DE102015100669A1 - ANTI-PENDULUM CONTROL PROCEDURE WITH ADJUSTABLE SUPPORT FOR THE TRANSPORT OF AN ANCHORED LOAD - Google Patents

ANTI-PENDULUM CONTROL PROCEDURE WITH ADJUSTABLE SUPPORT FOR THE TRANSPORT OF AN ANCHORED LOAD Download PDF

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    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/04Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Bewegung einer schwebenden Last an einem Anschlagpunkt eines Hebezeugs vom Typ Turmkran, wobei der Anschlagpunkt konzipiert ist, um sich mittels Gierbewegung um eine erste vertikale Achse (ZZ') und/oder gemäß einer Vorschubbewegung (T) entlang einer zweiten Achse (XX'), die die besagte Orientierungsachse (ZZ') schneidet, zu bewegen, wobei das Verfahren einen Schritt zur Erfassung eines Geschwindigkeitssollwerts (Vi), dann einen Schritt zum Filtern des Geschwindigkeitssollwerts durch ein virtuelles Modell (Ẋ = AX + BU), das einen Zustandsvektor (X) verwendet, der eine Winkelkomponente eines Pendelns der schwebenden Last und eine Komponente einer Pendelwinkelgeschwindigkeit aufweist, und auf das eine Zustandsregelung (Ui = ki0·Vi – Ki·X) angewandt wird, deren Korrekturverstärkungen (ki1, ki2) in Abhängigkeit von einem selben Typisierungsparameter (Tc) zum Ausdruck gebracht werden, der vom Bediener des Hebezeugs frei eingestellt werden kann.The invention relates to a method for controlling the movement of a suspended load at a lifting point of a tower crane hoist, the lifting point being designed to move by yawing about a first vertical axis (ZZ ') and / or according to a feed movement (T) a second axis (XX ') that intersects said orientation axis (ZZ'), said method comprising a speed setpoint detection step (Vi), then a speed setpoint filtering step by a virtual model (Ẋ = AX + BU) using a state vector (X) having an angular component of pendulum swing and a pendulum angular velocity component, and to which a state control (Ui = ki0 · Vi - Ki · X) is applied whose correction gains (ki1, ki2) in response to a same typing parameter (Tc) freely set by the operator of the hoist lt can be.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den allgemeinen Bereich der Hebezeuge, in der Art von Turmkränen, einen beweglichen Anschlagpunkt in der Art eines Wagens umfassend, an den man eine zu bewegende Last aufhängen kann, sowie auf die Unterstützungsverfahren zur Steuerung solcher Hebezeuge.The present invention relates to the general field of hoists, such as tower cranes, comprising a mobile lifting point such as a trolley to which a load to be moved can be hung, and the support methods for controlling such hoists.

Es ist bereits bekannt, ein Steuerverfahren vorzusehen, welches darauf abzielt, die Amplitude der Pendelschwingungen oder das „Pendeln” zu kontrollieren und insbesondere einzuschränken, denen die schwebende Last bei einer Bewegung des Kranwagens ausgesetzt ist, um die Genauigkeit und die Sicherheit der Transportvorgänge der besagten Last zu verbessern.It is already known to provide a control method which aims to control and, in particular, limit the amplitude of the pendulum oscillations or "pendulum" to which the suspended load is exposed during movement of the crane truck in order to ensure the accuracy and safety of the transport operations of said cranes Load to improve.

Zu diesem Zweck ist es im Besonderen, zum Beispiel durch das Dokument FR-2 704 847 bekannt, zuerst einen Positionssollwert für den Wagen auszuarbeiten, indem man den besagten Sollwert durch einen „Loch”-Filter mit Frequenzabstellung filtert, der dazu bestimmt ist, von dem besagten Sollwert jene Frequenzen zu eliminieren, die geeignet sind, einen Schwingungsmodus der Last anzustoßen, und diesen Sollwert danach auf den besagten Wagen anzuwenden, und das Pendeln danach durch ein Ansteuern in einem geschlossenen Regelkreis zu bekämpfen, in dem man die Istwerte für die Position und die Geschwindigkeit des Wagens ebenso misst, wie den Pendelwinkel der Last, und man danach eine Korrektur des Sollwerts generiert, die die festgestellte Abweichung zwischen dem reellen Verhalten des Wagens und dem angewandten Sollwert berücksichtigt.For this purpose it is in particular, for example through the document FR-2 704 847 is known to first design a position setpoint for the car by filtering said setpoint through a frequency-controlled "hole" filter designed to eliminate from said setpoint those frequencies suitable to trigger a vibrational mode of the load; and thereafter apply that setpoint to said carriage, and then counteract the commuting by closed loop driving, measuring the actual position and speed of the car as well as the pendulum angle of the load, and then one Correction of the setpoint generated taking into account the detected deviation between the real behavior of the car and the applied setpoint.

Auch wenn es ein solches System tatsächlich ermöglicht, das Pendeln einzudämmen, so kann es dennoch bestimmte Nachteile aufweisen.Although such a system actually makes it possible to stem commuting, it may nevertheless have certain disadvantages.

Zunächst reicht die einfache Filterung des Sollwerts durch einen „Loch”-Filter, die bestimmte Resonanzphänomene vermeidet, im Allgemeinen nicht aus, um das Auftreten von Pendelschwingungen zu verhindern, die somit durch eine ergänzende Ansteuerung in einem geschlossenen Regelkreis zu bekämpfen sind.First of all, the simple filtering of the setpoint by a "hole" filter, which avoids certain resonance phenomena, is generally insufficient to prevent the occurrence of pendulum oscillations, which are thus to be combated by a complementary control in a closed loop.

Eine solche Ansteuerung in einem geschlossenen Regelkreis setzt jedoch die Anwendung zahlreicher Sensoren voraus, die beispielsweise dazu bestimmt sind, den reellen Pendelwinkel zu messen, wodurch sich die Komplexität, und somit auch die Kosten, sowie die Gefahr einer Störung des Steuersystems, und im Allgemeinen des Hebezeugs erhöht, das mit einem solchen Steursystem ausgestattet ist.However, such a closed-loop control requires the use of numerous sensors, for example, designed to measure the real pendulum angle, thereby reducing the complexity, and therefore the cost, and the risk of disturbing the control system, and in general the Hoist equipped with such a Steursystem increases.

Darüber hinaus tendieren die Komplexität des von diesem Steuersystem verwendeten Modells, sowie die Menge der zu messenden und zu verarbeitenden Daten dazu, relativ große und kostspielige Mengen an Ressourcen in Bezug auf Berechnungsleistung, Speicher und Energie zu mobilisieren.In addition, the complexity of the model used by this control system, as well as the amount of data to be measured and processed, tend to mobilize relatively large and costly amounts of resources in terms of computational power, memory, and power.

Außerdem kann die dem Bediener des Hebezeugs (Kranführer) angebotene und sogar auferlegte Unterstützung dazu tendieren, die Reaktionen des Hebezeugs auf die Vorgaben des Kranführers übertrieben abzufedern, und so das intuitive Empfinden des Verhaltens der Maschine, das der besagte Kranführer haben kann, zu verfälschen, und es vermittelt letzterem vor allem den unangenehmen Eindruck, dass es der Maschine an Reaktion fehlt und diese die Vorgaben nicht pflichtgetreu erfüllt.In addition, the assistance offered or even imposed on the operator of the hoist (crane operator) may tend to exaggerate the reactions of the hoist to the crane operator's specifications, thus distorting the intuitive sense of the machine's behavior that the crane operator may have. and above all, it gives the latter the unpleasant impression that the machine lacks response and does not faithfully meet the specifications.

Die der Erfindung zugeordneten Ziele streben deshalb danach, die oben genannten Nachteile zu beheben, und ein neues Steuerverfahren zum Bewegen einer schwebenden Last vorzuschlagen, mit dem eine effiziente Beherrschung des Pendelns gewährleistet wird, das einfach und kostengünstig umgesetzt werden kann, und das ein getreues Empfinden für eine reaktive und relativ intuitive Steuerung vermittelt.The objects of the invention, therefore, seek to remedy the above-mentioned drawbacks and to propose a new control method for moving a suspended load, which ensures efficient control of hunting, which can be implemented easily and inexpensively, and a true feeling for a reactive and relatively intuitive control.

Die der Erfindung zugeordneten Ziele erreicht man durch ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung einer schwebenden Last an einem Anschlagpunkt eines Hebezeugs, wobei der besagte Anschlagpunkt konzipiert ist, um sich mittels Gierbewegung um eine erste vertikale Achse (ZZ'), die „Orientierungsachse” genannt wird, und/oder mittels Vorschubbewegung entlang einer zweiten Achse (XX'), die „Verteilungsachse” genannt wird, und die besagte vertikale Achse (ZZ') schneidet, zu bewegen, wobei die Bewegung der schwebenden Last durch einen Steuerungssollwert gesteuert wird, der eine Größe betrifft, die verfahrenstypisch eine kinematische Größe ist, die für die Bewegung der besagten Last charakteristisch ist, und „angesteuerte Größe” genannt wird, wie die Rotationsgeschwindigkeit, und/oder beziehungsweise die Vorschubgeschwindigkeit des Anschlagpunktes, wobei das besagte Verfahren folgendes umfasst:
einen Schritt (a) zur Erfassung des Sollwerts, im Laufe deren man in Echtzeit einen Steuersollwert erfasst, der „Brutto-Steuersollwert” Vi genannt wird, und der dem angesteuerten Wert entspricht, den der Bediener des Hebezeugs zum angenommenen Zeitpunkt anpeilt,
danach den Schritt (b) zum Filtern des Sollwerts, im Laufe dessen:

  • – man das Pendelverhalten der schwebenden Last gemäß der durch ein virtuelles Modell Ẋ = AX + BU angenommenen Bewegung modelliert, welches einen Zustandsvektor X verwendet, der zumindest eine „Hauptkomponente” genannte Komponente umfasst, die der angesteuerten Größe entspricht, und andere Komponenten, die „Zusatzkomponenten” genannt werden, und repräsentativ für die charakteristischen kinematischen Größen für die Pendelbewegung der schwebenden Last sind, wie der Pendelwinkel oder die Pendel-Winkelgeschwindigkeit gemäß der angenommenen Bewegung,
  • – man wendet auf das besagte virtuelle Modell Ẋ = AX + BU eine Zustandsregelung Ui = ki0·Vi – Ki·X an, die über ein Sollwertglied ki0·Vi hinaus, das repräsentativ für den Brutto-Steuersollwert ist, der im Erfassungsschritt erfasst worden ist, ein Korrekturglied Ki·X umfasst, das dem Produkt eines Korrekturvektors Ki mal dem Zustandsvektor X entspricht, unter Verwendung eines Korrekturvektors Ki, bei dem zumindest bestimmte Korrekturverstärkungen ki1, ki2, die den Zusatzkomponenten zugeordnet sind, in Abhängigkeit von einem selben vorbestimmten Typisierungsparameter Tc ausgedrückt werden, wobei der besagte Typisierungsparameter Tc vom Bediener des Hebezeugs frei eingestellt werden kann, um die besagten Korrekturverstärkungen ki1, ki2 einstellen zu können,
  • – und man extrahiert aus dem virtuellen Modell einen Steuersollwert, der „gefilterter Steuersollwert” genannt wird, der der Hauptkomponente des Zustandsvektors X entspricht.
The objects associated with the invention are achieved by a method of controlling the movement of a suspended load at an attachment point of a hoist, said abutment point being designed to be referred to by yawing about a first vertical axis (ZZ '), the "orientation axis" , and / or by means of advancing movement along a second axis (XX ') called the "distribution axis" and said vertical axis (ZZ') intersects, the movement of the levitated load being controlled by a control target value comprising a Quantity, which is typically a kinematic variable characteristic of the movement of said load, called "controlled quantity", such as the rotational speed, and / or the advancing speed of the abutment point, said method comprising:
a step (a) of detecting the target value during which a control target value is detected in real time called the "gross control target value" V i and corresponding to the commanded value that the operator of the hoist is aiming at the presumed time,
then the step (b) of filtering the setpoint, during which:
  • Modeling the pendulum behavior of the suspended load according to the motion assumed by a virtual model Ẋ = AX + BU, which uses a state vector X comprising at least one component called "principal component" corresponding to the controlled quantity, and other components which " Are representative of the characteristic kinematic variables for the pendulum movement of the suspended load, such as the pendulum angle or the pendulum angular velocity according to the assumed movement,
  • It applies to said virtual model Ẋ = AX + BU a state control U i = k i0 · V i - K i · X, which is beyond a setpoint element k i0 · V i , which is representative of the gross control setpoint, detected in the detecting step comprises a correction term K i * X corresponding to the product of a correction vector K i times the state vector X, using a correction vector K i at which at least certain correction gains k i1 , k i2 associated with the additional components are expressed in response to a same predetermined typing parameter Tc, said typing parameter Tc being freely adjustable by the operator of the hoist to adjust said correction gains k i1 , k i2 ,
  • And extracting from the virtual model a control setpoint called the "filtered control setpoint" corresponding to the main component of the state vector X.

Die der Erfindung zugeordneten Ziele werden insbesondere durch ein Verfahren zum Steuern der Bewegung einer schwebenden Last an einem Anschlagpunkt eines Hebezeugs erreicht, wobei der besagte Anschlagpunkt konzipiert ist, um sich mittels Gierbewegung um eine erste vertikale Achse (ZZ'), die „Orientierungsachse” genannt wird, und/oder gemäß einer Vorschubbewegung entlang einer zweiten Achse (XX'), die „Verteilungsachse” genannt wird, und die besagte vertikale Achse (ZZ') schneidet, zu bewegen, wobei das besagte Verfahren folgendes umfasst:
einen Schritt (a) zur Erfassung des Sollwertes, im Laufe deren man in Echtzeit einen Geschwindigkeitssollwert Vi erfasst, der repräsentativ für die Rotationsgeschwindigkeit ist, oder beziehungsweise der Vorschubgeschwindigkeit, die der Bediener des Hebezeugs dem Anschlagpunkt zum angenommenen Zeitpunkt übermitteln möchte,
danach den Schritt (b) zum Filtern des Sollwerts, im Laufe dessen:

  • – man das Pendelverhalten der schwebenden Last gemäß der durch ein virtuelles Modell Ẋ = AX + BU angenommenen Bewegung modelliert, welches einen Zustandsvektor X verwendet, der zumindest eine Komponente der momentanen Geschwindigkeit umfasst, die repräsentativ für die momentane Geschwindigkeit des Anschlagpunktes gemäß der angenommenen Bewegung ist, eine Komponente des Pendelwinkels, die repräsentativ für den Pendelwinkel der schwebenden Last gemäß der angenommenen Bewegung ist, und eine Komponente der Pendelwinkelgeschwindigkeit, die repräsentativ für die Pendelwinkelgeschwindigkeit gemäß der angenommenen Bewegung ist,
  • – man wendet auf das besagte virtuelle Modell Ẋ = AX + BU eine Zustandsregelung Ui = ki0·Vi – Ki·X an, die über das Sollwertglied ki0·Vi hinaus, das repräsentativ für den Geschwindigkeitssollwert Vi ist, der im Erfassungsschritt erfasst wurde, ein Korrekturglied Ki·X umfasst, das dem Produkt eines Korrekturvektors Ki mal dem Zustandsvektor X entspricht, unter Verwendung eines Korrekturvektors Ki, bei dem die Korrekturverstärkungen ki1, ki2, die jeweils der Komponente der Pendelwinkelgeschwindigkeit und der Komponente des Pendelwinkels des Zustandsvektors X zugeordnet werden, in Abhängigkeit von einem selben vorbestimmten Typisierungsparameter Tc ausgedrückt werden, wobei der besagte Typisierungsparameter Tc vom Bediener des Hebezeugs frei eingestellt werden kann, um die besagten Korrekturverstärkungen ki1, ki2 einstellen zu können,
  • – und man extrahiert aus dem virtuellen Modell einen gefilterten Geschwindigkeitssollwert, der der Komponente der momentanen Geschwindigkeit des Zustandsvektors X entspricht.
In particular, the objects associated with the invention are achieved by a method of controlling the movement of a levitating load at an attachment point of a hoist, said abutment point being designed to be yawed about a first vertical axis (ZZ ') called the "orientation axis" is, and / or according to a feed movement along a second axis (XX '), which is called "distribution axis", and the said vertical axis (ZZ') intersects to move, said method comprising:
a target value acquiring step (a) during which real-time acquisition of a speed command value V i representative of the rotational speed or feed rate which the operator of the hoist wishes to transmit to the abutment point at the presumed time is provided;
then the step (b) of filtering the setpoint, during which:
  • Modeling the pendulum behavior of the suspended load in accordance with the motion assumed by a virtual model Ẋ = AX + BU using a state vector X comprising at least one instantaneous velocity component representative of the instantaneous velocity of the impact point according to the assumed motion a component of the pendulum angle which is representative of the pendulum angle of the levitated load according to the assumed motion, and a component of the pendulum angular velocity which is representative of the pendulum angular velocity according to the assumed motion,
  • It applies to the said virtual model Ẋ = AX + BU a state control U i = k i0 · V i - K i · X, which is beyond the setpoint member k i0 · V i , which is representative of the speed setpoint V i , detected in the detecting step comprises a correction term K i × X corresponding to the product of a correction vector K i times the state vector X, using a correction vector K i at which the correction gains k i1 , k i2 , respectively, of the component of the pendulum angular velocity and the component of the pendulum angle of the state vector X are expressed in dependence on a same predetermined typing parameter Tc, said typing parameter Tc being freely adjustable by the operator of the hoist to be able to adjust said correction gains k i1 , k i2 .
  • - And extracted from the virtual model a filtered speed setpoint corresponding to the component of the current speed of the state vector X.

