DE102007038016A1 - Drehleiter - Google Patents

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Oliver Prof. Dr.-Ing. Sawodny
Nico Dipl.-Ing. Zimmert
Alexander Dr.-Ing. Kharitonov
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Abstract

Drehleiter, Teleskopmastbühne oder dergleichen, mit einem teleskopierbaren Leitersatz oder Teleskopmast und gegebenenfalls einem daran angebrachten Fahrkorb, welche Drehleiter bzw. welcher Teleskopmast eine Regelung für die Bewegung der Leiterteile oder Teleskopmastteile umfaßt, die derart ausgebildet ist, daß beim Verfahren der Drehleiter bzw. der Teleskopmastbühne Schwingungen der Leiterteile oder Teleskopmastteile unterdrückt werden, indem mindestens eine der Meßgrößen Biegung des Leitersatzes oder Teleskopmastes in horizontaler und vertikaler Richtung, Aufrichtwinkel, Drehwinkel, Ausfahrlänge und Torsion des Leitersatzes oder Teleskopmastes über einen Regler auf die Ansteuergrößen für die Antriebe zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Leitersatz oder Teleskopmast und/oder am Fahrkorb Inertialsensoren zur Erfassung des Biegezustands des Leitersatzes oder Teleskopmastes angebracht sind.Turntable ladder, Telescopic mast platform or the like, with a telescopic Ladder set or telescopic mast and, if necessary, attached to it Car, which aerial ladder or which telescopic mast a regulation for the movement of ladder parts or telescopic mast parts which is formed such that in the method the aerial ladder or the telescopic mast platform vibrations the ladder parts or telescopic mast parts are suppressed, by bending at least one of the measured quantities of ladder set or telescopic mast in horizontal and vertical Direction, angle of elevation, angle of rotation, extension length and Twist of ladder set or telescopic mast over one Regulator on the control variables for the Drives is returned, characterized in that Ladder set or telescopic mast and / or on-cage inertial sensors for detecting the bending state of the ladder set or telescopic mast are attached.

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehleiter, eine Teleskopmastbühne oder dergleichen, mit einem teleskopierbaren Leitersatz oder Teleskopmast und gegebenenfalls einem daran angebrachten Fahrkorb, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to an aerial ladder, a telescopic mast platform or the like, with a telescopic ladder set or telescopic mast and optionally an attached car, in accordance with Preamble of claim 1.

Im Einzelnen befasst sich die Erfindung mit einer Drehleiter, beispielsweise einer Feuerwehrleiter mit abwinkelbarem Gelenkarm, oder einem ähnlichen Gerät, etwa Gelenk- oder Teleskopmastbühnen und Hubrettungsgeräte. Derartige Geräte sind im Allgemeinen drehbar und aufrichtbar auf einem Fahrzeug montiert und können über einen abwinkelbaren Gelenkarm verfügen, der zudem mit einer weiteren Achse teleskopierbar sein kann. Die Steuerung ist eine Bahnsteuerung, die den Fahrkorb bzw. die Hubplattform auf einer vorgegebenen Bahn im Arbeitsraum der Drehleiter bzw. der Hubbühne führt. Dabei werden Schwingungen und Pendelbewegungen des Fahrkorbes bzw. der Hubplattform aktiv gedämpft.in the Individually, the invention is concerned with an aerial ladder, for example a fire ladder with bendable articulated arm, or similar Device, such as articulated or telescopic mast platforms and Aerials. Such devices are generally rotatable and erectable mounted on a vehicle and can over have a bendable articulated arm, which also has a can be telescopic axis further. The controller is one Railway control, the car or the lifting platform on a predetermined path in the working space of the turntable ladder or lifting platform leads. This vibration and oscillations of the The car or the lifting platform is actively damped.

Steuerungen für Drehleitern, Hochbühnen oder dergleichen sind beispielsweise aus DE 100 16 136 C2 und DE 100 16 137 C2 bekannt. Schwingungen der Leiterteile lassen sich unterdrücken, indem mindestens eine Größe des Leitersatzes über einen Regler auf die Ansteuergrößen für die Antriebe zurückgeführt wird. Eine Vorsteuerung bildet das idealisierte Bewegungsverhalten der Leiter in einem dynamischen Modell ab, das auf Differenzialgleichungen basiert, und berechnet idealisierte Ansteuergrößen für die Antriebe der Leiterteile, um eine im wesentlichen schwingungsfreie Bewegung der Leiter zu ermöglichen. DE 10 2005 042 721 A1 offenbart eine derartige Steuerung für eine Drehleiter, die am Ende ihres Leitersatzes einen Gelenkarm trägt, an welchem ein Fahrkorb angebracht ist. Dessen dynamische Eigenschaften werden in das dynamische Modell zur Abbildung der Eigenschaften der Leiter einbezogen, so daß eine entsprechende Steuerung erfolgen kann.Controls for turntable ladders, high platforms or the like are made, for example DE 100 16 136 C2 and DE 100 16 137 C2 known. Vibrations of the conductor parts can be suppressed by returning at least one size of the ladder set via a controller to the drive variables for the drives. A precontrol maps the idealized motion behavior of the ladder in a dynamic model based on differential equations and calculates idealized drive quantities for the drives of the ladder sections to allow substantially vibration free movement of the ladder. DE 10 2005 042 721 A1 discloses such control for an aerial ladder carrying at the end of its ladder set an articulated arm to which a car is mounted. Its dynamic properties are incorporated into the dynamic model for mapping the characteristics of the conductors, so that a corresponding control can take place.

Bekannte Gelenkleitern oder dergleichen werden durch Handhebel hydraulisch oder elektrohydraulisch gesteuert. Im Falle der rein hydraulischen Steuerung wird die Handhebelauslenkung direkt über den hydraulischen Steuerkreislauf in ein hierzu proportionales Steuersignal für den als Proportionalventil ausgeführten Steuerblock umgesetzt. Dämpfungsglieder im hydraulischen Steuerkreislauf können dazu benutzt werden, die Bewegungen weniger ruckartig und sanfter im Übergang zu machen. Jedoch können diese nicht zufriedenstellend auf den gesamten Arbeitsbereich von Ausfahrlänge und Aufrichtwinkel angepaßt werden. Zudem führt dies häufig zu stark gedämpften Einstellungen mit trägem Ansprechverhalten.Known Articulated ladders or the like are hydraulic by hand lever or electrohydraulically controlled. In the case of purely hydraulic Control is the hand lever deflection directly over the hydraulic control circuit in a proportional thereto control signal for the control block designed as a proportional valve implemented. Attenuators in the hydraulic control circuit can be used to make the movements less jerky and to make it more gentle in transition. However, you can These are not satisfactory for the entire work area Extension length and Aufrichtwinkel be adapted. In addition, this often leads to strongly subdued Settings with sluggish response.

