DE3714570A1

DE3714570A1 - Schwingungen entgegenwirkende steuerung fuer einen haengekran

Info

Publication number: DE3714570A1
Application number: DE19873714570
Authority: DE
Inventors: Yasuhisa Abe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1987-11-05
Anticipated expiration: 2007-05-01
Also published as: FR2598141B1; JPH0742072B2; JPS62259986A; KR870011035A; KR910008199B1; DE3714570C2; FR2598141A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwingungen entgegenwirkende Steuerung für einen Hängekran für eine Schwingungen entgegenwirkende Steuerung oder Antischwingsteuerung eines zu transportierenden Körpers während seines Tranportes durch den Hängekran im hängenden Zustand und insbesondere eine derartige Steuerung für einen Hängekran, bei dem der zu transportierende Körper an einem linearen Element, wie beispielsweise einem Drahtseil, von einem laufenden Körper aus aufgehängt ist, der auf einer bestimmten Gleis- oder Schienenfläche laufen kann, und der laufende Körper mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, um den zu transportierenden Körper mit einer konstanten Geschwindigkeit zu transportieren.

Steuervorrichtungen für eine Schwingungen entgegenwirkende Steuerung bei einem Hängekran auf dem oben beschriebenen technischen Gebiet sind beispielsweise in "(4) Anti-Swing Control by Microprocessor", International Microcomputer Application Conference 1980, S. 121 - 130 und in "(2021) An Anti-Swing Method for Wind-Up Traveling Type Overhead Crane", Proceedings of the 24th Meeting of Automatic Control Association (November, 1981) beschrieben. Als ein Modell eines Hänge- oder Laufkranes wird im folgendes ein einfaches Pendelmodell betrachtet, wie es in Fig. 1 der zugehörigen Zeichnung dargestellt ist. In Fig. 1 sind eine Laufkatze 1 und eine an der Laufkatze 1 über ein Seil 3 aufgehängte Last 2 dargestellt. Bei einer Erdbeschleunigung g und bei einer angenommenen Beschleunigung A der Laufkatze 1 erfüllt der Schwingwinkel R der aufgehängten Last 2 die folgende Gleichung:

Wenn angenommen wird, daß die Beschleunigung α ein fester Wert α₀ ist und daß die Länge des Seils 3 ein fester Wert ℓ₀ ist, dann fehlt in Gleichung 1 der zweite Ausdruck und ist die Bewegung des Pendels eine ungedämpfte Reaktion in einem Freiheitsgrad, die sich darstellen läßt als:

Das Ergebnis in Form der Phasenebene ist eine Kreisbahn mit einem Punkt (-α/g, 0) als Mittelpunkt und einem Radius α/g, wie es in Fig. 2a dargestellt ist, so daß die Schwingung während des Laufes der Laufkatze 1 mit konstanter Geschwindigkeit dadurch ausgeschaltet werden kann, daß die Beschleunigung beendet wird, wenn gerade eine Bahnrunde abgeschlossen ist.

Antischwingsteuervorrichtungen für einen Hängekran auf diesem Grundprinzip, die bereits vorgeschlagen wurden, lassen sich grob in Steuervorrichtungen, wie sie in Fig. 3a, 3b und 3c dargestellt sind, bei denen die Laufkatze auf der Grundlage eines Zeitintervalls gleich eines ganzzahligen Vielfachen der Schwingungsperiode beschleunigt und verzögert wird, die durch die Länge eines Seiles bestimmt ist, an dem die Last aufgehängt ist, und Steuervorrichtungen einteilen, wie sie in Fig. 4a, 4b und 4c dargestellt sind, die aus dem Minimalzeitsteuerproblem abgeleitet sind, das sich so formulieren läßt, eine maximale Laufkatzengeschwindigkeit zu erzielen und den Winkel der Schwingung der Last am Ende eines Beschleunigungsintervalls auf Null zu verringern, wobei nur dem Beschleunigungsintervall und dem Verzögerungsintervall für die Laufkatze Aufmerksamkeit geschenkt wird.

In den Fig. 3 und 4 sind mit V die Geschwindigkeit der Laufkatze, mit t die Zeit, mit α _max die maximale Beschleunigung der Laufkatze, mit α die Beschleunigung der Laufkatze und mit V _max die maximale Geschwindigkeit der Laufkatze bezeichnet.

Die Fig. 3a und 4a zeigen jeweils ein Geschwindigkeitsmuster der Laufkatze, die Fig. 3b und 4b zeigen jeweils eine Standardbeschleunigung, die an der Laufkatze liegt, und die Fig. 3c und 4c zeigen jeweils eine Laufbahn in einer Phasenebene der Schwingung der Last. Die Geschwindigkeit der Laufkatze, die anliegende Beschleunigung und die Bahn in der Phasenebene der Schwingung der Last sind ausschließlich mit der Zeit als Berechnungs- oder Bewertungskriterium auf der Grundlage der Länge des Seiles, der maximal erlaubten Geschwindigkeit der Laufkatze, der maximal erlaubten Beschleunigung, der Laufstrecke u. ä. bestimmt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Steuervorrichtungen beschrieben. Bei der in Fig. 3 dargestellten Steuervorrichtung ist zunächst die Schwingungsperiode

