EP1628902A1 - Crane or excavator for handling a cable-suspended load provided with optimised motion guidance - Google Patents

Crane or excavator for handling a cable-suspended load provided with optimised motion guidance

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EP1628902A1
EP1628902A1 EP04739403A EP04739403A EP1628902A1 EP 1628902 A1 EP1628902 A1 EP 1628902A1 EP 04739403 A EP04739403 A EP 04739403A EP 04739403 A EP04739403 A EP 04739403A EP 1628902 A1 EP1628902 A1 EP 1628902A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
crane
load
control
excavator
model
Prior art date
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Granted
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EP04739403A
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German (de)
French (fr)
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EP1628902B1 (en
Inventor
Klaus Schneider
Oliver Sawodny
Eckard Arnold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Werk Nenzing GmbH
Original Assignee
Liebherr Werk Nenzing GmbH
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B66C13/063Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads electrical

Definitions

  • the invention relates to a crane or excavator for handling a load suspended from a load rope according to the preamble of claim 1.
  • the invention is concerned with the generation of command variables as control functions in cranes or excavators, which allows the load suspended on a rope to be moved in at least three degrees of freedom.
  • Such cranes or excavators have a slewing gear, which can be mounted on a trolley, which is used to turn the crane or excavator.
  • the crane or excavator comprises a hoist for lifting or lowering the load suspended on the rope.
  • Such cranes or excavators are used in a wide variety of designs. Examples include mobile harbor cranes, ship cranes, offshore cranes, crawler cranes or cable excavators.
  • WO 02/32805 A1 describes a crane or excavator for handling a load hanging on a load rope with a computer-controlled regulation for damping the load oscillation, which has a path planning module, a centripetal force compensation device and at least one axis controller for the slewing gear, one axis controller for the luffing gear and one Has axis controller for the hoist. Only the kinematic limits of the system are taken into account in the path planning module. The dynamic behavior is only taken into account when designing the control.
  • the object of the invention is to further optimize the motion control of the load hanging on the load rope.
  • a generic crane or excavator has a control system in which the reference variables for the control system are generated in such a way that there is an optimized movement with minimized pendulum deflections.
  • the traversed path of the oscillating load can also be forecast and a collision avoidance strategy can be implemented based on this.
  • optimal control trajectories are calculated and updated online in the path control of the present invention.
  • the model-based optimal control trajectories can be created based on a model linearized around reference trajectories.
  • the model-based optimal control trajectories can be based on a non-linear model approach.
  • the model-based optimal control trajectories can be determined with feedback from all state variables.
  • model-based optimal control trajectories can be determined by tracing at least one measured variable and estimating the remaining state variables.
  • model-based optimal control trajectories can be determined by tracing at least one measured variable and tracking the remaining state variables by means of model-based forward control.
  • the path control can advantageously be carried out as fully automatic or else as semi-automatic.
  • the desired functions are now generated in the present invention in such a way that the dynamic behavior of the crane is taken into account even before the control is switched on.
  • the control only has the task of compensating for model deviations and disturbance variables, which results in improved driving behavior.
  • the control can be omitted entirely and the crane can be operated with this optimized control function.
  • the behavior will be somewhat less favorable than when operating with the control, since the model does not agree in all details with the actual circumstances.
  • the process provides two modes of operation.
  • the hand lever operation in which the operator specifies a target speed of the load through the hand lever deflection, and the fully automatic operation, in which the start and destination points are specified.
  • the optimized control function calculation can be operated alone or in connection with a regulation for load oscillation damping.
  • Fig. 1 Basic mechanical structure of a mobile harbor crane
  • Fig. 2 Interaction of hydraulic control and path control with module for optimized movement control as a control function of the crane
  • Fig. 3 Structure of the path control with module for optimized motion control with regulation for load pendulum damping
  • Fig. 4 Structure of the path control with module for optimized motion control as a control function without regulation for load swing damping (if necessary with subordinate position controllers for the drives)
  • Fig. 5 Mechanical structure of the slewing gear and definition of model variables
  • Fig. 6 Mechanical structure of the luffing gear and definition of model variables
  • Fig. 7 Erection kinematics of the luffing gear
  • Fig. 8 Flow chart for the calculation of the optimized control variable in fully automatic operation
  • Fig. 9 Flow chart for the calculation of the optimized control variable in semi-automatic operation
  • Fig. 10 Exemplary generation of reference variables in fully automatic operation
  • Fig. 11 Exemplary time profiles of control variables and control variables in hand lever operation
  • the basic mechanical structure of a mobile harbor crane is shown in FIG.
  • the mobile harbor crane is usually mounted on a chassis 1.
  • the boom 5 can be tilted by the angle ⁇ A with the hydraulic cylinder of the luffing gear 7.
  • the rope length Is can be varied with the hoist.
  • the tower 11 enables the rotation of the boom by the angle ⁇ D about the vertical axis. With the load swivel 9, the load at the target point can be rotated by the angle ⁇ red .
  • Fig. 2 shows the interaction of hydraulic control and path control 31 with a module for optimized movement control.
  • the mobile harbor crane has a hydraulic drive system 21.
  • An internal combustion engine 23 feeds the hydraulic control circuits via a transfer case.
  • the hydraulic control circuits each consist of a variable displacement pump 25, which is controlled via a proportional valve in the pilot control circuit, and a motor 27 or cylinder 29 as the working machine.
  • a flow rate Q F D, QFA, QFL, QFR is set via the proportional valve independently of the load pressure.
  • the proportional valves are controlled via the signals UstD, Us A , UstL, Ust R.
  • the hydraulic control is usually equipped with a subordinate flow control. It is essential that the control voltages usto, UstA, Ust UstR at the proportional valves are converted by the subordinate flow control into flow rates QFD, QFA, QFL, QFR proportional to this in the corresponding hydraulic circuit.
  • FIGS. 3 and 4 show the structure of the path control with the module for optimized motion control with Regulation for load oscillation damping and Figure 4 the path control with the module for optimized motion control without regulation for load oscillation damping.
  • This load sway damping can be designed, for example, according to PCT / EP01 / 12080. Therefore, the content disclosed there is fully incorporated into this document.
  • the input variables of the module 37 are a target point matrix 35 for the position and orientation of the load, which in the simplest case consists of the start and end point.
  • the position is usually described for slewing cranes by polar coordinates ( ⁇ LD , r LA ,) ⁇ Since this does not completely describe the position of the extended body (e.g. a container) in space, another angle size can be added (angle of rotation ⁇ L around the Vertical axis, which is parallel to the rope).
  • the target position variables ⁇ wziei, r aa, kiei, iei are summarized in the vector gziei.
  • the input variables of the module 39 are the current positions of the hand levers 34 for controlling the crane.
  • the deflection of the hand lever corresponds to the desired target speed of the load in the respective direction of movement. Accordingly, the target speeds ⁇ LDTarget Anlagenzzyf] Target speed vector q summarized.
  • the optimal control problem can be solved from this information about the stored model for describing the dynamic behavior and the selected boundary and secondary conditions.
  • the output variables are then the time functions u out> D , u out , A , u 0Ut , ⁇ , u 0Ut ⁇ R , which are at the same time input variables of the subordinate regulation for load oscillation damping 36 or the subordinate regulation for position or speed of the crane 41.
  • the hand lever value can be used to change the secondary condition of the maximum permissible speed in the optimal control problem. This is particularly advantageous in that even in fully automatic operation, the user has the possibility of influencing the speed of the fully automatic process online. The changes made are immediately adopted and taken into account in the next run of the algorithm.
  • Model-based estimation methods 43 such as observer structures, are suitable here.
  • the missing state variables are estimated or tracked from the measured variables of the crane position and the control functions u 0Ut ⁇ D , u 0U t, A, u out , u out , ⁇ in a stored dynamic model (see FIG. 4).
  • the basis for the process of optimized motion control is the process of dynamic optimization.
  • the dynamic behavior of the crane must be mapped in a differential equation model.
  • Either the Lagrangian formalism or the Newton-Euler method can be used to derive the model equations.
  • FIG. 5 shows the model variables, the model variables related to the rotary movement
  • FIG. 6 shows the model variables for the radial movement.
  • Is is the resulting rope length from the boom head to the center of the load.
  • is the current righting angle of the luffing gear
  • l A is the length of the boom
  • ⁇ S t is the current rope angle in the tangential direction (since ⁇ st is small, can be approximated).
  • M RD friction torque (2) essentially describes the equation of motion for the crane tower with jib, taking into account the retroactive effect of the load swing.
  • (3) is the equation of motion that describes the load oscillation by the angle ⁇ s t , the excitation of the load oscillation being caused by the rotation of the tower, the angular acceleration of the tower or an external disturbance expressed by the initial conditions for these differential equations.
  • i D is the gear ratio between the engine speed and the rotating speed of the tower
  • V is the absorption volume of the hydraulic motors
  • ⁇ o is the pressure drop across the hydraulic drive motor
  • ß is the oil compressibility
  • QFD is the flow rate in the hydraulic circuit for turning
  • K PD is the proportionality constant, which indicates the relationship between the flow rate and the control voltage of the proportional valve. Dynamic effects of the subordinate flow control are neglected.
