DE4208717C2

DE4208717C2 - Steuerungsverfahren für einen Kran

Info

Publication number: DE4208717C2
Application number: DE4208717A
Authority: DE
Inventors: Tapani Kiiski; Juha Mailisto
Original assignee: Kone Corp
Current assignee: Kone Corp
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: SE9200842L; FI91058C; DE4208717A1; FI920751A0; FI920751A; SE9200842D0; FI91058B; US5219420A; SE514522C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines mit ei ner horizontalen Richtungskomponente bewegbaren Lastaufhänge punktes eines Krans gemäß dem Oberbegriff Anspruchs 1.

Das Schwingen einer an einem Hubseil hängenden, sich bewegenden Last ist ein bedeutendes Problem beim Einsatz eines Kranes. Während der Transportbewegung rufen die Veränderungen der Transportgeschwindigkeit immer Lastschwingungen hervor, deren Größe von der Länge des Hubseils und der horizontalen Komponen te der Beschleunigung eines Laufwagens, Brücke oder des Kran fahrwerks abhängt. Das Eliminieren der Lastschwingungen wurde viel untersucht, woraufhin automatisch arbeitende Lösungen ent wickelt worden sind. Als Beispiel dazu wird auf das FI-Patent 44036 (B66C 13/06) und die Konferenzschrift Electric Energy Conference 1987, Adelaide, S. 135 ... 140 hingewiesen. Beiden Lösungen ist gemeinsam, daß der Zielpunkt der Transportbewegung des Krans schon zum Anfangszeitpunkt bekannt ist. Für die Transportbewegung wird ein optimales Geschwindigkeitsprofil er rechnet, bei dessen Einhaltung am Ende der Bewegung keine Schwingung auftritt und die aufgewandte Zeit minimiert ist.

Bei Kranantrieben, bei denen der Bediener des Krans die Trans portbewegung steuert, ist das Dämpfen der Schwingungen mit aus den in Betracht gezogenen Druckschriften bekannten Verfahren nur möglich, sofern der Bediener bestimmte Bedingungen einhält:

- beim Start ändert der Bediener den Geschwindigkeitssollwert schrittweise auf die gewünschte Geschwindigkeit,
- der Bediener hält die Geschwindigkeit wenigstens für die von der Höhe der Last abhängige Mindestzeit auf dem demselben Soll wert,
- der Bediener ändert den Geschwindigkeitssollwert beim Wech seln der Zielgeschwindigkeit schrittweise und
- der Bediener führt keine neuen Steuerbewegungen durch bevor das System den schwingungsfreien Zustand erreicht hat.

Es ist bekannt, die Transportbewegung des Krans so zu steuern, daß sich die Kranlast nach Eingabe eines neuen Geschwindig keitssollwerts in schwingungsfreiem Zustand befindet. Die Transportgeschwindigkeit wird durch zwei gleich lange symmetri sche Beschleunigungsperioden geändert, die eine halbe Schwin gungsperiode auseinander liegen.

Das oben erwähnte Prinzip kann auch in der Weise verbessert werden, daß es mit einem willkürlichen Geschwindigkeitssollwert arbeitet. Sofern die Steuerbewegungen des Bedieners es zulas sen, d. h. die genauen Bedingungen erfüllt werden, wird eine die Schwingungen minimierende "natürliche Fahrkurve" befolgt, die in der in Betracht gezogenen Druckschrift in an sich be kannter Weise definiert ist. Sollte der Bediener jedoch will kürliche Steuerbewegungen machen, hat der Kran diese zu befol gen, weil der Bediener das Gerät auf bestmögliche Weise in der Gewalt haben soll. Infolge willkürlicher Steuerbewegungen in Betriebssituationen, in denen die genauen Bedingungen nicht er füllt werden, kann die "natürliche Fahrkurve" nicht befolgt werden.

Wird der Kran in der Weise gesteuert, daß dem Laufwagen ein Ge schwindigkeitssollwert gegeben wird, besteht die schnellste Art die gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen darin, daß der Mo tor solange mit maximaler Beschleunigung gesteuert wird, bis die Geschwindigkeit erreicht ist. Ein schwingungsfreier Trans port gemäß den in Betracht gezogenen Druckschriften setzt je doch voraus, daß der Beschleunigung eine halbe Schwingungsperi ode später eine entsprechende Beschleunigung folgt, was die Stoppzeit und -strecke verlängert. Die Beschleunigung des Lauf wagens ist proportional zum Motormoment des Laufwagens und wei ter zum Strom. Wegen der Strombegrenzungen des Motors kann eine bestimmte Beschleunigung nicht überschritten werden. Das Steue rungssystem und das Betriebsumfeld setzen oft auch andere Gren zen, wie z. B. begrenzte Maximalgeschwindigkeit.