der aufgehängten Last nur durch die Länge ℓ des Seiles bestimmt, wobei die Vorrichtung einfach ist und die Beschleunigung wenig geändert wird, so daß die Belastung am Geschwindigkeitssteuersystem gering ist. Wenn die Laufkatze im Beschleunigungsintervall beschleunigt wird, beginnt die aufgehängte Last mit dem Mittelpunkt -α/g zu schwingen, wobei die Schwingung der Last nach

ist die Eigenfrequenz und n ist eine natürliche Zahl) auf Null reduziert ist. Im Intervall mit konstanter Geschwindigkeit ist dann die Beschleunigung gleich Null, was keinen Einfluß auf die Schwingung hat. Durch die Wahl der Verzögerungszeit gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Schwingungsperiode ist es daher möglich, die Schwingung der Last auf Null zu reduzieren, wenn die Laufkatze angehalten wird.

Bei der Antischwingsteuervorrichtung für einen Hängekran, die in Fig. 4 dargestellt ist, wird die Laufkatze wiederholt zu Schaltzeitpunkten beschleunigt und verzögert, die auf der Grundlage der Kranlaufverhältnisse wie beispielsweise der Länge des Seiles, der maximal erlaubten Beschleunigung und der maximal erlaubten Geschwindigkeit bestimmt sind, wodurch die Schwingung der Last auf Null reduziert wird und die Geschwindigkeit der Laufkatze am Ende des Beschleunigungsintervalls die maximale Geschwindigkeit erreicht. In Fig. 4 bezeichnet β ω und δ/ω jeweils die Beschleunigungszeit für die Laufkatze im Beschleunigungsintervall und bezeichnet q/ω eine Verzögerungszeit für die Laufkatze im Beschleunigungsintervall.

Wie es in Fig. 4c dargestellt ist, die die Bahn in der Phasenebene zeigt, verläuft die Bahn vom Ursprungspunkt Null zu einem Punkt A längs eines kreisförmigen Weges mit einem Mittelpunkt -α _max/g bei der ersten Beschleunigung und längs eines kreisförmigen Weges mit einem Mittelpunkt α _max/g zum Punkt B bei der anschließenden Verzögerung. Bei der zweiten Beschleunigung erreicht dann die Laufbahn den Ursprungspunkt Null der Phasenebene. Das hat zur Folge, daß die Schwingung der Last gleich Null ist, wenn die maximale Geschwindigkeit erreicht ist und daß im folgenden Intervall mit konstanter Geschwindigkeit die anliegende Beschleunigung gleich Null ist, so daß keine Schwingung hervorgerufen wird. Auch im Verzögerungsintervall kann die Schwingung der Last durch eine Steuerung auf Null reduziert werden, die ähnlich der im Beschleunigungsintervall ist.

Die beiden herkömmlichen Antischwingsteuervorrichtungen für einen Hängekran sind jedoch nur unter der Annahme wirksam, daß die Länge des Seils konstant während die Antischwingsteuerung festliegt.

Im folgenden wird die Bewegung eines Pendels unter Berücksichtigung von Änderungen in der Seillänge betrachtet. Wenn die Laufkatze während eines Aufwickelns mit konstanter Geschwindigkeit (ℓ = -C) mit einer Beschleunigung α beschleunigt wird, die einen festen Wert α₀ hat, dann ergibt sich aus Gleichung 1:

wobei ℓ₀: Anfangsseillänge.

Gleichung 3 gibt eine negativ gedämpfte Reaktionsbewegung in einem Freiheitsgrad wieder, deren Bahn in der Phasenebene eine auseinanderlaufende Spiralform hat, wie es in Fig. 2b dargestellt ist. Auf der Grundlage dieser Tatsache ist vorgeschlagen worden, die Beschleunigung α allmählich mit der Zeit t zu erhöhen (α = α₀ + α₁t) (wobei α₀ und α₁ Werte ungleich Null sind), um die Schwingung während des Laufes der Laufkatze mit konstanter Geschwindigkeit auszuschalten.

Da die herkömmliche Antischwingsteuerung bei einem Hängekran in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, benötigen die Steuerungen komplizierte arithmetische Rechenvorgänge und hochwertige Computer, so daß die arithmetischen Rechenvorgänge schwierig mit einer Steuerung auf Microcomputerbasis am Kran selbst ausgeführt werden können. Vom Standpunkt der Kosten aus ist es jedoch sehr schwierig, einen hochwertigen Computer zu verwenden, der am Kran vorgesehen ist.

Durch die Erfindung soll eine Schwingungen entgegenwirkende Steuerung für einen Hängekran geschaffen werden, bei der das Antischwingmuster festliegt, die Änderung der Länge des linearen Elements, an dem die Last aufgehängt ist, im Mittelwert als konstant angenommen wird und die Beschleunigungs/Verzögerungsumschaltzeiten, die der Länge des linienförmigen Elementes entsprechen, in Tabellenform in einer Steuerung am Kran vorliegen, um somit eine Antischwingsteuerung dadurch auszuführen, daß nur die Daten von der Tabelle bei der tatsächlichen Arbeit des Kranes wiedergewonnen werden.