  • the transmission behavior of the drive units can be represented by an approximate relationship as a delay element of the 1st or higher order instead of using equation 4.
  • the approximation with a delay element of the 1st order is shown below. Then the transfer function results
  • Equation (2) is not needed.
  • T DAntr is the approximate (time constant determined from measurements to describe the deceleration behavior of the drives.
  • K PDAntr is the resulting amplification between the control voltage and the resulting speed in the stationary case.
  • equations of motion can be set up analogously to equations (2) and (3). 6 gives explanations for the definition of the model variables. What is important here is the relationship shown there between the righting angle position ⁇ A of the boom and the load position in the radial direction ⁇ LA
  • Equation (9) essentially describes the equation of motion of the boom with the driving hydraulic cylinder, whereby the reaction is taken into account by the swaying of the load. This also takes into account the portion affected by the gravity of the boom and the viscous friction in the drive.
  • Equation (10) is the equation of motion that describes the load oscillation ⁇ s r , the excitation of the vibration being caused by the erection or inclination of the boom via the angular acceleration of the boom or an external disturbance, expressed by the initial conditions for these differential equations.
  • the term on the right side of the differential equation describes the influence of the centripetal force on the load when the load rotates with the slewing gear.
  • F Z yi is the force of the hydraulic cylinder on the piston rod
  • pz y ⁇ is the pressure in the cylinder (depending on the direction of movement on the piston or ring side)
  • Az y ⁇ is the cross-sectional area of the cylinder (depending on the direction of movement on the piston or ring side)
  • ß is the oil compressibility
  • V Zy ⁇ is the cylinder volume
  • QFA is the flow rate in the hydraulic circuit for the luffing gear
  • K PA is the proportionality constant, which indicates the relationship between flow rate and control voltage of the proportional valve. Dynamic effects of the subordinate flow control will be; neglected.
  • With oil compression in the cylinder half of the total volume of the hydraulic cylinder is assumed to be the relevant cylinder volume.
  • z Zy ⁇ , z Zy ⁇ smd the position or the speed of the cylinder rod. Like the geometric parameters db and ⁇ p, these are dependent on the righting kinematics.
  • Fig. 7 the erection kinematics of the luffing gear is shown.
  • the hydraulic cylinder is anchored to the crane tower above the pivot point of the boom.
  • the distance d a between this point and the pivot point of the boom can be taken from design data.
  • the piston rod of the hydraulic cylinder is attached to the boom at a distance d b .
  • the correction angle ⁇ o takes into account the deviations of the fastening points from the boom or tower axis and is also known from design data.
  • the following relationship between the righting angle ⁇ A and the hydraulic cylinder position z Zy / can be derived from this.
  • the projection angle ⁇ p must also be calculated.
  • Equation (9) is not required.
  • T ⁇ Antr is the approximate (time constant determined from measurements to describe the deceleration behavior of the drives.
  • K PAAnt r the resulting gain between the control voltage and the resulting speed in the stationary case. With an insignificant time constant with regard to the drive dynamics, a proportionality between the speed and the control voltage of the proportional valve can be assumed directly become.
  • the last direction of movement is the turning of the load on the load hook itself by the load slewing gear.
  • a corresponding description of this regulation results from the German patent application DE 100 29 579 dated June 15, 2000, the content of which is expressly referred to here.
  • the rotation of the load is carried out via the load swiveling mechanism arranged between a bottom block hanging from the rope and a load suspension device. Torsional vibrations are suppressed. In most cases, this means that the load, which is not rotationally symmetrical, can be picked up in an accurate position, moved and offset by a corresponding bottleneck.
  • this direction of movement is also integrated in the module for optimized movement control, as is shown for example on the basis of the overview in FIG. 3.
  • the load can already be moved into the correspondingly desired swiveling position by means of the load swiveling mechanism after being picked up during transport through the air, the individual pumps and motors being controlled synchronously here.
  • a mode for a rotation angle-independent orientation can also be selected. This results in the equation of motion listed below. The variable designation corresponds to DE 100 29 579 from June 15, 2000. No linearization was carried out.
  • the pendulum angle variables ⁇ s t> ⁇ st > ⁇ Sr > ⁇ sr from the control variables U ⁇ D, u StA and the measured variables ⁇ D > ⁇ 'D > ⁇ A > ⁇ A > Pzyl have to be reconstructed as examples become.
  • the nonlinear model is linearized according to equation (20-23) and, for example, a parameter-adaptive state observer (see also FIG. 4 block 43) is designed.
  • the condition of the rope angle values can also be simplified, based on the model equations and the known courses of the input values and the measurable state variables.
  • the target curves for the input signals (control variables) u stD (t), u stA (t) are solved by solving an optimal control problem, i.e. a task of dynamic optimization.
  • an optimal control problem i.e. a task of dynamic optimization.
  • the intended reduction of the load sway is recorded in a target function.
  • Boundary conditions and trajectory restrictions of the optimal control problem result from the railway data, the technical restrictions of the crane system (e.g. limited drive power, as well as restrictions due to dynamic load torque restrictions to prevent the crane from tipping) and expanded requirements for the movement of the load.
  • Such a formulation of the optimal control problem is given in the following by way of example both for the fully automatic operation of the system with a predetermined start and end point of the load path and for hand lever operation.
  • the entire movement from the specified start to the specified destination is considered.
  • the load pendulum angles are evaluated quadratically.
  • the minimization of this target functional therefore provides a movement with reduced load oscillation.
  • An additional evaluation of the load pendulum angle velocities with a time-variant penalty (increasing at the end of the optimization horizon) results in a calming of the load movement at the end of the optimization horizon.
  • a regularization term with a quadratic evaluation of the amplitudes of the control variables can favorably influence the numerical condition of the task.
  • This time horizon is an essential tuning parameter of the method and is limited by the period of oscillation of the load pendulum movement.
  • the boundary conditions must take into account that the movement does not start from a rest position and generally does not end in a rest position.
  • the boundary conditions at the start of the optimization horizon t 0 result from the current system state ⁇ (t ⁇ ), which is measured or, via a model carried, from the control variables u S ⁇ tD , u S! A and the measured variables ⁇ D 'D > $ A > '$ A > PZyl is reconstructed using a parameter-adaptive state observer.
  • the boundary conditions at the end of the optimization horizon t f are free.
  • control variables as functions of time should be constant and have constant first derivatives with respect to time.
  • the erection angle is limited due to the crane construction
  • the claim is not tied to a specific method for numerically calculating the optimal controls.
  • the claim expressly also relates to an approximate solution to the optimal control problems specified above, in which only a solution of sufficient (not maximum) accuracy is determined in view of a reduced computing effort when using online.
  • a number of the hard constraints formulated above can be treated numerically as a soft constraint by evaluating the constraint violation in the target functional.
  • the optimization horizon is discretized.
  • the length of the partial intervals ⁇ , ⁇ + can be adapted to the dynamics of the problem. A larger number of subintervals usually leads to an improvement of the approximation solution, but also to an increased calculation effort.
  • the time profile of the control variables is approximated by an approach function U k with a fixed number of parameters u k (control parameters).
  • the state differential equation of the dynamic model can be numerically integrated and the target function can be evaluated, using the approximated time profiles instead of the control variables.
  • the Boundary conditions and the trajectory restrictions can also be understood as functions of the control parameters.
  • variables Ax, ⁇ u, ⁇ y denote the deviations from the reference curve of the respective variable
  • the optimal control task is thus approximated by a finite-dimensional quadratic optimization problem with linear equation and inequality restrictions, which can be solved numerically using an adapted standard procedure.
  • the numerical effort for this is again significantly less than for the nonlinear optimization problem described above.
  • the linearization approach described is particularly suitable for the approximate solution of the optimal control problems with hand lever operation, because in this case the inaccuracies caused by the linearization have a smaller effect due to the shorter optimization horizon (time window [to.ty]) and the other with the in each case calculated previous time step suitable reference trajectories are available for optimal control and status changes.
  • the optimal time profiles of both the control variables and the state variables of the dynamic model are obtained. When operated with a subordinate control, these are activated as manipulated and reference variables. Since the dynamic behavior of the crane is taken into account in these target functions, the control only has to compensate for disturbance variables and model deviations.
  • control variables In the case of operation without a subordinate control, on the other hand, the optimal courses of the control variables are directly applied as control variables.
  • the solution to the optimal control problem provides a prognosis of the path of the oscillating load, which can be used for extended measures for collision avoidance.
  • the optimal control problem is defined by including the specification of the permissible range and the technical parameters.
  • the numerical solution of the optimal control problem provides optimal time profiles of the control and state variables. In the case of a subordinate regulation for load oscillation damping, these are applied as manipulated and command variables. Alternatively, a realization without subordinate regulation - then with direct connection of the optimal control functions to the hydraulics - can be realized.