Beim Transport der Last mit einem Kran muß der Kranbediener im mer einen guten Kontakt zum System haben. Geschwindigkeitsände rungen und die Schwingungsdämpfung müssen schnell erfolgen. Überschreitungen der Lastgeschwindigkeit sollten klein bleiben und die Last oder Kranteile wie Brücke oder Wagen sollten sich nicht in entgegengesetzter Richtung zur Steuerung bewegen. Bei einer Sollwertänderung der Geschwindigkeit muß die Last geschwindigkeit sofort der Sollwertänderung folgen, insbesonde re bei einer Senkung des Sollwertes.

Die Stoppstrecke der Last sollte nur von der Lastgeschwindig keit abhängig sein und sie sollte nicht gemäß den zum Zeitpunkt des Stoppwunsches vorliegenden Schwingungen variieren. Nachdem der Sollwert auf Null gesetzt ist, sollte der von der Last zu rückzulegende Weg minimiert sein.

Deshalb wird erfindungsgemäß angestrebt, ein Steuerungssystem für die Transportbewegung eines Krans so zu steuern, daß die Schwingung der Last weitgehend getilgt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Vorteilhafte Wei terbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Lösungsgemäß wird der momentane Bewegungszustand der Last be stimmt, aufgrund dessen die Transportbewegung des Krans in ei nen schwingungsfreien Bewegungszustand gesteuert wird, der ei nem neuen Sollwert, z. B. einer neuen Geschwindigkeit ent spricht. Damit im Normalfall das im Moment der Änderung des Ge schwindigkeitssollwerts erfolgende Schwingen kompensiert werden kann, muß eine Steuerung gegeben werden, die proportional zur Pendelungsamplitude ist. Zugleich muß die Geschwindigkeit des Wagens auf die Größe des Sollwerts geändert werden, wobei eine Bahn zu benutzen ist, die keine Schwingungen hervorruft.

Der Bewegungszustand wird entweder durch Messung des Schwin gungswinkels der Last und der Winkelgeschwindigkeit der Schwin gung oder aufgrund von vorherigen Steuerungsmaßnahmen des Lauf wagens mit Hilfe der Beschleunigungsperioden und der Länge des Lastseils bestimmt, wie in einem Teil der weiter unten folgen den Beschreibung genauer erläutert wird. Weiterhin kann die Zugkraftkomponente der Last parallel zur Bewegungsrichtung des Wagens gemessen werden, um die aktuelle Schwingungsphase zu er mitteln. Im ersten Fall werden die Schwingungen der Last durch eine Gleichung ausgedrückt, aus der der momentane Bewegungszu stand und die schwingungskompensierende Steuerung definiert wird. In bestimmten Fällen können vereinfachende Annahmen ge troffen werden, mit denen direkt aus der Gleichung der Schwin gungswinkel und die Winkelgeschwindigkeit der Schwingung er rechnet werden können. Sind Annahmen nicht möglich, werden die betreffenden Größen numerisch ermittelt. Im anderen Fall wird die schwingungskompensierende Steuerung direkt aufgrund vorher durchgeführter Steuerungen bestimmt und die erforderliche Steuerung gebildet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie len in Zusammenhang mit der schematischen Zeichnung beschrie ben. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Krankonstruktion,

Fig. 2 die Beschleunigung eines Laufwagens und die hierdurch hervorgerufenen Schwingungen als Funktion der Zeit,

Fig. 3 die Stoppsteuerung des Wagens, die Schwingung der Last und die Geschwindigkeit des Wagens als Funktion der Zeit,

Fig. 4 die zeitliche Anordnung von Beschleunigungsanweisun gen in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens in der zweiten Aus führungsform,