Vorzugsweise ermöglicht es die Erfindung dem Bediener des Hebezeugs somit, unter einer Auswahl von vorbestimmten Werten, oder aus einem Bereich möglicher zuvor festgelegter Werte einen Typisierungsparameter Tc (Typisierungskoeffizienten) frei auszuwählen, der es ihm ermöglicht, die Filterung zu charakterisieren, die auf seine Geschwindigkeitssollwerte angewandt werden wird, und genauer gesagt, das Verhalten des angesteuerten Systems einzustellen, indem er den Kompromiss zwischen Reaktionszeit (Reaktivität) und Stabilität (Dämpfung) definiert, der ihm am besten passt.Preferably, the invention thus allows the operator of the hoist to freely select, among a selection of predetermined values or from a range of possible predetermined values, a typing parameter Tc (typing coefficient) which enables him to characterize the filtering applied to his speed setpoints and, more precisely, to adjust the behavior of the driven system by defining the trade-off between response time and stability (damping) that suits it best.

Denn in der Praxis erlaubt es diese ganz besonders einfache und rasche Einstellmöglichkeit zur Filterung des Geschwindigkeitssollwerts, die vorzugsweise dieselbe für die verschiedenen Korrekturverstärkungen ist, auf die man einen selben Typisierungsparameter anwendet, tatsächlich mit nur einer einzigen Einstellung eine Platzierung der Pole (Komplexe) der Zustandsregelung vorzunehmen.In practice, this very particularly simple and rapid setting option for filtering the speed setpoint, which is preferably the same for the various correction gains to which a same typing parameter is applied, actually allows placement of the poles (complexes) of state control with only a single setting make.

Selbstverständlich kann eine solche Möglichkeit zum Ändern der Einstellung des Sollwertfilters auch dazu verwendet werden, um sowohl die persönliche Einstellung von einem Bediener zum anderen, beispielsweise zwischen einem erfahrenen Kranführer, der eine reaktive und kaum gedämpfte Steuerung bevorzugt, und einem Kranführer mit weniger Erfahrung zu ändern, der einen gedämpften und sicheren, aber in der Reaktion langsameren Betrieb vorzieht, als auch, um das Verhalten des Hebezeugs den jeweiligen Arbeitsbedingungen auf der Baustelle anzupassen, zum Beispiel je nach Platzbedarf, Gebrechlichkeit oder Gewicht der Last, die es zu bewegen gilt, oder aber je nach Witterungsbedingungen, und vor allem Windstärke, die zum angenommenen Zeitpunkt am Standort vorherrschen. Of course, such a possibility of changing the setting of the setpoint filter may also be used to change both the personal setting from one operator to another, for example, between an experienced crane operator who prefers reactive and poorly damped control, and a crane operator with less experience which prefers muffled and safe, but slower in the reaction, as well as to adapt the behavior of the hoist to the particular working conditions at the construction site, for example, depending on space, frailty or weight of the load to be moved, or but depending on the weather conditions, and above all wind force, which prevail at the assumed time at the site.

Vorzugsweise ermöglicht die Verwendung eines virtuellen Pendelmodells, gepaart mit einer Zustandsregelung die rasche und relativ präzise Simulierung des virtuellen Verhaltens der Last als Reaktion auf die besagte Steuerung, jedoch mit relativ bescheidenen eingebauten Rechenvorrichtungen, und somit die Bestimmung einer Steuerung, die eine gute Stabilität der Last, mit einer minimierten Pendelbewegung, mit einer relativ raschen Übereinstimmung des gefilterten Geschwindigkeitssollwerts und des Geschwindigkeitssollwerts, der vom Kranführer ausgedrückt wird, in Einklang bringt.Preferably, the use of a virtual shuttle model, coupled with a state control, enables the rapid and relatively precise simulation of the virtual behavior of the load in response to said control, but with relatively modest built-in computing devices, and thus the determination of a controller that provides good load stability , with a minimized pendulum motion, with a relatively fast match of the filtered speed setpoint and the speed setpoint expressed by the crane operator.

In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass der erfindungsgemäße Filter das Hauptziel verfolgt, das Pendeln auf ein Mindestmaß einzuschränken, indem man ein virtuelles vorausschauendes Modell des Verhaltens des Pendelsystems verwendet, das durch das Hebezeug und seine schwebende Last gebildet wird.In this connection, it should be noted that the filter according to the invention has the main objective of minimizing commuting by using a virtual predictive model of the behavior of the pendulum system formed by the hoist and its hovering load.

In der Praxis ermöglicht die Verwendung eines solchen virtuellen Modells die theoretische Definition der Steuerbedingungen, hier der Geschwindigkeitsbedingungen, und konkret der Bedingungen der Geschwindigkeitsentwicklungen mit der Zeit, und folglich der Fortbewegungsbedingungen (des Wagens), die dergestalt sind, dass, wenn die besagten Geschwindigkeitsbedingungen auf das reelle System angewandt werden, das Pendeln des besagten reellen Systems gedämpft wird, was bedeutet, dass es innerhalb eines bestimmten Amplitudengrenzwerts verbleibt.In practice, the use of such a virtual model allows the theoretical definition of the control conditions, here the speed conditions, and concretely the conditions of the speed developments with time, and consequently the traveling conditions (of the car), which are such that when the said speed conditions on the real system is applied, the commutation of said real system is attenuated, meaning that it remains within a certain amplitude limit.

Somit verwandelt die Filterung für jeden vom Kranführer festgelegten „Brutto”-Steuersollwert den besagten „Brutto”-Steuersollwert umgehend in einen gefilterten Steuersollwert, dessen zeitliche Entwicklung der Filter auf Basis des virtuellen Modells angepasst hat, so dass sich einerseits der besagte gefilterte Sollwert soweit entwickeln kann, bis er innerhalb einer Reaktionszeit, die (in Hinblick auf den gewählten Typisierungskoeffizienten) so kurz wie möglich ist, den „Brutto”-Sollwert erreicht, der vom Kranführer gewollt ist, das heißt genauer gesagt, dass die Geschwindigkeit des Wagens zur vom Kranführer gewollten Geschwindigkeit übergeht, und so dass diese Entwicklung zur Übereinstimmung des gefilterten Sollwerts mit dem Brutto-Sollwert andererseits dergestalt erfolgt, dass keine Bedingungen für das Auftreten eines Pendelns geschaffen werden.Thus, for each "gross" control setpoint established by the crane operator, the filtering immediately converts said "gross" control setpoint to a filtered control setpoint whose time evolution the filter has adjusted based on the virtual model so that, on the one hand, said filtered setpoint develops so far until it reaches the "gross" setpoint desired by the crane operator within a response time that is as short as possible (in view of the typing coefficient selected), that is, more specifically, that the speed of the truck is to be corrected by the crane operator on the other hand, so that this development to match the filtered target value with the gross target value, on the other hand, takes place such that no conditions for the occurrence of commuting are created.

In anderen Worten entspricht der Steuersollwert, und genauer gesagt der Geschwindigkeitssollwert, der vom erfindungsgemäßen Verfahren gefiltert wird, vorzugsweise genau dem Steuersollwert, und genauer dem Geschwindigkeitssollwert, der auf das reelle System anzuwenden ist, um mit dem Brutto-Steuersollwert übereinzustimmen, der vom Kranführer gewollt wurde, und um gleichzeitig das Pendeln einzudämmen.In other words, the control setpoint, and more specifically the speed setpoint filtered by the method of the present invention, preferably corresponds exactly to the control setpoint, and more specifically the speed setpoint to be applied to the real system to match the gross control setpoint desired by the crane operator and at the same time to stem the commuting.

Sobald die Parameter der virtuellen Steuerung bestimmt sind, um gemäß dem gesuchten Kompromiss dem Doppelkriterium der Geschwindigkeit und Stabilität zu genügen, das heißt, sobald die Pole der Transferfunktion des virtuellen Modells im geschlossenen Regelkreis platziert sind, besteht die Möglichkeit, das besagte virtuelle Modell der Zustandsregelung als dynamischen Filter anzuwenden, so dass der tatsächlich vom Kranführer ausgedrückte Brutto-Steuersollwert (Brutto-Geschwindigkeitssollwert) gefiltert wird, und danach den so gefilterten Steuersollwert (Geschwindigkeitssollwert) auf die Wirkglieder des Hebezeugs (normalerweise von Reglern angesteuerte Elektromotoren) anzuwenden.Once the parameters of the virtual control are determined to satisfy the dual criterion of speed and stability according to the desired compromise, that is, once the poles of the transfer function of the virtual model are placed in the closed loop, there is the possibility of said virtual model of state control to be applied as a dynamic filter to filter the gross control setpoint (gross speed setpoint) actually expressed by the crane operator, and then to apply the filtered control setpoint (speed setpoint) to the lifting elements of the hoist (normally controlled by electric motors).

Vorteilhaft kann die Anwendung des besagten gefilterten Steuersollwerts auf das reelle System selbst in einem offenen Regelkreis ausgeführt werden, ohne dass es nötig wäre, beispielsweise eine Informationsrückmeldung über den reellen Pendelwinkel zu erhalten. Somit können die Struktur des Hebezeugs erleichtert, und der Ansteuer-Algorithmus vereinfacht werden.Advantageously, the application of said filtered control setpoint to the real system can be carried out even in an open loop, without the need for, for example, obtaining information on the real oscillation angle. Thus, the structure of the hoist can be facilitated, and the drive algorithm can be simplified.

Und schließlich ist es bemerkenswert, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine Erfassung und eine Filterung des Steuersollwerts in Echtzeit ermöglicht, wodurch diesem Verfahren eine hohe Reaktionsschnelligkeit verliehen wird, und es in der Lage ist, den gefilterten Steuersollwert umgehend an unvorhergesehene Fluktuationen des Brutto-Steuersollwerts anzupassen, der vom Kranführer ausgedrückt wird, vor allem dann, wenn der Kranführer versucht, einem unvorhergesehenen Hindernis auszuweichen, ein Pendeln von Hand auszugleichen, oder den Auswirkungen einer Windböe entgegenzusteuern.Finally, it is noteworthy that the method according to the invention enables detection and filtering of the control setpoint in real time, giving this method a high response speed, and capable of promptly adapting the filtered control setpoint to unforeseen fluctuations in the gross control setpoint. which is expressed by the crane operator, especially when the crane operator tries to avoid an unforeseen obstacle, manually balance a pendulum, or counteract the effects of a wind gust.

In anderen Worten ermöglicht es die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Ansteuerung dem Hebezeug vorteilhaft, dem vom Kranführer ausgedrückten Sollwert permanent und ohne Auslösen eines ungewollten Pendelns selbst dann zu folgen, wenn sich dieser vom Kranführer ausgedrückte Sollwert jederzeit ändern kann. In other words, the control obtained by the method according to the invention advantageously enables the hoist to follow the setpoint expressed by the crane operator permanently and without triggering unwanted oscillation, even if this desired value expressed by the crane operator can change at any time.

Das besagte Steuerverfahren ist somit ganz besonders vielseitig einsetzbar, da es sich einer Vielzahl verschiedener Steuerszenarien anpasst, da es weder von der Bahn abhängt, die von der Last zurückgelegt wird, noch von der Existenz oder Nicht-Existenz von auferlegten Durchlaufstellen, und da es zuverlässig und genau auf die zahlreichen und zufälligen Änderungen des Brutto-Steuersollwerts reagiert, und insbesondere auf die Änderungen des Geschwindigkeitssollwerts, die vom Kranführer vorgegeben werden.The said control method is thus particularly versatile, since it adapts to a variety of different control scenarios, since it does not depend on the trajectory traveled by the load, nor on the existence or non-existence of imposed passages, and because it is reliable and reacts accurately to the numerous and random changes in the gross control setpoint, and in particular to the changes in the speed setpoint given by the crane operator.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich in detaillierterer Form beim Lesen der folgenden Beschreibung, sowie mithilfe der beigelegten Figuren, die lediglich zu illustrativen und nicht zu einschränkenden Zwecken angeführt sind, wobei: Other objects, features and advantages of the invention will become more apparent upon reading the following specification, and from the accompanying drawings, which are given by way of illustration and not of limitation, wherein:

Die 1 die Parametrisierung eines Modells des Pendelsystems in einer schematischen Darstellung zeigt, dass durch die am Hebezeug schwebende Last gebildet wird.The 1 the parameterization of a model of the pendulum system in a schematic representation shows that is formed by the hovering load on the hoist.

Die 2 einen erfindungsgemäßen dynamischen Filter in Form eines Blockdiagramms darstellt, der auf einem virtuellen Modell basiert, das einer Zustandsregelung zugeordnet wird.The 2 FIG. 2 illustrates a block diagram of a dynamic filter based on a virtual model associated with state control.

Die 3 in der komplexen Ebene das Prinzip der Platzierung der Pole eines erfindungsgemäßen Filters durch Einstellen des Typisierungsparameters darstellt.The 3 in the complex plane represents the principle of placing the poles of a filter according to the invention by adjusting the typing parameter.

Die 4 und 5 in zeitorientierten Diagrammen, jeweils für eine Verteilungs- und eine Orientierungsbewegung ein Beispiel eines gefilterten Sollwerts darstellen, den man als Reaktion auf einen Geschwindigkeitssollwert (Brutto-Steuersollwert) in der Art einer Sprungfunktion für einen ersten Typisierungsparameterwert erhält, der einer Betriebseinstellung im „reaktiven” Modus entspricht.The 4 and 5 in time-oriented diagrams, each for a distribution and an orientation movement, represent an example of a filtered setpoint obtained in response to a speed setpoint (gross control setpoint), such as a skip function, for a first typing parameter value, a "reactive" mode set-up equivalent.

Die 6 und 7 in zeitorientierten Diagrammen, und jeweils für eine Verteilungs- und eine Orientierungsbewegung ein Beispiel eines gefilterten Sollwerts darstellt, den man als Reaktion auf einen Geschwindigkeitssollwert (Brutto-Steuersollwert) in der Art einer Sprungfunktion für einen zweiten Typisierungsparameterwert erhält, der kleiner ist, als jener aus den 4 und 5, und der einer Betriebseinstellung im „gedämpften” Modus entspricht.The 6 and 7 in time-oriented diagrams, and for each of a distribution and an orientation movement, is an example of a filtered setpoint obtained in response to a speed setpoint (gross control setpoint), such as a skip function, for a second typing parameter value smaller than that the 4 and 5 , and which corresponds to an operating setting in the "damped" mode.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren zur Fortbewegung einer Last 1, die an einem Anschlagpunkt H eines Hebezeugs 2 aufgehängt ist, wobei der besagte Anschlagpunkt H konzipiert ist, um sich mittels Gierbewegung R um eine erste vertikale Achse (ZZ'), die „Orientierungsachse” genannt wird, und/oder mittels Vorschubbewegung T entlang einer zweiten Achse (XX'), die „Verteilungsachse” genannt wird, und die besagte vertikale Achse (ZZ') schneidet, zu bewegen, wie dies in 1 dargestellt ist.The present invention relates to a control method for moving a load 1 at an anchor point H of a hoist 2 is suspended, wherein said abutment point H is designed to be referred to by yawing R about a first vertical axis (ZZ '), the "orientation axis", and / or by means of feed movement T along a second axis (XX'), the " Distribution axis "is called, and the said vertical axis (ZZ ') intersects, to move, as in 1 is shown.