  • Fig. 9 shows the interaction of state reconstruction and calculation of the optimal control in the case of hand lever operation.
  • the state of the dynamic crane model is tracked using the available measured variables.
  • time profiles of the control functions are determined which - based on this current state - when the Reduced load swing brings the load speed up to the setpoints specified by the hand lever.
  • control 10 shows exemplary results for optimal time profiles of the control variables in fully automatic operation.
  • a time horizon of 30 s was specified.
  • the control functions are continuous functions of time with continuous 1st derivatives.
  • FIG. 11 shows exemplary time profiles of control variables and control variables in simulated hand lever operation.
  • the setpoints for the load speed (the hand lever specifications) are varied in the form of staggered rectangular pulses.
  • the optimal control is updated with a sampling time of 0.2 s.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Jib Cranes (AREA)

Abstract

The invention relates to a crane or excavator for handling a cable-suspended load (3) comprising a rotation system for rotating the crane or excavator, a rocker system (7) for lifting or tilting a crane arm (5) and a lifting system for lifting or lowering the cable-suspended load (3) which is provided with a drive system. According to said invention, the crane or excavator comprises a continuous control system (31) whose output values are directly or indirectly used for input values for adjusting the position or speed of the crane or excavator, the control guiding values being generated in the continuous control system (31) in such a way that the amplitude of pendulum swing of the load is minimised.

Description

Kran oder Bagger zum Umschlagen von einer an einem Lastseil hängenden Last mit optimierter Bewegungsführung Crane or excavator for handling a load hanging on a load rope with optimized motion control
Die Erfindung betrifft einen Kran oder Bagger zum Umschlagen von einer an einem Lastseil hängenden Last nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a crane or excavator for handling a load suspended from a load rope according to the preamble of claim 1.
Im einzelner] befasst sich die Erfindung mit der Generierung von Führungsgrößen als Steuerfunktionen bei Kranen oder Baggern, die eine Bewegung der an einem Seil aufgehängten Last in mindestens drei Freiheitsgraden zulässt. Derartige Krane oder Bagger weisen ein Drehwerk, das auf einem Fahrwerk aufgebracht sein kann, auf, welches zum Drehen des Kranes oder Baggers dient. Weiterhin ist ein Wippwerk zum Aufrichten bzw. Neigen eines Auslegers und ein Schwenkwerk vorhanden. Schließlich umfasst der Kran oder Bagger ein Hubwerk zum Heben bzw. Senken der an dem Seil aufgehängten Last. Derartige Kräne oder Bagger finden in verschiedenster Ausführung Verwendung. Beispielhaft sind hier Hafenmobilkrane, Schiffskrane, Offshore-Krane, Raupenkrane bzw. Seilbagger zu nennen.In detail], the invention is concerned with the generation of command variables as control functions in cranes or excavators, which allows the load suspended on a rope to be moved in at least three degrees of freedom. Such cranes or excavators have a slewing gear, which can be mounted on a trolley, which is used to turn the crane or excavator. There is also a luffing gear for raising or tilting a boom and a slewing gear. Finally, the crane or excavator comprises a hoist for lifting or lowering the load suspended on the rope. Such cranes or excavators are used in a wide variety of designs. Examples include mobile harbor cranes, ship cranes, offshore cranes, crawler cranes or cable excavators.
Beim Umschlagen einer an einem Seil hängenden Last mittels eines derartigen Kranes oder Baggers entstehen Pendelbewegungen der Last, die auf die Bewe- gung des Kranes oder Baggers selbst zurückzuführen sind. Es wurden nun bereits in der Vergangenheit Anstrengungen unternommen, um Pendelschwingungen bei Lastkranen zu verringern bzw. zu unterdrücken.When a load hanging on a rope is handled by means of a crane or excavator of this type, pendulum movements of the load occur which affect the movements. the crane or excavator itself. Efforts have already been made in the past to reduce or suppress pendulum vibrations in load cranes.
Die WO 02/32805 A1 beschreibt einen Kran oder Bagger zum Umschlagen von einer an einem Lastseil hängenden Last mit einer computergesteuerten Regelung zur Dämpfung der Lastpendelung, die ein Bahnplanungsmodul, eine Zentripetalkraftkompensationseinrichtung und zumindest einen Achsregler für das Drehwerk, einen Achsregler für das Wippwerk und einen Achsregler für das Hubwerk aufweist. Dabei wird im Bahnplanungsmodul nur die kinematischen Begrenzungen des Systems berücksichtigt. Das dynamische Verhalten findet nur beim Entwurf der Regelung Berücksichtigung.WO 02/32805 A1 describes a crane or excavator for handling a load hanging on a load rope with a computer-controlled regulation for damping the load oscillation, which has a path planning module, a centripetal force compensation device and at least one axis controller for the slewing gear, one axis controller for the luffing gear and one Has axis controller for the hoist. Only the kinematic limits of the system are taken into account in the path planning module. The dynamic behavior is only taken into account when designing the control.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Bewegungsführung der am Lastseil hängenden Last noch weiter zu opimieren.The object of the invention is to further optimize the motion control of the load hanging on the load rope.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein gattungsgemäßer Kran oder Bagger eine Steuerung auf, in der die Führungsgrößen für die Steuerung so generiert werden, dass sich eine optimierte Bewegung mit minimierten Pendelausschlägen ergibt. Hierbei kann auch die abgefahrene Bahn der pendelnden Last prognostiziert werden und darauf aufbauend eine Kollisionsvermeidungsstrategie realisiert werden.To solve this task, a generic crane or excavator has a control system in which the reference variables for the control system are generated in such a way that there is an optimized movement with minimized pendulum deflections. The traversed path of the oscillating load can also be forecast and a collision avoidance strategy can be implemented based on this.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.Advantageous refinements of the invention result from the subclaims following the main claim.
Von besonderem Vorteil ist es, dass in der Bahnsteuerung der vorliegenden Erfindung modelbasiert optimale Steuertrajektorien online berechnet und aktualisiert werden. Dabei können die modelbasierten optimalen Steuertrajektorien basierend auf einem um Referenztrajektorien linearisierten Model erstellbar sein. Alternativ können die modelbasierten optimalen Steuertrajektorien auf einem nicht linearen Modelansatz basieren. Die modelbasierten optimalen Steuertrjektorien können unter Rückführung von allen Zustandsgrößen ermittelt werden.It is particularly advantageous that optimal control trajectories are calculated and updated online in the path control of the present invention. The model-based optimal control trajectories can be created based on a model linearized around reference trajectories. Alternatively, the model-based optimal control trajectories can be based on a non-linear model approach. The model-based optimal control trajectories can be determined with feedback from all state variables.
Alternativ können die modelbasierten optimalen Steuertrajektorien unter Rückführung von mindestens einer Messgröße und Schätzung der verbleibenden Zustandsgrößen ermittelbar sein.Alternatively, the model-based optimal control trajectories can be determined by tracing at least one measured variable and estimating the remaining state variables.
Wiederum alternativ können die modelbasierten optimalen Steuertrajektorien unter Rückführung von mindestens einer Messgröße und Nachführung der verbleibenden Zustandsgrößen durch modelbasierte Vorwärtssteuerung ermittelt werden.Again, alternatively, the model-based optimal control trajectories can be determined by tracing at least one measured variable and tracking the remaining state variables by means of model-based forward control.
Die Bahnsteuerung kann vorteilhaft als Vollautomatik oder aber auch als Halbautomatik durchführbar sein.The path control can advantageously be carried out as fully automatic or else as semi-automatic.
So ergibt sich im Zusammenhang mit einer Regelung zur Lastpendeldämpfung ein optimiertes Bewegungsverhalten mit vermindertem Restpendeln und geringeren Pendelausschlägen während der Fahrt. Ohne die Regelung zur Lastpendeldämpfung kann die erforderliche Sensorik am Kran verringert werden. Es kann ein vollautomatischer Betrieb, bei dem Start und Zielpunkt feststehen ebenso realisiert werden, wie ein Handhebelbetrieb, der im folgenden als halbautomatischer Betrieb bezeichnet wird.In connection with a regulation for load oscillation damping, this results in an optimized movement behavior with reduced residual oscillation and lower pendulum deflections while driving. The required sensors on the crane can be reduced without the regulation of load oscillation damping. Fully automatic operation, in which the start and finish point are fixed, can be implemented, as can hand lever operation, which is referred to below as semi-automatic operation.
