双摆运动，或者减少或从最初就防止发生双摆运动。
特别地，基于双摆动力学，可以确定例如卡尔曼滤波器(特别是“无迹”卡尔曼滤波器)形式的观测器，该卡尔曼滤波器可以借助于起重吊钩8的位置或所述传感器(相机63和/或惯性测量设备65的形式)的测量和由此确定的偏转β以及额外摆动传感器系统(悬挂装置12上的惯性测量设备66和/或负荷11上的惯性测量设备67的形式)可靠地确定负荷11的位置和/或其偏转
Figure BDA0003521011850000121
特别地，也可以估算悬挂装置12的长度，从而估算负荷11与起重吊钩8的间距以及垂线62和悬挂装置12之间的角度
Figure BDA0003521011850000122
并由此计算负荷的位置。
观测器的基础是双摆的数学描述。在从图2所示的模型看时，可以借助于欧拉-拉格朗日方程推导出双摆动力学。为简单起见，下面仅考虑摆动面和没有旋转机构的起重机，例如，桥式起重机。然而，该推导可以很容易地扩展成包括另一振动面和诸如俯仰或旋转机构等其他驱动器。
首先，将吊运车位置sx(t)、缆索长度l(t)以及上下摆动角β(t)和
Figure BDA0003521011850000123
定义为时间t的函数，其中为了更好的可读性，在下文中不再特意地通过项(t)来表示时间相关性。可以根据这些变量定义吊钩和负荷的位置、以及相应的速度。吊钩的位置可表示为：
Figure BDA0003521011850000124
负荷的位置可表示为：
Figure BDA0003521011850000131
相应的速度可表示为：
Figure BDA0003521011850000132
以及
Figure BDA0003521011850000133
在此，参数lA表示悬挂装置的长度。根据滤波器的设计，如稍后所述，也可以在线估算该参数。尽管在推导双摆动力学时不需要以下加速度，但它们可以在后来的观测器设计中使用：
Figure BDA0003521011850000134
以及
Figure BDA0003521011850000135
借助于动能和势能，可以通过欧拉-拉格朗日方程的求解推导出具有广义坐标
Figure BDA0003521011850000136
的双摆动力学。其中，动能可表示为：
Figure BDA0003521011850000137
势能可表示为：
V＝[0 g](mHrH+mLrL) (8)
欧拉-拉格朗日方程可表示为：
Figure BDA0003521011850000138
由于表达式较长，在这里省略了对术语
Figure BDA0003521011850000139
和
Figure BDA00035210118500001310
的明确说明。在下一步骤中，由此建立状态空间中的非线性系统：
Figure BDA0003521011850000141
该非线性系统具有状态
Figure BDA0003521011850000142
输入
Figure BDA0003521011850000143
以及假定在协方差矩阵Q和R上为正态分布的系统噪声w＝N(0，Q)和测量噪声v＝N(0，R)。如果吊运车和吊索的加速度
Figure BDA0003521011850000144
和
Figure BDA0003521011850000145
不能直接从控制器或通过测量或估算获得作为观测器的输入，则如例如WO 2019/007541所述，它们也可以通过PT-1近似法来确定。输出y取决于可用的传感器。例如，在吊钩和负荷上的IMU(65)和(67)的情况下，加速度
Figure BDA0003521011850000146
是适合的。在相机(63)和IMU(67)的情况下，适合将由相机确定的吊钩摆动角以及负荷加速度用作输出
Figure BDA0003521011850000147
替代地或补充地，IMU的旋转速率信号也可用于输出。
在该方程式中，除了双摆动力学之外，系统动力学f还包含随机游走方法(RandomWalk-Ansatz)，以用于同时估算
Figure BDA0003521011850000148
时的悬挂装置长度。现在可以为这个系统设计标准观测器，其中吊钩和负荷在惯性坐标中的加速度作为被测变量。例如，在非线性的情况下，无迹或扩展卡尔曼滤波器是适合的。根据系统、期望的精度和可用的计算能力，与线性观测器(例如，简单卡尔曼滤波器)结合的简化线性化也可能是有利的。
下面将说明例如使用吊钩和负荷加速度作为输出
Figure BDA0003521011850000149
的无迹卡尔曼滤波器的过程。首先，在时间步骤k中，必须借助于系统状态x的期望值
Figure BDA00035210118500001410
协方差矩阵P、设计参数κ和系统状态n＝5来确定合适的西格玛(Sigma)点χ＝[χ0，...，χ2n]和匹配的加权因子W＝[W0，...，W2n]，它们的方程式如下：
Figure BDA00035210118500001411