Der Anschlagpunkt H wird vorzugsweise durch einen Wagen gebildet, der entlang einer Verteilungsachse (XX') in Vorschubrichtung geführt wird, wobei der besagte Wagen von jeder geeigneten motorisierten Vorrichtung angetrieben werden kann.The attachment point H is preferably formed by a carriage which is guided along a distribution axis (XX ') in the feed direction, said carriage can be driven by any suitable motorized device.

Die Last 1 wird mittels einer Hängevorrichtung 3, wie einem Trageseil auf dem Anschlagpunkt H aufgehängt, und wie folgt mit einem solchen Seil in Verbindung gebracht.Weight 1 is by means of a hanger 3 , suspended as a support member on the anchor point H , and brought in connection with such a rope as follows.

Vorzugsweise kann man die Länge L des Tragseils 3 variieren, um den Abstand der schwebenden Last 1 zum Anschlagpunkt H verändern zu können, und um die Hubhöhe der schwebenden Last 1 im Verhältnis zum Boden (durch das Anheben der Last 1 durch ein Verkürzen der Länge L oder Ablassen der besagten Last 1 durch ein Vergrößern der Länge L) gemäß einer dritten und „Hubbewegung” genannten Bewegung variieren zu können.Preferably, you can the length L of the support cable 3 vary by the distance of the suspended load 1 to the stop point H to change, and the lifting height of the floating load 1 relative to the ground (by lifting the load 1 by shortening the length L or discharging the said load 1 by being able to vary the length L ) according to a third movement called "lifting movement".

Das Hebezeug 2 kann vor allem einen Turmkran bilden, dessen Mast 4 die Orientierungsachse (ZZ') bildet, und dessen Ausleger 5 die Verteilungsachse (XX') bildet.The hoist 2 Above all, it can form a tower crane whose mast 4 the orientation axis (ZZ ') forms, and its boom 5 the distribution axis (XX ') forms.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird in weiterer Folge von einer solchen Konfiguration eines Turmkrans ausgegangen, wobei es jedoch selbstverständlich ist, dass es ebenso denkbar ist, das Erfindungsprinzip auf andere Hebezeuge anzuwenden, und vor allem auf fahrbare Kräne oder auf Kräne mit Wippauslegern, einfach durch die jeweilige Anpassung des Modells.To simplify the description, it is assumed that such a configuration of a tower crane will follow, it being understood, however, that it is also conceivable to use the same Apply principle of the invention to other hoists, and especially on mobile cranes or cranes with luffing jibs, simply by the respective adaptation of the model.

Man erkennt O die Überschneidung der Verteilungsachse (XX') und der Ausrichtachse (ZZ').It can be seen O the intersection of the distribution axis (XX ') and the alignment axis (ZZ').

Die Verteilungsachse (XX'), die im Übrigen auch durch den Anschlagpunkt H verläuft, verläuft vorzugsweise in etwa waagrecht, und wird zur Vereinfachung der Beschreibung, wie im Folgenden beschrieben, als solche angenommen.The distribution axis (XX '), which incidentally also passes through the attachment point H , preferably runs approximately horizontally, and is assumed to be such as to simplify the description, as described below.

Zur Vereinfachung der Beschreibung, und vor allem in Bezug auf 1, werden darüber hinaus die folgenden Bezeichnungen und Übereinkünfte angenommen:

m [kg]
ist die Masse der schwebenden Last 1,
M [kg]
ist die Masse des Anschlagpunktes H und genauer des Wagens, der den besagten Anschlagpunkt bildet,
lγ [kg·m2]
ist das Trägheitsmoment des Hebezeugs 2, welches den Anschlagpunkt H trägt, im Verhältnis zur Orientierungsachse (ZZ'),
γ [rad]
ist die Winkelstellung des Anschlagpunkts H um die Orientierungsachse (ZZ'),
x [m]
ist der Abstand vom Anschlagpunkt H zur Orientierungsachse (ZZ'), vorzugsweise gleich der Länge des Segments [OH],
L [m]
ist die Länge des Tragseils 3, das die schwebende Last 1 mit dem Anschlagpunkt H verbindet,
Φ [rad]
ist die radiale Komponente des Pendelwinkels der schwebenden Last 1 in der vertikalen Ebene, die Verteilungsachse (XX') umfassend,
θ [rad]
ist die orthoradiale Komponente des Pendelwinkels der schwebenden Last 1 in der vertikalen Ebene tangential zur Rotationsbewegung des Anschlagpunkts H, das heißt in der Ebene, die senkrecht zur vorherigen verläuft, und vorzugsweise normal zur Verteilungsachse (XX') liegt,
Tγ [N·m]
ist das Motormoment, das angelegt wird, um den Anschlagpunkt H in Rotation um die Orientierungsachse (ZZ') zu versetzen,
Fx [N]
ist die Kraft, die auf den Anschlagpunkt H ausgeübt wird, um diesen entlang der Verteilungsachse (XX') voranzubringen,
Figure DE102015100669A1_0002
To simplify the description, and especially in terms of 1 , the following terms and conventions are also adopted:
m [kg]
is the mass of the floating load 1 .
M [kg]
is the mass of the attachment point H and, more precisely, of the carriage which forms the said attachment point,
lγ [kg · m 2 ]
is the moment of inertia of the hoist 2 , which carries the attachment point H , in relation to the orientation axis (ZZ '),
γ [rad]
is the angular position of the attachment point H about the orientation axis (ZZ '),
x [m]
is the distance from the attachment point H to the orientation axis (ZZ '), preferably equal to the length of the segment [OH],
L [m]
is the length of the suspension rope 3 that the floating load 1 connects with the stop point H ,
Φ [rad]
is the radial component of the pendulum angle of the suspended load 1 in the vertical plane, comprising the distribution axis (XX '),
θ [rad]
is the orthoradial component of the pendulum angle of the suspended load 1 in the vertical plane tangential to the rotational movement of the attachment point H , that is to say in the plane which is perpendicular to the previous one, and preferably normal to the distribution axis (XX '),
Tγ [N · m]
is the motor torque which is applied in order to set the abutment point H in rotation about the orientation axis (ZZ '),
Fx [N]
is the force exerted on the attachment point H to advance it along the distribution axis (XX '),
Figure DE102015100669A1_0002

Es wird festgestellt, dass der verwendete Bezugspunkt der Projektion zur Definition der „radialen” und „orthoradialen” Komponenten des Pendelns (Pendelbewegung der Last), und/oder jener für die Bewegung des Anschlagpunkts H hier vorzugsweise dem Frénet-Bezugspunkt entspricht, der am besagten Anschlagpunkt H aufgehängt ist, und dessen normaler (oder „radialer”) Vektor vorzugsweise zu jeder Zeit durch die Verteilungsachse (XX') getragen wird.It will be noted that the reference point of projection used to define the "radial" and "orthoradial" components of the pendulum (pendulum movement of the load), and / or that for the movement of the attachment point H, here preferably corresponds to the Frénet reference point which is stated Anvil H is suspended, and its normal (or "radial") vector is preferably carried by the distribution axis (XX ') at all times.

In an sich bekannter Weise kann die Bewegung der schwebenden Last 1 vorzugsweise durch einen Steuersollwert gesteuert werden, der sich auf eine Größe bezieht, die „angesteuerte Größe” genannt wird, und die charakteristisch für die Bewegung der besagten Last 1 ist, und die vorzugsweise eine kinematische Größe (in der Art einer Geschwindigkeit oder Beschleunigung) ist.In a manner known per se, the movement of the suspended load 1 preferably controlled by a control target value related to a quantity called "commanded magnitude" and characteristic of the movement of said load 1 is, and which is preferably a kinematic quantity (in the nature of a velocity or acceleration).

Diese angesteuerte Größe kann beispielsweise die Rotationsgeschwindigkeit Vo und/oder beziehungsweise die Vorschubgeschwindigkeit Vd des Anschlagpunkts H sein.This controlled variable can be, for example, the rotational speed V o and / or the feed rate V d of the attachment point H.

Erfindungsgemäß umfasst das Steuerverfahren einen Schritt (a) zur Erfassung des Sollwerts, im Laufe dessen man in Echtzeit einen Steuersollwert erfasst, der „Brutto-Steuersollwert” Vi genannt wird, der dem Wert der angesteuerten Größe entspricht, die der Bediener des Hebezeugs 2 zum angenommenen Zeitpunkt t anstrebt.According to the invention, the control method comprises a step (a) of acquiring the set point during which a control target value called the "gross control target value" V i which corresponds to the value of the commanded variable which the operator of the hoist is in real time is acquired 2 is aimed at the assumed time t .

Der Brutto-Steuersollwert Vi reflektiert somit das Verhalten (normalerweise die Fahrgeschwindigkeit), die der besagte Kranführer dem Anschlagpunkt (Wagen) zum angenommenen Zeitpunkt übertragen will. The gross control setpoint value V i thus reflects the behavior (normally the vehicle speed) that the crane operator wishes to transmit to the anchor point (trolley) at the presumed time.

Genauer gesagt kann das besagte Verfahren einen Schritt (a) zur Erfassung eines Sollwerts umfassen, im Laufe dessen man in Echtzeit einen Wert für den Geschwindigkeitssollwert Vi (das heißt einen Steuersollwert, der in Form eines Geschwindigkeitssollwerts Vi ausgedrückt wird) erfasst, der repräsentativ für die Rotationsgeschwindigkeit Vo und/oder beziehungsweise für die Vorschubgeschwindigkeit Vd ist, die der Bediener des Hebezeugs 2 dem Anschlagpunkt zum angenommenen Zeitpunkt t übertragen will.More specifically, said method may comprise a step (a) of detecting a set point during which a value for the speed command value V i (that is, a control target value expressed in the form of a speed command value V i ) is detected in real time, which is representative for the rotational speed V o and / or for the feed speed V d , which is the operator of the hoist 2 wants to transfer the anchor point at the assumed time t .

In weiterer Folge wird vorzugsweise und zur einfacheren Beschreibung angenommen, dass die Steuerung über die Geschwindigkeit des Anschlagpunkts H (Wagen) erfolgt, und man aus diesem Grund „Steuersollwert” und „Geschwindigkeitssollwert” gleichsetzt, ohne dass dies eine Einschränkung der Erfindung darstellen würde.Hereinafter, it is preferably and for ease of description assumed that the control over the velocity of the impact point H (car) takes place, and one equates for this reason "control setpoint" and "speed setpoint", without this being a limitation of the invention.

Nach Übereinkunft ordnet man dem Index i den Wert „o” zu, um einen Bezug zur Orientierungsbewegung herzustellen (Rotation R) und den Wert „d”, um einen Bezug zur Verteilungsbewegung (Vorschub T) herzustellen.By convention, the index i is assigned the value "o" to make reference to the orientation movement (rotation R ) and the value "d" to make reference to the distribution movement (feed T ).

Vorteilhaft bildet das erfindungsgemäße Verfahren ein iteratives Verfahren, welches zuerst eine Überwachung des Steuersollwerts, und im Besonderen des fluktuierenden und unvorhersehbaren Geschwindigkeitssollwerts in etwa in Echtzeit ermöglicht, der zu jeder Zeit vom Bediener des Hebezeugs fixiert wird, und danach eine permanente Auffrischung der Berechnungen und folglich des entsprechenden gefilterten Sollwerts, und dies unabhängig von der Gesamtdauer des nötigen Weges für den Transport der schwebenden Last 1, von ihrem Ausgangspunkt bis hin zum Zielpunkt.Advantageously, the method according to the invention forms an iterative method which first enables monitoring of the control setpoint, and in particular of the fluctuating and unpredictable speed setpoint in approximately real time, fixed at all times by the operator of the hoist, and thereafter permanently refreshing the calculations and consequently the corresponding filtered setpoint, regardless of the total duration of the necessary path for the transport of the floating load 1 , from their starting point to the destination point.

Zu diesem Zweck verfügt das Verfahren vorzugsweise über eine relativ kurze Abtastzeit, die eindeutig kleiner ist als die Gesamtdauer des Weges.For this purpose, the method preferably has a relatively short sampling time, which is clearly smaller than the total duration of the path.

Die besagte Abtastzeit liegt somit vorzugshalber unter 100 ms, und beispielsweise in der Größenordnung von 40 ms.The said sampling time is thus preferably less than 100 ms, and for example of the order of 40 ms.

Der Geschwindigkeitssollwert Vi kann selbstverständlich durch den Bediener des Hebezeugs 2 anhand aller geeigneten Steuervorrichtungen 6, wie einem Joystick fixiert werden, der vorzugshalber gleichzeitig den Sollwert für die Vorschubgeschwindigkeit Vd und den Sollwert für die Rotationsgeschwindigkeit Vo definieren kann, den der Bediener dem Anschlagpunkt H übermitteln möchte.Of course, the speed setpoint value V i can be set by the operator of the hoist 2 on the basis of all suitable control devices 6 , as fixed to a joystick, which can preferably simultaneously define the target value for the feed rate V d and the target value for the rotational speed V o that the operator wishes to convey to the stop point H.

Das Steuerverfahren umfasst auch, im Anschluss an den Schritt (a) zur Sollwerterfassung, einen Schritt (b) zur Sollwertfilterung.The control method also includes, after the step (a) for the set point detection, a step (b) for target value filtering.

Im Laufe dieses Schrittes (b) zur Sollwertfilterung modelliert man, wie dies vor allem in 2 dargestellt ist, das Pendelverhalten der schwebenden Last 1 gemäß der betrachteten Bewegung R, T durch ein virtuelles Modell Ẋ = AX + BU, das mit einem Zustandsvektor X arbeitet.In the course of this step (b) for the setpoint filtering one models, as this is especially true in 2 is shown, the pendulum behavior of the floating load 1 according to the considered motion R , T by a virtual model Ẋ = AX + BU, which works with a state vector X.

Erfindungsgemäß umfasst dieser Zustandsvektor X zumindest eine „Hauptkomponente” genannte Komponente x1, die der angesteuerten Größe entspricht, sowie andere „Zusatzkomponenten” genannte Komponenten x3, x4, die repräsentativ für die kinematischen Größen sind, die charakteristisch für die Pendelbewegung der schwebenden Last sind, wie beispielsweise der Pendelwinkel θ, ϕ oder die Winkelgeschwindigkeit des Pendelns θ ., ϕ . je nach angenommener Bewegung R, T.According to the invention, this state vector X comprises at least one component "x 1 " called the "main component", which corresponds to the controlled variable, and other components "x 3 , x 4 " called "additional components" which are representative of the kinematic variables characteristic of the pendulum motion of the suspended load are, such as the pendulum angle θ, φ or the angular velocity of oscillation θ, φ. depending on the assumed movement R , T.

Genauer gesagt umfasst der besagte Zustandsvektor X vorzugsweise zumindest eine Komponente der momentanen Geschwindigkeit x1, die repräsentativ für die momentane Geschwindigkeit des Anschlagpunkts H je nach angenommener Bewegung ist (hier die Drehgeschwindigkeitskomponente um die Orientierungsachse (ZZ') γ . = ∂γ / ∂t gemäß der Rotationsgeschwindigkeit R, oder jeweils die lineare Verteilungskomponente ẋ = = ∂x / ∂t gemäß der Vorschubbewegung T), eine Winkelkomponente des Pendelns x4, die repräsentativ für den Pendelwinkel der schwebenden Last für die angenommene Bewegung ist (hier ist θ die orthoradiale Pendelkomponente für die Rotationsbewegung R, und ϕ die radiale Pendelkomponente für die Vorschubbewegung T), und eine Winkelgeschwindigkeitskomponente x3 für das Pendeln, repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit des Pendelns für die angenommene Bewegung (hier die orthoradiale Komponente θ . = ∂θ / ∂t für die Rotationsbewegung und jeweils die radiale Komponente ϕ . = ∂ϕ / ∂t für die Vorschubbewegung).More specifically, said state vector X preferably comprises at least one component of the instantaneous velocity x 1 which is representative of the instantaneous velocity of the impact point H according to the assumed motion (here the rotational velocity component about the orientation axis (ZZ ') γ. = ∂γ / ∂t according to the rotation speed R , or respectively the linear distribution component ẋ = = ∂x / ∂t according to the advancing movement T ), an angular component of the pendulum x 4 which is representative of the pendulum angle of the suspended load for the assumed motion (here, θ is the orthoradial pendulum component for the rotational motion R , and φ is the radial pendulum component for the advancing movement T ), and an angular velocity component x3 for the pendulum, representative of the angular velocity of the pendulum for the assumed motion (here the orthoradial component θ. = ∂θ / ∂t for the rotational movement and in each case the radial component φ. = ∂φ / ∂t for the feed movement).