Aktuelle Bahnsteuerungen beeinflussen aktiv eine Gegenbewegung im Fall einer Schwingung des Leitersatzes. Die Schwingung wird allerdings nur aus einem Dehnungsmeßstreifen-Signal rekonstruiert und das dahinterliegende Modell berücksichtigt nur die Grundschwingungsanteile. Höhere Moden der Schwingung werden in der schwingungsdämpfenden Regelung nach DE 100 16 136 C2 und DE 100 16 137 C2 und nicht berücksichtigt. Zudem basiert die Rekonstruktion des Biegungszustands lediglich auf Dehnungsmeßstreifen-Signalen bzw. einer Rekonstruktion aus dem Drucksignal der Hydraulik. Für den vorliegenden Fall der Schwingungsanregung von Oberschwingungen ist dies jedoch nicht immer ausreichend.Current orbit controllers actively influence a countermovement in the event of a vibration of the ladder set. However, the vibration is reconstructed only from a strain gauge signal and the underlying model takes into account only the fundamental components. Higher modes of vibration will be in the vibration damping control DE 100 16 136 C2 and DE 100 16 137 C2 and not considered. In addition, the reconstruction of the bending state is based only on strain gauge signals or a reconstruction from the hydraulic pressure signal. However, this is not always sufficient for the present case of vibration excitation of harmonics.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Drehleiter, eine Teleskopmastbühne oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei welcher die Schwingungszustände der Leiter oder des Teleskopmastes präziser erfaßt und rekonstruiert werden können, so daß aktiv auftretende Schwingungen (entweder während der Bewegung oder auch im Ruhezustand, z. B. durch Windeinflüsse oder Laständerungen) gedämpft oder das Leiterende mit dem Fahrkorb bzw. der Arbeitsplattform auf einer vorgegebenen Bahn geführt werden können. Hierbei soll es ermöglicht werden, nicht nur die Grundschwingung zu kompensieren, sondern auch die höheren Moden der Schwingung wirksam zu dämpfen.task The present invention is therefore an aerial ladder, a telescopic mast platform or the like according to the preamble of the claim 1, in which the vibration states of the Head or the telescopic mast detected more precisely and can be reconstructed so that active occurring vibrations (either during movement or at rest, z. Due to wind influences or load changes) damped or the conductor end with the car or the Work platform to be guided on a predetermined path can. This should be possible, not to compensate only the fundamental, but also the higher ones Effectively dampen modes of vibration.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Drehleiter oder Teleskopmastbühne mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention this task by an aerial ladder or telescopic mast platform solved with the features of claim 1.

Erfindungsgemäß sind am Leitersatz oder Teleskopmast und/oder am Fahrkorb Inertialsensoren zur Erfassung des Biegezustands des Leitersatzes oder Teleskopmasts angebracht. Hierbei ist es möglich, die Inertialsensoren entweder am Leitersatz bzw. Teleskopmast, an einem daran angebrachten Fahrkorb oder sowohl am Leitersatz bzw. Teleskopmast als auch am Fahrkorb anzubringen.According to the invention on the ladder set or telescopic mast and / or on the car inertial sensors for detecting the bending state of the ladder set or telescopic mast appropriate. In this case it is possible to use the inertial sensors either on the ladder set or telescopic mast, on one attached to it Car or both at the ladder set or telescopic mast and at To install car.

Vorzugsweise sind am Fahrkorb und/oder an dem Ende des Leitersatzes oder Teleskopmasts, welches mit dem Fahrkorb verbunden ist, mehrere Inertialsensoren zur Messung der Winkelgeschwindigkeit in verschiedenen Raumrichtungen vorgesehen.Preferably are on the car and / or at the end of the ladder set or telescopic mast, which is connected to the car, several inertial sensors for measuring the angular velocity in different directions intended.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind weitere Inertialsensoren am Fahrkorb und/oder an dem entsprechenden Ende des Leitersatzes oder Teleskopmasts zur Beschleunigungsmessung in verschiedenen Raumrichtungen vorgesehen.According to one Another preferred embodiment are further inertial sensors on the car and / or at the corresponding end of the ladder set or telescopic masts for measuring acceleration in different spatial directions intended.

Als besonders vorteilhaft hat sich beispielsweise die Verwendung einer Gyroskopplattform am oberen Leiterteil oder Teleskopmastteil bzw. im Fahrkorb herausgestellt, die bis zu drei Sensoren in den kartesisch angeordneten Raumrichtungen zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit umfaßt. Diese Gyroskopplattform kann gegebenenfalls um drei Beschleunigungssensoren in den entsprechenden Raumrichtungen ergänzt werden.When For example, the use of a Gyroscope platform on the upper ladder section or telescopic mast section or In the car exposed, the up to three sensors in the Cartesian arranged spatial directions for detecting the angular velocity includes. If necessary, this gyroscope platform can three acceleration sensors in the corresponding spatial directions be supplemented.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 4 bis 9.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims 4 to 9.

Insbesondere umfaßt die Drehleiter oder Teleskopmastbühne gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorsteuerung, die beim Verfahren des Fahrkorbes das idealisierte Bewegungsverhalten der Leiter oder des Teleskopmasts in einem dynamischen Modell, basierend auf Differentialgleichungen, abbildet und idealisierte Ansteuergrößen für die Antriebe der Leiterteile oder Teleskopmastteile für eine im wesentlichen schwingungsfreie Bewegung der Leiter oder des Teleskopmasts aus dem dynamischen Modell berechnet, welches dynamische Modell eine Massenverteilung des Leitersatzes oder Teleskopmasts nachbildet.Especially includes the aerial ladder or telescopic mast platform according to the present invention, a pilot control, which in the method of Car the idealized motor behavior of the ladder or the Telescopic masts in a dynamic model based on differential equations, depicts and idealized control variables for the drives of the ladder parts or telescopic mast parts for a substantially vibration-free movement of the ladder or the Telescope masts calculated from the dynamic model, which dynamic model mimics a mass distribution of the ladder set or telescopic mast.

Wie auch beim Stand der Technik, basiert auch die erfindungsgemäße Bahnsteuerung mit aktiver Schwingungsdämpfung auf der Grundidee, das dynamische Verhalten des mechanischen und hydraulischen Systems der Drehleiter bzw. der Teleskopmastbühne zunächst in einem dynamischen Modell basierend auf Differenzialgleichungen abzubilden.As also in the prior art, the invention is based Track control with active vibration damping on the basic idea, the dynamic behavior of the mechanical and hydraulic system the aerial ladder or the telescopic mast stage first in a dynamic model based on differential equations map.

Im Gegensatz zu den Anmeldungen DE 100 16 136 C2 und DE 100 16 137 C2 wird als dynamisches Modell jedoch kein Ansatz basierend auf einem elastischen Mehrkörpermodell als Approximation für das verteilt parametrische Modell verwendet, sondern die verteilten Massen des Leitersatzes werden direkt modelliert. Hierbei kann die Masse des Fahrkorbs weiterhin als Punktasse angenommen werden.In contrast to the registrations DE 100 16 136 C2 and DE 100 16 137 C2 however, as a dynamic model, no approach based on a multi-body elastic model is used as an approximation to the distributed parametric model, but the distributed masses of the ladder set are modeled directly. Here, the mass of the car can still be assumed as a point.

Weiter vorzugsweise ist ein Bahnplanungsmodul für die Erzeugung der Bewegungsbahn der Leiter oder des Teleskopmasts im Arbeitsraum vorgesehen, das die Bewegungsbahn in Form von Zeitfunktionen für die Fahrkorbposition, Fahrkorbgeschwindigkeit, Fahrkorbbeschleunigung, Fahrkorbruck und gegebenenfalls Ableitung des Fahrkorbrucks an einen Vorsteuerblock abgibt, der die Antriebe der Leiterteile oder Teleskopmastteile ansteuert.Further preferably is a path planning module for the generation the trajectory of the ladder or telescopic mast in the working space provided that the trajectory in the form of time functions for the Car position, car speed, car acceleration, Carriage pressure and if necessary derivation of the car pressure to a Pre-control block outputs, the drives of the ladder parts or telescopic mast parts controls.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.in the The following will be a preferred embodiment of Invention explained in more detail with reference to the drawing.