In der vorliegenden Erfindung werden die Sollfunktionen im Gegensatz zur WO 02/32805 A1 nun derart generiert, dass bereits vor dem Aufschalten auf die Regelung das dynamische Verhalten des Krans berücksichtigt ist. Damit hat die Regelung nur noch die Aufgabe, Modellabweichungen und Störgrößen auszugleichen, wodurch ein verbessertes Fahrverhalten resultiert. Zudem kann, wenn die Positionsgenauigkeit und das tolerierbare Restpendeln es zulässt, die Regelung ganz entfallen und der Kran mit dieser optimierten Steuerfunktion betrieben werden. Allerdings wird das Verhalten etwas ungünstiger als beim Betrieb mit der Regelung sein, da das Modell nicht in allen Details mit den tatsächlichen Gegebenheiten ü- bereinstimmt. Das Verfahren sieht zwei Betriebsmodi vor. Den Handhebelbetrieb, bei dem der Bediener durch die Handhebelauslenkung eine Sollgeschwindigkeit der Last vorgibt, und dem vollautomatischen Betrieb, bei dem Start- und Zielpunkt vorgegeben werden.In contrast to WO 02/32805 A1, the desired functions are now generated in the present invention in such a way that the dynamic behavior of the crane is taken into account even before the control is switched on. The control only has the task of compensating for model deviations and disturbance variables, which results in improved driving behavior. In addition, if the positional accuracy and the tolerable residual oscillation allow, the control can be omitted entirely and the crane can be operated with this optimized control function. However, the behavior will be somewhat less favorable than when operating with the control, since the model does not agree in all details with the actual circumstances. The process provides two modes of operation. The hand lever operation, in which the operator specifies a target speed of the load through the hand lever deflection, and the fully automatic operation, in which the start and destination points are specified.
Daneben kann die optimierte Steuerfunktionsberechnung allein oder in Zusammenhang mit einer Regelung zur Lastpendeldämpfung betrieben werden.In addition, the optimized control function calculation can be operated alone or in connection with a regulation for load oscillation damping.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Als typischer Vertreter für einen Kran oder Bagger der eingangs genannten Gattung wird die Erfindung hier anhand eines Hafenmobilkranes beschrieben.Further details and advantages of the invention will be explained with reference to an embodiment shown in the drawing. As a typical representative of a crane or excavator of the type mentioned at the outset, the invention is described here using a mobile harbor crane.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Als typischer Vertreter für einen Kran oder Bagger der eingangs genannten Gattung wird die Erfindung hier anhand eines Hafenmobilkranes beschrieben.Further details and advantages of the invention will be explained with reference to an embodiment shown in the drawing. As a typical representative of a crane or excavator of the type mentioned at the outset, the invention is described here using a mobile harbor crane.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 : Prinzipielle mechanische Struktur eines HafenmobilkranesFig. 1: Basic mechanical structure of a mobile harbor crane
Fig. 2: Zusammenwirken von hydraulischer Steuerung und Bahnsteuerung mit Modul zur optimierten Bewegungsführung als Steuerfunktion des KranesFig. 2: Interaction of hydraulic control and path control with module for optimized movement control as a control function of the crane
Fig. 3: Struktur der Bahnsteuerung mit Modul zur optimierten Bewegungsführung mit Regelung zur LastpendeldämpfungFig. 3: Structure of the path control with module for optimized motion control with regulation for load pendulum damping
Fig. 4: Struktur der Bahnsteuerung mit Modul zur optimierten Bewegungsführung als Steuerfunktion ohne Regelung zur Lastpendeldämpfung (ggf. mit unterlagerten Positionsreglern für die Antriebe)Fig. 4: Structure of the path control with module for optimized motion control as a control function without regulation for load swing damping (if necessary with subordinate position controllers for the drives)
Fig. 5: Mechanischer Aufbau des Drehwerks und Definition von ModellvariablenFig. 5: Mechanical structure of the slewing gear and definition of model variables
Fig. 6: Mechanischer Aufbau des Wippwerks und Definition von ModellvariablenFig. 6: Mechanical structure of the luffing gear and definition of model variables
Fig. 7: Aufrichtkinematik des Wippwerks Fig. 8: Ablaufdiagramm für die Berechnung der optimierten Steuergröße im vollautomatischen BetriebFig. 7: Erection kinematics of the luffing gear Fig. 8: Flow chart for the calculation of the optimized control variable in fully automatic operation
Fig. 9: Ablaufdiagramm für die Berechnung der optimierten Steuergröße im halbautomatischen BetriebFig. 9: Flow chart for the calculation of the optimized control variable in semi-automatic operation
Fig. 10: Beispielhafte Führungsgrößengenerierung im vollautomatischen BetriebFig. 10: Exemplary generation of reference variables in fully automatic operation
Fig. 11 : Beispielhafte Zeitverläufe von Steuergrößen und Regelgrößen im HandhebelbetriebFig. 11: Exemplary time profiles of control variables and control variables in hand lever operation
In Fig. 1. ist die prinzipielle mechanische Struktur eines Hafenmobilkrans dargestellt. Der Hafenmobilkran ist zumeist auf einem Fahrgestell 1 montiert. Zur Positionierung der Last 3 im Arbeitsraum kann der Ausleger 5 mit dem Hydraulikzylinder des Wippwerks 7 um den Winkel φA gekippt werden. Mit dem Hubwerk kann die Seillänge Is variiert werden. Der Turm 11 ermöglicht die Drehung des Auslegers um den Winkel φD um die Hochachse. Mit dem Lastschwenkwerk 9 kann die Last am Zielpunkt um den Winkel φrot gedreht werden.The basic mechanical structure of a mobile harbor crane is shown in FIG. The mobile harbor crane is usually mounted on a chassis 1. To position the load 3 in the work area, the boom 5 can be tilted by the angle φ A with the hydraulic cylinder of the luffing gear 7. The rope length Is can be varied with the hoist. The tower 11 enables the rotation of the boom by the angle φ D about the vertical axis. With the load swivel 9, the load at the target point can be rotated by the angle φ red .
Fig. 2 zeigt das Zusammenwirken von hydraulischer Steuerung und Bahnsteuerung 31 mit Modul zur optimierten Bewegungführung. In der Regel besitzt der Hafenmobilkran ein hydraulisches Antriebssystem 21. Ein Verbrennungsmotor 23 speist ü- ber ein Verteilergetriebe die hydraulischen Steuerkreise. Die hydraulischen Steuerkreise bestehen jeweils aus einer Verstellpumpe 25, die über ein Proportionalventil im Vorsteuerkreis angesteuert wird, und einem Motor 27 oder Zylinder 29 als Arbeitsmaschine. Über das Proportionalventil wird damit lastdruckunabhängig ein Förderstrom QFD, QFA, QFL, QFR eingestellt. Die Proportionalventile werden über die Signale UstD, UsA, UstL, UstR angesteuert. Die hydraulische Steuerung ist meist mit einer unterlagerten Förderstromregelung ausgestattet. Wesentlich ist dabei, daß die Steuerspannungen usto, UstA, Ust UstR an den Proportionalventilen durch die unterlagerte Förderstromregelung in hierzu proportionale Förderströme QFD, QFA, QFL, QFR im entsprechenden Hydraulikkreislauf umgesetzt werden.Fig. 2 shows the interaction of hydraulic control and path control 31 with a module for optimized movement control. As a rule, the mobile harbor crane has a hydraulic drive system 21. An internal combustion engine 23 feeds the hydraulic control circuits via a transfer case. The hydraulic control circuits each consist of a variable displacement pump 25, which is controlled via a proportional valve in the pilot control circuit, and a motor 27 or cylinder 29 as the working machine. A flow rate Q F D, QFA, QFL, QFR is set via the proportional valve independently of the load pressure. The proportional valves are controlled via the signals UstD, Us A , UstL, Ust R. The hydraulic control is usually equipped with a subordinate flow control. It is essential that the control voltages usto, UstA, Ust UstR at the proportional valves are converted by the subordinate flow control into flow rates QFD, QFA, QFL, QFR proportional to this in the corresponding hydraulic circuit.
Die Struktur der Bahnregelung ist nun in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Figur 3 zeigt die Bahnsteuerung mit dem Modul zur optimierten Bewegungsführung mit Regelung zur Lastpendeldämpfung und Figur 4 die Bahnsteuerung mit dem Modul zur optimierten Bewegungsführung ohne Regelung zur Lastpendeldämpfung. Diese Lastpendeldämpfung kann beispielsweise nach der Schrift PCT/EP01/12080 entworfen worden sein. Daher wird der dort offenbarte Inhalt vollumfänglich in diese Schrift mit einbezogen.The structure of the path control is now shown in FIGS. 3 and 4. Figure 3 shows the path control with the module for optimized motion control with Regulation for load oscillation damping and Figure 4 the path control with the module for optimized motion control without regulation for load oscillation damping. This load sway damping can be designed, for example, according to PCT / EP01 / 12080. Therefore, the content disclosed there is fully incorporated into this document.