Im oben gezeigten Ausdruck des Modells stellt „A” die Zustandsmatrix (Evolutionsmatrix des Systems), „X” den Zustandsvektor, „B” die Anwendungsmatrix der Steuerung, „U” den Vektor der Steuerungen (Eingänge) dar. In the expression of the model shown above, "A" represents the state matrix (evolution matrix of the system), "X" the state vector, "B" the application matrix of the controller, "U" the vector of the controls (inputs).

Der Vektor „Ẋ” entspricht der ersten Ableitung in Bezug auf die Zeit des Zustandsvektors X.The vector "Ẋ" corresponds to the first derivative with respect to the time of the state vector X.

In 2 entspricht der Buchstabe „p” der komplexen Variablen, die von den Laplace-Transformationen verwendet wird; somit erhält man eindeutig Ẋ = pX In 2 the letter "p" corresponds to the complex variable used by the Laplace transforms; thus one receives clearly Ẋ = pX

Vorzugsweise ist die Anwendungsmatrix der Steuerung B ein Spaltenvektor und der Vektor der Steuerungen U beschränkt sich auf eine Matrix der Dimension 1×1.Preferably, the application matrix of the controller B is a column vector and the vector of the controllers U is limited to a matrix of dimension 1 × 1.

In der Praxis entspricht das virtuelle Modell Ẋ = AX + BU vorzugsweise dem Matrixausdruck eines Systems an Gleichungen aus der Newton'schen Mechanik und ermöglicht die Beschreibung, hier als Projektion in der vertikalen radialen Ebene, die Verteilungsachse (XX') umfassend für die Vorschubbewegung T, und/oder als Projektion in der vertikalen orthoradialen Ebene für die Rotationsbewegung R, des Verhaltens und genauer der Bewegungskomponenten eines virtuellen Pendelsystems, das die Merkmale der schwebenden Last 1 am Anschlagpunkt H aufweist.In practice, the virtual model Ẋ = AX + BU preferably corresponds to the matrix expression of a system of equations from Newtonian mechanics and allows the description, here as a projection in the vertical radial plane, comprising the distribution axis (XX ') for the feed movement T , and / or as a projection in the vertical orthoradial plane for the rotational motion R , the behavior, and more particularly the motion components of a virtual pendulum system, the characteristics of the suspended load 1 has at the stop point H.

Zur Vereinfachung dieser Modellierung nimmt man vorzugsweise die „kleinen Winkel” an, indem man als erste Annäherung berücksichtigt, dass die Pendelamplitude und somit die Pendelwinkelkomponenten relativ gering sind, wodurch es vor allem möglich ist, die trigonometrischen Ausdrücke durch Entwicklungen zu vereinfachen, die sich auf die erste Ordnung beschränken.To simplify this modeling, it is preferred to take the "small angles" by taking into account, as a first approximation, that the pendulum amplitude and thus the pendulum angle components are relatively low, thereby making it possible, in particular, to simplify the trigonometric expressions by developments that occur restrict the first order.

Im Laufe des Schrittes (b) zur Filterung wendet man vorzugsweise eine Zustandsregelung Ui = ki0·Vi – Ki·X auf das virtuelle Modell Ẋ = AX + BU an, die neben einem für den Brutto-Steuersollwert (und genauer gesagt den Geschwindigkeitssollwert) Vi repräsentativen Sollwertglied ki0·Vi, das im Rahmen des Erfassungsschrittes erfasst wurde, ein Korrekturglied Ki·X umfasst, das dem Produkt eines Korrekturvektors Ki (hier ein Zeilenvektor) mal dem Zustandsvektor X (hier ein Spaltenvektor) entspricht.In the course of step (b) for filtering one preferably employs a state control U i = k i0 · V i - to K i · X on the virtual model X = AX + BU, which said next one (for the gross control target value, and more specifically velocity setpoint) V i representative setpoint element k i0 * V i , which was detected during the detection step , comprises a correction element K i * X corresponding to the product of a correction vector K i (here a row vector) times the state vector X (here a column vector) equivalent.

Die Verwendung einer (virtuellen) Zustandsregelung, die in diesem Fall proportionale Rückführungen in der Art von „Verstärkungen” ki1, ki2 zur Anwendung bringt, liefert vorteilshalber eine Simulierung des theoretischen Verhaltens der schwebenden Masse 1 als Reaktion auf die besagte Regelung, gemäß dem Äquivalent eines (virtuellen) Systems im geschlossenen Regelkreis, bei der man die Dynamik studieren und auswählen kann, und dabei vor allem die Stabilität und die Reaktionsfähigkeit (Reaktionszeit), indem man durch die geeignete Auswahl der besagten Verstärkungen eine Platzierung der Pole der Transferfunktion vornimmt, die der Entwicklungsmatrix A – B·K des Systems im geschlossenen Regelkreis entspricht.The use of a (virtual) state control, which in this case applies proportional feedbacks in the nature of "gains" k i1 , k i2, advantageously provides a simulation of the theoretical behavior of the floating mass 1 in response to said regulation, according to the equivalent of a closed-loop (virtual) system in which one can study and select the dynamics, and above all the stability and responsiveness, by choosing the appropriate ones Reinforcement performs a placement of the poles of the transfer function, which corresponds to the development matrix A - B · K of the closed-loop system.

Zur Definition der Zustandsregelung verwendet man vorteilhafterweise einen Korrekturvektor Ki, bei dem zumindest bestimmte Korrekturverstärkungen unter den Korrekturverstärkungen ki1, ki2, die den Zusatzkomponenten x3, x4 zugeordnet werden, in Abhängigkeit von einem selben vorbestimmten Typisierungsparameter Tc zum Ausdruck gebracht werden, wobei der besagte Typisierungsparameter Tc vom Bediener des Hebezeugs frei eingestellt werden kann, um die besagten Korrekturverstärkungen ki1, ki2 einstellen zu können.For the definition of the state control one advantageously uses a correction vector K i , in which at least certain correction gains among the correction gains k i1 , k i2 , which are assigned to the additional components x 3 , x 4 , are expressed in dependence on a same predetermined typing parameter Tc. wherein said typing parameter Tc can be freely set by the operator of the hoist to adjust said correction gains k i1 , k i2 .

Bevorzugter verwendet man einen Korrekturvektor Ki, bei dem die Korrekturverstärkungen ki1, ki2, die jeweils der Winkelgeschwindigkeitskomponente x3 und der Pendelwinkelkomponente x4 des Zustandsvektors X zugeordnet werden, in Abhängigkeit von einem selben vorbestimmten Typisierungsparameter Tc zum Ausdruck gebracht werden, wobei der besagte Typisierungsparameter Tc vom Bediener des Hebezeugs 2 frei eingestellt werden kann, um die besagten Korrekturverstärkungen ki1, ki2 einstellen zu können.More preferably, a correction vector K i is used in which the correction gains k i1 , k i2 associated respectively with the angular velocity component x 3 and the pendulum angle component x 4 of the state vector X are expressed in response to a same predetermined typing parameter Tc said typing parameter Tc from the operator of the hoist 2 can be adjusted freely to adjust the said correction gains k i1 , k i2 can.

Vorteilhaft lässt man die Zustandsrückführung, und folglich das Verhalten des Systems im geschlossenen Regelkreis, und noch genauer die Platzierung der Pole der Entwicklungsmatrix A – B·K von der Auswahl des besagten Typisierungsparameters Tc abhängen, indem man formal einen Parameter (Koeffizienten) zur Typisierung Tc in die Definition der Verstärkungen des Korrekturvektors ki1, ki2 einfließen lässt, die jeweils der Winkelgeschwindigkeitskomponente x3 und der Pendelwinkelkomponente x4 zugeordnet werden.Advantageously, the state feedback, and hence the behavior of the closed-loop system, and more particularly the placement of the poles of the development matrix A-B * K, depends on the selection of said typing parameter Tc by formally defining a parameter (coefficient) for typing Tc into the definition of the gains of the correction vector k i1 , k i2 , which are respectively assigned to the angular velocity component x 3 and the pendulum angle component x 4 .

In anderen Worten ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren im Allgemeinen entsprechend einem Merkmal, das an sich bereits eine Erfindung darstellen könnte, einen Geschwindigkeitssollwert Vi anhand einer Zustandsregelung zu filtern, die in Voraussicht eines Typisierungsparameters Tc auf ein virtuelles Modell Ẋ = AX + BU angewandt wird, der vom Bediener des Hebezeugs frei eingestellt werden kann, und eine willkürliche Änderung der Platzierung der Pole der entsprechenden Entwicklungsmatrix A – B·K, und folglich der Dynamik des gefilterten Systems ermöglicht.In other words, the method according to the invention generally makes possible a speed setpoint value V i in accordance with a feature which in itself could already be an invention a state control applied in anticipation of a typing parameter Tc to a virtual model Ẋ = AX + BU, which can be freely set by the operator of the hoist, and an arbitrary change in the placement of the poles of the corresponding development matrix A - B · K, and consequently the dynamics of the filtered system.

Der Bediener des Hebezeugs kann somit im Rahmen eines Einstellschrittes, der dem Manövrieren der schwebenden Last 1 vorausgeht, oder im Laufe des besagten Manövers durchgeführt werden kann, den Typisierungsparameter Tc nach seinem Willen variieren lassen.The operator of the hoist can thus as part of an adjustment step, the maneuvering of the suspended load 1 preceded, or can be performed in the course of said maneuver, let the typing parameter Tc vary according to his will.

Somit kann der Bediener des Hebezeugs durch eine einzige Einstellung, die sich einfach und rasch umsetzen lässt, den Reaktions- und Stabilitätsgrad beim Manövrieren der schwebenden Last 1, der ihm durch die Filterung seiner Geschwindigkeitssollwerte Vi gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verfügung steht, verändern und anpassen.Thus, the operator of the hoist can by a single setting, which can be easily and quickly implemented, the degree of reaction and stability in maneuvering the suspended load 1 which is available to him by the filtering of his speed setpoints V i according to the inventive method, change and adapt.

Genauer gesagt kann sich der Bediener nach eigenem Willen entweder für den „gedämpften” Unterstützungsmodus, der grafisch (siehe 3) die Pole darstellt, die relativ weit entfernt vom schwingenden Modus der imaginären Achse liegen, und laut dem der gefilterte Geschwindigkeitssollwert relativ langsam, jedoch besonders stabil und ohne Überschreitung zum Geschwindigkeitssollwert Vi wandert, wie dies in den 6 und 7 dargestellt ist, oder, falls ihm der gedämpfte Modus als zu „weich” erscheint, für den „reaktiven” Unterstützungsmodus entscheiden, bei dem die Pole näher an der imaginären Achse liegen, und der Dämpfungskoeffizient geringer ist als im gedämpften Modus, so dass der gefilterte Geschwindigkeitssollwert rascher zum Geschwindigkeitssollwert Vi wandert (beispielsweise gemäß einer 5%-Reaktionszeit, die geringer ist, als jene des gedämpften Modus, und wie dies in 4 und 5 jeweils im Vergleich zu 6 und 7 der Fall ist), jedoch eventuell eine leichte Überschreitung toleriert, und/oder einige gedämpfte Schwingungen des gefilterten Geschwindigkeitssollwerts (siehe beispielsweise 5).More specifically, the operator can choose either the "muted" support mode, which graphically (see 3 ) represents the poles which are relatively far away from the oscillating mode of the imaginary axis, and according to which the filtered speed setpoint moves relatively slowly but particularly stably and without exceeding the speed setpoint value V i , as shown in FIGS 6 and 7 or, if the muted mode appears too "soft" to it, opt for the "reactive" assist mode, where the poles are closer to the imaginary axis, and the damping coefficient is lower than in the damped mode, so that the filtered Speed setpoint moves faster to the speed setpoint V i (for example, according to a 5% reaction time, which is lower than that of the damped mode, and as in 4 and 5 each compared to 6 and 7 the case is) but may tolerate a slight overshoot, and / or some damped oscillations of the filtered speed setpoint (see, for example, FIG 5 ).

Selbstverständlich ist es auch denkbar, mehr als zwei oder drei Einstellwerte vorzusehen, und vor allem einen durchgehenden Einstellbereich des Typisierungsparameters Tc zwischen einem ersten gedämpften Unterstützungsmodus und einem zweiten reaktiv(er)en Unterstützungsmodus, vorzugsweise mit ansteigenden Tc-Werten, mit verschiedenen dazwischen liegenden Unterstützungsmodi.Of course, it is also conceivable to provide more than two or three setting values, and above all a continuous adjustment range of the typing parameter Tc between a first damped assist mode and a second reactive assist mode, preferably with increasing Tc values, with various intervening support modes ,

Es ist festzuhalten, dass die (Einstellungs-)Auswahl des Typisierungsparameters Tc vorteilhaft frei, also willkürlich, erfolgt und darin besteht, dass die Fixierung des besagten Typisierungsparameters Tc vom (alleinigen) Willen des Bedieners des Hebezeugs abhängt, und daher der besagte Typisierungsparameter Tc, der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Änderungen durch den Bediener vorzugsweise konstant bleibt, einen eigenen Einfluss auf die Einstellung der Korrekturverstärkungen ki1, ki2 ausübt, und dies unabhängig von der Konfiguration des Hebezeugs 2 oder der Geschwindigkeitssollwerte Vi, die vom Bediener des Hebezeugs angewandt werden.It should be noted that the (adjustment) selection of the typing parameter Tc advantageously takes place freely, that is to say arbitrarily, and that the fixation of the said typing parameter Tc depends on the (sole) will of the operator of the hoist, and therefore the said typing parameter Tc, which preferably remains constant between two successive changes by the operator, exerts its own influence on the setting of the correction gains k i1 , k i2 , irrespective of the configuration of the hoist 2 or the speed command values V i applied by the operator of the hoist.

Im Besonderen wird die Fixierung des Typisierungsparameters Tc vorzugsweise vom Geschwindigkeitssollwert Vi getrennt.In particular, the fixation of the typing parameter Tc is preferably separated from the speed setpoint V i .

Der besagte Typisierungsparameter Tc ist ebenfalls getrennt und unabhängig von der Masse m der schwebenden Last 1 oder von jener M des Anschlagpunktes H, vom Trägheitsmoment des Hebezeugs 2 um die Orientierungsachse (ZZ') und von der Länge L des Tragseils 3.The said typing parameter Tc is also separate and independent of the mass m of the suspended load 1 or from that M of the attachment point H , from the moment of inertia of the hoist 2 around the orientation axis (ZZ ') and the length L of the suspension rope 3 ,

Selbstverständlich kann die Definition (oder die Auswahl) des Werts des Typisierungsparameters Tc durch den Bediener des Hebezeugs 2 über jeden geeigneten Wahlschalter, Potentiometer oder jedes geeignete elektronische oder elektromechanische Programmiergerät erfolgen.Of course, the definition (or selection) of the value of the typing parameter Tc may be made by the operator of the hoist 2 via any suitable selector switch, potentiometer or any suitable electronic or electromechanical programming device.

Gemäß einer Möglichkeit kann das Verfahren durch einen Rechner umgesetzt werden, der über einen nicht flüchtigen und vorzugsweise vom Bediener des Hebezeugs oder von einem Wartungstechniker wiederprogrammierbaren Speicher verfügt, der dazu bestimmt ist, mehrere vordefinierte Einstellungen des Typisierungsparameters Tc zu speichern, die beispielsweise verschiedenen Fahrern und/oder unterschiedlichen Arbeitsbedingungen (vor allem Witterungsbedingungen) zugeordnet werden.According to one possibility, the method may be implemented by a computer having a non-volatile memory, preferably reprogrammable by the operator of the hoist or by a service technician, intended to store a plurality of predefined settings of the typing parameter Tc, for example to different drivers and / or different working conditions (especially weather conditions).

Darüber hinaus ist festzuhalten, dass es die Erfindung dem Bediener des Hebezeugs vorzugsweise ermöglicht, den Typisierungsparameter Tc so oft wie notwendig, und konkret mehrmals hintereinander vor und/oder während des Manövers der schwebenden Last 1 zu verändern und anzupassen.In addition, it should be noted that the invention preferably allows the operator of the hoist to perform the typing parameter Tc as many times as necessary, and more specifically several times in succession before and / or during the maneuver of the suspended load 1 to change and adapt.