1 zeigt schematisch die mechanische Struktur einer Ausführungsform einer Drehleiter gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 schematically shows the mechanical structure of an embodiment of an aerial ladder according to the present invention;

2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Freiheitsgrade des Systems; 2 is a schematic representation for explaining the degrees of freedom of the system;

3 zeigt schematisch den Regelkreis zur Regelung der Bewegung der erfindungsgemäßen Drehleiter gemäß einer ersten Ausführungsform; 3 schematically shows the control circuit for controlling the movement of the rotary ladder according to the invention according to a first embodiment;

4 zeigt einen weiteren Regelkreis zur Regelung des Bewegungsverhaltens einer erfindungsgemäßen Drehleiter gemäß einer zweiten Ausführungsform; 4 shows a further control circuit for controlling the movement behavior of an inventive ladder according to a second embodiment;

5 ist ein Diagramm zur Darstellung von Eigenfunktionen der Differenzialgleichung zur Beschreibung der Biegung; und 5 is a diagram illustrating eigenfunctions of the differential equation for describing the bend; and

6a und 6b sind Diagramme zur Darstellung des Schwingungsverhaltens in Abhängigkeit von der Zeit. 6a and 6b are diagrams showing the vibration behavior as a function of time.

Während 1 den Aufbau des Gesamtsystems schematisch wiedergibt, ist anhand von 2 beispielhaft die Drehbewegung der erfindungsgemäßen Drehleiter erläutert. Die folgende Darstellung der Erfindung bezieht sich lediglich beispielhaft, jedoch nicht einschränkend auf eine Drehleiter und ist ohne weiteres auf eine Teleskopmastbühne oder dergleichen anwendbar, die mit einem teleskopierbaren Mast ausgestattet ist. Die einzelnen Teile dieses Teleskopmasts entsprechen dann den Leiterteilen des Leitersatzes der hier beschriebenen Drehleiter. Ferner beschränkt sich die Erfindung nicht auf eine Drehleiter mit einem Fahrkorb, sondern ist auch auf Leitern oder Teleskopmastbühnen ohne Fahrkorb anwendbar.While 1 schematically shows the structure of the entire system is based on 2 exemplified the rotational movement of the ladder of the invention. The following description of the invention, by way of example only, is not restrictive to an aerial ladder and is readily applicable to a telescopic mast deck or the like equipped with a telescopic mast. The individual parts of this telescopic mast then correspond to the ladder parts of the ladder set of the aerial ladder described here. Furthermore, the invention is not limited to an aerial ladder with a car, son It can also be used on ladders or telescopic mast platforms without a car.

3 zeigt schematisch einen Regelkreis zur Regelung der Bewegung der hier vorgestellten Drehleiter. Die Messdaten von dem Gyroskop werden in der modellgestützten Auswertung zunächst hinsichtlich des Offsets korrigiert. Am Dehnungsmeßstreifen-Signal wird in der modellgestützten Auswertung der Gravitationseinfluss durch das Eigengewicht der Leiter (auch während der Bewegung) herausgerechnet. In der anschließenden Modaltransformation werden aus diesen Signalen die ersten beiden Moden der Eigenschwingung berechnet. Diese können dann in separierter Form über die Reglerrückführung kompensierend und damit in der Wirkung dämpfend für die Schwingung zurückgeführt werden. Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik erreicht man hiermit nicht nur eine Dämpfung der Grundschwingung sondern auch eine Dämpfung der ersten Oberschwingung. 3 schematically shows a control loop for controlling the movement of the aerial ladder presented here. The measured data from the gyroscope are first corrected for the offset in the model-based evaluation. In the model-based evaluation, the influence of gravity on the strain gauge signal is calculated out by the dead weight of the conductors (also during the movement). In the subsequent modal transformation, the first two modes of the natural oscillation are calculated from these signals. These can then be compensated in separated form via the regulator feedback and thus be damped in the effect dampening the vibration. Compared to the prior art, this achieves not only a damping of the fundamental vibration but also an attenuation of the first harmonic.

Eine alternative Struktur ist in 4 dargestellt. Im Unterschied zu 3 wird hier jedoch aus den Sensorsignalen nur die Grundschwingung extrahiert und die Anteile der höheren Moden über einen modellbasierten Beobachter herausgerechnet. Damit erhält man zwar keine aktive Dämpfung der 1. Oberschwingung kann aber vermeiden, dass die Anteile der höheren Moden mitkoppelnd und damit destabilisierend durch die Rückführung auf das Fahrzeug einwirken.An alternative structure is in 4 shown. In contrast to 3 However, here only the fundamental oscillation is extracted from the sensor signals and the components of the higher modes are calculated out via a model-based observer. Although this does not provide any active damping of the 1st harmonic, it is possible to prevent the components of the higher modes from coupling with one another and thus acting destabilizingly on the vehicle through the feedback.

Die isolierte Grundschwingung wird dann über die Rückführung aktiv dämpfend auf den Stelleingang gegeben.The isolated fundamental is then returned via the feedback active damping on the control input given.

Bei beiden Strukturen wirkt sehr vorteilhaft, dass die Solltrajektorien über eine modellbasierte Vorsteuerung geführt werden und damit an die Dynamik des Systems angepasst werden. Damit kann eine Anregung der Schwingungen durch die Führungsgrößen des Systems vermieden werden. Im Unterschied zu den Steuerungen in DE 100 16 136 C2 und DE 100 16 137 C2 ist diese Methode jedoch für den hier vorliegenden allgemein nichtlinearen Fall anwendbar.In both structures, it is very advantageous that the desired trajectories are guided by a model-based precontrol and are thus adapted to the dynamics of the system. Thus, excitation of the vibrations can be avoided by the reference variables of the system. Unlike the controls in DE 100 16 136 C2 and DE 100 16 137 C2 However, this method is applicable to the present general non-linear case.

Beispielhaft für das Aufrichten und Neigen wird dies nun erläutert. Die Vorgehensweise ist direkt auf die Drehrichtung übertragbar, da der Einfluss der Gravitation für die Betrachtungen des dynamischen Verhaltens der Leiter vernachlässigt wird. Für den Entwurf der Vorsteuerung wird wieder auf ein Modell mit konzentrierten Parametern Bezug genommen. Die Bewegungsgleichungen für die Richtung Aufrichten/Neigen lauten:exemplary this is now explained for erecting and tilting. The procedure is directly transferable to the direction of rotation, because the influence of gravitation for the considerations of the dynamic behavior of the ladder is neglected. For the design of feedforward is again on a model with concentrated parameters. The equations of motion for the direction upright / tilt:

Figure 00040001
Figure 00040001

Legende:Legend:

  • L(t)L (t)
    zeitlich veränderlicher Parameter Leiterlängetemporally changeable Parameter conductor length
    m1 m 1
    bewegte Masse (dynamischer Anteil der Gesamtmasse aus Leitersatz, evtl. Gelenkteil und Fahrkorb oder Hubbühne)moving mass (more dynamic Share of total mass of ladder set, possibly articulated part and car or lifting platform)
    cν(L(t))c ν (L (t))
    Steifigkeit in Abhängigkeit der LeiterlängeStiffness depending the ladder length
    d44(L(t))d 44 (L (t))
    Dämpfungskoeffizient der Leiter in Abhängigkeit der Leiterlängedamping coefficient the conductor depending on the conductor length
    τA τ A
    Zeitkonstante des HydraulikantriebsTime constant of the hydraulic drive
    kA k A
    Verstärkungsfaktor des Hydraulikantriebesgain of the hydraulic drive
    φ .D(t)φ. D (t)
    zeitlich veränderlicher Parameter Drehgeschwindigkeittemporally changeable Parameter rotation speed
    ν .y(t)ν. y (t)
    zeitlich veränderlicher Parameter Durchbiegung am Leiterende in horizontaler Richtungtemporally changeable Parameter Deflection at the end of the conductor in the horizontal direction

Die Modellgleichungen nach Gl. 1 werden jetzt in die allgemein nichtlineare Zustandsform überführt.The Model equations according to Eq. 1 are now in the generally non-linear State form transferred.

Figure 00040002
Figure 00040002

Stelleingang ist die Spannung am Proportionalventil der Hydraulik u(t), der als Zielgeschwindigkeit φ .A,Soll interpretiert werden kann. Mit Gl. 1 erhält man dann die folgende nichtlineare Zustandsgleichung mit der Ausgangsgleichung für die Fahrkorbposition unter Berücksichtigung der Biegung:Control input is the voltage at the proportional valve of the hydraulic u (t), the target speed φ. A target can be interpreted. With Eq. 1, one then obtains the following non-linear equation of state with the initial equation for the car position taking into account the bending:

Figure 00040003
Figure 00040003

Für die weitere Systemanalyse wird der relative Grad des Systems bezüglich des gewählten Ausgangs bestimmt. Der relative Grad von y(t) aus Gl. (3) ist gleich 2. Dies ist kleiner als die Systemordnung (n = 4). Deswegen wird ein differentiell flacher Eingang mit relativem Grad r = 4 gewählt:For the further system analysis is relative to the relative degree of the system of the selected output. The relative degree of y (t) from Eq. (3) is equal to 2. This is smaller than the system order (n = 4). Therefore, a differential flat input with relative Grade r = 4 chosen:

Figure 00050001
Figure 00050001

Da er in erster Näherung der realen Regelgröße (Fahrkorbposition unter Berücksichtigung der Biegung) entspricht wird auf die Lösung der Restdynamik für die Erzeugung der Referenztrajektorien verzichtet.There he first approximates the real controlled variable (Car position taking into account the bend) corresponds is going to solve the residual dynamics for the production omitted the reference trajectories.

Die flachheitsbasierte Analyse sowie der Entwurf wird gemäß Rothfuß R.: Anwendung der flachheitsbasierten Analyse und Regelung nichtlinearer Mehrgrößensysteme, VDI-Verlag, 1997 vollumfänglich einbezogen.The flatness-based analysis as well as the draft is done according to Rothfuß R .: Application of the flatness-based analysis and control of nonlinear multivariate systems, VDI-Verlag, 1997 fully included.

Wird φ .D = 0 und ν .y = 0 angenommen, so ergibt sich basierend auf dem flachen Ausgang der Fahrkorbposition folgende Parametrisierung:Becomes φ. D = 0 and ν. y = 0 assuming that, based on the flat exit of the car position, the following parameterization results:

Figure 00050002
Figure 00050002

Der neue Eingang des Systems wird mit ν(t) = z ....(t) bezeichnet und das inverse Steuergesetz für die Vorsteuerung folgt daraus:The new input of the system comes with ν (t) = z .... (t) and the inverse control law for precontrol follows:

Figure 00050003
Figure 00050003

Damit kann durch Solltrajektorien über der Zeit für die Fahrkorbposition und deren Ableitungen als Eingangsinformation eine ideale Ansteuergröße für die Ventilstellung generiert werden, ohne dass Eigenschwingungen beim Bewegen der Leiter angeregt werden. Restschwingungen treten durch Modellungenauigkeiten und äußere Störungen (Zu-, Abladen der Last im Fahrkorb, Windangriff) auf und werden über die Rückführung gedämpft.This can be generated by Solltrajektorien over time for the car position and their derivatives as input information an ideal control variable for the valve position without natural oscillations are excited when moving the ladder. Residual vibrations occur due to model inaccuracies and external disturbances (loading, unloading of the load in the car, wind attack) and are damped by the feedback.

Im Falle der Struktur von 3 wird die Rückführung über eine modale Zerlegung der Messsignale aus dem Dehnungsmeßstreifen und dem Gyroskop sowie die Rückführung der separierten Schwingungssignale erreicht.In the case of the structure of 3 the feedback is achieved by a modal decomposition of the measurement signals from the strain gauges and the gyroscope and the return of the separated vibration signals.

Die Modellierung als verteilte Masse für den Leitersatz und einer Punktmasse für den Fahrkorb am Ende des Leitersatzes führt dazu, dass die Randbedingungen der Dynamik der konzentrierten Masse erfüllt sein müssen. Obwohl die Schwingung der Leiter in der vertikalen Ebene betrachtet wird (wobei diese um einen bestimmten Aufrichtwinkel gekippt sein kann), wird der Einfluss der Schwerkraft für die konzentrierte Masse vernachlässigt, da das mathematische Modell für kleine Winkel als linear angenommen werden kann und die stationäre Lösung des Problems den Einfluss der Schwerkraft berücksichtigt. Für die Aufgabe der Schwingungsdämpfung kann dieser Einfluss daher grundsätzlich vorab eliminiert werden. Der Leitersatz wird in der Ebene der Drehbewegung durch ein Moment M(t) bei z = 0 des Leitersatzes bewegt (2). L ist die Länge der Leiter, θ(t) entspricht dem Drehwinkel. w(z, t) ist die Biegung. Mp und Jp ist die Masse des Fahrkorbes und evtl. des Gelenkarms bzw. das in das Trägheitsmoment bezüglich des Schwerpunktes der Punktmasse umgerechnete Trägheitsmoment des Fahrkorbes. Unter der Annahme, dass die Winkelgeschwindigkeit θ .(t) klein ist und dass Corioliskräfte vernachlässigt werden können, kann der Leitersatz als verteilte Masse über einen Bernoulli-Biegebalken über die folgende partielle Differentialgleichung beschrieben werden, wobei in allen durch die zweite Ableitung nach der Zeit gekennzeichneten Beschleunigungstermen die Rotation des Leitersatzes um den Drehwinkel θ(t) zusätzlich berücksichtigt wird:The modeling as distributed mass for the ladder set and a point mass for the car at the end of the ladder set leads to the fact that the boundary conditions of the dynamics of the concentrated mass must be fulfilled. Although the vibration of the ladder is considered in the vertical plane (which may be tilted by a certain angle of elevation), the influence of gravity on the concentrated mass is neglected because the mathematical model for small angles can be considered linear and the stationary solution of the problem takes into account the influence of gravity. Therefore, this influence can basically be eliminated in advance for the purpose of vibration damping. The ladder set is moved in the plane of rotation by a moment M (t) at z = 0 of the ladder set ( 2 ). L is the length of the ladder, θ (t) corresponds to the angle of rotation. w (z, t) is the bend. M p and J p is the mass of the car and possibly the articulated arm or the moment of inertia of the car converted into the moment of inertia with respect to the center of gravity of the point mass. Assuming that the angular velocity θ · (t) is small and that Coriolis forces can be neglected, the ladder set can be described as a distributed mass via a Bernoulli bending beam via the following partial differential equation, all in all by the second derivative by time marked acceleration terms the rotation of the ladder set by the rotation angle θ (t) is additionally taken into account:

Figure 00060001
Figure 00060001

Gl. (7) ist die partielle Differentialgleichung, die die Biegung beschreibt. E ist das Elastizitätsmodul, I ist das Flächenträgheitsmoment des Leitersatzes, ρ ist die Dichte, S die (äquivalente) Querschnittsfläche des Leitersatzes.Eq. (7) is the partial differential equation that describes the bend. E is the modulus of elasticity, I is the area moment of inertia of the ladder, ρ is the density, S the (equivalent) Cross-sectional area of the ladder set.