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kompensation der Schwingung,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Änderung der Endgeschwindigkeit.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Krankonstruktion, bei der der Wa gen 1 mit dem Seil 2 eine Last 3 trägt. Der Wagen wird mit ei nem Transportmotor 4 bewegt, dessen Geschwindigkeit mit einer Steuervorrichtung 5 gesteuert wird, die z. B. ein Umformer sein kann. Der Kranbediener gibt über ein Bedienteil den Geschwin digkeitssollwert in die Steuerungseinheit 6, wo die durch den Sollwert bedingte Steuerung geschaffen wird, indem Beschleuni gungsperioden definiert werden, die von der Steuervorrichtung 5 zu befolgen sind. Die Länge des Seils 2 wird z. B. in der an sich bekannten Weise nach PS-FI 44036 bestimmt oder mit einer geeigneten Meßvorrichtung in an sich bekannter Weise gemessen. Die Daten über die Länge des Seils werden zur Steuerungseinheit 6 gesendet. Obwohl hier nur die Transportbewegung des Wagens beschrieben wird, gilt die Darstellung auch für die entspre chenden Bewegungen einer Brücke und die dadurch hervorgerufenen Lastschwingungen und deren Kompensation. Die Schwingungsphase kann auch über eine parallel zur Laufrichtung des Wagens gemes sene Zugkraftkomponente ermittelt werden.

Im folgenden wird die Bestimmung des Bewegungszustandes der Last anhand von Fig. 1 erläutert. Infolge der Ge schwindigkeitsänderung der Transportbewegung des Laufwagens 1 schwingt die Last 3 aus der Vertikalebene in den Winkel θ. Die Schwingung wird aus der Länge der Längenänderung L' des Hub seils 2 sowie aus der Beschleunigung des Wagens, d. h. des Auf hängepunkts des Seils, bestimmt. Bei der Annahme, daß die Schwingungswinkel klein sind und daß die Dämpfung der Schwin gung vernachlässigt werden kann, kann die Schwingung mit aus reichender Genauigkeit mathematisch durch die Schwingungsglei chung ausgedrückt werden

L.θ'' = -u - 2.θ'.L' - g.θ (1), in der L die Länge des Hubseils, L' das 1. Differential der Länge des Hubseils, d. h. die Anhebe- oder Absenkgeschwindigheit der Last, θ der Schwingungswinkel der Last, d. h. die Abweichung des Seils von der Vertikalebene, θ' das 1. Differential des Schwin gungswinkels, d. h. die Winkel geschwindigkeit, θ'' das 2. Differential des Schwingungswinkels, d. h. die Winkelbeschleunigung, u die Beschleunigung des Aufhän gepunkts in horizontaler Richtung und g die Fallbeschleunigung ist.

Aus Gleichung (1) kann der momentane Schwingungswinkel und die Schwingungsgeschwindigkeit bei verschiedenen Fahrweisen bestimmt werden, wenn die Beschleunigung u des Laufwagens und die Länge L des Hubseils willkürliche, kontinuierliche und dau ernd abgeleitete Funktionen der Zeit sind. Erfolgt gleichzeitig mit der Transportbewegung auch ein Heben oder Senken der Last, ist die Gleichung (1) nicht immer in geschlossener Form lösbar, sie kann aber mit numerischen Verfahren gelöst werden.

Wenn die Längenänderung (= Hebegeschwindigkeit) L' klein ist, kann die Schwingungsgleichung (1) zu der Form vereinfacht wer den

L.θ'' = -u - g. θ (2).

Aufgrund der Hubseillänge und der Beschleunigung des Laufwagens können die Schwingungszeit T sowie der Schwingungs winkel θ und die Schwingungsgeschwindigkeit θ' als Funktion der Zeit t bestimmt werden. Bei konstanter Hubseillänge L ergeben sich dafür folgende Werte:

Wird der Schwingungswinkel 8(t) für verschiedene Fahr situationen, d. h. für verschiedene Wagenbeschleunigungen u und Hubseillängen L bestimmt, wird erkennbar, daß der Schwingungs winkel durch die kumulative Wirkung der Beschleunigungsänderun gen bestimmt wird. Das beruht darauf, daß θ und θ' von keinem Anfangswert (θ₀) abhängen, d. h. die durch die Änderungen ver schiedener Beschleunigungen verursachten Winkel sind voneinan der unabhängig. Die Länge des Hubseils ist auf mehrere ver schiedene an sich bekannte Weisen meßbar.