方程式(11)中的矩阵的根没有明确定义，并且必须通过Cholesky分解来确定。根据该方法，将第i列或第i行用于方程式(11)。然后，通过应用系统方程式(10)来预测下一采样步骤k+1的西格玛点：
χi(k+1|k)＝f(χi(k)，u(k)) (12)
预测的期望值通过如下方程式给定：
Figure BDA0003521011850000151
然后，利用过程噪音Q的协方差获得估算误差协方差矩阵，以给定：
Figure BDA0003521011850000152
现在，可以通过方程式(11)使用P(k+1|k)和
Figure BDA0003521011850000153
代替P(k)和
Figure BDA0003521011850000154
来确定新的西格玛点xi(k+1|k)和权重Wi。现在，以此方式预测的西格玛点可以借助于初始方程式(10)输入到测量范围中：
Zi(k+1|k)＝h(χi(k+1|k)，u(k)) (15)
因此可以通过形成期望值来预测测量结果：
Figure BDA0003521011850000155
然后，借助于测量噪声R的协方差矩阵确定新息协方差矩阵(Innovati-onskovarianzmatrix)：
Figure BDA0003521011850000156
利用该新息协方差矩阵和交叉相关矩阵，可以确定卡尔曼矩阵，其中，该交叉相关矩阵为：
Figure BDA0003521011850000157
该卡尔曼矩阵为：
K(k+1)＝T(k+1)S-1(k+1) (19)
并且与测量值z(k+1)一起，执行期望值和估算误差协方差的新息：
Figure BDA0003521011850000158
该估算误差协方差为：
P(k+1|k+1)＝P(k+1|k)-K(k+1)S(k+1)K(k+1)T (21)
最后，可以使用估算的状态期望值
Figure BDA0003521011850000161
通过方程式(1)和(2)来确定吊钩的位置和负荷。
如滤波器说明开头所述，方程式(20)中使用的测量值z(k+1)可以是吊钩和负荷的加速度
Figure BDA0003521011850000162
和
Figure BDA0003521011850000163
然而，IMU(65)和(67)的测量加速度通常不能直接使用，因为IMU是倾斜安装的，或者起重吊钩可能以角度εβ倾斜(参见图3)。因此，必须将测量加速度转换到惯性系统中。可被设计为EKF或互补滤波器的方向滤波器(Orientierungsfilter)适用于此目的。例如，在WO 2019/007541中说明了一种使用互补滤波器的方法，为了完整起见，在此将再次粗略地进行概述。
IMU测量起重吊钩的共同移动、共同旋转的固定坐标系中的所有信号，其用脚注K标记，而惯性坐标中的向量用I标记或还保持为完全无脚注。一旦估算出∈β，就可以使用以下方程式将起重吊钩坐标中的测量加速度aK＝[aK，x，aK，z]T转换为惯性坐标中的aI：
Figure BDA0003521011850000164
然后，可以将惯性加速度用作观测器z的测量变量或用作系统(10)的输出y。就其本身而言，可以根据对应于从测量旋转速率ωβ到倾斜角的简单积分器的模型来评估倾斜，该积分器可表示为：
Figure BDA0003521011850000165
然而，在用陀螺仪测量旋转速率或倾斜速度的情况下，陀螺仪信号具有时间可变的偏移量并且叠加有测量噪声，因此所述方法并不有效。因此，有利的是使用方向滤波器。
因此，使用加速度传感器通过评估(出现在低频信号中的)重力加速度常数来提供角度∈β的参考值，并且该重力加速度在惯性坐标中被已知为：
gI＝[0，-g]T (24)
并可转换到起重吊钩坐标中：
gK＝-g[-sin(∈β)cos(∈β)]T (25)
测量加速度是(103)和(112)的总和：
Figure BDA0003521011850000171
在此，gK的负号是由于以下情况产生的：重力加速度由于传感器原理被测量为虚构的向上加速度。由于
Figure BDA0003521011850000172
的所有分量通常显著小于g并且在零的附近摆动，因此使用具有足够低的截止频率的低通滤波器允许以下近似：
aK≈-gK (27)
如果用x分量aK，x除以z分量aK，z，则得到了低频下的参考倾斜角：
Figure BDA0003521011850000173
方程式(23)和(28)的简单结构允许使各种滤波器来估算方向。在此，一种选择是互补滤波器，可以通过选择高通和低通的传递函数来设定其频率特性。
用Ghp(s)对陀螺仪信号ωβ进行高通滤波得到了无偏移的旋转速率
Figure BDA0003521011850000174
并且经过积分后，得到了第一倾斜角估算值∈β，ω。另一估算值∈β，a来自基于加速度传感器的方程式(28)。特别地，首先可以将具有如下传递函数和非常低的截止频率ω0的简单高通滤波器应用到陀螺仪信号ωβ上，以便消除恒定的测量偏差，该传递函数为：
