EP0578280B1 - Verfahren zum Steuern der Ortsveränderung einer pendelartigen Last und Vorrichtung um dieses in Angriff zu nehmen - Google Patents

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EP0578280B1
EP0578280B1 EP93113406A EP93113406A EP0578280B1 EP 0578280 B1 EP0578280 B1 EP 0578280B1 EP 93113406 A EP93113406 A EP 93113406A EP 93113406 A EP93113406 A EP 93113406A EP 0578280 B1 EP0578280 B1 EP 0578280B1
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displacement
load
mobile support
pendulous
theoretical
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Konecranes France SA
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Caillard SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/04—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
    • B66C13/063—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads electrical

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling the movements of a pendulum load suspended from a horizontally movable support.
  • the invention also relates to devices for its implementation.
  • the invention is particularly applicable to port lifting devices such as cranes, gantry cranes or containers.
  • a primary objective is to precisely move from one point to another a load suspended by cables to a mobile support, such as a motorized trolley, and in particular to obtain a zero swing of the load at the end of the journey.
  • the precision of the displacement depends essentially on the control and the damping of the oscillations of the load during the displacement.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a method for controlling the movements of a pendulum load suspended from a horizontally movable support, and moved from a starting point to an ending point during a travel from predetermined duration, which allows for the taking into account of disturbances and pendulum length variations and which uses the power of the lifting device to the maximum in order to reduce travel times.
  • the device for controlling the movement of a pendulum load suspended from a horizontally movable support implementing the method according to the invention, associated with a lifting machine comprising lifting means and steering means, is characterized in that it comprises control and processing means receiving, on the one hand, information representative of the length of the associated pendulum, the swing angle and the displacement of the mobile support respectively length acquisition means, angle acquisition means and displacement acquisition means, and issuing in return lifting orders and direction orders respectively intended for lifting means and direction means , said direction orders being calculated so as to satisfy the displacement law X (t) according to the method as defined above.
  • the device for controlling the movement of a pendular load 20 suspended from a mobile support of a lifting machine 1 comprises a computer 4 receiving on the one hand, at input CL, information on the length of the pendulum from a position encoder 7, at input B, sway information from a camera 18, or any other optical analysis device, and at the CD input, information on the displacement of the mobile support or direction information, and delivering in return, at output SL, lifting orders transmitted to lifting means 6, 5, 8 of the lifting machine 1, and at output SD, direction orders transmitted to lifting means 1 direction 14, 15, 16.
  • the lifting means comprise a lifting drum 8 around which a suspension cable 21 connected to the load 20 is wound, for example, a container, a reduction gear 5 and an electric motor 6, arranged according to well known techniques.
  • the lifting motor 6, with which the lifting encoder 7 is associated, is controlled, via a control line 9 and an amplifier 10, either from a lifting control lever 2 or by the computer 4, through the SL output above.
  • the steering means comprise a steering roller 16 rolling on a horizontal steering rail 17 linked to the lifting machine, a reduction gear 15 and an electric motor 14 to which a direction encoder 13 is fixed.
  • This steering motor 14 is controlled via a steering power line 12 and a power amplifier 11, either from a steering control lever 3, or by the computer 4, through the aforementioned SD output.
  • the swing angle is measured by a camera 18 secured to the movable support and the objective of which is directed vertically downwards, the pendulum load 20 being equipped with an optical beacon 19 emitting a beam directed upwards.
  • FIG. 2 The general diagram of a container handling and lifting machine 30 that can be fitted with a movement control device according to the invention is given in FIG. 2.
  • the port lifting device 30 comprises, according to known techniques, a gantry 35 to which a horizontal boom structure 33 is connected.
  • a mobile carriage 34 can be moved horizontally in a direction X along the arrow 33.
  • a container 31 is suspended from the movable carriage 34 by cables 32 whose variation in length allows the container 31 to move in a vertical direction Z.
  • FIG. 4 illustrates the main geometric variables taken into account in the implementation of the method according to the invention.
  • the variable x represents the horizontal displacement of the carriage or mobile support 40.
  • a perpendicular load 41 is suspended from the mobile carriage 40 by a cable of length l .
  • the cable is inclined at an angle ⁇ with respect to the vertical, the pendulum load 41 having a deviation y from said vertical.
  • the instantaneous displacement of the pendulum load 41 is represented by a variable X equal to the sum x + y.
  • the displacement of the suspension point of the load 41, and therefore the displacement of the mobile support 40 is determined by expressing the dynamic balance of the pendulum load:
  • X '' (t) y l g 1- y l 2 - the g being the acceleration of gravity.
  • Equation (1) makes it possible to calculate the displacement X (t) as a function of the maximum acceleration ⁇ and the duration of the journey T, while equation (2) makes it possible to calculate the difference y as a function of the derivative second l 'of the instantaneous length of the pendulum associated with the load and the acceleration X''(t).
  • the position x of the carriage 40 is determined, with reference to FIG. 1, using the encoder 13, for example an incremental encoder, mounted on the shaft of the steering motor 14.
  • variable l is determined by the encoder 7 mounted on the shaft of the lifting motor 6 while the variable y is calculated from the angle ⁇ and the length l via the optical system constituted by the camera 18 and tag 19.
  • This beacon 19 constitutes a light source which creates a light spot on the sensitive element of the camera 18 which in return delivers a signal proportional to the angle ⁇ .
  • the computer 4 can then determine the theoretical value of the difference y and the actual instantaneous position X of the pendulum load 41.
  • a first block 61 illustrates the calculation of the theoretical displacement X (t) according to the invention.
  • This theoretical displacement X (t) is compared to the actual displacement X equal to the sum of the displacement x of the carriage 40 ( Figure 4) and of the product l.sin ⁇ of the instantaneous length l of the pendulum and the sine of the swing angle ⁇ , this sum being represented by block 67.
  • the difference ⁇ 1 between the theoretical displacement X (t) and the actual displacement X is derived at 62.
  • the speed is then regulated (block 65) at the level of the steering motor 14 (FIG. 1).
  • the effective displacement x of the carriage causes a swing of angle ⁇ (block 66).
  • Such control ensured a substantially zero swing at the end of the pendulum load path.
  • the method according to the invention moreover allows a relative optimization of the duration T of the path of the pendulum load. For a given distance D to be covered, it is possible to vary the period T of the maximum acceleration continuously.
  • VMAX the journey time T and the maximum acceleration ⁇ can then be determined. On the other hand, if this limitation is reached, a phase at VMAX speed is undertaken. A maximum acceleration and a distance traveled at VMAX speed are also determined.