Wesentlich ist nun, daß die Zeitfunktionen für die Steuerspannungen der Proportionalventile nicht mehr direkt aus den Handhebeln beispielsweise über Rampenfunktionen oder einen Bahnplaner, der die kinematischen Beschränkungen des System berücksichtigt, abgeleitet werden, sondern derart in der Bahnsteuerung 31 berechnet werden, daß beim Bewegen des Krans keine oder geringe Pendelbewegungen der Last auftreten und die Last der gewünschten Bahn im Arbeitsraum folgt. D.h. bei der Berechnung der optimierten Steuergröße wird nicht nur die kinematische Beschreibung sondern die dynamische Beschreibung des Systems berücksichtigt.It is now essential that the time functions for the control voltages of the proportional valves are no longer derived directly from the hand levers, for example via ramp functions or a path planner that takes into account the kinematic restrictions of the system, but are calculated in path control 31 such that when the crane is moved little or no pendulum movements of the load occur and the load follows the desired path in the work area. That When calculating the optimized control variable, not only the kinematic description but also the dynamic description of the system is taken into account.
Eingangsgrößen des Moduls 37 ist eine Sollpunktmatrix 35 für die Position und Orientierung der Last, die im einfachsten Fall aus Start- und Zielpunkt besteht,. Die Position wird üblicherweise bei Drehkranen durch Polarkoordinaten beschrieben (ΨLD, rLA, )■ Da dadurch die Position des ausgedehneten Körpers (bspw. eines Containers) im Raum nicht vollständig beschrieben wird, kann eine weitere Winkelgröße hinzugenommen werden (Drehwinkel γL um die Hochachse, die parallel zum Seil liegt). Die Zielpositionsgrößen φwziei, r aa, kiei , iei sind im Vektor gziei zu- sammengefasst.The input variables of the module 37 are a target point matrix 35 for the position and orientation of the load, which in the simplest case consists of the start and end point. The position is usually described for slewing cranes by polar coordinates (Ψ LD , r LA ,) ■ Since this does not completely describe the position of the extended body (e.g. a container) in space, another angle size can be added (angle of rotation γ L around the Vertical axis, which is parallel to the rope). The target position variables φwziei, r aa, kiei, iei are summarized in the vector gziei.
Eingangsgrößen des Moduls 39 sind die aktuellen Stellungen der Handhebel 34 zur Ansteuerung des Krans. Die Auslenkung der Handhebel entspricht der gewünschten Zielgeschwindigkeit der Last in der jeweiligen Bewegungsrichtung. Dementsprechend werden die Ziel-Geschwindigkeiten ψ LDZiel zurf] Zielgeschwindigkeitsvektor q zusammengefasst. lm Falle des Moduls zur optimierten Bewegungsführung im vollautomatischen Betrieb 37 kann aus dieser Information über das abgelegte Modell zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens und den gewählten Rand- und Nebenbedingungen das Optimalsteuerungsproblem gelöst werden. Ausgangsgrößen sind dann die Zeitfunktionen uout>D, uout,A, u0Ut,ι, u0UtιR , die zugleich Eingangsgrößen der unterlagerten Regelung zur Lastpendeldämpfung 36 bzw. der unterlagerten Regelung für Position bzw. Geschwindigkeit des Krans 41. Auch eine direkte Ansteuerung 41 des Krans ohne unterlagerte Regelung ist bei entsprechender Formulierung der Gleichungen in 37 möglich. Dabei kann im vollautomatischen Betrieb der Handhebelwert dazu benutzt werden, im Optimalsteuerungsproblem die Nebendbedingung der maximalen zulässigen Geschiwndigkeit zu verändern. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, daß auch im vollautomatischen Betrieb der Anwender die Möglichkeit hat, den vollautomatischen Ablauf online in der Geschwindigkeit zu beeinflussen. Die vorgenommenen Änderungen werden sofort im nächsten Durchlauf des Algorithmus übernommen und berücksichtigt.The input variables of the module 39 are the current positions of the hand levers 34 for controlling the crane. The deflection of the hand lever corresponds to the desired target speed of the load in the respective direction of movement. Accordingly, the target speeds ψ LDTarget zurf] Target speed vector q summarized. In the case of the module for optimized motion control in fully automatic operation 37, the optimal control problem can be solved from this information about the stored model for describing the dynamic behavior and the selected boundary and secondary conditions. The output variables are then the time functions u out> D , u out , A , u 0Ut , ι, u 0UtιR , which are at the same time input variables of the subordinate regulation for load oscillation damping 36 or the subordinate regulation for position or speed of the crane 41. Also a direct control 41 of the crane without subordinate regulation is possible if the equations in 37 are formulated accordingly. In fully automatic operation, the hand lever value can be used to change the secondary condition of the maximum permissible speed in the optimal control problem. This is particularly advantageous in that even in fully automatic operation, the user has the possibility of influencing the speed of the fully automatic process online. The changes made are immediately adopted and taken into account in the next run of the algorithm.
Im Falle des Moduls zur optimierten Beweungsführung im halbautomatischen Betrieb 39 wird jedoch zur Information der aktuell gewünschten Zielgeschwindigkeit der Last durch die Handhebelstellung als weitere Information der aktuelle Systemzustand neben der Rand- und Nebenbedingungen benötigt. Deshalb müssen im halbautomatischen Betrieb die Meßgrößen der Position von Kran und Last laufend auf das Modul 39 zurückgeführt werden. Im einzelnen sind dies:In the case of the module for optimized movement control in semi-automatic operation 39, however, the current system status, in addition to the boundary and secondary conditions, is required as further information for information about the currently desired target speed of the load through the hand lever position. Therefore, in semiautomatic mode, the measured variables of the position of the crane and the load must be continuously fed back to the module 39. In detail, these are:
- Drehwerkswinkel φD,- slewing gear angle φ D ,
- Wippwerkswinkel φA ,- luffing gear angle φ A ,
- Seillänge ls, und- rope length l s , and
- relative Lasthakenposition c- relative load hook position c
und die Winkel zur Beschreibung der Lastposition:and the angles to describe the load position:
- tangentialer Seilwinkel φSt,- tangential rope angle φ St ,
- radialer Seilwinkel φSr, und - absoluter Rotationswinkel der Last γL.- radial rope angle φ Sr , and - absolute rotation angle of the load γ L.
Insbesondere letztgenannte Meßgrößen für Seilwinkel und absoluten Rotationswinkel der Last sind nur mit größerem Aufwand messtechnisch zu erfassen. Für die Realisierung einer Lastpendeldämpfung sind diese jedoch unabdingbar notwendig, um Störungen auszugleichen. Dadurch kann eine sehr hohe Positioniergenauigkeit bei geringem Restpendeln auch unter Einfluß von Störgrößen (wie Wind) erreicht werden. Im Falle von Fig. 3 stehen diese Größen alle zur Verfügung.In particular, the last-mentioned measured variables for rope angle and absolute rotation angle of the load can only be measured with great effort. For the realization of a load swing damping, however, these are absolutely necessary to compensate for disturbances. This means that very high positioning accuracy can be achieved with low residual sway even under the influence of disturbance variables (such as wind). In the case of Fig. 3, these sizes are all available.
Wird jedoch das Verfahren in einem System eingesetzt, in dem keine Sensoren für die Seilwinkelmessung und den absoluten Rotationswinkel existieren, so muß für das Modul zur optimierten Bewegungsführung im halbautomatischen Betrieb diese Größen rekonstruiert werden. Hier bieten sich modellbasierte Schätzverfahren 43, wie Beobachterstrukturen, an. Hierbei wird aus den Meßgrößen der Kranposition und den Ansteuerfunktionen u0UtιD, u0Ut,A, uout , uout,κ in einem hinterlegten dynamischen Modell die fehlenden Zustandsgrößen geschätzt oder nachgeführt (siehe Fig. 4).However, if the method is used in a system in which there are no sensors for the rope angle measurement and the absolute rotation angle, these variables must be reconstructed for the module for optimized motion control in semi-automatic operation. Model-based estimation methods 43, such as observer structures, are suitable here. In this case, the missing state variables are estimated or tracked from the measured variables of the crane position and the control functions u 0UtιD , u 0U t, A, u out , u out , κ in a stored dynamic model (see FIG. 4).
Grundlage für das Verfahren der optimierten Bewegungsführung ist das Verfahren der dynamischen Optimierung. Hierzu muß das dynamische Verhalten des Kranes in einem Differentialgleichungsmodell abgebildet werden. Zur Ableitung der Modellgleichungen kann entweder der Lagrange-Formalismus oder die Methode nach Newton-Euler verwendet werden.The basis for the process of optimized motion control is the process of dynamic optimization. To do this, the dynamic behavior of the crane must be mapped in a differential equation model. Either the Lagrangian formalism or the Newton-Euler method can be used to derive the model equations.
Im folgenden werden mehrere mögliche Modellansätze vorgestellt. Zunächst werden anhand Fig. 5 und 6 die Definition der Modellvariablen vorgenommen. Zur besseren Übersichtlichkeit zeigt Fig. 5 die Modellvariablen die im Zusammenhang mit der Drehbewegung stehenden Modellvariablen und Fig. 6 die Modellvariablen für die radiale Bewegung.In the following, several possible model approaches are presented. 5 and 6, the definition of the model variables is carried out first. For better clarity, FIG. 5 shows the model variables, the model variables related to the rotary movement, and FIG. 6 shows the model variables for the radial movement.