Gl. (8)–(9) sind die einem eingespannten Balkenende entsprechenden Randbedingungen am Beginn des Leitersatzes bei z = 0.Eq. (8) - (9) are corresponding to a clamped beam end Boundary conditions at the beginning of the ladder set at z = 0.

Gl. (10) und (11) sind die der Übergangsbedingung zwischen verteilter und konzentrierter Masse entsprechenden Randbedingungen, wobei die Gl. (10) die Balance der Momente und die Gl. (11) die Balance der Kräfte beschreiben.Eq. (10) and (11) are the transitional conditions between distributed and concentrated mass corresponding boundary conditions, where the Eq. (10) the balance of the moments and the Eqs. (11) the Describe balance of forces.

Zur Vereinfachung wird die die Bewegung einzelner Punkte des Leitersatzes im Inertialraum beschreibende, folgende Variable eingeführt: V(z, t) ≜ θ(t)z + w(z, t) For simplicity, the following variable is introduced, describing the movement of individual points of the ladder set in the inertial space: V (z, t) ≜ θ (t) z + w (z, t)

Damit kann das System nach Gleichung 7–11 geschrieben werden alsIn order to the system can be written according to equation 7-11 when

Figure 00070001
Figure 00070001

Zur Vereinfachung wird als Eingangsgröße eingeführt:to Simplification is introduced as input:

Figure 00070002
Figure 00070002

Die Dynamik des Antriebssystems wird nicht betrachtet. Aus obiger Eingangsgröße kann jedoch sofort das Moment M(t) gemäß folgendem Zusammenhang berechnet werden:The Dynamics of the drive system is not considered. From the above input however, the moment M (t) can immediately be determined according to the following Be calculated context:

Figure 00070003
Figure 00070003

Jh ist dabei das Trägheitsmoment des Leitergetriebes (15).J h is the moment of inertia of the conductor gear (15).

Die Lösung nach Gl. (12)–(16) kann in der folgenden Form dargestellt werden. V(z, t) ≜ VH(z, t) + VI(z, t) (19)wobei VI(z, t) der Teil der allgemeinen Lösung V(z, t) ist, der nur den inhomogenen Randbedingungen nach Gl. (13)–(16) genügen muss, während VH(z, t) die homogenen Randbedingungen als auch die Gl. (12) erfüllen muss. Als Ansatz für VI(z, t) wird gewählt: VI(x, t) ≜ f(z)u(t) wobei f(z) ≜ A + Bz + Cz2 + Dz3 + Ez4 + Fz5, z ∈ [0, L] The solution according to Eq. (12) - (16) can be represented in the following form. V (z, t) ≜ V H (z, t) + V I (z, t) (19) where V I (z, t) is the part of the general solution V (z, t) that satisfies only the inhomogeneous boundary conditions of Eq. (13) - (16) while V H (z, t) satisfies the homogeneous boundary conditions as well as Eq. (12). As an approach for V I (z, t) is chosen: V I (x, t) ≜ f (z) u (t) where f (z) ≜ A + Bz + Cz 2 + Dz 3 + Ez 4 + Fz 5 , z ∈ [0, L]

Aus (13) und (14) folgt:
A = 0, B = 1.
From (13) and (14) follows:
A = 0, B = 1.

Um die Randbedingungen (15) und (16) zu erfüllen, muss das folgende Gleichungssystem gelöst werden:Around to meet the boundary conditions (15) and (16), the following equation system are solved:

Figure 00070004
Figure 00070004

Gl. (20) hat eine eindeutige Lösung:
C = –4L–1, D = 6L–2, E = –4L–3, F = L–4
Eq. (20) has a clear solution:
C = -4L -1 , D = 6L -2 , E = -4L -3 , F = L -4

Der Lösungsansatz nach Gl. (19) wird nun in die Gl. (12)–(16) eingesetzt. Daraus folgt das Gleichungssystem:Of the Approach to Eq. (19) is now in the Eqs. (12) - (16) used. The equation system follows from this:

Figure 00080001
Figure 00080001

Zur Vereinfachung wurde substituiert:to Simplification has been substituted:

Figure 00080002
Figure 00080002

Als Ansatz für die homogene Lösung wird gewählt: VH(z, t) ≜ Z(z)T(t). (27) As approach for the homogeneous solution is chosen: V H (z, t) ≜ Z (z) T (t). (27)

Wird (27) in homogenen Teil von Gl. (21) eingesetzt so erhält man: EI Z(IV)(z)T(t) + ρSZ(z)T ..(t) = 0. (28) Becomes (27) in homogeneous part of Eq. (21) used to get: EI Z (IV) (z) T (t) + ρSZ (z) T .. (t) = 0. (28)

Im folgenden wird nun angenommen, dass ein Satz von Funktionen
{Zn(z)}n≥1, {Tn(z)}n≥1
The following is now assumed to be a set of functions
{Z n (z)} n ≥ 1, {T n (z)} n≥1

Gl. (28) und die Randbedingungen Gl. (22)–(25) erfüllen kann. Gl. (28) kann dann geschrieben werden als

Figure 00080003
wobei
η ≜ ρS/EIEq. (28) and the boundary conditions Eq. (22) - (25). Eq. (28) can then be written as
Figure 00080003
in which
η ≜ ρS / EI

λn ist der dazugehörige Eigenwert. Aus (29) kann dann für die Amplituden der Zeitfunktionen Tn(t) die folgende Differentialgleichung formuliert werden. T ..n(t) + ω2n Tn(t) = 0, (30)wobei

Figure 00090001
zum Eigenwert λn ist.λ n is the associated eigenvalue. From (29) the following differential equation can then be formulated for the amplitudes of the time functions T n (t). T .. n (t) + ω 2 n T n (t) = 0, (30) in which
Figure 00090001
to the eigenvalue λ n .