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Claims (15)

  1. Verfahren zur Überwachung der Verschiebung einer hin- und hergehenden Last (20, 41, 31), die an einem horizontal beweglichen Träger (40, 34) hängt und von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt verschoben wird, bei dem die Last einem theoretischen Verschiebungsgesetz (X(t)) für die Last unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Schritt (AS) durchführt, um die Istposition der hin- und hergehenden Last (20, 31, 41) auf ihre durch die Verschiebungsvariable X(t) dargestellte Sollposition zu regeln, in welchem Schritt man in einem ersten Regelkreis den zeitbezogenen Abstand (ε1) zwischen der Sollposition (X(t)) der Last und ihrer Istposition (X) ableitet und man die zeitbezogene Ableitung dieser durch einen Korrekturfaktor (K1) geänderten Differenz der Sollposition (X(t)) aufaddiert und man in einem zweiten Regelkreis den Abstand (ε2) zwischen der Sollposition (xth) des beweglichen Trägers und dessen gemessener Position (x) mit einer festgelegten Konstante (K2) multipliziert und man das erhaltene Ergebnis der Sollgeschwindigkeit (x'th) des beweglichen Trägers aufaddiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem folgende Erfassungsschritte umfaßt :
    AC/1 Erfassung der Augenblickslänge (1) des Pendels ;
    AC/2 Erfassung der Istvariable für die Verschiebung (x) des beweglichen Trägers (34, 40) ;
    AC/3 Erfassung des Winkels (α) zwischen Pendel und Vertikale
       sowie einen Schritt zur Berechnung der Istverschiebung (x) der hin-und hergehenden Last anhand des Ergebnisses der vorgenannten Erfassungschritte, gefolgt von einem Schritt zur Berechnung des Fehlers (E1), der gleich der Differenz ist zwischen der Sollverschiebung X(t) und der Istverschiebung X.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem einen Schritt zur Bestimmung einer Korrektur (CORx) umfaßt, wobei die Korrektur (CORx) der Variable der Sollverschiebung (x(t)) aufaddiert wird, um die Isteinstellgröße der Verschiebung (x) des beweglichen Trägers (40) zu erhalten.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Last auf einem Weg vorbestimmten Dauer (T) von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Träger (40, 34) einem Trägerverschiebungsgesetz x(t) unterworfen wird, das so festgelegt ist, daß die Verschiebung der hin- und hergehenden Last (20, 41, 31) einem Lastverschiebungsgesetz X(t) unterliegt, das folgende Bedingungen erfüllt :
       X''(t) ist stetig und ableitbar nach der Zeitvariable t,
        X''(t) = 0
    Figure imgb0020
     und X''' (t) = 0
    Figure imgb0021
     bei t T (Wegdauer), wobei t die Zeit, X'' die zweite Ableitung, d.h. die Beschleunigung der Last bei ihrer Verschiebung und X''' die dritte Ableitung ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerverschiebungsgesetz x(t) so gewählt ist, daß die hin-und hergehende Last einem Beschleunigungsgesetz X''(t) unterworfen ist, das bestimmt ist durch die Relation : X'' (t) = Y 2 · (1-cos 2π T · t )
    Figure imgb0022
        wobei γ die maximale Beschleunigung der Last auf dem Weg ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt :
    A) Berechnung des Sollaugenblickwerts der Verschiebungsvariable X(t) der hin- und hergehenden Last (20, 31, 41) durch Doppelintegration des Beschleunigungsgesetzes X''(t) und in Abhängigkeit von der Ausgangsgeschwindigkeit (Vo) der hin- und hergehenden Last (20, 31, 41),
    B) Berechnung des Sollaugenblickwerts des Abstands y(t) der Last in bezug auf die Vertikale in Abhängigkeit von der Augenblickslänge (1) des Pendels, die der hin- und hergehenden Last (20, 31, 41) zugeordnet ist,