Die erfindungsgemäße Schwingungen entgegenwirkende Steuerung für einen Hängekran ist so ausgebildet, daß dann, wenn sich die Länge des linearen Elementes während des Transportes eines zu transportierenden Körpers ändert, der mit dem linearen Element an einem laufenden Körper aufgehängt ist, die mittlere Länge des linearen oder strangförmigen Elementes durch eine Arbeitsschaltung aus einer vorgegebenen Funktion zur Berechnung der mittleren Länge des linearen Körpers und der Sollwerte, die in die Funktion einzusetzen sind, gebildet wird und die Geschwindigkeit des laufenden Körpers vor Erreichen eine konstanten Geschwindigkeit durch eine Kransteuerung nach Maßgabe eines Beschleunigungsintervalls und eines Verzögerungsintervalls gesteuert wird, die gemäß eines Ausgangssignals von der die mittlere Länge des linearen Körpers bildenden Schaltung von einem Datentabellenteil gelesen werden, an dem vorher entsprechend tabellierte Daten des Beschleunigungsintervalls und des Verzögerungsintervalls jeweils zum Beschleunigen und Verzögern des laufenden Körpers nach Maßgabe der mittleren Länge des linearen Elements und nach Maßgabe eine Geschwindigkeitsmusters gespeichert sind.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schwingungen entgegenwirkenden Steuerung für einen Hängekran beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Lastschwingungsverhältnisse bei einem herkömmlichen Hänge- oder Laufkran,

Fig. 2a und 2b in Kennkurven die Bahn in der Phasenebene in einem Beschleunigungsintervall mit konstanter Beschleunigung und in einem Bschleunigungsintervall mit sich ändernder Beschleunigung jeweils,

Fig. 3a, 3b und 3c in Kennkurven jeweils ein Geschwindigkeitsmuster, die anliegende Standardbeschleunigung und die Bahn der Lastschwingung in der Phasenebene bei einer Antischwingsteuerung für einen Hängekran mit Beschleunigung und Verzögerung eines laufenden Körpers nach Maßgabe einer Schwingungsperiode, die durch die Länge des Seils für eine aufgehängte Last bestimmt ist,

Fig. 4a, 4b und 4c in Kennkurven ein Geschwindigkeitsmuster, eine anliegende Standardbeschleunigung und die Bahn der Lastschwingung in einer Phasenebene bei einer Antischwingsteuerung für einen Hängekran, bei der nur einem Beschleunigungsintervall und einem Verzögerungsintervall für einen laufenden Körper Beachtung geschenkt wird, um eine maximale Geschwindigkeit des laufenden Körpers zu erzielen und den Winkel der Lastschwingung auf Null am Ende des Beschleunigungsintervalls zu reduzieren,

Fig. 5 in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerung für einen Hängekran,

Fig. 6 das Grundprinzip des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuerung mit dem Grundgedanken, eine Antischwingsteuerung nach Maßgabe der mittleren Seillänge auszuführen,

Fig. 7 in einer Kurve die Bahn in der Phasenebene für den Fall, in dem eine feste Seillänge als Approximation der mittleren Seillänge bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel verwandt wird,

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Bewegungsbahn des Schwerpunktes eines Krankübels für den Fall, daß die in Fig. 5 dargestellte Steuerung bei einem Entladekran vorgesehen ist, und

Fig. 9 in einer schematischen Darstellung die Bewegungsbahn des Schwerpunktes eines Krankübels bei der in Fig. 5 dargestellten Steuerung.

Fig. 5 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schwingungen entgegenwirkenden Steuerung für einen Hängekran. In Fig. 5 sind eine Laufkatze 1 als ein Beispiel eines laufenden Körpers, ein Kübel 2 als ein Beispiel eines Teils des zu transportierenden Körpers, ein Seil 3 als ein Beispiel eine linearen Elementes zum Aufhängen des Kübels 2, eine Hubtrommel 11, die in der Laufkatze 1 vorgesehen ist, um das Seil 3 auf- oder abzuwickeln, und ein Motor 12 zum Antreiben der Hubtrommel 11 über ein Untersetzungsgetriebe 13 dargestellt. Ein Tachometergenerator 14 ist direkt mit dem Motor 12 verbunden, ein Drehmeldegeber 15 ist auf eine Welle der Hubtrommel 11 gepaßt und eine Anhebe- oder Absenkantriebssteuerung 16 empfängt das Ausgangssignal des Tachometergenerators 14 als Rückkopplungssignal und gibt eine Antriebssignal für den Motor 12 aus. Ein Synchron-Digitalwandler 17 wandelt ein synchrones Signal vom Oszillator oder Drehmeldegeber 15 in ein digitales Signal um. Eine Laufkatzentrommel 21 dient dazu, die Laufkatze 1 in einer bestimmten Richtung über ein Seil 21 A zu bewegen, das schleifenförmig mit der Laufkatze 1 verbunden ist. Ein Motor 22 dient dazu, die Trommel 21 über ein Untersetzungsgetriebe 23 anzutreiben. Ein Tachometergenarator 24 ist direkt mit dem Motor 22 verbunden, und ein Drehmeldegeber 25 ist auf eine Welle der Trommel 21 gepaßt. Eine Laufkatzenantriebssteuerung 26 empfängt das Ausgangssignal des Tachometergenerators 24 als Rückkopplungssignal und gibt ein Antriebssignal für den Motor 22 aus. Ein Synchron-Digitalwandler 27 dient dazu, das synchrone vom Geber 25 in ein digitales Positionssignal umzuwandeln.