Mit (29) und Einsetzen des Ansatzes (27) in (22)–(25) kann man das folgende Randwertproblem für die ortsabhängigen Eigenfunktionen Zn(z) formulieren. Z(IV)n – λnZn = 0, (31) TnZn(0) = 0, (32) TnZIn (0) = 0, (33) TnZIIn (L) = μT ..nZIn (L), (34) TnZIIIn (L) = κT ..nZn(L). (35) With (29) and using the approach (27) in (22) - (25) one can formulate the following boundary value problem for the location-dependent eigenfunctions Z n (z). Z (IV) n - λ n Z n = 0, (31) T n Z n (0) = 0, (32) T n Z I n (0) = 0, (33) T n Z II n (L) = μT .. n Z I n (L), (34) T n Z III n (L) = κT .. n Z n (L). (35)

Mit der Gl. (24) können die verbleibenden Zeitfunktionen Tn(t) in (34)–(35) eliminiert werden. Damit erhält man aus den Randbedingungen (32)–(35): Zn(0) = 0, (36) ZIn (0) = 0, (37) ZIIn (L) + λn(μη )ZIn (L) = 0, (38) ZIIIn (L) + λn(κη )Zn(L) = 0. (39) With the Gl. (24), the remaining time functions T n (t) in (34) - (35) can be eliminated. This yields from the boundary conditions (32) - (35): Z n (0) = 0, (36) Z I n (0) = 0, (37) Z II n (L) + λ n ( μ η ) Z I n (L) = 0, (38) Z III n (L) + λ n ( κ η ) Z n (L) = 0. (39)

Die Lösung führt auf die folgenden Zusammenhänge. Da das charakteristische Polynom (31) die Wurzeln

Figure 00090002
hat, kann die allgemeine Lösung in der folgenden Form geschrieben werden.The solution leads to the following relationships. Because the characteristic polynomial (31) is the roots
Figure 00090002
The general solution can be written in the following form.

Figure 00090003
Figure 00090003

Die Randbedingungen (36)–(37) am Rand z = 0 führen sofort auf
Cn = –An, Dn = –Bn
und:
The boundary conditions (36) - (37) at the boundary z = 0 lead to immediate
C n = -A n, D n = -B n
and:

Figure 00090004
Figure 00090004

Die Randbedingungen (38)–(39) am Rand z = L führen auf das folgende lineare algebraische GleichungssystemThe Boundary conditions (38) - (39) on the edge z = L lead to the following linear algebraic equation system

Figure 00100001
Figure 00100001

Zur Vereinfachung wurde das Argument

Figure 00100002
der trigonometrischen und hyperbolischen Funktionen weggelassen. Das homogene System (42) hat nicht-triviale Lösungen, wenn die Determinante der Koeffizienten 0 ist.To simplify the argument
Figure 00100002
the trigonometric and hyperbolic functions are omitted. The homogeneous system (42) has non-trivial solutions if the determinant of the coefficients is 0.

Figure 00100003
Figure 00100003

Diese transzendente Funktion kann bezüglich der Eigenwerte λn nur numerisch gelöst werden. (dabei entspricht die Zahl λ = 0 einer trivialen Lösung des Problems und ist damit kein Eigenwert). Die Eigenfunktion zum Eigenwert λn kann nun geschrieben werden alsThis transcendental function can only be solved numerically with respect to the eigenvalues λ n . (where the number λ = 0 corresponds to a trivial solution of the problem and is therefore not an eigenvalue). The eigenfunction to eigenvalue λ n can now be written as

Figure 00100004
Figure 00100004

In 5 sind die ersten drei Eigenfunktionen des Problems in normierter Form (Zi0, i = 1, 2, 3) beispielhaft dargestellt. Basierend auf diesen Ergebnissen wird nun die modale Darstellung des verteiltparametrischen Systems hergeleitet. Der Teil der Lösung, der die homogenen Randbedingungen als auch die Gl. (21) löst kann nun geschrieben werden alsIn 5 the first three eigenfunctions of the problem are represented in standardized form (Z i0 , i = 1, 2, 3) by way of example. Based on these results, the modal representation of the distributed parametric system is derived. The part of the solution containing the homogeneous boundary conditions as well as the Eq. (21) triggers can now be written as

Figure 00110001
Figure 00110001

Wird (43) in Gl. (21) eingesetzt, erhält man

Figure 00110002
f * / k, f *(IV) / k sind die Koeffizienten vonIf (43) in Eq. (21) used, you get
Figure 00110002
f * / k, f * (IV) / k are the coefficients of

Figure 00110003
Figure 00110003

Mit (44) können alle Zeit-Moden (Amplituden der Eigenfunktionen) im Frequenzbereich über die Laplacetransformation in der folgenden Form dargestellt werden.With (44) all time modes (amplitudes of eigenfunctions) in the frequency domain over the Laplace transformation in the following form.

Figure 00110004
Figure 00110004

Im Frequenzbereich erhält man daher mit (19)in the Frequency range is therefore obtained with (19)

Figure 00110005
Figure 00110005

Für Simulationszwecke können nun hieraus N Moden (also die ersten N Summanden der unendlichen Reihen (45)–(46)) genutzt werden. Für den nun folgenden Reglerentwurf wird die modale Darstellung folgendermaßen gewählt: V*k (t) = V*Hk (t) + V*Ik (t), k ≥ 1, (47)wobei
V * / Ik(t) = f * / ku(t)
aus
VI(z, t) = f(z)u(t)
ermittelt wird. Mit (44) und (47) erhält man dann
For simulation purposes it is now possible to use N modes (ie the first N summands of the infinite series (45) - (46)). For the controller design that follows, the modal representation is selected as follows: V * k (t) = V * Hk (t) + V * Ik (t), k ≥ 1, (47) in which
V * / Ik (t) = f * / ku (t)
out
V I (z, t) = f (z) u (t)
is determined. With (44) and (47) one then obtains

Figure 00120001
Figure 00120001

Beispielhaft werden nun nur die ersten beiden Moden berücksichtigt. Führt man hierzu die Zustandsgrößen
x1(t) ≜ V1*(t), x2(t) ≜ x .1(t) = V .1*(t),
x3(t) ≜ V2*(t), x4(t) ≜ x .3(t) = V .2*(t).
ein ergibt sich die Zustandsraumdarstellung
By way of example, only the first two modes are considered. If you do this the state sizes
x 1 (t) ≜ V 1 * (t), x 2 (t) ≜ x. 1 (t) = V. 1 * (t),
x 3 (t) ≜ V 2 * (t), x 4 (t) ≜ x. 3 (t) = V. 2 * (t).
the result is the state space representation

Figure 00120002
Figure 00120002

Basierend auf dieser Darstellung wird nun der Reglerentwurf durchgeführt. Hierzu wird der Arbeitspunkt
V0(z) ≡ 0, ∀z ∈ [0, L]
betrachtet. Für die technische Realisierung hat es sich als ausreichend erwiesen, beim Reglerentwurf nur die ersten beiden Moden des Systems zu betrachten, da die Grenzfrequenz der Hydraulik bei etwa 3–4 Hz liegt, die 3. Mode allerdings ca. 6.5 Hz beträgt. Daher werden die höheren Moden vernachlässigt. Um nun das System (48) mit 2 konjugiert komplexen Polpaaren mit einer Zustandsrückführung zu stabilisieren, die auf der imaginären Achse liegen, da in der vorgestellten Modellanschauung keine Dämpfung vorliegt, müssen alle Zustandsgrößen x1 bis x4 messbar sein. Hierzu stehen als Messgrößen ein Dehnungsmeßstreifen-Sensor am unteren Leiterteil und ein Gyroskop an der Leiterspitze zur Verfügung. Die Idee ist nun, aus diesen Sensorwerten in einer Beobachterstruktur, die zudem beide Messwerte zusammenführt (also fusioniert), die Amplitudenanteile der Moden an der Schwingung zu schätzen. Der Dehnungsmeßstreifen-Sensor an der Montagestelle z = z1 liefert einen Biegungswert, der in der vorliegenden Notation folgendermaßen geschrieben werden kann:
Based on this representation, the controller design is now performed. This is the working point
V 0 (z) ≡ 0, ∀ z ∈ [0, L]
considered. For the technical realization, it has proved sufficient to consider the controller design only the first two modes of the system, since the cutoff frequency of the hydraulic system is about 3-4 Hz, the third mode, however, is about 6.5 Hz. Therefore, the higher modes are neglected. In order to stabilize the system (48) with 2 conjugate complex pole pairs with a state feedback lying on the imaginary axis, since there is no attenuation in the presented model view, all state variables x 1 to x 4 must be measurable. For this purpose, a strain gauge sensor on the lower ladder section and a gyroscope on the ladder point are available as measured variables. The idea is now to estimate the amplitude components of the modes at the oscillation from these sensor values in an observer structure, which also combines the two measured values (that is, fused). The strain gauge sensor at mounting location z = z1 provides a bend value that can be written in the present notation as follows:

Figure 00120003
Figure 00120003

Der Messwert des Gyroskops (montiert am Punkt z = z2) liefertOf the Measured value of the gyroscope (mounted at point z = z2)

Figure 00120004
Figure 00120004

Wenn lediglich 2 Moden betrachtet werden, kann die beiden Messwerte über die Zustandsgrößen folgendermaßen ausgedrückt werden:If Only 2 modes can be considered, the two readings over the state variables are expressed as follows become:

Figure 00130001
Figure 00130001

Um alle Zustandsgrößen zu rekonstruieren, werden 2 weitere Signale benötigt, die durch Integration bzw. reale Differenzierung gewonnen werden.Around all state variables are to be reconstructed 2 more signals required by integration or real differentiation can be gained.

Figure 00130002
Figure 00130002

Dann kann die Schätzung der Amplituden der Moden aus der Lösung des folgenden algebraischen Gleichungssystems gewonnen werden.Then can estimate the amplitudes of the modes from the solution of the following algebraic system of equations.

Figure 00130003
Figure 00130003

Nach Invertierung der Matrix mit den Eigenfunktionen Z hat man damit einen direkten funktionalen Zusammenhang zwischen den Messwerten am Dehnungsmeßstreifen und dem Gyroskop und den Amplituden für die ersten beiden Moden. Damit kann dann direkt ein Polvorgaberegler entworfen werden. u(t) = K[x ^1(t)x ^2(t)x ^3(t)x ^4(t)]T,wobei die Verstärkungsmatrix aus der Determinante von
A – BK
durch Vorgabe der Nullstellen der charakteristischen Gleichung ermittelt wird. 6a und 6b zeigen beispielhaft die Dämpfungseigenschaften der Regelung. In 6a ist die Biegung b (L, t) gegen die Zeit aufgetragen, in 6b die Stellgröße. Die Regelung wird in dem hier gezeigten Fall nach zehn Sekunden eingeschaltet.
After inversion of the matrix with the eigenfunctions Z one has a direct functional relationship between the measured values at the strain gauge and the gyroscope and the amplitudes for the first two modes. This can then be directly designed a Polvorgaberegler. u (t) = K [x ^ 1 (t) x ^ 2 (t) x ^ 3 (t) x ^ 4 (T)] T . where the gain matrix is the determinant of
A - BK
is determined by specifying the zeros of the characteristic equation. 6a and 6b show by way of example the damping characteristics of the control. In 6a is the bend b (L, t) plotted against time, in 6b the manipulated variable. The control is switched on in the case shown here after ten seconds.

Im folgenden wird nun die alternative Struktur der 4 erläutert, bei der in einem modellbasierten Beobachter aus den Messsignalen die Grundschwingung separiert wird. Dieser Block soll nun im Folgenden näher beschrieben werden.The following is the alternative structure of 4 explained, in which the basic vibration is separated from the measurement signals in a model-based observer. This block will now be described in more detail below.

Der Störgrößenbeobachter für die Sensordatenfusion aus Gyroskopmessung an der Korbbefestigung und den Dehnungsmessstreifen an der Einspannstelle der Leiter soll die Grundwelle der Biegeschwingung von deren dominanten Oberwellen trennen, um in der Rückführung eine Verstärkung der Oberwellen weitestgehend ausschließen zu können.Of the Disturbance observer for the Sensor data fusion from gyroscope measurement at the basket attachment and the strain gauge at the clamping of the ladder should the Separate the fundamental wave of the bending vibration from its dominant harmonics, to reinforce the return To exclude the harmonics as far as possible.

Für den Beobachter werden einfache Schwingungsdifferentialgleichungen als Modellgleichung angesetzt. Da das Gyroskopsignal von einem erheblichen Offset überlagert wird, wird in den Modellgleichungen hierfür ein Integratorstörmodell vorgesehen, um diesen Einfluss kompensieren zu können.For the observer becomes simple vibrational differential equations as a model equation. Since the gyroscope signal of a considerable Offset is superimposed in the model equations for this an integrator perturbation model provided for this influence to be able to compensate.

Figure 00140001
Figure 00140001

Die Parameter ωi, Di und Ki werden durch experimentelle Prozessanalyse ermittelt. In der Zustandsdarstellung entspricht dies dann:The parameters ω i , D i and K i are determined by experimental process analysis. In the state representation, this then corresponds to:

Figure 00140002
Figure 00140002

Die erste Komponente des Ausgangsvektors entspricht dem DMS-Signal, die zweite Komponente der Gyroskopmessung.The first component of the output vector corresponds to the DMS signal, the second component of gyroscope measurement.

Für den Entwurf des Beobachters kann beispielsweise ein Verfahren basierend auf der Darstellung als Beobachternormalform gewählt werden. Vorteilhaft ist, dass sich dann einfache Entwurfsgleichungen für die Beobachterrückführmatrix H über die vorzugebenden Pole pi, i ∈

Figure 00140003
∧ [1, 5] ableiten lassen. Nach Transformation auf die Beobachternormalform 2. Art für Mehrgrößensysteme wird aus Gl. 51.For the observer's design, for example, a method based on the representation as the observer's standard form may be selected. It is advantageous that then simple design equations for the observer feedback matrix H on the pre-given poles p i , i ∈
Figure 00140003
Ab [1, 5] can be derived. After transformation to the observer standard form 2. type for multivariable systems, Eq. 51st

Figure 00150001
Figure 00150001

Der Beobachter ist damit in der Lage, aus den gestörten (durch Oberschwingungen etc.) Messsignalen von Dehnungsmeßstreifen und Gyroskop ein rekonstruiertes geschätztes Signal für die Grundschwingung zu generieren, dass dann über die Rückführung dämpfend auf die Leiterschwingungen wirkt.Of the Observer is thus able to get out of the disturbed (by Harmonics etc.) Measurement signals from strain gauges and gyroscope a reconstructed estimated signal for to generate the fundamental, that then via the feedback dampening the conductor vibrations.