Sind der Schwingungswinkel, die Schwingungsgeschwindigkeit und die Beschleunigung des Laufwagens bekannt, kann zu jedem Zeit punkt der Zeit t der momentane Schwingungszustand in der Form ausgedrückt werden

θ = A.cos (σ + 2.π * t/T) + B (6),

worin σ die durch die Beschleunigungssteuerungen des Wagens verursachte kumulative Phasendifferenz und B eine der Beschleu nigung des Wagens proportionale Konstante ist.

Die Schwingung nach Gleichung (6) wird so schnell wie möglich auf Null begrenzt, nachdem der Geschwindigkeitssollwert geän dert ist oder wenn die Schwingung oder eine andere im voraus festgelegte Größe den zulässigen Wert überschreitet. Wenn der Bediener den Sollwert ändert, wird der Transportmotor so ge steuert, daß die vorhandene Schwingung eliminiert oder der Sollwert erreicht wird. Der neue Geschwindigkeitssollwert wird zur Steuerungseinheit gegeben, wo aufgrund von vorherigen Steuerungen Beschleunigungssollwerte für die Steuervorrichtung des Motors gebildet werden, die die Motorgeschwindigkeit in der so definierten Weise auf den Sollwert steuert. Die die Be schleunigung des Transportmotors bestimmende Steuerung wird auf weiter unten beschriebene Weise gebildet.

Zur Eliminierung der zum Zeitpunkt der Geschwindigkeits sollwertänderung vorhandenen Schwingung muß eine Steuerung ge geben werden, die proportional zur Amplitude A der Schwingung ist. Außerdem muß die Transportgeschwindigkeit des Wagens auf die Größe des Geschwindigkeitssollwerts geändert werden, so daß keine Schwingung hervorgerufen wird.

Dies kann z. B. auf folgende Weise realisiert werden: - Der Zeitpunkt der ersten Inbewegungsetzung während der betreffenden Transportbewegung wird für die Zeit als Nullpunkt gewählt. Da mit kann aus Gleichung (6) die Schwingungsphase berechnet wer den. - Nach Eingabe des neuen Geschwindigkeitssollwerts wählt die Anlage innerhalb der vorhandenen Grenzen, d. h. innerhalb der zulässigen Beschleunigungs-, Momenten- und Geschwindig keitsgrenzen, von zwei zur Beendigung der Schwingung führenden Steuerungsalternativen diejenige, die zur kürzeren Geschwindig keitsänderungszeit führt:

- die Laufwagengeschwindigkeit des Krans wird durch eine Be schleunigung der Größe A.g zum Zeitpunkt t' = (2n + 1).T/2 - σ.T/(2.π) geändert oder
- die Laufwagengeschwindigkeit des Krans wird durch eine Be schleunigung der Größe A.g zum Zeitpunkt t'' = n.T - σ. T/(2.π) geändert, wobei n = 0, 1, 2, 3, ... so gewählt ist, daß t' und t'' größer sind.

Zum Anullieren der zum Aufheben der Schwingung durchgeführten Beschleunigungen werden Beschleunigungen der Größe - A.g/2 (oder A.g/2) zu den Zeitpunkten t' (oder t'') und t' + T/2 (oder t'' + T/2) vorgenommen.

- Zusätzlich werden gleichzeitig mit den schwingungskom pensierenden Steuerungen solche Beschleunigungen durchgeführt, die keine Schwingungen hervorrufen und die zur Transportge schwindigkeitsänderung gemäß dem neuen Sollwert führen.

Das Beschleunigungsprofil während der Verzögerungsperiode wird als Summe der genannten Beschleunigungssteuerungen erhalten und aus diesen ist weiter das Geschwindigkeitsprofil der Verzöge rungsperiode des Wagens als Funktion der Zeit v = v(t) erhält lich.

Fig. 2 und 3 zeigen das Dämpfen der Schwingung mit der Steue rung bei Eingabe des Geschwindigkeitssollwerts v = 0 bzw. Stoppbefehls. Die Wagengeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Stopp befehls t1 ist v1 und die Last pendelt infolge der durchgeführ ten Steuerbewegungen. In Fig. 2a ist als Funktion der Zeit die während der Transportbewegung entstandene Gesamtschwingung so gezeigt, wie sie ohne irgendwelche Steuermaßnahmen nach dem Stoppbefehlszeitpunkt t1 wäre. Im Fall nach Fig. 2a erfolgen nach dem Zeitpunkt t1 keine neuen Beschleunigungen.