    C) Berechnung der Isteinstellgröße der Verschiebung x(t) des beweglichen Trägers (34, 40), wobei bekannt ist, daß x(t) = X(t) - y(t)
    Figure imgb0023
    , anhand der Ergebnisse der vorgenannten Schritte A) und B).
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine Begrenzung der Geschwindigkeit des beweglichen Trägers (40, 34) auf eine Höchstgeschwindigkeit (VMAX) umfaßt und daß, wenn die Begrenzung erreicht ist, ein Verschiebungsschritt bei gleichbleibender Geschwindigkeit durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine Begrenzung der Kraft umfaßt, die unter Höchstbeanspruchung (FMAX) auf den beweglichen Träger (40, 34) ausgeübt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem einen Schritt zur relativen Optimierung der Wegdauer der hin- und hergehenden Last (20, 41, 31) umfaßt.
  10. Vorrichtung zur Überwachung der Verschiebung einer hin- und hergehenden Last (20), welche an einem horizontal beweglichen Träger (40, 34) hängt, bei der das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingesetzt wird und die einem Hebezeug (1, 30) zugeordnet ist, das Hebemittel (5, 6, 8) und Lenkmittel (14, 15, 16, 17) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie Überwachungs- und Verarbeitungsmittel (4) aufweist, die einerseits repräsentative Daten über die Länge (1) des zugeordneten Pendels, den Schaukelwinkel (α) und die Verschiebung (x) des beweglichen Trägers (40) empfangen, welche jeweils in den Längenerfassungsmitteln (7), Winkelerfassungsmitteln (18) und Verschiebungserfassungsmitteln (13) ermittelt wurden und andererseits Hebebefehle und Lenkbefehle jeweils an die Hebemittel (5, 6, 8) und die Lenkmittel (14, 15, 16, 17) senden, wobei diese Überwachungs- und Verarbeitungsmittel (4) Mittel aufweisen, um jederzeit die Sollposition (X(t) und die Istposition (X) zu berechnen sowie Mittel, um anhand der Daten über die Länge (1), die Verschiebung (x) des beweglichen Trägers (40) und den Schaukelwinkel (α) die Istposition (X) der hin- und hergehenden Last (41) auf die Einstellgröße der Sollposition ( X (t) ) zu regeln.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs- und Verarbeitungsmittel (4) so angeordnet sind, daß im Regelkreis der Verschiebung (X) der hin- und hergehenden Last (20, 41) außerdem die Augenblicksposition (X) des beweglichen Trägers (40) auf einen durch die Überwachungs- und Verarbeitungsmittel (4) ermittelten korrigierten Wert geregelt wird.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Einsatz des Verfahrens nach Anspruch 4 oder 5 umfaßt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsmittel für die Länge (1) und die Mittel für die Verschiebung (x) des beweglichen Trägers jeweils einen Hebecodierer (7) umfassen, welcher den Hebemitteln (6, 5, 8) zugeordnet ist und einen Lenkcodierer (13), welcher den Lenkmitteln (14, 15, 16) zugeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelerfassungsmittel einerseits eine Leuchtbake (19) umfassen, die mit der hin- und hergehenden Last (20) fest verbunden ist und deren Lichtstrahl nach oben gerichtet ist und andererseits nach unten gerichtete optische Analysegeräte (18), wie eine Kamera, die fest mit dem beweglichen Träger verbunden und etwa senkrecht zu der Leuchtbake (19) angeordnet sind, wenn die hin- und hergehende Last nicht schaukelt.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs- und Verarbeitungsmittel einen programmierbaren Rechner umfassen.
EP93113406A 1990-07-18 1991-07-17 Verfahren zum Steuern der Ortsveränderung einer pendelartigen Last und Vorrichtung um dieses in Angriff zu nehmen Expired - Lifetime EP0578280B1 (de)

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