Eine programmierbare Steuerung 30, die mit einem Arbeitsbefehl S versorgt wird, empfängt ein Positionssignal für den Kübel 2 vom Synchron-Digitalwandler 17 und ein Positionssignal für die Laufkatze 1 vom Synchron- Digitalwandler 27 und arbeitet nach Maßgabe eines vorgegebenen Programms derart, daß sie Ein/Aus-Befehle der Anhebe- und Absenkantriebssteuerung 16 liefert un ein analoges Signal nach Maßgabe eines Arbeitsgeschwindigkeitsmusters der Laufkatzenantriebssteuerung 26 liefert. Die programmierbare Steuerung 30 umfaßt die folgenden Bauteile: eine Befehlsschaltung 31, an der der Arbeitsbefehl S liegt und die die Befehle für die Endpositionen der Bewegung der Hubeinrichtung und der Einrichtung für die seitliche Bewegung liefert, Positions-Servofunktionsschaltungen 32 und 33, an denen ein Positionsbefehl von der Befehlsschaltung 31 liegt, die mit den jeweiligen Rückkopplungs-Positionssignalen von den Wandlern 17 und 27 versorgt werden und von denen jede eine Positions-Servofunktion erfüllt, eine Arbeitsschaltung für die mittlere Seillänge 34, die die mittlere Seillänge ℓ_a unter Verwendung einer linearen Funktionsgleichung und Sollwerten berechnet, die vorher eingesetzt sind, um die mittlere Seillänge ℓ_a zu erhalten, und die mit Positionssignal vom Synchron-Digitalwandler 17 versorgt wird, um die mittlere Länge des Seils 3 zu berechnen und die mittlere Seillänge einem Datentabellenteil 35, der später beschrieben wird, auf einen Befehl von der Befehlsschaltung 31 ansprechend auszugeben, den Datentabellenteil 35, an dem vorher tabellierte Daten der Beziehung zwischen der mittleren Seillänge und den Schaltzeiten [β/ω und γ/ω in Fig. 4a] gespeichert sind, wie es später beschrieben wird, und eine ein Arbeitsmuster für die Laufkatze erzeugende Schaltung 36, an der eine Schaltzeit vom Datentabellenteil 35 liegt, die die Schaltzeit speichert, die mit einem Befehl für die Endposition der Bewegung von der Befehlsschaltung 31 versorgt wird und die ein analoges Signal nach Maßgabe des Laufkatzengeschwindigkeitsmusters (sh. Fig. 4a) der Laufkatzenantriebssteuerungs 26 ausgibt. Da das Arbeitsmuster der Absenk- und Anhebeantriebssteuerung 16 konstant festliegt, sind die Ausgangssignale der Positions-Servofunktionsschaltung 33 nur Ein- und Ausschaltbefehle.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Antischwinggeschwindigkeitsmuster benutzt, das in Fig. 4a dargestellt ist. Fig. 6 zeigt eine Darstellung der Festlegung der Seillänge auf den Mittelwert ℓ_a zwischen der Seillänge ℓ₀ vor Beginn der Beschleunigung der Laufkatze 1 und der Seillänge ℓ₁ am Ende der Beschleunigung. Wenn in Fig. 6 die Anhebegeschwindigkeit des Seils 3 gleich C ist, dann ergibt sich die Beziehung ℓ = ℓ₀ - Ct. Das hat zur Folge, daß die Phasenebene die durch eine gestrichelte Linie in Fig. 7 dargestellte Form hat, wobei ersichtlich ist, daß die Laufbahn in der Phasenebene im wesentlichen zum Usprungspunkt zurückkehrt.

Im folgenden wird ein Verfahren der Bestimmung der Schaltzeiten in einem Schwinggeschwindigkeitsmuster von Fig. 4a beschrieben. Wenn angenommen wird, daß die maximale Beschleunigung α _max der Laufkatze 1 Beschleunigungsintervall von Fig. 4a konstant ist, dann sind die Schaltzeiten β/ω, γ/ω und δ/ω der optimalen Steuerlösung gemäß Aufsatz von Satoru Fujita et al. "Anti-Swing Control by Microprocessor", International Microcomputer Application Conference 1980, in der folgenden Weise gegeben:

β - δ = 2(n - 1) π (5)

β + δ - γ = ω tacc (6)

tacc = V _max/α _max (8)

wobei V _max die maximale Geschwindigkeit der Laufkatze 1 im Intervall mit konstanter Geschwindigkeit ist.