Die die Schwingung kompensierenden und die Bewegung stoppenden Beschleunigungssteuerungen sind in Fig. 2b, 2d und 2f nach dem obigen Beispiel dargestellt. Dementsprechend sind die durch die Beschleunigungssteuerungen hervorgerufenen Schwingungen der Last in Fig. 2c, 2e und 2g gezeigt. Im Zeitpunkt t3 wird ein die Lastschwingungen kompensierendes Beschleunigungssignal u1 gegeben, das so groß ist, daß es die im Stoppzeitpunkt vorhan dene Schwingung kompensiert. Dies ruft an der Last eine Schwin gung als Funktion der Zeit nach Fig. 2c hervor. In den Zeit punkten t3 und t6 = t3 + T/2 wird der Beschleunigungssollwert geän dert, um die durch den Beschleunigungssollwert u1 hervorgerufe ne Beschleunigung gemäß Fig. 2d mit einem Beschleunigungssoll wertsignal aufzuheben, dessen Änderungsgröße die Hälfte der Größe von u1 ist und auf dies bezogen mit umgekehrtem Vor zeichen versehen ist. In Fig. 2e sind die entsprechenden Schwingungen dargestellt.

Um die zum Zeitpunkt des Stoppbefehls vorhandene Wagengeschwin digkeit zu stoppen, wird eine vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeit punkt t2 dauernde Beschleunigungsanweisung und eine zweite gleich große Beschleunigungsanweisung vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 gemäß Fig. 2f gegeben. Die den Beschleunigungsän derungen entsprechenden Schwingungskomponenten sind in Fig. 2g dargestellt.

Die kombinierte Gesamtwirkung der oben beschriebenen Steuersi gnale ist in Fig. 3 gezeigt. Dementsprechend wird der Wagen in der Beschleunigungsperiode nach Fig. 3a gesteuert. Die Schwin gung nach Fig. 2a wird dabei nach Fig. 3b zwischen dem Stoppbe fehl t1 und dem Stoppzeitpunkt t6 gedämpft. Die Veränderungen der Laufwagengeschwindigkeit während verschiedener Zeiten gehen aus Fig. 3c hervor. Damit ist auch die Position von Wagen und Last zu verschiedenen Zeitpunkten leicht zu bestimmen.

Das Kompensieren der Schwingung wird in entsprechender Weise auch bei anderen Änderungen des Wagengeschwindigkeitssollwerts durchgeführt. Das Kompensieren der Schwingung kann auch auf an dere Weise als zum Änderungszeitpunkt des Geschwindigkeitssoll werts durchgeführt werden, wenn z. B. der Schwingungswinkel oder die Schwingungsgeschwindigkeit den im voraus eingestellten Grenzwert überschreitet. In diesem Fall werden dem Motor Be schleunigungsanweisungen gegeben, die die vorhandene Schwingung eliminiert, aber nicht die Geschwindigkeit der Transport bewegung verändert.

Fig. 4 zeigt die Beschleunigungsanweisungsperioden des Trans portmotors des Krans für die zweite Ausführungsform, in der die durch vorhergehende Steuermaßnahmen bestimmten Beschleunigungs perioden im Speicher des Steuerungssystems gespeichert werden. Die schwingungskompensierenden Perioden mit Beschleunigungsan weisungen werden direkt mit Hilfe der vorher durchgeführten Steuerbewegungen ohne Lösung der Schwingungsgleichung defi niert.

Es wird eine Situation betrachtet, in der bei auf der Stelle stehendem Wagen im Zeitpunkt t₀ der Geschwindigkeitssollwert v_soll = v_max gegeben wird, aufgrund dessen die Intervalle mit den Beschleunigungen a1 und a2 des Motors gebildet werden. Die Be schleunigung ACC_max ist die größtmögliche (Fig. 4a).