Zunächst wird Fig. 5 detailliert erläutert. Wesentlich ist dabei der dort gezeigte Zusammenhang zwischen der Drehposition φD des Kranturmes und der Lastposition ΨLD in Drehrichtung. Die um den Pendelwinkel korrigierte Lastdrehwinkelposition berechnet sich dann zu5 is explained in detail first. What is important here is the relationship shown there between the rotational position φ D of the crane tower and the load position ΨLD in the direction of rotation. The load rotation angle position corrected by the pendulum angle is then calculated
ΨLD (1 ) Ψ L D (1)
Is ist dabei die resultierende Seillänge vom Auslegerkopf bis zum Lastmittelpunkt. Ψ ist der aktuelle Aufrichtwinkel des Wippwerks, lA ist die Länge des Auslegers, φSt ist der aktuelle Seilwinkel in tangentialer Richtung (da φst klein ist, kann angenähert werden).Is is the resulting rope length from the boom head to the center of the load. Ψ is the current righting angle of the luffing gear, l A is the length of the boom, φ S t is the current rope angle in the tangential direction (since φst is small, can be approximated).
Das dynamische System für die Bewegung der Last in Drehrichtung kann durch die folgenden Differentialgleichungen beschrieben werden.The dynamic system for the movement of the load in the direction of rotation can be described by the following differential equations.
JT + {JÄZ + mAsA + mLfy cos2 φAψD + mLlAls cόsφAφst +bDφD = M MD - ^ (2) mL lA ls cos ^ φD + mL i φst + mLg ls φst = 0 (3)JT + { Z + m A s A + m L fy cos 2 φ A ψ D + m L l A l s cόsφ A φ st + b D φ D = M MD - ^ (2) m L l A l s cos ^ φ D + m L i φ st + m L gl s φ st = 0 (3)
Bezeichnungen:designations:
mL Lastmasse ls Seillänge mA Masse des Auslegersm L load mass ls rope length m A mass of the boom
JAZ Massenträgheitsmoment des Auslegers bezüglich Schwerpunkt beiJAZ moment of inertia of the boom with respect to the center of gravity at
Drehung um HochachseRotation around the vertical axis
IA Länge des AuslegersIA length of the boom
SA Schwerpunktsabstand des AuslegersSA center of gravity of the boom
JT Massenträgheitsmoment des Turmes bD viskose Dämpfung im AntriebJT mass moment of inertia of the tower b D viscous damping in the drive
MMD AntriebsmomentM M D drive torque
MRD Reibmoment (2) beschreibt im wesentlichen die Bewegungsgleichung für den Kranturm mit Ausleger, wobei die Rückwirkung durch die Lastpendelung berücksichtigt wird. (3) ist die Bewegungsgleichung, welche die Lastpendelung um den Winkel φst beschreibt, wobei die Anregung der Lastpendelung durch die Drehung des Turmes über die Winkelbeschleunigung des Turmes oder eine äußere Störung, ausgedrückt durch Anfangsbedingungen für diese Differentialgleichungen, verursacht wird.M RD friction torque (2) essentially describes the equation of motion for the crane tower with jib, taking into account the retroactive effect of the load swing. (3) is the equation of motion that describes the load oscillation by the angle φs t , the excitation of the load oscillation being caused by the rotation of the tower, the angular acceleration of the tower or an external disturbance expressed by the initial conditions for these differential equations.
Der hydraulische Antrieb wird durch die folgenden Gleichungen beschrieben.The hydraulic drive is described by the following equations.
MMD = iD — zπ PD M MD = i D - zπ PD
Q.FD - KPDuStDQ.FD - K PD and StD
iD ist das Übersetzungsverhältnis zwischen Motordrehzahl und Drehgeschwindigkeit des Turms, V ist das Schluckvolumen der Hydraulikmotoren, Δ o ist der Druckabfall über dem hydraulischen Antriebsmotor, ß ist die Ölkompressibilität, QFD ist der Förderstrom im Hydraulikkreis für das Drehen und KPD ist die Proportionalitätskonstante, die den Zusammenhang zwischen Förderstrom und Ansteuerspannung des Proportionalventils angibt. Dynamische Effekte der unterlagerten Förderstromregelung werden vernachlässigt.i D is the gear ratio between the engine speed and the rotating speed of the tower, V is the absorption volume of the hydraulic motors, Δ o is the pressure drop across the hydraulic drive motor, ß is the oil compressibility, QFD is the flow rate in the hydraulic circuit for turning and K PD is the proportionality constant, which indicates the relationship between the flow rate and the control voltage of the proportional valve. Dynamic effects of the subordinate flow control are neglected.
Alternativ hierzu kann das Übertragungsverhalten der Antriebsaggregate anstatt mit der Gleichung 4 durch einen approximativen Zusammenhang als Verzögerungsglied 1. oder höherer Ordnung dargestellt werden. Im folgenden ist die Approximation mit einem Verzögerungsglied I .Ordnung dargestellt. Danach ergibt sich die ÜbertragungsfunktionAs an alternative to this, the transmission behavior of the drive units can be represented by an approximate relationship as a delay element of the 1st or higher order instead of using equation 4. The approximation with a delay element of the 1st order is shown below. Then the transfer function results
D(s) = ~^-UStD(s) (5)D (s) = ~ ^ -U StD (s) (5)
'- + 1 DAιιtrS bzw. im Zeitbereich ψD~- D ^^-^StD (6)'- + 1 DAιιtr S or in the time domain ψ D - ~ - D ^^ - ^ StD (6)
* DAntr DAntr* DAntr DAntr
Damit kann aus den Gleichungen (6) und (3) ebenfalls eine adäquate Modellbeschreibung aufgebaut werden; Gleichung (2) wird nicht benötigt. TDAntr ist die approximative (aus Messungen ermittelte Zeitkonstante zur Beschreibung des Verzögerungsverhaltens der Antriebe. KPDAntr die resultiertende Verstärkung zwischen Ansteuerspannung un resultierender Geschwindigkeit im staionären Fall.In this way, an adequate model description can also be built from equations (6) and (3); Equation (2) is not needed. T DAntr is the approximate (time constant determined from measurements to describe the deceleration behavior of the drives. K PDAntr is the resulting amplification between the control voltage and the resulting speed in the stationary case.
Bei einer unerheblichen Zeitkonstante bezüglich der Antriebsdynamik kann direkt eine Proportionalität zwischen Geschwindigkeit und Ansteuerspannung des Proportionalventils angenommen werden.With an insignificant time constant with regard to the drive dynamics, a proportionality between the speed and the control voltage of the proportional valve can be assumed directly.
ΨD = KPDdirektuStD (7)ΨD = K PDdirekt u StD ( 7 )
Auch hier kann dann aus den Gleichungen (7) und (3) eine adäquate Modellbeschreibung aufgebaut werden.Here, too, an adequate model description can be built from equations (7) and (3).
Für die in Fig. 6 dargestellte radiale Bewegung lässt sich analog zu den Gleichungen (2) und (3) die Bewegungsgleichungen aufstellen. Hierzu gibt Fig. 6 Erläuterungen zur Definition der Modellvariablen. Wesentlich ist dabei der dort gezeigte Zusammenhang zwischen der Aufrichtwinkelposition φA des Auslegers und der Lastposition in radialer Richtung ΓLAFor the radial movement shown in FIG. 6, the equations of motion can be set up analogously to equations (2) and (3). 6 gives explanations for the definition of the model variables. What is important here is the relationship shown there between the righting angle position φ A of the boom and the load position in the radial direction ΓLA
rLA = lA C0S PA + lS(Psr (8) r LA = l A C0S PA + l S ( Psr ( 8 )
Das dynamische System kann dann nach Anwendung des Newton-Euler- verfahrens durch die folgenden Differentialgleichungen beschrieben werden. φ5r The dynamic system can then be described by applying the Newton-Euler method using the following differential equations. φ 5r
+ bA φA - mA sA g smφA - <pA (9) MMA - MRA - mA sA g ∞sφ^+ b A φ A - m A s A g smφ A - <p A (9) M M A - M RA - m A s A g ∞sφ ^
- mL lA ls sinφ^ φ^ + mL i <psr + mL ls g φsr = mL ls φ j (lsφsr + lA cosφ^)- m L l A l s sinφ ^ φ ^ + m L i <p sr + m L l s g φ sr = m L l s φ j (l s φ sr + l A cosφ ^)
(10)(10)
Bezeichnungen:designations:
mL Lastmasse ls Seillänge mA Masse des Auslegersm L load mass ls rope length m A mass of the boom
JAY Massenträgheitsmoment bezüglich Schwerpunkt bei Drehung um horizontale Achse inkl. AntriebsstrangJAY mass moment of inertia with respect to the center of gravity when rotating around a horizontal axis including the drive train
IA Länge des AuslegersIA length of the boom
SA Schwerpunktsabstand des Auslegers bA viskose DämpfungSA center of gravity of the boom b A viscous damping
MMA AntriebsmomentM M A drive torque
MRA ReibmomentMRA friction torque
Gleichung (9) beschreibt im wesentlichen die Bewegungsgleichung des Auslegers mit dem antreibenden Hydraulikzylinder, wobei die Rückwirkung durch die Pende- lung der Last berücksichtigt wird. Dabei ist auch der durch die Schwerkraft des Auslegers einwirkende Anteil und die viskose Reibung im Antrieb berücksichtigt. Gleichung (10) ist die Bewegungsgleichung, welche die Lastpendelung φsr beschreibt, wobei die Anregung der Schwingung durch das Aufrichten bzw. Neigen des Auslegers über die Winkelbeschleunigung des Auslegers oder eine äußere Störung, ausgedrückt durch Anfangsbedingungen für diese Differentialgleichungen, verursacht wird. Über den Term auf der rechten Seite der Differentialgleichung wird der Einfluß der Zentripetalkraft auf die Last bei Drehung der Last mit dem Drehwerk beschrieben. Dadurch wird ein für einen Drehkran typisches Problem beschrieben, da damit eine Kopplung zwischen Drehwerk und Wippwerk besteht. Anschaulich kann man dieses Problem dadurch beschreiben, daß eine Drehwerksbewegung mit quadratischer Drehgeschwindigkeitsabhängigkeit auch einen Winkelausschlag in radialer Richtung hervorruft.Equation (9) essentially describes the equation of motion of the boom with the driving hydraulic cylinder, whereby the reaction is taken into account by the swaying of the load. This also takes into account the portion affected by the gravity of the boom and the viscous friction in the drive. Equation (10) is the equation of motion that describes the load oscillation φs r , the excitation of the vibration being caused by the erection or inclination of the boom via the angular acceleration of the boom or an external disturbance, expressed by the initial conditions for these differential equations. The term on the right side of the differential equation describes the influence of the centripetal force on the load when the load rotates with the slewing gear. This describes a problem that is typical of a slewing crane, since it provides a coupling between the slewing gear and the luffing gear. clear this problem can be described by the fact that a slewing gear movement with a quadratic rotational speed dependency also causes an angular deflection in the radial direction.