Obwohl in diesem Fall die Seillänge ℓ konstant ist, gelten die obigen Gleichungen auch für den Fall, daß die Seillänge als auf einen mittleren Wert ℓ_a festliegend betrachtet wird, der in der oben beschriebenen Weise berechnet wird. Mit n = 1 und β = δ lassen sich darüber hinaus die Gleichungen 4 bis 8 in der folgenden Weise schreiben:

2β - γ = ω tacc (10)

tacc = V _max/α _max (12)

Da die Gleichungen 9 und 10 Bezugsausdrücke für β, γ und ℓ sind, liefert die Auflösung der Gleichungen 9 und 10 nach den γ-Ausdrücken den zusätzlichen Ausdruck für und ℓ:

und liefert ein Auflösen nach den β-Ausdrücken aus den Gleichungen 10 und 13 einen zusätzlichen Ausdruck für γ und ℓ, nämlich:

wobei F(ℓ) eine Funktion von ℓ als Variable ist.

Die Werte der Schaltzeilen β/ω und γ/ω für jeden Wert der Seillänge ℓ werden vorher aus den Gleichungen 13 und 14 erhalten. Die in dieser Weise erhaltenen Werte werden vorher im Datentabellenteil 35 mit der mittleren Seillänge ℓ_a als Seillänge ℓ in Tabellenform

gespeichert.

Fig. 8 zeigt die Bahn des Schwerpunktes eines Kübels 2, wenn die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung bei einem Entladekran angewandt wird. In Fig. 8 sind der Kübel 2, ein Seil 3, die Ladeluke 40 und die Oberfläche von in den Laderaum des Schiffes geladenem Erz dargestellt. Die Neigung des Weges des Kübels 2 ist durch die maximale Hubgeschwindigkeit C des Seiles 3 und die maximale Geschwindigkeit V _max der seitlichen Bewegung der Laufkatze 1 bestimmt. Die folgende Beschreibung gilt für den Fall, daß der Kübel 2 das Erz am Punkt R auf der Erzoberfläche 41 in Fig. 8 erfaßt und dann mit dem Anziehen des Seiles 3 begonnen wird, wobei die seitliche Bewegung an einem Punkt P₀ über dem Punkt R erfolgt. Da die Laufkatze 1 nach dem Geschwindigkeitsmuster von Fig. 4a beschleunigt wird, wird der Kübel seitlich entlang des Weges bewegt, der in Fig. 8 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist und beträgt die seitliche Verschiebung zum Zeitpunkt des Endes der Beschleunigung (Punkt Q₀) V _max · Ta/2, wobei Ta die Zeit des Beschleunigungsintervalls ist. Die Verschiebung in Hubrichtung des Kübels 2 durch ein Anziehen des Seiles 3 während dieses Zeitintervalls beträgt darüber hinaus C · Ta. Der Weg, entlang dem der Kübel 2 tatsächlich bewegt werden soll, ist jedoch der kürzeste Weg, der durch eine ausgezogene Linie in Fig. 8 dargestellt ist und durch den Punkt Q₁ geht. Wenn somit die Stelle des Beginns der Beschleunigung vom Punkt P₀ auf den Punkt P₁ verschoben wird und der Kübel 2 entlang des Weges bewegt wird, der durch die strichpunktierte Linie in Fig. 8 dargestellt ist, dann wird der objektiv kürzeste Weg realisiert. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den Punkten P₀ und P₁ gleich C · Ta/2, was gleich der Hälfte der Strecke ist, über die der Kübel 2 in Hubrichtung während der Beschleunigung der seitlichen Bewegung bewegt wird. Der Punkt P₀ entspricht nämlich der mittleren Seillänge während der Beschleunigung der seitlichen Bewegung. Bei der Bestimmung des Weges des Kübels 2 über ein Modell wird grundsätzlich der geradlinige kürzeste Weg (WegP₀-Q₁) gewählt, der durch eine ausgezogene Linie dargestellt ist und so beschaffen ist, daß der Kübel nicht an der Ecke der festlandsseitigen Ladeluke des Schiffes anstößt. Dieser Weg wird durch einen linearen Funktionsausdruck wiedergegeben und kann leicht über ein Modell bestimmt werden, wenn die Positionen in Richtung der seitlichen Bewegung und in Hubrichtung erst einmal bestimmt sind. Die mittlere Seillänge ℓ_a kann dadurch erhalten werden, daß die seitliche Position des Anhebeanfangspunktes in den Funktionsausdruck des Weges eingesetzt wird, der in dieser Weise bestimmt wird. Indem nämlich der Wert der Beschleunigungsstartposition (versuchsweise der Laufkatzenstartposition im linearen Funktionsausdruck) P₀ des Seiles 3 in den linearen Funktionsausdruck des Wertes eingesetzt wird, liefert P₀-Q₁ die mittlere Seillänge ℓ_a. Diese Berechnung erfolgt durch die mittlere Seillänge berechnende Arbeitsschaltung 34, nachdem die programmierbare Steuerung 30 den Arbeitsbefehl S empfangen hat.