Im Zeitpunkt t1 wird der Geschwindigkeitssollwert v_soll = -v_max geändert. Aufgrund der Beschleunigungsperiode a hat sich die Geschwindigkeit inzwischen (t₀, t₁) auf den Wert v = v₁ geändert, und der Schwingungswinkel der Last ist θ₁. Zur Kompensation der Schwingung muß der Motor eine halbe Periode nach Beginn der Steuerung in der entsprechenden Beschleunigungsperiode a₂₂ nach Fig. 4b beschleunigt werden. Zur Realisierung des Geschwindig keitssollwerts wird der Motor in den Perioden a3 und a4, die eine halbe Periode auseinander liegen, in entgegengesetzter Richtung beschleunigt. Die Gesamtsteuerung setzt sich dabei aus den Perioden nach Fig. 4d zusammen. Die Geschwindigkeit ändert sich entsprechend in der in Fig. 4e gezeigten Weise auf den Sollwert v = -v_max.

Ziel ist im allgemeinen, den Geschwindigkeitssollwert nach der Steuerung so schnell wie möglich zu erreichen, was den Einsatz der größtmöglichen Beschleunigung voraussetzt. Im Betrieb kön nen jedoch Situationen eintreten, in denen es z. B. wegen einer Strombegrenzung nicht möglich ist, die durch den vom Bediener eingegebenen neuen Geschwindigkeitssollwert bedingte Beschleu nigung unmittelbar zu verwirklichen. In diesem Fall muß die Durchführung der Steuerung zeitlich aufgeschoben werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuerung des Kranwagens mit Hilfe von Mikroprozessoren realisiert, so daß die durch die Steuerungsmaßnahmen hervorgerufenen Beschleunigungsperioden nach Eingabe des Geschwindigkeitssollwerts in den Speicher der Steuereinheit eingespeichert werden. Die Steuereinheit gibt der Motorsteuervorrichtung Anweisung, nach der diese die Motorge schwindigkeit auf den Sollwert steuert. Mit Ausgabe einer neuen Anweisung werden die auf alten Anweisungen beruhenden Perioden in geeigneter Weise gelöscht und erforderliche neue Perioden gemäß der in den beigefügten Ablaufdiagrammen beschriebenen Weise ergänzt.

Die Steuerung wird derart ausgeführt, daß die Geschwindigkeits sollwerte und die Zeiten mit Beschleunigungsanweisungen im Steuerungssystem in bestimmten Probenahmeintervallen datiert werden. Die Steuerung erfolgt nach dem Ablaufdiagramm gemäß Fig. 5. In den Blöcken 50 und 51 wird die Seillänge L gemessen und nach Gleichung (3) die der Länge L entsprechende Dauer T der Schwingungeperiode berechnet. Der Probenahmezeitpunkt t2 wird, einskaliert auf die benutzte Seillänge, bestimmt nach der Gleichung t2 = Tref/T, worin Tref die der Referenzseillänge entsprechende Schwingungszeit ist. In den Blöcken 52 und 53 wird der Geschwindigkeitssollwert im Speicher abgelesen und der momentane Wert der Seillänge gemessen. Die Schwingungszeit T wird mit der Gleichung (3) errechnet und als Ausgangszeitpunkt t1 der Betrachtung wird der vorherige Probenahmezeitpunkt t2 gewählt. Der neue Probenahmezeitpunkt t2 wird errechnet, indem zum vorherigen Wert das Probenahmeintervall h, multipliziert mit dem Faktor Tref/T, addiert wird.

Im Wahlblock 54 wird getestet, ob sich der Geschwindig keitssollwert nach dem vorherigen Probenahmezeitpunkt verändert hat. Wenn sich der Probenahmezeitpunkt verändert hat, werden die schwingungskompensierenden Beschleunigungsperioden (Zeiten mit Beschleunigungsanweisungen) generiert (Block 55), mit denen solche Beschleunigungsperioden (Block 56) kombiniert werden, die keine Schwingung hervorrufen und die den Geschwindigkeits sollwert gemäß den Ablaufdiagrammen nach Fig. 6 und 7 entspre chend ändern. Danach und auch wenn sich der Sollwert in den Blöcken 57-59 nicht verändert hat, wird die Geschwindigkeit im Zeitpunkt t2 berechnet und die errechnete Geschwindigkeit als Leitwert zum Motorantrieb gegeben.