Figure BDA0003521011850000175
积分得到了基于陀螺仪的倾斜角估算值∈β，ω，该倾斜角估算值对于高频率是相对准确的，但对于低频率是相对不准确的。互补滤波器的基本思想是将∈β，ω和∈β，a相加或结合，其中，通过使用高通滤波器，∈β，ω的高频率被给予更高的权重，并且由于(28)表现出对低频率的良好估算，因此通过使用低通滤波器，∈β，a的低频率被给予更高的权重，该低通滤波器为：
Figure BDA0003521011850000176
传递函数可以被选择为简单的一阶滤波器，其中，将截止频率ω0被选择为低于摆动频率。由于以下方程式适用于所有频率，因此没有错误地缩放∈β的估算。
Ghp(s)+Glp(s)＝1 (31)
基于估算的起重吊钩方向，可以从aK的测量值中确定起重吊钩的惯性加速度aI，也就是说，通过使用(22)来确定惯性加速度aI，这允许基于双摆动力学(10)和旋转的加速度测量来设计观测器，该旋转加速度测量可表示为：
Figure BDA0003521011850000181
尽管该方程式的两个分量都可以同等地用于估算摆动角，但仅使用独立于g的x分量也可以获得良好的结果。
安装在悬挂装置12上或直接安装在负荷11上的惯性测量设备65和66或67的评估能够以正如上所述的类似方式进行。为避免重复，可参考上述实施例。
因此，即使在双摆运动期间，也可以通过悬挂装置12或负荷11上的额外惯性测量设备66或67精确地确定负荷11的位置。
如图4所示，根据起重机的类型和带钩滑车或起重吊钩的设计，吊索和带钩滑车之间的连接可以通过枢转接头(70)建模，并且同时假设负荷悬挂装置和起重吊钩之间的连接是固定的。在这种情况下，起重吊钩的倾斜∈β正好对应于下摆动角
Figure BDA0003521011850000182
因此，在起重吊钩上具有单个IMU的该情况下，可以确定起重吊钩的位置或摆动角和悬挂装置的长度以及负荷本身的位置或摆动角。如有必要，如果IMU的轴未完全对齐，则还必须额外地考虑IMU的安装角度。
倾斜∈β或下摆动角
Figure BDA0003521011850000183
直接从方向滤波器的估算中得出，这例如可以如上所述地通过互补滤波器来实现。根据方向滤波器的质量，对于观测器可以考虑两种实现方式。
如果由方向滤波器估算的倾斜∈β不准确或有噪声，则适当的是，在观测器中使用具有状态
Figure BDA0003521011850000184
的整个双摆模型(10)。在这种情况下，除了吊钩加速度以外，模型
Figure BDA0003521011850000185
的输出还包括吊钩的倾斜
Figure BDA0003521011850000186
以及吊钩的对应于下摆动角速度的旋转速率
Figure BDA0003521011850000187
并且用作观测器的测量变量z。
如果方向滤波器的质量足够高，则可以减少观测器。在这种情况下，将要估算的状态
Figure BDA0003521011850000191
减少至上摆动角β、摆动角速度
Figure BDA0003521011850000192
和悬挂装置的长度lA。在这种观测中，下摆动角
Figure BDA0003521011850000193
和角速度
Figure BDA0003521011850000194
不是状态，而是系统的输入。因此，得到了
Figure BDA0003521011850000195
在这种情况下，模型的输出
Figure BDA0003521011850000196
可以包括吊钩的加速度，并且用作观测器的测量值z。在这方面，应再次指出，也可以补充地或替代地使用惯性系统中的吊钩的旋转速率。
在这种情况下，还通过随机游走方法估算悬挂装置的长度。替代地，该长度也可以从外部或从上级软件模块或由用户直接传递给观测器。
在有利的改进示例中，将用于描述双摆动力学的所述方法和所示观测器可以与(例如在WO 2019/007541中所述的)起重机的结构模型结合。以此方式确定的状态可用于稳定和抑制不必要的摆动运动。为此，可以设计非线性控制，例如，模型预测控制(MPC)。为了更简单的图示，此处也使用了具有摆动面的起重机，例如，桥式起重机。然而，该方法可以容易地扩展到其他振动面，例如，旋转机构和结构弹性。
在模型预测控制方面，根据数学模型在一定时间段内预测起重机的行为，并且改变调节变量使得描述控制目标的成本函数J最小化。
为此，需要起重机的数学模型。然而，该数学模型除了摆动动力学和任何结构弹性之外，还必须考虑驱动动力学。假设存在换流器的快速重叠转速控制，为简化而考虑的桥式起重机的驱动动力学为：
Figure BDA0003521011850000197
其中，状态
Figure BDA0003521011850000198
并且输入
Figure BDA0003521011850000199
函数f1(x，u)和f2(x，u)类似于系统(10)说明了双摆动角的加速度。此外，在(33)中还应考虑起重机的结构动力学。