Fig. 9 zeigt den Weg des Kübels 2, wobei weiterhin ein Trichter 42 der an Land vorgesehen ist, und eine Brücke 43 dargestellt sind, die an Land gehalten ist, so daß die Laufkatze 1 auf einer bestimmten Gleisfläche laufen kann. Der Weg des Kübels verläuft

R → P₁ → P₂ → P₃ → P₄ → P₅ → P₆ → P₇

wobei die Punkte P₃ und P₄ der gleiche Punkt sind. Die mit WIND (a) und TROLLEY (a) bezeichneten Kurven geben jeweils die Hubgeschwindigkeit und die Laufkatzengeschwindigkeit bezüglich der Position während der Bewegung des Kübels 2 entlang des Weges

R → P₁ → P₂ → P₃

wieder, wobei das Muster der seitlichen Bewegung dem Geschwindigkeitsmuster von Fig. 4a entspricht. Die Kurve WIND (b) und TROLLEY (b) zeigen jeweils die Absenkgeschwindigkeit und die Laufkatzengeschwindigkeit während des Rücklaufes des Kübels 2.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Wenn von der programmierbaren Steuerung 30 der Arbeitsbefehl S empfangen wird, berechnet die Arbeitsschaltung 34 die mittlere Seillänge ℓ_a in der oben beschriebenen Weise und gibt die Schaltung 34 den berechneten Wert aus. Der Datentabellenteil 35 liefert der das Arbeitsmuster erzeugenden Schaltung 36 die Werte der tabellierten Schaltzeiten β/ω (= δ/ω) und γ/ω entsprechend dem berechneten Wert der mittleren Seillänge ℓ_a, und die Schaltung 36 speichert die gelieferten Werte.

Die programmierbare Steuerung 30 steuert danach die Anhebe- und Absenkantriebssteuerung 16 derart, daß der Kübel 2 das Erz erfaßt und der Kübel 2 angehoben wird. Nachdem der Kübel 2 den Punkt P₁ erreicht hat, erfolgt eine Antischwingsteuerung nach dem Geschwindigkeitsmuster, das in Fig. 4a dargestellt ist. Auf den Empfang eines Befehls zum Beginn der Arbeit der Laufkatze von der Befehlsschaltung 31 über die Positionsservofunktionsschaltung 32 versorgt die das Arbeitsmuster erzeugende Schaltung 36 die Antriebssteuerung 26 für die seitliche Bewegung mit einem analogen Signal zum Beschleunigen der Laufkatze 1 mit einer Beschleunigung α _max für die Schaltzeit β/ω, die in der Schaltung 36 gespeichert ist. Das hat zur Folge, daß die Laufkatzenantriebssteuerung 36 während des Anliegens eines Rückkopplungssignals vom Tachometergenerator 34 die Laufkatzentrommel 32 über den Motor 22 und das Untersetzungsgetriebe 23 dreht, um die Laufkatze 1 für die Schaltzeit β/ω zu beschleunigen.

Nach Ablauf der Schaltzeit liefert die das Arbeitsmuster erzeugende Schaltung 36 der Laufkatzenantriebssteuerung 26 ein analoges Signal zum Verzögern der Laufkatze 1 mit einer Verzögerung von -α _max für die Schaltzeit γ/ω, die in der Schaltung 36 gespeichert ist. Das hat zur Folge, daß die Laufkatze 1 über die Schaltzeit γ/ω im Beschleunigungsintervall verzögert wird. Nach Ablauf der Schaltzeit γ/ω legt dann die das Arbeitsmuster erzeugende Schaltung 36 ein analoges Signal zum erneuten Beschleunigen der Laufkatze 1 mit einer Beschleunigung α _max für die Schaltzeit δ/ω (= β/ω) an die Laufkatzenantriebssteuerung 26. Das hat zur Folge, daß die Laufkatze 1 erneut für die Schaltzeit w/ω (= β/ω) beschleunigt wird. Nach Ablauf der Schaltzeit δ/ω ( =β/ω) befindet sich der Kübel 2 am Punkt Q₁ und beginnt das Intervall mit konstanter Geschwindigkeit, wie es in Fig. 4a dargestellt ist. Die das Arbeitsmuster erzeugende Schaltung 36 gibt daher ein analoges Signal zum Bewegen der Laufkatze mit konstanter Geschwindigkeit V _max aus, so daß die Laufkatze 1 mit der konstanten Geschwindigkeit V _max bewegt wird. Wenn die Arbeitsweise des Hängekrans vom Beschleunigungsintervall auf das Intervall mit konstanter Geschwindigkeit übergeht, ist die Schwingung des Kübels 2 auf Null gesteuert.

Auf ein Einschaltsignal von der Positions-Servofunktionsschaltung 33 ansprechend betätigt andererseits die Anhebe-Absenkantriebssteuerung 16, an der ein Rückkopplungssignal vom Tachometergenerator 14 liegt, die Hubtrommel 11 über den Motor 12 und das Untersetzungsgestriebe 13, um fortlaufend das Seil 3 mit konstanter Geschwindigkeit C anzuheben, und beendet die Steuerung 16 den Anhebevorgang, wenn der Kübel 2 den Punkt P₂ im Intervall mit konstanter Geschwindigkeit erreicht hat. Die Arbeitsschaltung 34 zum Bilden der mittleren Seillänge, an der ein Positionssignal vom Drehmeldegeber 15 über den Synchrondigitalwandler 17 während des Hochziehens des Seiles 3 liegt, berechnet die mittlere Seillänge ℓ_a auf der Grundlage des Positionssignals unmittelbar nach dem Hochziehen des Seils. Die mittlere Seillänge ℓ_a, die in dieser Weise berechnet wird, wird dem Datentabellenteil 35 zugeführt, der die praktikablen Schaltzeiten β/ω und γ/ω ausgibt. Die fortgeschriebenen Werte werden in der das Arbeitsmuster erzeugenden Schaltung 36 in der gleichen Weise gespeichert, wie es oben erwähnt wurde, um bei dem folgenden ähnlichen Arbeitsvorgang benutzt zu werden.