Diese Verfügbarkeit und dieser Zugriff auf die Einstellung des Typisierungsparameters Tc, die im konkreten Fall in Echtzeit erfolgen, bieten eine hohe Vielseitigkeit und Flexibilität bei der Verwendung des so ausgestatteten Hebezeugs 2. This availability and access to the setting of the typing parameter Tc, which in this case takes place in real time, offers a high degree of versatility and flexibility in the use of the hoist thus equipped 2 ,

Und schließlich extrahiert man im Laufe des Schrittes (b) zur Filterung einen Steuersollwert aus dem virtuellen Modell, der „gefilterter Steuersollwert” Y, γ ., ẋ genannt wird, und der Hauptkomponente x1 des Zustandsvektors X, das heißt der angesteuerten Größe, entspricht.Finally, in the course of step (b) for filtering, a control setpoint is extracted from the virtual model, the "filtered control setpoint". Y, γ, ẋ is called, and the main component x 1 of the state vector X, that is the controlled size corresponds.

Genauer gesagt extrahiert man aus dem virtuellen Modell einen gefilterten Geschwindigkeitssollwert Y, γ ., ẋ, der der Komponente x1 der momentanen Geschwindigkeit des Zustandsvektors X entspricht.More specifically, one extracts from the virtual model a filtered speed setpoint Y, γ, ẋ, the component x 1 corresponds to the instantaneous velocity of the state vector X.

Zur Vereinfachung der Beschreibung setzen wir in weiterer Folge den gefilterten Steuersollwert Y mit einem gefilterten Geschwindigkeitssollwert γ ., ẋ gleich, ohne dass dies jedoch eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung bedeuten würde.To simplify the description, we will subsequently set the filtered control setpoint Y with a filtered speed setpoint γ., ẋ but this would not be a limitation on the present invention.

Dieser gefilterte Sollwert Y, γ ., ẋ (entspricht hier vorzugsweise dem einzigen Koeffizienten x1 des Vektors der Ausgänge Y), der durch die Kurven mit der durchgehenden Linie in 4 bis 7 dargestellt ist, ist es nun, den man auf die (nicht dargestellten) Antriebsvorrichtungen des Anschlagpunktes H anwendet, die konzipiert sind, um den besagten Anschlagpunkt mittels angenommener Bewegung R, T anzutreiben.This filtered setpoint Y, γ, ẋ (here preferably corresponds to the single coefficient x 1 of the vector of the outputs Y), which is represented by the curves with the solid line in 4 to 7 It is now shown that it is applied to the (not shown) drive devices of the anchor point H , which are designed to drive said abutment point by means of assumed movement R , T.

Typischerweise kann der gefilterte Steuersollwert dem Sollwert der Vorschubgeschwindigkeit ẋ entsprechen, der auf einen ersten Frequenzregler angewandt wird, der einen ersten Elektromotor ansteuert, der konzipiert ist, um den Wagen auf dem Ausleger 5 im Vorschub zu bewegen, beziehungsweise dem Sollwert der Rotationsgeschwindigkeit γ ., die auf einen zweiten Frequenzregler angewandt wird, der einen zweiten Elektromotor ansteuert, der konzipiert ist, um den Ausleger 5 um den Masten 4 zu drehen.Typically, the filtered control setpoint may correspond to the setpoint feed rate ẋ applied to a first frequency controller that drives a first electric motor designed to position the carriage on the boom 5 to move in the feed, or the target value of the rotational speed γ., which is applied to a second frequency controller which drives a second electric motor designed to operate the boom 5 around the mast 4 to turn.

Vorzugsweise verwendet das Verfahren zum Modellieren des Pendelverhaltens der schwebenden Last 1 ein dynamisches (virtuelles) Modell, welches die Masse M des Anschlagpunktes H (und genauer jene des entsprechenden Wagens) und die Masse m der schwebenden Last 1 zum Ansatz bringt.Preferably, the method uses to model the pendulum behavior of the suspended load 1 a dynamic (virtual) model showing the mass M of the hitch H (and more precisely that of the corresponding wagon) and the mass m of the suspended load 1 brings to the approach.

Vorteilhaft ermöglicht ein solches Modell die annähernde, jedoch relativ zuverlässige und präzise Beschreibung des Pendelverhaltens der Last anhand von relativ einfachen Gleichungen zur raschen Berechnung, für die auch wenige materielle und elektrische Ressourcen benötigt werden.Advantageously, such a model allows for the approximate but relatively reliable and precise description of the pendulum behavior of the load by means of relatively simple equations for rapid calculation, for which even few physical and electrical resources are required.

Die Masse M des Anschlagpunktes H kann vorteilhaft vom Hersteller des Hebezeugs 2 zur Verfügung gestellt werden.The mass M of the attachment point H can advantageously from the manufacturer of the hoist 2 to provide.

Die Masse m der schwebenden Last 1 kann durch alle geeigneten Mittel gemessen oder geschätzt werden, und beispielsweise durch eine Messung des Moments, das vom Hubmotor aufzubringen ist, um die besagte Last vertikal zu bewegen.The mass m of the suspended load 1 can be measured or estimated by any suitable means and, for example, by measuring the torque to be applied by the lift motor to vertically move said load.

Im konkreten Fall kann im Rahmen einer ersten Annäherung ein fester Durchschnittswert angenommen werden, der repräsentativ für eine „durchschnittliche” schwebende Last 1 ist, oder man kann im Gegenteil dazu die besagte Masse m fallweise und bei jeder Ladung messen, um das Modell des Filters gegenüber diesem Parameter möglichst genau einzustellen.In this specific case, a first approximation may be taken as a fixed average value representative of an "average" floating load 1 or, on the contrary, it is possible to measure the said mass m on a case by case basis at each charge in order to set the model of the filter as accurately as possible relative to this parameter.

In einem besonders bevorzugten Fall ist das dynamische Modell wie folgt durch ein Modell definiert, das Modell „ohne Kopplung” genannt wird, und folgendermaßen zum Ausdruck gebracht werden kann: Ẋ = AX + BU Y = CX wobei „Y” den Vektor der Ausgänge darstellt und „C” die Beobachtungsmatrix,
und

Figure DE102015100669A1_0003
mit:
Figure DE102015100669A1_0004
In a particularly preferred case, the dynamic model is defined as follows by a model called the "no coupling" model, and can be expressed as follows: Ẋ = AX + BU Y = CX where "Y" represents the vector of the outputs and "C" represents the observation matrix,
and
Figure DE102015100669A1_0003
With:
Figure DE102015100669A1_0004

Wie oben dargelegt, wurden die Gleichungen hier durch die Annahme kleiner Pendelwinkel vereinfacht.As stated above, the equations have been simplified here by the assumption of small pendulum angles.

Vorzugsweise wird festgestellt, dass der allgemeine Ausdruck für das Modell hier für alle Bewegungen derselbe bleibt, ob man das besagte Modell nun auf die Orientierungssteuerung (Rotation R) oder auf die Verteilung (Vorschub T) anwendet, wobei nur die Koeffizienten der Zustandsmatrix A und des Zustandsvektors X der Bewegung angepasst werden, auf die das besagte Modell angewandt wird.It is preferably found that the general expression for the model here remains the same for all movements, whether the said model is now applied to the orientation control (rotation R ) or to the distribution (feed T ), where only the coefficients of the state matrix A and of the State vector X of the movement to which the said model is applied.

Es ist des Weiteren festzuhalten, dass es durchaus vorstellbar ist, das Verfahren auf die Steuerung einer einzigen Bewegung (zum Beispiel nur die Verteilung) anzuwenden, vor allem dann, wenn das Hebezeug 2 ein Ladeportal in der Art eines Laufkrans ist, der nur über eine lineare Vorschubbewegung der schwebenden Last verfügt, und über keine Rotationsbewegung.It should also be noted that it is quite conceivable to apply the method to the control of a single movement (for example, only the distribution), especially if the hoist 2 a loading portal is in the manner of a crane, which has only a linear feed movement of the floating load, and no rotational movement.

Im Gegensatz dazu kann man vorteilhaft auch gleichzeitig sowohl die Verteilungsbewegung (Vorschub T) und die Orientierungsbewegung (Rotation R) kontrollieren, wenn das Hebezeug diese beiden Bewegungen anbietet, und dies mithilfe eines selben Modells, und somit mit einer relativ eingeschränkten eingebauten Rechnerleistung.In contrast, it is also advantageous to simultaneously control both the distribution movement (feed T ) and the orientation movement (rotation R ) when the hoist offers these two movements, using a same model, and thus with a relatively limited built-in computing power.

Zu diesem Zweck kann festgehalten werden, dass der Typisierungsparameter Tc vorteilhaft derselbe sein kann, das heißt für die Anwendung des Verteilungsmodells und für die Anwendung des Orientierungsmodells einen identischen Wert aufweisen kann, was die Einstellung der Filterung für den Kranführer weiter erleichtert.For this purpose, it can be stated that the typing parameter Tc can advantageously be the same, that is to say can have an identical value for the application of the distribution model and for the application of the orientation model, which further facilitates the setting of the filtering for the crane operator.

Außerdem wird festgehalten, dass man sich in den Gleichungen des oben genannten Modells in einer ersten Annäherung dafür entschieden hat, Phänomene der Kopplung zwischen den Achsen, das heißt der Zentrifugalbeschleunigung nicht zu berücksichtigen.Moreover, it is noted that in the equations of the above model, in a first approximation, it was decided not to consider phenomena of coupling between the axes, that is, the centrifugal acceleration.

In Anbetracht dieser Tatsache ist es durchaus denkbar, ein Glied der Kopplung hinzuzufügen, das die Zentrifugalbeschleunigung einbeziehen würde, und dabei das erfindungseigene Prinzip der Typisierung beibehalten würde.In view of this fact, it is quite conceivable to add a link to the coupling that would involve centrifugal acceleration, while maintaining the fiction principle of typification.

Somit kann man als Alternative zum vorherigen Modell „ohne Kopplung” sinngemäß ein „mit Kopplung” genanntes Modell anwenden, das folgendermaßen zum Ausdruck gebracht wird: Ẋ = AX + B1u1 + B2u2 Y = CX wobei Y den Vektor der Ausgänge und „C” die Beobachtungsmatrix darstellen,
und

Figure DE102015100669A1_0005
mit:
Figure DE102015100669A1_0006
Thus, as an alternative to the previous "uncoupled" model, it is possible to analogously use a model called "coupled," which is expressed as follows: Ẋ = AX + B 1 u 1 + B 2 u 2 Y = CX where Y represents the vector of the outputs and "C" the observation matrix,
and
Figure DE102015100669A1_0005
With:
Figure DE102015100669A1_0006

Vorteilhaft wendet man unabhängig davon, ob man das Modell mit Kopplung oder das Modell ohne Kopplung betrachtet, die Zustandsregelung auf das oben genannte Modell an: Ui = ki0·Vi – Ki·X mit Ki = [ki0,0, ki1, ki2] als Korrekturvektor (Multiplikator),
und mit der Bestimmung i = d für die Verteilungsregelung, und i = o für die Orientierungsregelung.
Advantageously, irrespective of whether the model with coupling or the model without coupling is considered, the state control is applied to the above-mentioned model: U i = k i0 · V i - K i · X with Ki = [ki0,0, ki1, ki2] as correction vector (multiplier),
and with the determination i = d for the distribution control, and i = o for the orientation control.

Auch hier kann man, unabhängig davon, ob man die Verteilungsbewegung (Vorschub) oder die Orientierungsbewegung (Rotation) annimmt, sinngemäß denselben virtuellen Modelltyp und dasselbe Prinzip der Zustandsregelung mit der Platzierung der Pole verwenden.Here too, regardless of whether one accepts the distribution movement (feed) or the orientation movement (rotation), one can mutatis mutandis use the same virtual model type and the same principle of state control with the placement of the poles.

Vorzugsweise und zur Vereinfachung der Rechnung nimmt man wie in 2 dargestellt an, dass die Verstärkung ki0 für den Geschwindigkeitssollwert Vi und für die Zustandsrückführung (im Korrekturvektor Ki) dieselbe ist.Preferably and to simplify the calculation one takes as in 2 indicates that the gain k i0 is the same for the velocity setpoint V i and for the state feedback (in the correction vector K i ).

In einem besonders bevorzugten Fall, und ebenfalls zur Vereinfachung der Rechnung nimmt man ki0 mit 1 an, das heißt, dass die Steuerung eine Zustandsrückführung mit einer einheitlichen Verstärkung für die Komponente der momentanen Geschwindigkeit x1 aufweist.In a particularly preferred case, and also to simplify the calculation, k i0 is assumed to be 1, that is, the controller has state feedback with a uniform gain for the instantaneous velocity component x 1 .

Schließlich kann der dynamische Filter, der beim Schritt (a) der Filterung auf den Geschwindigkeitssollwert Vi angewandt wird, und der dem Regelgesetz entspricht, das in 2 dargestellt ist, für das Modell ohne Kopplung folgendermaßen dargestellt werden: Ẋ = (A – BK)X + BVi Y = CoutX mit Cout = [1 0 0 0] Finally, the dynamic filter applied to the speed command value V i in step (a) of the filtering, and which conforms to the law of control, can be found in 2 is shown for the model without coupling as follows: Ẋ = (A - BK) X + BV i Y = C out X with C out = [1 0 0 0]

Für das Modell mit Kopplung erhält man ebenfalls: Ẋ = (A – B1K)X + B1Vi +B2Tγ Y = CoutX mit Cout = [1 0 0 0]For the model with coupling you also get: Ẋ = (A - B 1 K) X + B 1 V i + B 2 T γ Y = C out X with C out = [1 0 0 0]

Die Matrix A – BK (bzw. A – B1K) bildet hier die Entwicklungsmatrix des virtuellen Modells im geschlossenen Regelkreis.The matrix A - BK (or A - B 1 K) forms the development matrix of the virtual model in a closed loop.

In dieser Eigenschaft ist zu bemerken, dass die Anwendungsmatrizen der Steuerung „B” des Modells ohne Kopplung und B1 des Modells mit Kopplung vorzugsweise identisch (B = B1) sind, die Entwicklungsmatrix A – BK ist unabhängig davon dieselbe, ob man das Modell nun mit oder ohne Kopplung betrachtet.In this property, it should be noted that the application matrices of control "B" of the model without coupling and B 1 of the model with coupling are preferably identical (B = B 1 ), the development matrix A - BK is the same regardless of whether one is the model now considered with or without coupling.

Die erfindungsgemäße Methode zur Auflösung (und zur Definition des Filters) kann somit vorteilshalber unterschiedslos auf beide Modelle angewandt werden.The method according to the invention for the resolution (and for the definition of the filter) can thus be applied without distinction to both models for the sake of advantage.

Im Falle des oben vorgeschlagenen dynamischen Modells kann die besagte Entwicklungsmatrix des virtuellen Modells im geschlossenen Regelkreis folgendermaßen dargestellt werden:

Figure DE102015100669A1_0007
In the case of the dynamic model proposed above, the said closed-loop virtual model development matrix can be represented as follows:
Figure DE102015100669A1_0007

Vorzugsweise werden die Korrekturverstärkungen ki1, ki2 beim Schritt der Sollwertfilterung in Abhängigkeit vom Typisierungsparameter Tc ausgedrückt, sodass man aus der Entwicklungsmatrix A – BK des virtuellen Modells im geschlossenen Regelkreis eine Sub-Matrix Ar der Dimension 2×2 extrahieren kann, welche einerseits die besagten Korrekturverstärkungen ki1, ki2 mit zwei Zusatzkomponenten des Zustandsvektors verbindet, wobei diese Komponenten vorzugsweise jeweils der Winkelgeschwindigkeitskomponente des Pendelns x3 und der Winkelkomponente des Pendelns x4 entsprechen, und deren Eigenwerte λ andererseits einen reellen Abschnitt ungleich Null besitzen, der vollkommen durch den besagten Typisierungsparameter Tc bestimmt wird.The correction gains k i1 , k i2 are preferably expressed in the step of the setpoint filtering in dependence on the typing parameter Tc, so that a sub-matrix Ar of dimension 2 × 2 can be extracted from the development matrix A-BK of the closed-loop virtual model said correction gains k i1 , k i2 connect to two additional components of the state vector, these components preferably corresponding respectively to the angular velocity component of oscillation x 3 and the angular component of oscillation x 4 , and whose eigenvalues λ on the other hand have a real non-zero portion completely due to the said typing parameter Tc is determined.