成本函数的可能设计为：
Figure BDA0003521011850000201
其中，针对
Figure BDA0003521011850000202
并且udes＝[0，0]T，该成本函数根据加权矩阵Q和R提供了摆动角、摆动角速度的惩罚以及吊运车速度和提升速度相对于期望目标速度
Figure BDA0003521011850000203
和
Figure BDA0003521011850000204
的偏差。在此，波浪号表示没有为吊运车位置和提升缆索长度指定目标值。替代地，也可以考虑惩罚例如负荷或吊钩速度相对于规定值的偏差的其他方程式。也可以使用惩罚吊钩、负荷或单个驱动器相对于目标位置的位置偏差的方程式。在此基础上，可以将动态优化问题表示为：
Figure BDA0003521011850000205
这是在每个采样步骤中通过数值方法解决的，例如，通过诸如ACADO或GRAMPC等常见的软件工具。将被控变量轨迹u(t)的第一部分用作输入，并且在积分后作为目标速度传递给驱动器的换流器。除了系统动力学之外，优化问题(35)还直接包括驱动器的可能时变的限制，其形式为被控变量限制中的最大和最小加速度
Figure BDA0003521011850000206
和
Figure BDA0003521011850000207
以及包括状态限制中的最大和最小速度和位置
Figure BDA0003521011850000208
和
Figure BDA0003521011850000209
这是MPC的一个特殊优势。
然而，MPC需要大量的计算工作，因此作为基于模型(33)的线性化的非线性控制的替代方案，也可以确定具有增益调度的线性控制器，其例如线性二次控制(LQR：linear-quadratic control)的形式。例如，如WO 2019/007541针对单摆所示，这种控制可以有利地与轨迹生成和前馈控制结合以形成双自由度控制系统。

Claims (17)

1.一种起重机，特别是旋转塔式起重机或臂式起重机，其具有：
吊索(7)，其从起重臂(2)伸出并承载起重吊钩(8)，其中，在所述起重吊钩(8)上装配有悬挂装置(12)，在所述悬挂装置上固定有负荷(11)，所述负荷通过所述悬挂装置(12)以与所述起重吊钩(8)间隔开的方式悬挂；
确定设备(60)，其用于确定所述负荷(11)的位置和/或偏转；以及
电子控制设备(3)，其用于根据所检测的所述负荷(11)的位置和/或偏转来控制用于移动起重机元件并转移所述起重吊钩(8)的驱动设备，
其特征在于，所述确定设备(60)具有：
第一确定装置(63；65)，其用于确定所述起重吊钩(8)的位置和/或偏转；
惯性测量设备(66、67)，其安装在所述悬挂装置(12)上和/或所述负荷(11)上，并具有用于提供加速度信号和旋转速率信号的加速度和旋转速率传感器装置；以及
第二确定装置，其用于：根据安装在所述悬挂装置(12)上和/或所述负荷(11)上的所述惯性测量设备(66、67)的所述加速度信号和所述旋转速率信号，并且根据所述第一确定装置(63、65)的用于表征所述起重吊钩(8)的位置和/或偏转的信号，确定和/或估算所述负荷(11)的偏转和/或位置。
2.根据前一项权利要求所述的起重机，其中，在所述悬挂装置(12)上和/或所述负荷(11)上的所述惯性测量设备(66、67)具有无线通信模块，以用于将测量信号和/或从所述测量信号推导出的信号无线地传输到接收器，其中，所述通信模块和所述接收器能够优选地通过蓝牙或WLAN连接彼此连接，并且所述接收器布置在吊运车(6)上，所述吊索(7)从所述吊运车(6)上伸出。
3.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，在所述悬挂装置(12)上和/或所述负荷(11)上的所述惯性测量设备(66、67)具有储能器，所述储能器优选为可充电电池的形式。
4.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，在所述悬挂装置(12)上和/或所述负荷(11)上的所述惯性测量设备(66、67)具有可拆卸的紧固装置，所述可拆卸的紧固装置优选为磁性装置和/或夹紧装置的形式，以用于所述负荷(11)上和/或所述悬挂装置(12)上的可拆卸紧固。
5.根据前一项权利要求所述的起重机，其中，所述惯性测量设备例如作为链节固定地集成在所述悬挂装置(12)中。
6.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，所述悬挂装置(12)包括至少一个悬挂索和/或悬挂链。
7.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，所述第二确定装置包括滤波器和/或观测器设备，所述滤波器和/或观测器设备考虑将确定的所述悬挂装置(12)和/或所述负荷(11)的偏转和/或倾斜