Der hydraulische Antrieb wird durch die folgenden Gleichungen beschrieben.The hydraulic drive is described by the following equations.
MMA = FZyldb C0S(Pp ( PA ) M MA = F Cyl d b C0S ( Pp (PA)
FZyl = PZylAZyl F cyl = Pzyl A cyl
PZyl Vzylpcyl VZYL
QFA = κPAustAQFA = κ PA u stA
FZyi ist die Kraft des Hydraulikzylinders auf die Kolbenstange, pzyι ist der Druck im Zylinder (je nach Bewegungsrichtung kolben- oder ringseitig), Azyι ist die Querschnittsfläche des Zylinders (je nach Bewegungsrichtung kolben- oder ringseitig), ß ist die Ölkompressibilität, VZyι ist das Zylindervolumen, QFA ist der Förderstrom im Hydraulikkreis für das Wippwerk und KPA ist die Proportionalitätskonstante, die den Zusammenhang zwischen Förderstrom und Ansteuerspannung des Proportionalventils angibt. Dynamische Effekte der unterlagerten Förderstromregelung werden; vernachlässigt. Bei der Ölkompression im Zylinder wird als relevantes Zylindervolumen die Hälfte des Gesamtvolumens des Hydraulikzylinders angenommen. zZyι,zZyι smd die Position bzw. die Geschwindigkeit der Zylinderstange. Diese sind ebenso wie die geometrischen Parameter db und φp von der Aufrichtkinematik abhängig.F Z yi is the force of the hydraulic cylinder on the piston rod, pz y ι is the pressure in the cylinder (depending on the direction of movement on the piston or ring side), Az y ι is the cross-sectional area of the cylinder (depending on the direction of movement on the piston or ring side), ß is the oil compressibility, V Zy ι is the cylinder volume, QFA is the flow rate in the hydraulic circuit for the luffing gear and K PA is the proportionality constant, which indicates the relationship between flow rate and control voltage of the proportional valve. Dynamic effects of the subordinate flow control will be; neglected. With oil compression in the cylinder, half of the total volume of the hydraulic cylinder is assumed to be the relevant cylinder volume. z Zy ι, z Zy ι smd the position or the speed of the cylinder rod. Like the geometric parameters db and φ p, these are dependent on the righting kinematics.
In Fig. 7 ist die Aufrichtkinematik des Wippwerks dargestellt. Beispielhaft ist der Hydraulikzylinder oberhalb des Drehpunktes des Auslegers am Kranturms verankert. Aus Konstruktionsdaten kann der Abstand da zwischen diesem Punkt und dem Drehpunkt des Auslegers entnommen werden. Die Kolbenstange des Hydraulikzylinders ist am Ausleger im Abstand db befestigt. Der Korrekturwinkel φo berücksichtigt die Abweichungen der Befestigungspunkte von der Ausleger- bzw. Turmachse und ist ebenfalls aus Konstruktionsdaten bekannt. Daraus läßt sich der folgende Zusammenhang zwischen Aufrichtwinkel φA und Hydraulikzylinderposition zZy/ herleiten.In Fig. 7 the erection kinematics of the luffing gear is shown. As an example, the hydraulic cylinder is anchored to the crane tower above the pivot point of the boom. The distance d a between this point and the pivot point of the boom can be taken from design data. The piston rod of the hydraulic cylinder is attached to the boom at a distance d b . The correction angle φo takes into account the deviations of the fastening points from the boom or tower axis and is also known from design data. The following relationship between the righting angle φ A and the hydraulic cylinder position z Zy / can be derived from this.
ZZyl = dl + dl ~ 2dbda sin( ~ <Pθ) (12) Z cyl = d l + d l ~ 2d b d a sin (~ <Pθ) (12)
Da nur der Aufrichtwinkel φA Meßgröße ist, ist die umgekehrte Relation von (12) sowie die Abhängigkeit zwischen Kolbenstangengeschwindigkeit zZyl und Aufrichtgeschwindigkeit φA ebenfalls von Interesse.Since only the righting angle φ A is a measured variable, the inverse relation of (12) and the dependency between piston rod speed z cyl and righting speed φ A are also of interest.
Ä . 4da + db -2dbda sm(PA - <PÖ) . ,vÄ . 4 d a + d b - 2d b d a sm (P A - <PÖ). v
<PΛ = - dz — , zz≠ = - d -zb-d,a cos ;(φA - φ0) zzyι (14)<PΛ = - dz -, z z ≠ = - d -z b -d, a cos; (φ A - φ 0 ) z z y ι (14)
Für die Berechnung des wirksamen Momentes auf den Ausleger ist außerdem die Berechnung des Projektionswinkels φp erforderlich.To calculate the effective moment on the boom, the projection angle φ p must also be calculated.
Alternativ kann hierzu wieder anstatt der Hydraulikgleichungen (11) eine Näherung für die Dynamik der Antriebe mit einen approximativen Zusammenhang als Verzögerungsglied 1. oder höherer Ordnung vorgesehen werden. Damit erhält man beispielhaftAlternatively, instead of the hydraulic equations (11), an approximation for the dynamics of the drives can be provided with an approximate relationship as a delay element of the 1st or higher order. This gives you an example
sZ(s) = -^-UslA (s) (16)sZ (s) = - ^ - U slA (s) (16)
bzw. im Zeitbereichor in the time domain
Damit kann aus den Gleichungen (17), (14) und (10) ebenfalls eine adäquate Modellbeschreibung aufgebaut werden; Gleichung (9) wird nicht benötigt. TΛAntr ist die approximative (aus Messungen ermittelte Zeitkonstante zur Beschreibung des Verzögerungsverhaltens der Antriebe. KPAAntr die resultiertende Verstärkung zwischen Ansteuerspannung und resultierender Geschwindigkeit im stationären Fall. Bei einer unerheblichen Zeitkonstante bezüglich der Antriebsdynamik kann direkt eine Proportionalität zwischen Geschwindigkeit und Ansteuerspannung des Proportionalventils angenommen werden. In this way, an adequate model description can also be built from equations (17), (14) and (10); Equation (9) is not required. T ΛAntr is the approximate (time constant determined from measurements to describe the deceleration behavior of the drives. K PAAnt r the resulting gain between the control voltage and the resulting speed in the stationary case. With an insignificant time constant with regard to the drive dynamics, a proportionality between the speed and the control voltage of the proportional valve can be assumed directly become.
zZyl = KPAdirektuStA 08) z Zyl = K PAdirekt u StA 0 8 )
Auch hier kann dann aus den Gleichungen (18), (10) und (14) eine adäquate Modellbeschreibung aufgebaut werden.Here, too, an adequate model description can be constructed from equations (18), (10) and (14).