Die schwingungskompensierende Beschleunigungsperiode wird in der im Ablaufdiagramm nach Fig. 6 dargestellten Weise gene riert. Gemäß der angewandten Steuerung setzen sich die Be schleunigungsleitperioden aus einer Sequenz zusammen, die sich aus zwei Beschleunigungsperioden ACC1 und ACC2 zusammensetzt, die in ihrer Dauer und Größe einander gleich sind und die eine halbe Pendelperiode auseinander liegen, wie aus Fig. 4 hervor geht. Die Sequenzen sind als Elemente im Speicher gespeichert, die Daten über den Anfangszeitpunkt und Art (ACC1/ACC2) und Wert (0 oder max) der in diesen enthaltenen Beschleu nigungsperioden sowie über die Adresse des nächsten Elements der Sequenz beinhalten. Wenn die Schwingung kompensiert werden soll, werden alle Elemente der Sequenz entfernt, deren Wert des Zeitfelds größer ist als i1 + Tref/2 (Block 60). Die Sequenz wird durch ein Element ergänzt, dessen ACC1 = 0 und ACC2 = 0 und Wert des Zeitfelds = i1 + Tref/2 ist, womit die den unreali sierten ersten Beschleunigungsperioden der Sequenz entsprechen den zweiten Beschleunigungsperioden entfernt werden (Block 61). Zum Schluß wird ACC1 aller Elemente der Sequenz = 0 gesetzt, womit alle vorhandenen unrealisierten ersten Beschleunigungsan weisungen entfernt werden (Block 62). Die in dieser Weise steue rungsbedingte Schwingung wird kompensiert, weil der Beschleu nigungsanweisung immer eine gleich große zweite Beschleuni gungsanweisung entspricht, die sich im Abstand von einer halben Schwingungsperiode von der schon realisierten befindet.

Die die Endgeschwindigkeit ändernden Beschleunigungsperioden werden gemäß dem Ablaufdiagramm nach Fig. 7 gebildet. In den Blöcken 70 ...74 ist als erstes mit P1 die Elementadresse be zeichnet, die zum Zeitpunkt i1 in Kraft ist, und der Zeitfeld wert (ZEIT) des mit P1 bezeichneten Elements definiert. Als nächstes wird die größtmögliche Beschleunigung ACC_mögl berech net, die anwendbar ist. Dazu wird mit der Näherungswertglei chung die Seillänge L_min berechnet, die erreicht werden würde, wenn die Last mit Maximalhubgeschwindigkeit HS_max angehoben wür de. Darauf wird die dieser Seillänge entsprechende Mindestpen delzeit Tmin mit der Gleichung (3) berechnet. ACC_mögl ergibt sich als Verhältnis der Mindest- und Referenzschwingungszeiten aus der tatsächlichen Maximalbeschleunigung ACC_max des Wa gens/der Brücke.

Im Wahlblock 75 wird untersucht, ob zur Stelle des mit P1 be zeichneten Elements ein neuer Beschleunigungsimpuls gewünschter Größe gebracht werden kann, so daß die größtmögliche Beschleu nigung ACC_mögl nicht überschritten wird. Ist das nicht möglich, wird zum nächsten auf P1 folgenden Element gegangen. Wenn die größtmögliche Beschleunigung eingehalten werden kann, wird im Block 76 die größtmögliche Breite W des neuen Beschleunigungs leitimpulses als Zeitfelddifferenz des auf P1 folgenden und der mit P1 bezeichneten Elemente definiert. Sind nach P1 keine Ele mente vorhanden, ist die Impulslänge Tref/2. Im Block 77 wird der größtmögliche Wert des zu ergänzenden Beschleunigungslei timpulses definiert, so daß der Eigenwert der Summe des alten und des zu ergänzenden Beschleunigungsleitwerts an keiner Stel le den Wert ACC-ög1 überschreitet. Die Länge der Anweisung wird so geregelt, daß die gewünschte Endgeschwindigkeit nicht über schritten wird (Blöcke 78, 79). Der erste Impuls der neuen Be schleunigungsanweisung ACC1 wird zum Zeitpunkt ZEIT und der zweite Impuls ACC2 zum Zeitpunkt ZEIT + T_ref/2 begonnen (Block 80). Wird die gewünschte Geschwindigkeit immer noch nicht er reicht, wird zum nächsten Element übergegangen (Blöcke 81 und 82).