Bei der Ankunft der Laufkatze 1 an der Grenzposition zwischen dem Intervall mit konstanter Geschwindigkeit und dem Verzögerungsintervall wird das Positionssignal vom Drehmeldegeber 25 der das Arbeitsmuster erzeugenden Schaltung 36 über den Synchrondigitalwandler 37 und die Positionsservofunktionsschaltung 32 eingegeben, so daß der Kübel 2 durch die Schaltung 36 nach Maßgabe des Eingangsventils verzögert wird. In dieser Weise wird ein Arbeitsvorgang im Verzögerungsintervall ausgeführt, das in Fig. 4a dargestellt ist, der umgekehrt zu dem Arbeitsvorgang im Beschleunigungsintervall ist.

Am Ende der Verzögerung befindet sich der Kübel 2 am Punkt P₃, wenn die Arbeit der Laufkatze durch das Eingreifen der Servo-Funktionsschaltung 32 beendet wird, und wird das Erz im Kübel 2 in den Trichter 42 befördert. Anschließend wird die Laufkatze 1 in eine Richtung bewegt, die der bisherigen Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist, und erfolgt ein Arbeitsvorgang, der zu dem obigen Arbeitsvorgang umgekehrt ist. Der Kübel 2 wird nämlich entlang des Weges

P₃ → P₄ → P₅ → P₆ → P₇

bewegt, um die Erzoberfläche 41 zu errreichen. Die Geschwindigkeit des Kübels 2 in bezug auf seine Position auf diesem Wege ist jeweils durch die Kurven WIND (b) und TROLLEY (b) in Fig. 9 dargestellt. Der Kübel 2 wird über den Weg P₅ → P₆ → P₇ abgesenkt. Wenn die mittlere Seillänge sich für den vorliegenden Arbeitsablauf nicht ändert, und derselbe Arbeitsvorgang wiederholt wird, wie es oben erwähnt wurde, benutzt die das Arbeitsmuster erzeugende Schaltung 36 die Schaltzeiten β/ω und γ/ω, die vorher darin gespeichert sind. Wenn der anschließende Betrieb des Kranes unter Verwendung einer mittleren Seillänge durchgeführt wird, die von der mittleren Seillänge verschieden ist, die beim vorliegenden Arbeitsablauf benutzt wurde, wir die neue mittlere Seillänge durch die Arbeitsschaltung 34 unter Verwendung der linearen Funktion und ähnlichem in derselben Weise berechnet, wie es oben beschrieben wurde.

Es versteht sich, daß die mittlere Seillänge durch die Arbeitsschaltung 34 dadurch berechnet werden kann, daß ein geeigneter Einstell- oder Sollwert aus einer Vielzahl von Sollwerten, die zum Einsetzen in die lineare Funktion vorbereitet wurden, auf den Arbeitsbefehl S ansprechend gewählt wird oder daß eine angemessene lineare Funktion auf den Arbeitsbefehl S aus einer Vielzahl von vorbereiteten linearen Funktionen gewählt wird.

Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel das in Fig. 4a dargestellte Geschwindigkeitsmuster benutzt wurde, versteht es sich aus der obigen Beschreibung, daß der oben beschriebene Arbeitsvorgang der Anti-Schwingsteuerung gemäß der Erfindung auf irgendein Geschwindigkeitsmuster anwendbar ist, bei dem die seitliche Versetzung während der Beschleunigung und der Verzögerung der seitlichen Bewegung ausgedrückt wird als V · Ta/2.

Wie es oben beschrieben wurde, kann gemäß der Erfindung der komplizierte Antischwingalgorithmus durch die Verwendung einer mittleren Seillänge vereinfacht werden und können die Schaltzeiten für die Beschleunigung und Verzögerung in einer Steuerung an der Maschine zusammen mit der mittleren Seillänge in Form einer Datentabelle vorgesehen sein, so daß die Antischwingsteuerung durch eine Datenrückgewinnung nach einfachen arithmetischen Arbeitsvorgängen erfolgen kann und somit die Steuerung mit einem niedrigen Kostenaufwand erhalten werden kann und günstig mit der den Weg festlegenden Steuerung für eine aufgehängte Last gekoppelt werden kann.