Grundsätzlich ist hier zu bemerken, dass alle bislang vorgestellten Ansätze in analoger Weise auf die Drehrichtung der Leiter übertragen werden können.in principle It should be noted here that all previously presented approaches transmitted in an analogous manner to the direction of rotation of the ladder can be.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10016136 C2 [0003, 0005, 0015, 0028] - DE 10016136 C2 [0003, 0005, 0015, 0028]
  • - DE 10016137 C2 [0003, 0005, 0015, 0028] - DE 10016137 C2 [0003, 0005, 0015, 0028]
  • - DE 102005042721 A1 [0003] DE 102005042721 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Rothfuß R.: Anwendung der flachheitsbasierten Analyse und Regelung nichtlinearer Mehrgrößensysteme, VDI-Verlag, 1997 [0034] - Rothfuß R .: Application of the flatness-based analysis and control of non-linear multivariate systems, VDI-Verlag, 1997 [0034]

Claims (9)

Drehleiter, Teleskopmastbühne oder dergleichen, mit einem teleskopierbaren Leitersatz oder Teleskopmast und gegebenenfalls einem daran angebrachten Fahrkorb, welche Drehleiter bzw. welcher Teleskopmast eine Regelung für die Bewegung der Leiterteile oder Teleskopmastteile umfaßt, die derart ausgebildet ist, daß beim Verfahren der Drehleiter bzw. der Teleskopmastbühne Schwingungen der Leiterteile oder Teleskopmastteile unterdrückt werden, indem mindestens eine der Meßgrößen Biegung des Leitersatzes oder Teleskopmastes in horizontaler und vertikaler Richtung, Aufrichtwinkel, Drehwinkel, Ausfahrlänge und Torsion des Leitersatzes oder Teleskopmastes über einen Regler auf die Ansteuergrößen für die Antriebe zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Leitersatz oder Teleskopmast und/oder am Fahrkorb Inertialsensoren zur Erfassung des Biegezustands des Leitersatzes oder Teleskopmasts angebracht sind.Turntable ladder, telescopic mast platform or the like, with a telescoping ladder set or telescopic mast and optionally a car attached thereto, which turntable or telescopic mast comprises a control for the movement of the ladder parts or telescopic mast parts, which is designed such that when moving the turntable or the telescopic mast stage Vibrations of the ladder parts or telescopic mast parts are suppressed by at least one of the measured variables bending of the ladder set or telescopic mast in horizontal and vertical direction, Aufrichtwinkel, rotation angle, extension length and torsion of the ladder set or telescopic mast is fed back via a controller to the drive variables for the drives, characterized that inertial sensors are mounted on the ladder set or telescopic mast and / or on the car for detecting the bending state of the ladder set or telescopic mast. Drehleiter oder Teleskopmastbühne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Fahrkorb und/oder an dem Ende des Leitersatzes oder Teleskopmasts, an welchem der Fahrkorb angebracht ist, mehrere Inertialsensoren zur Messung der Winkelgeschwindigkeit in verschiedenen Raumrichtungen vorgesehen sind.Turntable ladder or telescopic mast platform according to claim 1, characterized in that the car and / or at the end of the ladder set or telescopic mast on which the car is is mounted, several inertial sensors for measuring the angular velocity are provided in different spatial directions. Drehleiter oder Teleskopmastbühne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Fahrkorb und/oder an dem Ende des Leitersatzes oder Teleskopmasts, an welchem der Fahrkorb angebracht ist, weitere Inertialsensoren zur Beschleunigungsmessung in verschiedenen Raumrichtungen vorgesehen sind.Turntable ladder or telescopic mast platform according to claim 2, characterized in that the car and / or at the end of the ladder set or telescopic mast on which the car is is attached, further inertial sensors for acceleration measurement are provided in different spatial directions. Drehleiter oder Teleskopmastbühne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Leitersatz oder Teleskopmast Dehnungsmeßstreifen-Sensoren zur Erfassung des Biegezustands des Leitersatzes oder Teleskopmasts angebracht sind.Aerial ladder or telescopic mast platform after one of the preceding claims, characterized in that the Ladder set or telescopic mast strain gauge sensors for detecting the bending state of the ladder set or telescopic mast are attached. Drehleiter oder Teleskopmastbühne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Sensorsignalen der Inertialsensoren und der Dehnungsmeßstreifen mittels Sensordatenfusion der Biegezustand des Leitersatzes oder Teleskopmasts rekonstruiert wird.Turntable ladder or telescopic mast platform according to claim 4, characterized in that from the sensor signals of the Inertial sensors and the strain gages by means of sensor data fusion reconstructed the bending state of the ladder set or telescopic mast becomes. Drehleiter oder Teleskopmastbühne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis der Sensordatenfusion einer Modaltransformation zur Berechnung der ersten beiden Moden der Eigenschwingung des Leitersatzes oder Teleskopmasts durchgeführt wird, welche dem Regler als Ansteuergröße zurückgeführt werden.Turntable ladder or telescopic mast platform according to claim 5, characterized in that the result of the sensor data fusion a modal transformation to calculate the first two modes the self-oscillation of the ladder set or telescope mast performed is, which are returned to the controller as Ansteuergröße. Drehleiter oder Teleskopmastbühne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ergebnis der Sensordatenfusion lediglich die Grundschwingung des Leitersatzes oder Teleskopmasts extrahiert wird und diese als Ansteuergröße dem Regler zurückgeführt wird.Turntable ladder or telescopic mast platform according to claim 5, characterized in that from the result of the sensor data fusion only the fundamental vibration of the ladder set or telescope mast is extracted and this as Ansteuergröße the Regulator is returned. Drehleiter oder Teleskopmastbühne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorsteuerung, die beim Verfahren des Fahrkorbes das idealisierte Bewegungsverhalten der Leiter oder des Teleskopmasts in einem dynamischen Modell, basierend auf Differentialgleichungen, abbildet und idealisierte Ansteuergrößen für die Antriebe der Leiterteile oder Teleskopmastteile für eine im wesentlichen schwingungsfreie Bewegung der Leiter oder des Teleskopmasts aus dem dynamischen Modell berechnet, welches dynamische Modell eine Massenverteilung des Leitersatzes oder Teleskopmasts nachbildet.Aerial ladder or telescopic mast platform after one of the preceding claims, characterized by a Feedforward, which idealized when moving the car Movement behavior of ladder or telescopic mast in a dynamic Model based on differential equations, maps and idealizes Control variables for the drives of the ladder parts or telescopic mast parts for a substantially vibration-free Movement of ladder or telescopic mast from the dynamic model calculates which dynamic model is a mass distribution of the ladder set or telescope mast. Drehleiter oder Teleskopmastbühne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bahnplanungsmodul für die Erzeugung der Bewegungsbahn der Leiter oder des Teleskopmasts im Arbeitsraum vorgesehen ist, das die Bewegungsbahn in Form von Zeitfunktionen für die Fahrkorbposition, Fahrkorbgeschwindigkeit, Fahrkorbbeschleunigung, Fahrkorbruck und gegebenenfalls Ableitung des Fahrkorbrucks an einen Vorsteuerblock abgibt, der die Antriebe der Leiterteile oder Teleskopmastteile ansteuert.Aerial ladder or telescopic mast platform after one of the preceding claims, characterized in that a Railway planning module for the generation of the trajectory of the Ladder or telescopic mast is provided in the work space, the the trajectory in the form of time functions for the car position, car speed, Car acceleration, car pressure and, if necessary, discharge of the cage pressure to a pilot block that outputs the drives controls the ladder parts or telescopic mast parts.
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