Die Gesamtschwingung kann im Rahmen des Verfahrens auf mehrere verschiedene Weisen kompensiert und die Geschwindigkeit der Transportbewegung geändert werden. Diese verschiedenen Weisen unterscheiden sich hinsichtlich der zeitlichen Anordnung und der Größe der Beschleunigungsänderungen. Mögliche Bedingungen dafür sind z. B.:

- der Stoppweg von der Stelle der Last zum Zeitpunkt, in dem der Geschwindigkeitssollwert v = 0 gegeben wird, bis zur Endstel le der Last soll minimiert werden,
- das Überschwingen beim Stoppen oder bei Richtungsänderung der Last soll minimiert werden,
- die Stoppstrecke soll unabhängig von der Geschwindigkeit und vom Pendelungswinkel konstant gehalten werden zu einem Zeit punkt, in dem der Geschwindigkeitssollwert v = 0 oder ein Ge schwindigkeitssollwert gegeben wird, der eine Richtungsänderung voraussetzt,
- die Stoppstrecke soll vom Schwingungswinkel unabhängig sein zu einem Zeitpunkt, in dem der Geschwindigkeitssollwert v = 0 ge geben wird (eindeutige Funktion der Anfangsgeschwindigkeit).

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines mit einer horizontalen Rich tungskomponente bewegbaren Lastaufhängepunktes (1) eines Krans, z. B. eines Laufwagens oder einer Brücke, unter Dämpfung einer Kranlastschwingung, mit Hilfe eines den Antriebmotor (4) für die Bewegung des Aufhängepunktes (1) steuernden Leitsignals, wobei in dem Verfahren die Länge des Hubseils (2) zur Berech nung der Schwingungsperiode der Kranlastschwingung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Lastschwingungsgleichung die Länge des Hubseils (2) und die im jeweiligen Zeitpunkt anliegende momentane Gesamt schwingung bestimmt wird, wobei die die Schwingung (θ) kompen sierende Steuerung eine erste Beschleunigungsanweisung (u₁) für den Aufhängepunkt des Seils am Laufwagen erhält, deren Be schleunigungsgröße, -richtung und -anfangszeitpunkt aus dem zum Eingabezeitpunkt des neuen Leitsignals anliegenden Schwingungs winkel (θ) und der Schwingungsgeschwindigkeit (θ') bestimmt wer den, sowie eine durch die erste Beschleunigungsanweisung her vorgerufene, die Endbeschleunigung kompensierende zweite Be schleunigungsanweisung (u₂) umfaßt, daß die zweite Beschleuni gungsanweisung (u₂) aus zwei untereinander gleich großen Ände rungen der Beschleunigungsanweisung gebildet wird, deren ge meinsamer zeitlicher Abstand die Hälfte der Schwingungszeit (T/2) beträgt und deren Größe die Hälfte der Größe der die Be schleunigungsschwingung kompensierenden Beschleunigungsanwei sung (u₁) beträgt, und daß die Richtung entgegengesetzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Geschwindigkeit der Transportbewegung ändernde Steuerung (u₃) aus zwei gleich langen und gleich großen Be schleunigungsperioden gebildet wird, wobei die Zeit zwischen deren Anfangszeiten die Hälfte der Schwingungsperiode (T/2) be trägt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, sofern die momentane Gesamtschwingung (θ) vor Eingabe des neuen Geschwindigkeits-Sollwertes während der Transportbewegung den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, eine neue Kompensa tion der Schwingung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Änderung des Geschwindigkeitssollwertes zum Zeitpunkt (t₁) alle aus früheren Geschwindigkeitssollwerten resultierenden und noch nicht abgeschlossenen Beschleunigungsphasen eliminiert werden, und daß stattdessen im Zeitpunkt (t₁) ein erstes neues Intervall mit der Beschleunigung (u₃) und zum Zeitpunkt (t₁ + T/2) ein zweites neues Zeitintervall mit der Beschleunigung (u₄) generiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle mit den Beschleunigungen (u₁ ... u₄) nach Eingabe des jeweiligen Geschwindigkeits-Sollwertes bis zum Er reichen des Geschwindigkeits-Sollwertes gebildet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdaten in vorausbestimmten Zeitintervallen ständig datiert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schwingung kompensierende Steuerung und die die Ge schwindigkeit ändernde Steuerung in einer Steuereinheit zu einer Gesamtsteuerung vereint werden, mit der die Motorsteue rung durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Motor zulässigen Strom- und Geschwindigkeits grenzen nicht überschritten werden.