Figure FDA0003521011840000021
作为输入变量，并且根据所述负荷(11)和/或所述悬挂装置(12)处的惯性加速度确定所述悬挂装置(12)和/或所述负荷(11)相对于垂线(62)的偏转
Figure FDA0003521011840000022
8.根据前一项权利要求所述的起重机，其中，所述滤波器和/或观测器设备包括卡尔曼滤波器，特别是扩展的和/或无迹的卡尔曼滤波器的形式。
9.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，用于确定所述起重吊钩(8)的位置和/或偏转的所述第一确定装置包括特别是相机(63)的成像传感器系统，所述成像传感器系统在所述吊索(7)的悬挂点的区域中，特别是在吊运车(6)上基本垂直地向下看，其中，设置有图像评估设备(61)，所述图像评估装置用于在由所述成像传感器系统提供的图像中评估所述起重吊钩(8)在所提供的图像中的位置，并确定所述起重吊钩(8)和/或所述吊索(7)的偏转β和/或相对于垂线(62)的偏转速度。
10.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，所述第一确定装置包括安装在所述起重吊钩(8)上的惯性测量设备(65)，安装在所述起重吊钩上的所述惯性测量设备具有加速度和旋转速率传感器装置，以用于提供表征所述起重吊钩(8)的平移加速度和旋转速率的加速度信号和旋转速率信号。
11.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，所述起重吊钩(8)铰接地连接到所述吊索(7)，使得所述起重吊钩(8)的偏转对应于所述悬挂装置(12)的偏转，其中，在所述起重吊钩(8)上设置有具有用于提供加速度信号和旋转速率信号的加速度和旋转速率传感器装置的惯性测量设备(65)，并且所述确定装置被配置为根据所述起重吊钩(8)上的所述惯性测量设备(65)的所述加速度信号和所述旋转速率信号来确定和/或估算悬挂在所述悬挂装置(12)上的所述负荷(11)的偏转和/或位置。
12.根据前一项权利要求所述的起重机，其中，仅设置有所述起重吊钩(8)上的所述惯性测量设备(65)，并在所述悬挂装置(12)和所述负荷(11)上没有惯性测量设备的情况下进行悬挂在所述悬挂装置(12)上的所述负荷(11)的偏转和/或位置的确定和/或估算。
13.根据前两项权利要求中任一项所述的起重机，其中，估算和/或通过外部接口输入和/或传递所述悬挂装置(12)的长度，其中，根据优选地被配置为互补滤波器的方向滤波器的估算来确定所述悬挂装置(12)和/或所述负荷(11)相对于垂线(62)的偏转
Figure FDA0003521011840000031
14.一种用于控制起重机的方法，所述起重机特别是旋转塔式起重机或臂式起重机，上面固定有负荷(11)的悬挂装置(12)装配在所述起重机的起重吊钩(8)上，所述起重吊钩安装在吊索(7)上，
其中，通过确定设备(60)确定所述负荷(11)的位置和/或偏转，并且通过电子控制设备(3)根据所确定的所述负荷的位置和/或偏转控制用于移动起重机元件的驱动设备，
其特征在于，通过第一确定装置(63、65)确定所述起重吊钩(8)的位置和/或偏转，并且通过安装在所述悬挂装置(12)上和/或所述负荷(11)上的至少一个具有加速度和旋转速率传感器装置的惯性测量设备(66、67)提供用于指示所述悬挂装置(12)上和/或所述负荷(11)上的平移加速度和旋转速率的加速度信号和旋转速率信号，并且将所述加速度信号和所述旋转速率信号无线地传输到所述控制设备(3)，
其中，根据所述惯性测量设备(66、67)的所述加速度信号和所述旋转速率信号以及由所述第一确定装置确定的所述起重吊钩(8)的位置和/或偏转β，确定所述负荷(11)的位置和/或偏转
Figure FDA0003521011840000041
15.根据前一权利要求所述的方法，其中，通过滤波器和/或观测器设备，根据所述负荷(11)和/或所述悬挂装置(12)处的惯性加速度来确定所述负荷(11)和/或所述悬挂装置(12)相对于垂线(62)的偏转
Figure FDA0003521011840000042
所确定的所述负荷(11)和/或所述悬挂装置(12)的偏转作为输入变量被提供给所述滤波器和/或观测器设备。
16.根据前两项权利要求中任一项所述的方法，其中，相对于三个空间轴线确定用于指示所述负荷(11)和/或所述悬挂装置(12)上的平移加速度的所述加速度信号，并且相对于至少两个空间轴线检测用于指示所述负荷(11)和/或所述悬挂装置(12)上的旋转速率的所述旋转速率信号。
17.根据前三项权利要求中任一项所述的方法，其中，所述起重吊钩(8)铰接地连接到所述吊索(7)，并且相对于垂线(62)以与所述悬挂装置(12)相同的摆动角
Figure FDA0003521011840000043