In Bezug auf das oben genannte Modell kann man hier aus der Entwicklungsmatrix im geschlossenen Regelkreis die Sub-Matrix Ar = [(A – BK)i, j] extrahieren, mit i = (3, 4) und j = (3, 4), welche in der Praxis ausreicht, um die Dynamik des Systems zu beschreiben:

Figure DE102015100669A1_0008
With respect to the above model, one can extract here from the closed-loop development matrix the sub-matrix Ar = [(A-BK) i, j], where i = (3, 4) and j = (3, 4) which in practice is sufficient to describe the dynamics of the system:
Figure DE102015100669A1_0008

Die Erfinder haben tatsächlich festgestellt, dass es entsprechend einem Merkmal, das an sich bereits eine eigene Erfindung darstellen könnte, und unabhängig davon, ob die Korrekturverstärkungen in Abhängigkeit von einem selben Typisierungsparameter Tc ausgedrückt werden oder nicht, möglich ist, bei einer ersten Annäherung eine Einstellung der Dynamik des Modells mit einer Zustandsregelung im geschlossenen Regelkreis, wobei das Modell der (vollständigen) Entwicklungsmatrix A – BK besitzt, ausgehend von einer Platzierung der Pole einer Sub-Matrix Ar der besagten Entwicklungsmatrix A – BK vorzunehmen, wobei die besagte Sub-Matrix Ar tatsächlich ein ausreichendes Sub-System darstellt, um annähernd die Dynamik des gesamten Systems zu beschreiben.In fact, the inventors have found that it is possible to adjust at a first approximation in accordance with a feature which in itself may already be a separate invention and whether or not the correction gains are expressed in dependence on a same typing parameter Tc the dynamics of the model with closed-loop state control Control loop, wherein the model of the (complete) development matrix A - BK has, starting from a placement of the poles of a sub-matrix Ar of the said development matrix A - BK make, said sub-matrix Ar is actually a sufficient subsystem to approximately to describe the dynamics of the entire system.

Eine solche Eigenschaft ermöglicht jedoch vorteilhaft die vereinfachte und beschleunigte Berechnung der Eigenwerte, und folglich die Umsetzung der Filterung des Geschwindigkeitssollwerts.However, such a feature advantageously allows the simplified and accelerated calculation of the eigenvalues, and thus the implementation of the filtering of the velocity setpoint.

Im vorliegenden Fall ist das besagte Sub-System ein System mit einer Determinante ungleich Null, die die Korrekturverstärkungen ki1, ki2 mit den beiden Komponenten des Zustandsvektors X verbindet, die jeweils der Winkelgeschwindigkeitskomponente x3 und der Pendelwinkelkomponente x4 entsprechen.In the present case, said sub-system is a non-zero determinant system connecting the correction gains k i1 , k i2 to the two components of the state vector X corresponding respectively to the angular velocity component x 3 and the pendulum angle component x 4 .

Die Gültigkeit der Annäherung kann vor allem von der Tatsache abhängen, ob die oben genannten Korrekturverstärkungen ki1, ki2 im vollständigen System entsprechend der Entwicklungsmatrix A – BK einen relativ geringen, oder gar vernachlässigbaren Einfluss bei der Bestimmung der repräsentativen Komponente der momentanen Geschwindigkeit x1, vor allem im Vergleich zum Einfluss der Koeffizienten der Zustandsmatrix A (und genauer des Koeffizienten a1 im vorherigen Beispiel, der seinerseits von den Strukturmerkmalen des Hebezeugs 2 und von der Masse m der schwebenden Last 1 abhängt) haben.The validity of the approximation may depend above all on the fact that the above-mentioned correction gains k i1 , k i2 in the complete system corresponding to the development matrix A - BK have a relatively small or even negligible influence in the determination of the representative component of the instantaneous velocity x 1 , especially in comparison to the influence of the coefficients of the state matrix A (and more precisely the coefficient a 1 in the previous example, which in turn depends on the structural features of the hoist 2 and from the mass m of the hovering load 1 depends).

In der Praxis kann diese Annäherung vor allem überprüft werden, solange der Typisierungsparameter Tc unter einem vorbestimmten Grenzwert bleibt.In practice, this approximation can be checked especially as long as the typing parameter Tc remains below a predetermined limit.

In einem besonders bevorzugten Fall besitzen die Eigenwerte λ der Sub-Matrix Ar einen reellen Abschnitt Re(λ) ungleich Null und direkt proportional oder gar gleich dem besagten Typisierungsparameter Tc oder umgekehrt 1/Tc zum Typisierungsparameters.In a particularly preferred case, the eigenvalues λ of the sub-matrix Ar have a real section Re (λ) not equal to zero and directly proportional or even equal to the said typing parameter Tc or conversely 1 / Tc to the typing parameter.

Vorzugsweise wird der reelle Abschnitt Re(λ) der besagten Eigenwerte selbst ausschließlich durch den Typisierungsparameter Tc bestimmt und zum Beispiel genau gleich entgegengesetzt zur Umkehr –1/Tc des Typisierungsparameters, wie in 3 dargestellt.Preferably, the real portion Re (λ) of said eigenvalues is itself determined solely by the typing parameter Tc and, for example, exactly equal to the inverse of -1 / Tc of the typing parameter, as in FIG 3 shown.

Man kann somit ganz einfach eine umgehende Positionierung der Pole nur durch die Einstellung des Wertes des Typisierungsparameters Tc vornehmen, was ausreicht, um den besagten reellen Abschnitt Re(λ) zu charakterisieren.Thus, one can easily make an immediate positioning of the poles only by adjusting the value of the typing parameter Tc, which is sufficient to characterize the said real section Re (λ).

Genauer gesagt nähert ein anwachsender Typisierungsparameter Tc hier die Pole der imaginären Achse einander an (durch die Reduzierung des Absolutwertes ihres reellen Abschnitts) und verleiht somit der Filterung einen reaktiveren Charakter.More specifically, an increasing typing parameter Tc here approximates the imaginary axis poles to each other (by reducing the absolute value of their real portion) and thus gives the filtering a more reactive character.

Umgekehrt dazu entfernt ein geringer werdender Typisierungsparameter Tc die Pole der imaginären Achse voneinander, durch die Steigerung des Absolutwertes ihres reellen Abschnitts, und verleiht somit der Filterung einen weniger reaktiven, aber mehr gedämpften Charakter.Conversely, a decreasing typing parameter Tc removes the imaginary axis poles from each other by increasing the absolute value of their real portion, thus giving the filtering a less reactive but more subdued character.

Außerdem werden die Sub-Matrix Ar und der Ausdruck der Korrekturverstärkungen ki1, ki2 vorzugsweise so ausgesucht, dass der imaginäre Abschnitt der besagten Eigenwerte Im(λ) unabhängig vom Typisierungsparameter Tc sind.In addition, the sub-matrix Ar and the expression of the correction gains k i1 , k i2 are preferably selected such that the imaginary portion of said eigenvalues Im (λ) are independent of the typing parameter Tc.

Somit kann die Dynamik des Systems bei einer gegebenen materiellen Konfiguration des Hebezeugs, und genauer bei einem gegebenen konstanten imaginären Abschnitt Im(λ) vorzugsweise vollkommen durch die Auswahl des Werts des Typisierungsparameters Tc definiert werden.Thus, for a given material configuration of the hoist, and more specifically for a given constant imaginary section Im (λ), the dynamics of the system may preferably be completely defined by the selection of the value of the typing parameter Tc.

In der Praxis kann dieser imaginäre Abschnitt Im(λ) von der materiellen Konfiguration des Hebezeugs, und vor allem im oben genannten dynamischen Modell von der Länge L des Tragseils 3, vom Abstand x zur Rotationsachse des Anschlagpunktes H und von den Verhältnissen zwischen der Masse M des Anschlagpunktes H, der Masse m der schwebenden Last 1 und dem Trägheitsmoment lγ des Hebezeugs abhängen.In practice, this imaginary section Im (λ) of the material configuration of the hoist, and especially in the above-mentioned dynamic model of the length L of the suspension rope 3 , from the distance x to the axis of rotation of the attachment point H and from the relationships between the mass M of the attachment point H , the mass m of the suspended load 1 and the moment of inertia lγ of the hoist depend.

Vorzugsweise erfolgt die Auswahl der Korrekturverstärkungen (ki1, ki2) wie folgt:

Figure DE102015100669A1_0009
wobei i = d für die Verteilungssteuerung, und i = o für die Orientierungssteuerung ist.The selection of the correction gains (k i1 , k i2 ) preferably takes place as follows:
Figure DE102015100669A1_0009
where i = d for the distribution control, and i = o for the orientation control.

Die Sub-Matrix Ar kann folgendermaßen zum Ausdruck gebracht werden:

Figure DE102015100669A1_0010
sodass sich ihre Eigenwerte wie folgt darstellen:
Figure DE102015100669A1_0011
The sub-matrix Ar can be expressed as follows:
Figure DE102015100669A1_0010
so their eigenvalues are as follows:
Figure DE102015100669A1_0011

Man findet hier, wie oben angegeben und wie in 3 dargestellt, eine Platzierung der Pole (das heißt der Eigenwerte, die in 3 durch Kreuze angedeutet sind), deren Dynamik und genauer gesagt deren Dämpfung ausschließlich durch die Auswahl der Typisierungsparameter Tc bestimmt wird.One finds here, as indicated above and as in 3 represented a placement of the poles (that is, the eigenvalues that are in 3 are indicated by crosses) whose dynamics and more precisely their attenuation is determined exclusively by the selection of the typing parameters Tc.

Denn der reelle Abschnitt Re(λ) der besagten Pole (Eigenwerte) hat hier den Wert 1/Tc, während der imaginäre Abschnitt Im(λ) der besagten Pole (Eigenwerte), der hier den Wert

Figure DE102015100669A1_0012
hat, vorzugsweise unabhängig vom Typisierungsparameter ist.For the real section Re (λ) of the said poles (eigenvalues) has the value 1 / Tc here, while the imaginary section Im (λ) of said poles (eigenvalues), here the value
Figure DE102015100669A1_0012
has, is preferably independent of Typisierungsparameter.

Vorteilhaft ist der besagte imaginäre Abschnitt hier für eine gegebene materielle Konfiguration des Hebezeugs konstant, wenn man einen konstanten Wert für die Länge L des Tragseils annimmt, für den Fall der Steuerung gemäß der Vorschubbewegung T, oder wenn man konstante Werte für die Länge L des Hängeseils und für den Abstand x vom Anschlagpunkt H bis zur Rotationsachse annimmt, für den Fall der Steuerung mittels Rotationsbewegung R.Advantageously, said imaginary section here is constant for a given material configuration of the hoist, assuming a constant value for the length L of the hoisting rope, in the case of control according to the advancing movement T , or if constant values for the length L of the suspending rope and assumes for the distance x from the stop point H to the axis of rotation, in the case of the control by means of rotational movement R.

Außerdem wird festgehalten, dass das Verfahren, und genauer die vorgeschlagenen Modelle es vorteilshalber ermöglichen, die Länge L des Tragseils 3 zu berücksichtigen, das die schwebende Last 1 mit dem Anschlagpunkt H verbindet.It should also be noted that the method, and more particularly the proposed models, advantageously allow the length L of the support rope 3 to take into account that the floating load 1 connects with the stop point H.

Im Besonderen werden die Korrekturverstärkungen ki1, ki2 vorzugsweise auch in Abhängigkeit von der Länge L des Tragseils 3 ausgedrückt, das die schwebende Last 1 mit dem Anschlagpunkt H verbindet.In particular, the correction gains k i1 , k i2 preferably also depend on the length L of the support cable 3 expressed, that the floating load 1 connects with the stop point H.

Auf diese Art können die Korrekturverstärkungen ki1, ki2 der Zustandsregelung, und folglich die Filterung des Geschwindigkeitssollwerts in Abhängigkeit von den Variationen der Länge L des Tragseils 3 in Echtzeit variieren.In this way, the correction gains k i1 , k i2 of the state control, and consequently the filtering of the speed setpoint depending on the variations in the length L of the support rope 3 vary in real time.

Im oben genannten Beispiel lässt man die Länge L in die Berechnung der Verstärkungen durch den Koeffizienten b2 einfließen.In the above example, the length L is included in the calculation of the gains by the coefficient b 2 .

Somit kann man das virtuelle Modell permanent der reellen momentanen Konfiguration des Hebezeugs 2 anpassen, und folglich eine Modellierung erhalten, die das Verhalten des besagten Hebezeugs und der schwebenden Last 1 zu jedem betrachteten Zeitpunkt zuverlässig und präzise und unabhängig von der Hebehöhe der besagten Last reflektiert.Thus, one can permanently change the virtual model to the actual instantaneous configuration of the hoist 2 and thus obtain a modeling of the behavior of said hoist and the hovering load 1 reliably and accurately reflected at any given moment and regardless of the lifting height of said load.

Auf diese Art erhöht man die Präzision und die Zuverlässigkeit der Steuerung durch Filterung des Geschwindigkeitssollwerts. In this way one increases the precision and reliability of the control by filtering the speed setpoint.

Die Abschätzung der Länge L des Tragseils kann beispielsweise aus der Zählung der durchgeführten Umdrehung einer Winde zum Aufrollen/Abrollen des Tragseils 3 resultieren, die vom Hubmotor angetrieben wird.The estimation of the length L of the support rope can be, for example, from the count of the performed revolution of a winch for rolling up / unrolling the suspension rope 3 result, which is driven by the lifting motor.

Im Übrigen wird festgehalten, dass sich die gewollte manuelle Einstellung der Dynamik der Filterung durch die Auswahl des Wertes des Typisierungsparameters Tc vorteilhaft von der automatischen Einstellung unterscheidet und mit dieser nicht korreliert ist, die darin besteht, das Modell, und genauer den einen oder den anderen Koeffizienten der Zustandsmatrix A an die momentane materielle Konfiguration des Hebezeugs 2, und genauer an die Länge L des Tragseils 3 anzupassen.Incidentally, it is noted that the intentional manual adjustment of the dynamics of the filtering by selecting the value of the typing parameter Tc advantageously differs from and is uncorrelated with the automatic setting which consists of the model, and more specifically one or the other Coefficients of the state matrix A to the current material configuration of the hoist 2 , and more precisely to the length L of the suspension rope 3 adapt.

In anderen Worten ausgedrückt ermöglicht es der Typisierungsparameter Tc somit, den Typen des gewünschten dynamischen Verhaltens unabhängig von der materiellen Konfiguration des Hebezeugs einzustellen, und genauer, bei einer gegebenen materiellen Konfiguration (Gewichte, Trägheit, Hubhöhe) die Dynamik des Systems frei aus einer Vielzahl von verfügbaren Modi auszuwählen.In other words, the typing parameter Tc thus makes it possible to set the type of desired dynamic behavior independent of the material configuration of the hoist, and more specifically, given a given material configuration (weights, inertia, lifting height), the dynamics of the system freely from a plurality of select available modes.

Außerdem ist festzuhalten, dass die Korrekturverstärkungen ki1, ki2 ebenso wie die Pole, die die Dynamik des modellierten Systems kennzeichnen, vorteilhaft in expliziter und deterministischer Form durch Formeln definiert werden, die ausschließlich einerseits vom Typisierungsparameter Tc abhängig sind, und andererseits von Eingabedaten in Verbindung mit der materiellen Konfiguration des Systems (Masse m der schwebenden Last, Masse M des Wagens, Länge L des Tragseils, Trägheitsmodul lγ des Hebezeugs, Abstand x zur Rotationsachse des Anschlagpunktes).It should also be noted that the correction gains k i1 , k i2, as well as the poles characterizing the dynamics of the modeled system, are advantageously defined in explicit and deterministic form by formulas which depend exclusively on the one hand on the typing parameter Tc and on the other hand on input data in Connection with the material configuration of the system (mass m of the suspended load, mass M of the wagon, length L of the suspension rope, inertia modulus lγ of the hoist, distance x to the axis of rotation of the attachment point).