Claims

1. Schwingungen entgegenwirkende Steuerung für einen Hängekran, gekennzeichnet durch:
eine Laufrichtung (1) zum Halten eines zu transportierenden Körpers (2) im an einem linearen frei auf- und abwickelbaren Element (3) aufgehängten Zustand, wobei die Laufeinrichtung (1) so angeordnet ist, daß sie auf einer bestimmten Spur laufen kann,
eine Hubeinrichtung (11, 12), die an der Laufeinrichtung (1) vorgesehen ist, um das lineare Element (3) hochzuziehen und abzusenken und dadurch den zu transportierenden Körper (2) anzuheben und abzusenken,
eine Antriebssteuereinrichtung (26) für die Laufeinrichtung (1) zum Steuern der Geschwindigkeit der Laufeinrichtung (1) auf der Grundlage eines Geschwindigkeitsmuster, das in einer bestimmten Beziehung zur Zeit festgelegt ist,
eine Anhebe- und Absenkantriebssteuereinrichtung (16) zum Steuern des Maßes, in dem der zu transportierende Körper (2) durch die Hubeinrichtung (11, 12) angehoben und abgesenkt wird, und
eine programmierbare Steuereinrichtung (30) zum Berechnen der mittleren Länge des linearen Elementes (3) zwischen der Laufeinrichtung (1) und dem zu transportierenden Körper (2) auf der Grundlage einer vorgegebenen Funktion und Sollwerten, die in die Funktion einzusetzen sind, zum Berechnen der Geschwindigkeiten der Laufeinrichtung (1) bei der Beschleunigung und Verzögerung entsprechend der mittleren Länge des linearen Elements (3) auf der Grundlage des Geschwindigkeitsmusters und zum Ausgeben eines Steuersignals zu der Antriebssteuereinrichtung (26) für die Laufeinrichtung (1).

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufeinrichtung (1) eine Laufkatze umfaßt.

3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Steuereinrichtung (30) eine Arbeitsschaltung (34) zum Berechnen der mittleren Länge des linearen Elementes (3) auf der Grundlage der genannten Funktion und der genannten Sollwerte und einen Datentabellenteil (35) zum Speichern der vorher tabellierten Daten eines Beschleunigungsintervalls und eines Verzögerungsintervalls zum jeweiligen Beschleunigen und Verzögern der Laufeinrichtung (1) auf der Grundlage der mittleren Länge des linearen Elementes (3) und des Geschwindigkeitsmusters umfaßt.

4. Steuerung nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Steuereinrichtung (30) die Geschwindigkeit der Laufeinrichtung (1) vor Erreichen eines konstanten Wertes auf der Grundlage des Beschleunigungsintervalls und des Verzögerungsintervalls steuert, die vom Datentabellenteil (35) nach Maßgabe eines Ausgangssignals von der die mittlere Länge des linearen Elementes (3) berechnenden Arbeitsschaltung (34) gelesen werden.

5. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Steuereinrichtung (30) eine Befehlsschaltung (31) zum Ausgeben von Positionssignalen durch Empfang eines Arbeitsbefehles, eine erste und eine zweite Positions-Servofunktionsschaltung (32, 33) zum Festlegen der jeweiligen Positionen der Laufeinrichtung (1) und der Hubeinrichtung (11, 12) über den jeweiligen Empfang der Positionssignale, die von der Befehlsschaltung (31) ausgegeben werden, eine Arbeitsschaltung (34) zum Berechnen der mittleren Länge des linearen Elementes (3) auf der Grundlage der Positionssignale von der Befehlsschaltung (31) und eines Detektorsignals, das die Länge des linearen Körpers (3) angibt, wie sie von der Hubeinrichtung (11, 12) erfaßt wird, einen Datentabellenteil (35) zum Ausgeben bestimmter Daten, die aus vorher gespeicherten Daten der Geschwindigkeitsschaltzeit für die Laufeinrichtung (1) gewählt sind und zum Ausgeben der mittleren Länge des linearen Elementes (3) auf der Grundlage des Ausgangssignals von der die mittlere Länge des linearen Elementes (3) berechnenden Arbeitsschaltung (34) und eine ein Arbeitsmuster erzeugende Schaltung (36) umfaßt, um das Geschwindigkeitsmuster der Antriebssteuereinrichtung (26) für die Laufeinrichtung (1) auf der Grundlage eines Ausgangssignals vom Datentabellenteil (35) und eines Positionssignals von der ersten Positions-Servofunktionsschaltung (32) auszugeben.

6. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Positions-Servofunktionsschaltung (32) mit einem digitalen Signal versorgt wird, das dadurch erhalten wird, daß von einer Synchron-Digitalwandlereinrichtung (27) ein Synchronsignal von einem Drehmeldegeber (25) umgewandelt wird, der mit einem Untersetzungsgetiebe (23) verbunden ist, das an der Antriebseinrichtung (22) angebracht ist, die von der Antriebssteuereinrichtung (26) für die Laufeinrichtung (1) gesteuert wird, und ein Positionssignal zum Steuern der Laufeinrichtung (1) der das Arbeitsmuster erzeugenden Schaltung (36) auf der Grundlage dieses digitalen Signals ausgibt.

7. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Positions-Servofunktionsschaltung (33) mit einem digitalen Signal versorgt wird, das dadurch erhalten wird, daß von einer Synchron-Digitalwandlereinrichtung (17) ein synchrones Signal umgewandelt wird, das von einem Drehmeldegeber (15) kommt, der mit einem Untersetzungsgetriebe (13) verbunden ist, das an der Hubeinrichtung (11, 12) angeordnet ist, die von der Anhebe- und Absenkantriebssteuereinrichtung (16) gesteuert wird, und ein Positionssignal zum Steuern der Hubeinrichtung (11, 12) der Anhebe- und Absenkantriebssteuereinrichtung (16) ausgibt.