偏转，其中，通过安装在所述起重吊钩(8)上的具有加速度和旋转速率传感器装置的惯性测量设备(65)提供用于指示所述起重吊钩(8)上的平移加速度和旋转速率的加速度信号和旋转速率信号，并且将所述加速度信号和所述旋转速率信号无线地传输到所述控制设备(3)，其中，根据所述起重吊钩(8)上的所述惯性测量设备(65)的所述加速度信号和所述旋转速率信号，确定所述悬挂装置(12)和所述负荷(11)的位置和/或偏转
Figure FDA0003521011840000044
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116395568A (zh) * 2023-06-08 2023-07-07 山东亚泰机械有限公司 用于工程机械配件的起重装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111153328B (zh) * 2020-04-02 2020-07-24 上海驭矩信息科技有限公司 一种基于lqr的吊装系统的防摇控制方法及系统
DE102021121818A1 (de) 2021-08-23 2023-02-23 Wolffkran Holding Ag Turmdrehkran, Verfahren und Steuerungseinheit zum Betreiben eines Turmdrehkrans, Laufkatze und Katzfahrwerk
CN117105096B (zh) * 2023-09-25 2024-02-23 哈尔滨理工大学 一种适用于变绳长双摆型船用起重机的滑模控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5526946A (en) 1993-06-25 1996-06-18 Daniel H. Wagner Associates, Inc. Anti-sway control system for cantilever cranes
DE10064182A1 (de) 2000-10-19 2002-05-08 Liebherr Werk Nenzing Kran oder Bagger zum Umschlagen von einer an einem Lastseil hängenden Last mit Lastpendelungsdämpfung
JP2003312982A (ja) * 2002-04-26 2003-11-06 Mitsubishi Electric Corp 吊上げ装置
US7426423B2 (en) 2003-05-30 2008-09-16 Liebherr-Werk Nenzing—GmbH Crane or excavator for handling a cable-suspended load provided with optimised motion guidance
DE102007039408A1 (de) 2007-05-16 2008-11-20 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh Kransteuerung, Kran und Verfahren
DE102007043750A1 (de) 2007-09-13 2009-03-19 Rheinkalk Gmbh Fahrzeug zum Einbringen alkalischer Stoffe in Gewässer
DE102009032270A1 (de) 2009-07-08 2011-01-13 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh Verfahren zur Ansteuerung eines Antriebs eines Kranes
EP2562125B1 (en) 2011-08-26 2014-01-22 Liebherr-Werk Nenzing GmbH Crane control apparatus
DE102017114789A1 (de) * 2017-07-03 2019-01-03 Liebherr-Components Biberach Gmbh Kran und Verfahren zum Steuern eines solchen Krans

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116395568A (zh) * 2023-06-08 2023-07-07 山东亚泰机械有限公司 用于工程机械配件的起重装置
CN116395568B (zh) * 2023-06-08 2023-08-29 山东亚泰机械有限公司 用于工程机械配件的起重装置

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