Auf diese Art können die Korrekturverstärkungen ki1, ki2 ebenso wie die Pole direkt und umgehend basierend auf diesen Daten berechnet werden, ohne dass man gezwungen wäre, die Kartografien (Abaki oder Datenbanken) vorab festzulegen, im Speicher abzulegen und regelmäßig abzufragen, die den verschiedenen vorhersehbaren Betriebssituationen des Hebezeugs beispielsweise in Form von Punktewolken verschiedene Korrekturverstärkungswerte zuordnen würden, die an jede Ladesituation und/oder jede räumliche Konfiguration des Hebezeugs angepasst sind.In this way, the correction gains k i1 , k i2 as well as the poles can be computed directly and promptly based on these data without being forced to predetermine, store in memory and periodically interrogate the cartographies (abaki or databases) assign different correction gain values, which are adapted to each loading situation and / or each spatial configuration of the hoist different predictive operating situations of the hoist, for example in the form of point clouds.

Auch hier ermöglicht das verwendete Verfahren eine Erleichterung der Datenspeicherkapazitäten, die zur Steuerung des Hebezeugs nötig sind.Again, the method used to facilitate the data storage capacities that are necessary to control the hoist.

Als Anhaltspunkt kann der Typisierungsparameter Tc aus einem Bereich ausgewählt werden, der zwischen 0,2 und 2, vorzugsweise zwischen 0,3 (6 und 7) und 1,8 (4 und 5) liegt.As an indication, the typing parameter Tc may be selected from a range between 0.2 and 2, preferably between 0.3 ( 6 and 7 ) and 1.8 ( 4 and 5 ) lies.

Im vorliegenden Fall entsprechen die niedrigen Tc Werte einem „gedämpften” Unterstützungsmodus, relativ langsam und stabil, und die hohen Tc Werte einem „reaktiven” Unterstützungsmodus, schneller und etwas weniger stabil als der gedämpfte Modus.In the present case, the low Tc values correspond to a "damped" assist mode, relatively slow and stable, and the high Tc values to a "reactive" assist mode, faster and somewhat less stable than the damped mode.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren einen Steuerschritt im offenen Regelkreis, der darin besteht, den gefilterten Steuersollwert (gefilterter Geschwindigkeitssollwert) Y, das heißt x1 = γ . für die Rotation R, und x1 = x . für den Vorschub T, auf ein Steuersystem des Hebezeugs 2 im offenen Regelkreis anzuwenden, das heißt auf ein Steuersystem, das den besagten gefilterten Sollwert für die Steuerung (Geschwindigkeit) Y, γ ., x . auf die Antriebsvorrichtungen des Anschlagpunktes H anwendet, die konzipiert sind, um den Anschlagpunkt H in einer angenommenen Bewegung R, T zu bewegen, ohne die gemessene oder berechnete Rückführung für den Winkel, oder die Winkelgeschwindigkeit, des effektiven Pendelns der reellen schwebenden Last, noch vorzugsweise die gemessene oder berechnete Rückführung für die effektive Geschwindigkeit der Bewegung des reellen Anschlagpunkts zu verwenden.Preferably, the method comprises an open-loop control step consisting in passing the filtered control setpoint (filtered speed setpoint) Y, ie x1 = γ. for the rotation R, and x1 = x. for the feed T , to a control system of the hoist 2 to apply in the open loop, that is to say to a control system which controls the said filtered set point (speed) Y, γ, x. to the drive devices of the attachment point H , which are designed to move the attachment point H in an assumed movement R , T , without the measured or calculated return for the angle, or the angular velocity, of the effective oscillation of the real levitated load, more preferably Use the measured or calculated feedback for the effective velocity of the real impact point movement.

In anderen Worten ermöglicht die Erfindung die virtuelle Definition eines Geschwindigkeitssollwerts x1 bei der Filterung, der es dem virtuellen System ermöglicht, die durch die Auswahl des Typisierungskoeffizienten Tc festgelegten Geschwindigkeits- und Stabilitätskriterien zu erfüllen, und diesen Geschwindigkeitssollwert x1 aus einer virtuellen Modellierung auf das reelle Hebezeug 2 umzusetzen, als effektiver, gefilterter Sollwert für die Geschwindigkeit, und dies im offenen Regelkreis, das heißt blind, ohne Ansteuerung, die darauf abzielt, danach das reelle Pendeln zu bekämpfen, das eventuell aus der Anwendung dieses gefilterten Sollwerts hervorginge, oder aber das aus externen Störungen hervorginge.In other words, the invention enables the virtual definition of a speed setpoint x 1 in the filtering that allows the virtual system to satisfy the speed and stability criteria set by the selection of the typing coefficient Tc, and that speed setpoint x 1 from a virtual modeling to the real hoist 2 as an effective, filtered speed reference, and this in open-loop, ie blind, no control, which aims to combat thereafter the real commutation that may result from the application of this filtered setpoint, or that from external ones Disorders emerged.

Zu diesem Zweck wird festgehalten, dass ein eventuelles reelles Pendeln, das als Konsequenz der Anwendung des gefilterten Sollwerts auf das reelle Hebezeug angewandt wird, in jedem Fall intrinsisch verringert würde, schon allein aus dem Grunde, dass der besagte gefilterte Sollwert genau so ausgearbeitet wird, dass das Auftreten eines solchen Pendelns minimiert oder gar verhindert wird. For this purpose, it is noted that any real commutation applied to the real hoist as a consequence of the application of the filtered set point would in any case be intrinsically reduced, if only for the reason that the said filtered set point is worked out in the same way, that the occurrence of such commuting is minimized or even prevented.

In jedem Fall ermöglicht die Erfindung so vorteilhaft die Vereinfachung der Struktur des Hebezeugs 2, da es im Speziellen nicht nötig ist, Sensoren (noch entsprechende Verdrahtungen) vorzusehen, die zum Messen und zum Überwachen der reellen Pendelwerte bestimmt sind.In any case, the invention so advantageously allows the simplification of the structure of the hoist 2 in particular, since it is not necessary to provide sensors (still corresponding wirings) intended for measuring and monitoring the real pendulum values.

Darüber hinaus beschränkt man so die Anzahl an durchzuführenden Messungen und Informationsverarbeitungen, wodurch die Berechnungen erleichtert, und folglich die Größe und der Energieverbrauch der eingebauten elektronischen Steuervorrichtung am Hebezeug 2 reduziert werden können.Moreover, this limits the number of measurements and information processing to be performed, thereby facilitating the calculations, and consequently the size and power consumption of the built-in electronic control device on the hoist 2 can be reduced.

Die Zuverlässigkeit einer solchen Anwendung im offenen Regelkreis setzt selbstverständlich voraus, dass das reelle System der schwebenden Last am Hebezeug 2 ein Verhalten nahe jenem des Modells aufweist, was hier der Fall ist.Of course, the reliability of such an open-loop application assumes that the real system is the hovering load on the hoist 2 has a behavior close to that of the model, which is the case here.

Die Erfindung betrifft als solches auch einen Rechner oder einen Datenträger, der von einem Rechner gelesen werden kann, der Codeelemente eines EDV-Programms empfängt oder enthält, das die Umsetzung eines erfindungsgemäßen Ansteuerverfahrens ermöglicht, wenn die besagten Codeelemente vom besagten Rechner gelesen werden.As such, the invention also relates to a computer or a data carrier that can be read by a computer that receives or contains code elements of a computer program that allows the implementation of a driving method according to the invention, when said code elements are read by said computer.

Die Erfindung betrifft schließlich als solche ein Hebezeug 2, wie einen Turmkran, einen Mast 4 umfassend, der sich in etwa über eine erste vertikale Achse erstreckt, die Orientierungsachse (ZZ') genannt wird, einen Ausleger 5, der den besagten Mast schneidet, der sich über eine zweite Achse erstreckt, die Verteilungsachse (XX') genannt wird, und der einen Anschlagpunkt H trägt, an dem eine schwebende Last 1 aufgehängt werden kann, sowie Antriebsvorrichtungen, mit denen der besagte Anschlagpunkt H in eine Rotationsbewegung R um die Orientierungsachse (ZZ') und in eine Vorschubbewegung T entlang der Verteilungsachse (XX') versetzt werden kann.Finally, the invention relates as such to a hoist 2 like a tower crane, a mast 4 comprising, extending approximately over a first vertical axis, the orientation axis (ZZ ') is called, a boom 5 which intersects said mast which extends over a second axis, called the distribution axis (XX '), and which carries an abutment point H against which a hovering load 1 can be hung, as well as driving devices with which said abutment point H in a rotational movement R about the orientation axis (ZZ ') and in a feed movement T along the distribution axis (XX') can be added.

Gemäß der Erfindung werden die Antriebsvorrichtung(en) des besagten Hebezeugs 2, die zumindest einem der beiden Bewegungen zur Rotation R und Vorschub T, und vorzugsweise jeder dieser beiden Bewegungen zugeordnet werden, durch eine Steuervorrichtung gesteuert werden, das mit Rechen- und Programmiermitteln versehen ist, die konzipiert sind, um in Echtzeit durch ein erfindungsgemäßes Verfahren einen Brutto-Steuersollwert (Geschwindigkeitssollwert) Vi zu filtern, der durch den Bediener des Hebezeugs definiert wird, und zur Anwendung des resultierenden gefilterten Steuersollwerts (gefilterten Geschwindigkeitssollwerts) Y, γ ., x . auf die entsprechende Antriebsvorrichtung.According to the invention, the drive device (s) of said hoist are 2 which are associated with at least one of the two movements for rotation R and feed T , and preferably each of these two movements, are controlled by a control device provided with calculating and programming means which are designed to operate in real time by a method according to the invention Gross control setpoint (speed setpoint) V i to be filtered, defined by the operator of the hoist, and to apply the resulting filtered control setpoint (filtered speed setpoint) Y, γ, x. on the corresponding drive device.

Selbstverständlich lässt sich die Erfindung keinesfalls nur auf die beschriebenen Varianten einschränken, da vor allem der Fachmann in der Lage ist, die einen oder anderen oben genannten Merkmale zu isolieren oder frei miteinander zu kombinieren, oder diese durch gleichwertiges zu ersetzen.Of course, the invention can in no way be limited only to the variants described, since above all the skilled person is able to isolate one or the other features mentioned above or combine freely with each other, or to replace them with equivalent.

Im Besonderen wäre es durchaus möglich, jedes andere geeignete Modell und/oder jedes andere räumliche Koordinatensystem zu verwenden, auch wenn die Anzahl der Komponenten des Zustandsvektors X und/oder die Formulierung der Korrekturverstärkungen in Abhängigkeit vom Typisierungsparameter Tc entsprechend angepasst werden muss.In particular, it would be quite possible to use any other suitable model and / or spatial coordinate system, even though the number of components of the state vector X and / or the formulation of the correction gains must be adjusted accordingly depending on the typing parameter Tc.

Vorzugsweise ermöglicht es die Erfindung, das Pendeln einer schwebenden Last 1 beim Verfahren letzterer in zuverlässiger und relativ einfacher Form, gemäß einer oder zweier getrennter oder kombinierter Bewegungen R, T einzuschränken, und dem Hebezeug dadurch ein einstellbares, sicheres und vorhersehbares Verhalten zu vermitteln, das dem Bediener je nach persönlicher Typisierung Tc, die von letzterem selbst definiert wird, ein getreues und bequemes Steuerempfinden bietet.Preferably, the invention enables the commutation of a suspended load 1 when moving the latter in a reliable and relatively simple manner, according to one or two separate or combined movements R , T , thereby imparting to the hoist an adjustable, safe and predictable behavior, which depends on the personal typing Tc of the operator himself defined, provides a faithful and comfortable sense of control.

Vorteilshalber ermöglicht die Einfachheit des angewandten Verfahrens und Modells den Erhalt einer ausreichend präzisen Schätzung des Pendelverhaltens der schwebenden Last, um einerseits das Pendeln etwas abzuschwächen, und andererseits die gewünschte Reaktionsfähigkeit gegenüber den Schwankungen des Geschwindigkeitssollwerts beizubehalten, ohne sich deshalb mit schweren Rechenvorgängen mit komplexen Algorithmen zu belasten, die darauf abzielen würden, eine(n) optimierte Geschwindigkeit und/oder Weg zu erhalten.For the sake of convenience, the simplicity of the method and model used allows one to obtain a sufficiently precise estimate of the pendulum behavior of the suspended load, on the one hand, to somewhat reduce commuting, and, on the other, to maintain the desired responsiveness to the velocity setpoint fluctuations, without resorting to heavy computations involving complex algorithms which would aim to obtain an optimized speed and / or path.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • FR 2704847 [0003] FR 2704847 [0003]

Claims (11)

Verfahren zum Steuern der Bewegung einer schwebenden Last (1) an einem Anschlagpunkt (H) eines Hebezeugs (2), wobei der besagte Anschlagpunkt (H) konzipiert ist, um sich mittels Gierbewegung (R) um eine erste vertikale Achse (ZZ'), die „Orientierungsachse” genannt wird, und/oder gemäß einer Vorschubbewegung (T) entlang einer zweiten Achse (XX'), die „Verteilungsachse” genannt wird, und die besagte vertikale Achse (ZZ') schneidet, zu bewegen, wobei die Bewegung der schwebenden Last (1) durch einen Steuersollwert gesteuert wird, der sich auf eine charakteristische Größe für die Bewegung der besagten Last (1) bezieht, die „angesteuerte Größe” genannt wird, wie beispielsweise die Rotationsgeschwindigkeit (Vo) und/oder beziehungsweise die Vorschubgeschwindigkeit (Vd) des Anschlagpunkts (H), wobei das besagte Verfahren folgendes umfasst: einen Schritt (a) zur Erfassung des Sollwerts, im Laufe dessen man in Echtzeit einen Steuersollwert erfasst, der „Brutto-Steuersollwert” (Vi) genannt wird, und der dem Wert der angesteuerten Größe entspricht, den der Bediener des Hebezeugs (2) zum angenommenen Zeitpunkt (t) anpeilt, dann einen Schritt (b) zum Filtern des Sollwerts, im Laufe dessen: – man das Pendelverhalten der schwebenden Last (1) gemäß der angenommenen Bewegung (R, T) durch ein virtuelles Modell (Ẋ = AX + BU) modelliert, das einen Zustandsvektor (X) verwendet, der zumindest eine „Hauptkomponente” (x1) genannte Komponente umfasst, die der angesteuerten Größe entspricht, sowie andere „Zusatzkomponenten” (x3, x4) genannte Komponenten, die repräsentativ für kinematische Größen sind, die charakteristisch für die Pendelbewegung der schwebenden Last sind, wie der Pendelwinkel (θ, ϕ) oder die Pendel-Winkelgeschwindigkeit (θ ., ϕ .) je nach angenommener Bewegung, – man eine Zustandsregelung (Ui = ki0·Vi – Ki·X) auf das virtuelle Modell (Ẋ = AX + BU) anwendet, die neben einem für den Brutto-Steuersollwert repräsentativen Sollwertglied (ki0·Vi), das im Rahmen des Erfassungsschrittes erfasst wurde, ein Korrekturglied (Ki·X) umfasst, das dem Produkt eines Korrekturvektors (Ki) mal dem Zustandsvektor (X) entspricht, unter Verwendung eines Korrekturvektors (Ki), bei dem zumindest bestimmte Korrekturverstärkungen (ki1, ki2), die den Zusatzkomponenten zugeordnet werden, in Abhängigkeit von einem selben vorbestimmten Typisierungsparameter (Tc) zum Ausdruck gebracht werden, wobei der besagte Typisierungsparameter (Tc) vom Bediener des Hebezeugs frei eingestellt werden kann, um die besagten Korrekturverstärkungen (ki1, ki2) einstellen zu können, – und man aus dem virtuellen Modell einen Steuersollwert extrahiert, der „gefilterter Steuersollwert” (Y, γ ., x .) genannt wird, der der Hauptkomponente (x1) des Zustandsvektors (X) entspricht.Method for controlling the movement of a suspended load ( 1 ) at an attachment point (H) of a hoist ( 2 ), wherein said abutment point (H) is designed to be referred to by yawing (R) about a first vertical axis (ZZ '), the "orientation axis", and / or according to a feed movement (T) along a second axis ( XX '), called the "distribution axis", and said vertical axis (ZZ') intersects to move, the movement of the suspended load ( 1 ) is controlled by a control setpoint, which is based on a characteristic quantity for the movement of the said load ( 1 ), which is called "controlled quantity", such as the rotational speed (V o ) and / or the feed rate (V d ) of the impact point (H), said method comprising: a step (a) for detecting the Command value during which a control target value is recorded in real time, called the "gross control target value" (V i ), which corresponds to the value of the commanded variable which the operator of the hoist ( 2 ) at the assumed point in time (t), then a step (b) for filtering the setpoint, in the course of which: - the pendulum behavior of the suspended load ( 1 ) is modeled according to the assumed motion (R, T) by a virtual model (Ẋ = AX + BU) using a state vector (X) comprising at least one component called "principal component" (x 1 ) corresponding to the commanded magnitude , as well as other "accessory components" (x 3 , x 4 ) components representative of kinematic variables characteristic of the pendulum motion of the suspended load, such as the pendulum angle (θ, φ) or the pendulum angular velocity (θ., φ.) depending on the assumed movement, - one applies a state control (U i = k i0 · V i -K i · X) to the virtual model (Ẋ = AX + BU), which in addition to a representative for the gross control setpoint value element (k i0 · V i), which has been detected within the detecting step comprises a correction element (K i · X) corresponding to (the product of a correction vector K i) times (the state vector X), (using a correction vector K i), wherein the at least determined correction gains (k i1 , k i2 ) associated with the additional components are expressed in dependence on a same predetermined typing parameter (Tc), said typing parameter (Tc) being freely adjustable by the operator of the hoist to be able to adjust said correction gains (k i1 , k i2 ), and to extract from the virtual model a control setpoint, the "filtered control setpoint" (Y, γ., X.) which corresponds to the main component (x 1 ) of the state vector (X). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: man im Laufe des Schrittes (a) zur Erfassung des Sollwertes in Echtzeit einen Geschwindigkeitssollwert (Vi) erfasst, der repräsentativ für die Rotationsgeschwindigkeit (Vo) und/oder beziehungsweise für die Vorschubgeschwindigkeit (Vd) ist, die der Bediener des Hebezeugs (2) zum betrachteten Zeitpunkt (t) dem Anschlagpunkt (H) übermitteln möchte, und man danach im Laufe des Schrittes (b) der Sollwertfilterung: – das Pendelverhalten der schwebenden Last (1) gemäß der angenommenen Bewegung (R, T) durch ein virtuelles Modell (Ẋ = AX + BU) modelliert, welches einen Zustandsvektor (X) verwendet, der zumindest eine Komponente der momentanen Geschwindigkeit (x1) umfasst, die repräsentativ für die momentane Geschwindigkeit (γ ., x .) des Anschlagpunktes (H) gemäß der angenommenen Bewegung ist, eine Pendel-Winkelkomponente (x4), die repräsentativ für den Pendelwinkel (θ, ϕ) der schwebenden Last (1) gemäß der angenommenen Bewegung ist, und eine Winkelgeschwindigkeitskomponente (x3) für das Pendeln, die repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit für das Pendeln (θ ., ϕ .) gemäß der angenommenen Bewegung ist, – man eine Zustandsregelung (Ui = ki0·Vi – Ki·X) auf das besagte virtuelle Modell (Ẋ = AX + BU) anwendet, die neben einem für den Geschwindigkeitssollwert (Vi) repräsentativen Sollwertglied (ki0·Vi), das im Rahmen des Erfassungsschrittes erfasst wurde, ein Korrekturglied (Ki·X) umfasst, das dem Produkt eines Korrekturvektors (Ki) mal dem Zustandsvektor (X) entspricht, unter Verwendung eines Korrekturvektors (Ki), bei dem die Korrekturverstärkungen (ki1, ki2), die jeweils der Winkelgeschwindigkeitskomponente (x3) und der Pendelwinkelkomponente (x4) des Zustandsvektors (X) zugeordnet werden, in Abhängigkeit von einem selben vorbestimmten Typisierungsparameter (Tc) zum Ausdruck gebracht werden, wobei der besagte Typisierungsparameter (Tc) vom Bediener des Hebezeugs frei eingestellt werden kann, um die besagten Korrekturverstärkungen (ki1, ki2) einstellen zu können. – man aus dem virtuellen Modell einen gefilterten Geschwindigkeitssollwert (Y, γ ., x .) extrahiert, der der Komponente (x1) der momentanen Geschwindigkeit des Zustandsvektors (X) entspricht.A method according to claim 1, characterized in that: in the course of step (a) for detecting the target value in real time a speed command value (V i ) is detected, representative of the rotational speed (V o ) and / or for the feed rate (V d ) the operator of the hoist ( 2 ) at the point in time (t) to be transmitted to the attachment point (H), and then during step (b) of the target value filtering: - the pendulum behavior of the suspended load ( 1 ) is modeled according to the assumed motion (R, T) by a virtual model (Ẋ = AX + BU) which uses a state vector (X) comprising at least one component of the instantaneous velocity (x 1 ) representative of the instantaneous velocity (γ., x.) of the impact point (H) according to the assumed motion, a pendulum angle component (x 4 ) representative of the pendulum angle (θ, φ) of the suspended load ( 1 ) according to the assumed motion, and an angular velocity component (x 3 ) for the oscillation representative of the angular velocity for the oscillation (θ., φ.) according to the assumed movement - to a state control (U i = k i0 · V i - K i · X) applying to said virtual model (X = AX + BU), the representative beside a for the speed setpoint (V i) Setpoint member (k i0 · V i ), which was detected in the detection step , a correction term (K i · X) corresponding to the product of a correction vector (K i ) times the state vector (X), using a correction vector (K i ) in which the correction gains (k i1 , k i2 ) respectively associated with the angular velocity component (x 3 ) and the pendulum angle component (x 4 ) of the state vector (X) are expressed in response to a same predetermined typing parameter (Tc) and said typing parameter (Tc) can be freely set by the hoist operator to set said correction gains (k i1 , k i2 ). - From the virtual model, a filtered speed setpoint (Y, γ., X.) which corresponds to the component (x 1 ) of the instantaneous velocity of the state vector (X). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturverstärkungen (ki1, ki2) beim Schritt der Sollwertfilterung in Abhängigkeit vom Typisierungsparameter (Tc) ausgedrückt werden, sodass man aus der Entwicklungsmatrix (A – BK) des virtuellen Modells im geschlossenen Regelkreis eine Sub-Matrix (Ar) der Dimension 2×2 extrahieren kann, welche einerseits die besagten Korrekturverstärkungen (ki1, ki2) mit zwei Zusatzkomponenten des Zustandsvektors verbindet, Zusatzkomponenten, die vorzugsweise jeweils der Pendel-Winkelgeschwindigkeitskomponente (x3) und der Pendelwinkelkomponente (x4) entsprechen, und deren Eigenwerte (λ) andererseits einen reellen Abschnitt ungleich Null besitzen, der vollkommen durch den besagten Typisierungsparameter (Tc) bestimmt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the correction gains (k i1 , k i2 ) are expressed in the step of the setpoint filtering as a function of the typing parameter (Tc), such that one derives from the development matrix (A - BK) of the closed-loop virtual model can extract a sub-matrix (Ar) of dimension 2 × 2, which on the one hand, the said correction gains (k i1 , k i2 ) with two additional components of the state vector, additional components which preferably respectively correspond to the pendulum angular velocity component (x 3 ) and the pendulum angle component (x 4 ), and whose eigenvalues (λ) on the other hand have a real non-zero portion completely due to the said typing parameter (Tc) is determined. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenwerte (λ) der Sub-Matrix (Ar) einen reellen Abschnitt (Re(λ)) ungleich Null und direkt proportional oder gar gleich dem besagten Typisierungsparameter (Tc) oder umgekehrt (1/Tc) zum Typisierungsparameter besitzen.Method according to Claim 3, characterized in that the eigenvalues (λ) of the sub-matrix (Ar) have a real section (Re (λ)) not equal to zero and directly proportional to or even equal to said typing parameter (Tc) or vice versa (1 / Tc ) to the typing parameter. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturverstärkungen (ki1, ki2) auch in Abhängigkeit von der Länge (L) des Tragseils (3) ausgedrückt werden, das die schwebende Last (1) mit dem Anschlagpunkt (H) verbindet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the correction gains (k i1 , k i2 ) also depend on the length (L) of the supporting cable ( 3 ) expressing the suspended load ( 1 ) connects to the stop point (H). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein dynamisches Modell verwendet, welches die Masse (M) des Anschlagpunktes (H) und jene (m) der schwebenden Last (1) einbezieht, wobei das besagte dynamische Modell wie folgt definiert wird: entweder durch ein „ohne Kopplung” genanntes Modell, ausgedrückt durch:
Figure DE102015100669A1_0013
mit:
Figure DE102015100669A1_0014
oder durch ein „mit Kopplung” genanntes Modell, ausgedrückt durch:
Figure DE102015100669A1_0015
mit:
Figure DE102015100669A1_0016
Modelle, bei denen: m [kg] die Masse der schwebenden Last (1) ist, M [kg] die Masse des Anschlagpunktes (H) ist, lγ [kg·m2] das Trägheitsmoment des Hebezeugs (2) ist, welches den Anschlagpunkt (H) trägt, im Verhältnis zur Orientierungsachse (ZZ'), γ [rad] die Winkelstellung des Anschlagpunkts (H) um die Orientierungsachse (ZZ') ist, x [m] der Abstand vom Anschlagpunkt (H) zur Orientierungsachse (ZZ'), L [m] die Länge des Tragseils (3) ist, das die schwebende Last (1) mit dem Anschlagpunkt (H) verbindet, Φ [rad] die radiale Komponente des Pendelwinkels der schwebenden Last (1) in der vertikalen Ebene, die Verteilungsachse (XX') umfassend ist, θ [rad] die orthoradiale Komponente des Pendelwinkels der schwebenden Last (1) in der vertikalen Ebene tangential zur Rotationsbewegung des Anschlagpunkts (H) ist, Tγ [N·m] ist das Motormoment, das angelegt wird, um den Anschlagpunkt (H) in Rotation um die Orientierungsachse (ZZ') zu versetzen, Fx [N] ist die Kraft, die auf den Anschlagpunkt (H) ausgeübt wird, um diesen entlang der Verteilungsachse (XX') voranzubringen,
Figure DE102015100669A1_0017
und dadurch, dass man auf das angenommene Modell die Zustandsregelung anwendet: Ui = ki0·Vi – KiX mit Ki = [ki0,0, ki1, ki2], mit der Bestimmung i = d für die Verteilungsregelung, und i = o für die Orientierungsregelung.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that it uses a dynamic model which measures the mass (M) of the impact point (H) and that (m) of the suspended load (M). 1 ), wherein said dynamic model is defined as follows: either by a model called "uncoupled", expressed by:
Figure DE102015100669A1_0013
With:
Figure DE102015100669A1_0014
or by a model called 'coupled', expressed by:
Figure DE102015100669A1_0015
With:
Figure DE102015100669A1_0016
Models in which: m [kg] is the mass of the suspended load ( 1 ), M [kg] is the mass of the lifting point (H), lγ [kg · m 2 ] the moment of inertia of the hoist ( 2 ), which carries the attachment point (H), in relation to the orientation axis (ZZ '), γ [rad] is the angular position of the attachment point (H) about the orientation axis (ZZ'), x [m] is the distance from the attachment point (H ) to the orientation axis (ZZ '), L [m] the length of the support cable ( 3 ), which is the floating load ( 1 ) with the attachment point (H), Φ [rad] the radial component of the pendulum angle of the suspended load ( 1 ) in the vertical plane comprising the distribution axis (XX '), θ [rad] is the orthoradial component of the pendulum angle of the levitated load ( 1 ) in the vertical plane is tangential to the rotational movement of the abutment point (H), Tγ [N · m] is the motor torque which is applied to set the abutment point (H) in rotation about the orientation axis (ZZ '), Fx [N ] is the force exerted on the attachment point (H) in order to advance it along the distribution axis (XX '),
Figure DE102015100669A1_0017
and by applying the state control to the assumed model: U i = k i0 · V i - K i X with K i = [k i0 , 0, k i1 , k i2 ], with the determination i = d for the distribution control, and i = o for the orientation control.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Korrekturverstärkungen (ki1, ki2) wie folgt erfolgt:
Figure DE102015100669A1_0018
wobei i = d für die Verteilungssteuerung, und i = o für die Orientierungssteuerung ist.
Method according to Claim 6, characterized in that the selection of the correction gains (k i1 , k i2 ) is effected as follows:
Figure DE102015100669A1_0018
where i = d for the distribution control, and i = o for the orientation control.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Typisierungsparameter (Tc) aus einem Bereich ausgewählt wird, der zwischen 0,2 und 2, vorzugsweise zwischen 0,3 und 1,8 liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the typing parameter (Tc) is selected from a range which is between 0.2 and 2, preferably between 0.3 and 1.8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Steuerschritt im offenen Regelkreis umfasst, der darin besteht, den gefilterten Steuersollwert (Y, γ ., x .) auf ein Steuersystem des Hebezeugs im offenen Regelkreis anzuwenden, das heißt auf ein Steuersystem, das den besagten Steuersollwert (Y, γ ., x .) auf Antriebsvorrichtungen des Anschlagpunktes (H) anwendet, die konzipiert sind, um den Anschlagpunkt in der angenommenen Bewegung (R, T) zu bewegen, ohne die gemessene oder berechnete Rückführung für den Winkel, oder die Winkelgeschwindigkeit, des effektiven Pendelns der reellen schwebenden Last, noch vorzugsweise die gemessene oder berechnete Rückführung für die effektive Geschwindigkeit der Bewegung des reellen Anschlagpunkts zu verwenden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an open-loop control step consisting in passing the filtered control setpoint (Y, γ., X.) to apply to a control system of the hoist in the open loop, that is to a control system, the said control setpoint (Y, γ., X.) applies to abutment point (H) propulsion devices designed to move the abutment point in the assumed motion (R, T), without the measured or calculated return for the angle, or the angular velocity, of the effective oscillation of the real levitated load; it is still preferable to use the measured or calculated feedback for the effective velocity of the real impact point movement. Rechner oder Datenträger, der von einem Rechner gelesen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass er Codeelemente eines EDV-Programms enthält, die die Umsetzung eines erfindungsgemäßen Ansteuerverfahrens ermöglicht, wenn die besagten Codeelemente vom besagten Rechner gelesen werden.Computer or data carrier that can be read by a computer, characterized in that it contains code elements of a computer program that allows the implementation of a driving method according to the invention, when said code elements are read by said computer. Hebezeug (2), in der Art eines Turmkrans, einen Mast (4) umfassend, der sich in etwa über eine erste vertikale Achse erstreckt, die Orientierungsachse (ZZ') genannt wird, einen Ausleger (5), der den besagten Mast schneidet, der sich über eine zweite Achse erstreckt, die Verteilungsachse (XX') genannt wird, und der einen Anschlagpunkt (H) trägt, an dem eine schwebende Last (1) aufgehängt werden kann, sowie Antriebsvorrichtungen, mit denen der besagte Anschlagpunkt (H) in eine Rotationsbewegung (R) um die Orientierungsachse (ZZ') und in eine Vorschubbewegung (T) entlang der Verteilungsachse (XX') versetzt werden kann, wobei das besagte Hebezeug dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antriebsvorrichtung(en) des besagten Hebezeugs, die zumindest einem der beiden Bewegungen zur Rotation (R) und Vorschub (T), und vorzugsweise jeder dieser beiden Bewegungen zugeordnet werden, durch eine Steuervorrichtung gesteuert werden, das mit Rechen- und Programmiermitteln versehen ist, die konzipiert sind, um in Echtzeit durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 einen Brutto-Steuersollwert (Vi) zu filtern, der durch den Bediener des Hebezeugs definiert wird, und zur Anwendung des resultierenden gefilterten Steuersollwerts (Y, γ ., x .) auf die entsprechende Antriebsvorrichtung.Hoist ( 2 ), in the manner of a tower crane, a mast ( 4 ), which extends approximately over a first vertical axis, the orientation axis (ZZ ') is called, a boom ( 5 ) which intersects said mast which extends over a second axis, called the distribution axis (XX '), and which carries an abutment point (H) to which a suspended load ( 1 ) and drive means for translating said abutment point (H) into a rotational movement (R) about the orientation axis (ZZ ') and an advancing movement (T) along the distribution axis (XX') Hoist characterized in that the drive device (s) of said hoist, which are assigned to at least one of the two movements for rotation (R) and feed (T), and preferably each of these two movements, are controlled by a control device with rake and programming means designed to filter, in real time by the method of any one of claims 1 to 9, a gross control setpoint (V i ) defined by the operator of the hoist and to apply the resulting filtered control setpoint (Y, γ., X.) on the corresponding drive device.
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