Letzte Bewegungsrichtung ist das Drehen der Last am Lasthaken selbst durch das Lastschwenkwerk. Eine entsprechende Beschreibung dieser Regelung ergibt sich aus der deutschen Patentanmeldung DE 100 29 579 vom 15.06.2000, auf deren Inhalt hier ausdrücklich verwiesen wird. Die Rotation der Last wird über das zwischen einer am Seil hängenden Unterflasche und einer Lastaufnahmevorrichtung angeordnete Lastschwenkwerk vorgenommen. Dabei werden auftretende Torsionsschwingungen unterdrückt. Damit kann die in den meisten Fällen ja eben nicht rotationssymmetrische Last lagegenau aufgenommen, durch einen entsprechenden Engpass bewegt und abgesetzt werden. Selbstverständlich wird auch diese Bewegungsrichtung im Modul zur optimierten Bewegungsführung integriert, wie dies beispielsweise anhand der Übersicht in Fig. 3 dargestellt ist. In besonders vorteilhafter Weise kann hier die Last schon nach dem Aufnehmen während des Transportes durch die Luft in die entsprechend gewünschte Schwenkposition mittels des Lastschwenkwerkes verfahren werden, wobei hier die einzelnen Pumpen und Motoren synchron angesteuert werden. Wahlweise kann auch ein Modus für eine drehwin- kelunabhängige Orientierung gewählt werden. Daraus ergibt sich die nachfolgend aufgeführte Bewegungsgleichung. Die Varai- ablenbezeichnung entsprechen der DE 100 29 579 vom 15.06.2000. Dabei wurde keine Linearisierung vorgenommen.The last direction of movement is the turning of the load on the load hook itself by the load slewing gear. A corresponding description of this regulation results from the German patent application DE 100 29 579 dated June 15, 2000, the content of which is expressly referred to here. The rotation of the load is carried out via the load swiveling mechanism arranged between a bottom block hanging from the rope and a load suspension device. Torsional vibrations are suppressed. In most cases, this means that the load, which is not rotationally symmetrical, can be picked up in an accurate position, moved and offset by a corresponding bottleneck. Of course, this direction of movement is also integrated in the module for optimized movement control, as is shown for example on the basis of the overview in FIG. 3. In a particularly advantageous manner, the load can already be moved into the correspondingly desired swiveling position by means of the load swiveling mechanism after being picked up during transport through the air, the individual pumps and motors being controlled synchronously here. Optionally, a mode for a rotation angle-independent orientation can also be selected. This results in the equation of motion listed below. The variable designation corresponds to DE 100 29 579 from June 15, 2000. No linearization was carried out.
(®LC + ®UC )J drill (19) (®LC + ®UC) J drill (19)
Auch für das Lastschwenkwerk können nun Differentialgleichungen zur Beschreibung der Antriebsdynamik zur Verbesserung der Funktion wie bei der Drehbewegung zusätzlich berücksichtigt werden. Hier soll auf eine detaillierte Darstellung verzichtet werden.Differential equations for the description of the drive dynamics for improving the function as for the rotary movement can now also be taken into account for the load slewing gear. A detailed description is not to be given here.
Die Dynamik des Hubwerks sei vernachlässigt, da die Dynamik der Hubwerksbewegung im Vergleich zur Systemdynamik des Lastpendelung des Krans schnell ist. Wie beim Lastschwenkwerk können jedoch bei Bedarf die entsprechenden dynamischen Gleichungen zur Beschreibung der Hubwerksdynamik jederzeit ergänzt werden.The dynamics of the hoist are neglected, since the dynamics of the hoist movement is fast compared to the system dynamics of the load swinging of the crane. As with the load slewing gear, however, the corresponding dynamic equations for describing the hoist dynamics can be supplemented at any time if required.
Die verbleibenden Gleichungen zur Beschreibung des Systemverhaltens sollen nun in eine nichtlineare Zustandsraumdarstellung nach Isidori, Nonlinear Control Systems Springer Verlag 1995 gebracht werden. Dies sei beispielhaft basierend auf den Gleichungen (2), (3), (9), (10), (14), (15) durchgeführt. Dabei ist die Rotationsachse der Last um die Hochachse und die Hubwerksachse in diesem nun nachfolgenden Beispiel nicht berücksichtigt. Es ist jedoch keine Schwierigkeit, diese in die Modellbeschreibung mit aufzunehmen. Für den vorliegenden Andwendungsfall sei ein Kran ohne automatisches Lastschwenkwerk angenommen, das Hubwerk wird aus Sicherheitsgründen vom Kranbediener manuell bedient. Dementsprechend erhält man:The remaining equations for describing the system behavior are now to be brought into a nonlinear representation of state space according to Isidori, Nonlinear Control Systems Springer Verlag 1995. This is done, for example, based on equations (2), (3), (9), (10), (14), (15). The rotation axis of the load around the vertical axis and the hoist axis is not taken into account in this example that follows. However, it is not difficult to include these in the model description. For the present application, a crane without an automatic load slewing gear is assumed; the lifting gear is operated manually by the crane operator for safety reasons. Accordingly you get:
x = a(x) + b(x)u Zustandsraumdarstellung: , (20) y = £(χ) mit: Zustandsvektor: χ = [φD ΦD ΨA ΨA Ψst Φst <Psr ΦÄ- Pzyιfx = a (x) + b (x) u representation of the state space:, (20) y = £ ( χ ) with: State vector: χ = [φ D ΦD ΨA ΨA Ψst Φst <Psr Φ Ä - Pz y ιf
(21 )(21)
Steuergröße: H = [ustD USIA Y (22)Control variable: H = [ u st D U S I AY (22)
Ausgangsgröße: y = [φLD rLA] (23)Output variable: y = [φ LD r LA ] (23)
Die Vektoren a(χ),b(χ),c(x) ergeben sich durch Umformung der Gleichungen (2)- (4), (8)-(15).The vectors a (χ), b (χ), c (x) result from transforming the equations (2) - (4), (8) - (15).
Im Betrieb des Moduls zur optimierten Bewegungsführung ohne unterlagerte Lastpendeldämpfung tritt im halbautomatischen Betrieb die Problematik auf, dass der Zustand x als Messvektor vollständig vorliegen muß. Da in diesem Fall aber keine Pendelwinkelsensoren installiert sind, müssen die in diesem oben beschriebenen Fall beispielhaft die Pendelwinkelgrößen φst >Ψst>ΨSr>Ψsr aus den Ansteuergrößen UΆD, uStA und den Meßgrößen ψD>Ψ'D>ΨA>ΨA>Pzyl rekonstruiert werden. Hierzu wird das nichtlineare Modell nach Gleichung (20-23) linearisiert und beispielsweise ein parameteradaptiver Zustandsbeobachter (siehe auch Fig. 4 Block 43) entworfen. Bei reduzierten Genauigkeitsanforderungen kann vereinfachend auch eine Zu- standsnachführung der Seilwinkelgrößen basierend auf den Modellgleichungen und den bekannten Verläufen der Eingangsgrößen sowie der messbaren Zustandsgrößen erfolgen.In the operation of the module for optimized motion control without subordinate load oscillation damping, the problem arises in semi-automatic operation that state x must be completely present as a measurement vector. However, since no pendulum angle sensors are installed in this case, the pendulum angle variables φs t> Ψst > ΨSr > Ψsr from the control variables UΆD, u StA and the measured variables ψD > Ψ'D > ΨA > ΨA > Pzyl have to be reconstructed as examples become. For this purpose, the nonlinear model is linearized according to equation (20-23) and, for example, a parameter-adaptive state observer (see also FIG. 4 block 43) is designed. In the case of reduced accuracy requirements, the condition of the rope angle values can also be simplified, based on the model equations and the known courses of the input values and the measurable state variables.
Die Sollverläufe für die Eingangssignale (Steuergrößen) ustD (t), ustA (t) werden durch die Lösung eines Optimalsteuerungsproblems, d.Dh. einer Aufgabe der dynamischen Optimierung bestimmt. Hierzu wird die angestrebte Reduktion des Last- pendelns in einem Zielfunktional erfasst. Randbedingungen und Trajektorien- beschränkungen des Optimalsteuerungsproblems ergeben sich aus den Bahndaten, den technischen Restriktionen des Kransystems (z.DB. limitierte Antriebsleistung, sowie Beschränkungen aufgrund von dynamischer Lastmomentbegrenzungen zur Verhinderung des Kippens des Krans) sowie erweiterten Forderungen an die Bewegung der Last. Beispielsweise ist es mit dem im folgenden beschriebenen Verfahren erstmals möglich, den Bahnkorridor, den die Last bei der Aufschaltung der berechneten Steuerfunktionen benötigt, exakt im vorhinein zu prädizieren. Damit sind Automatisierungsmöglichkeiten gegeben, die vormals nicht lösbar waren. Eine solche Formulierung des Optimalsteuerungsproblems wird im folgenden beispielhaft sowohl für den vollautomatischen Betrieb des Systems mit vorgegebenem Start- und Zielpunkt der Lastbahn als auch für den Handhebelbetrieb gegeben.The target curves for the input signals (control variables) u stD (t), u stA (t) are solved by solving an optimal control problem, i.e. a task of dynamic optimization. For this purpose, the intended reduction of the load sway is recorded in a target function. Boundary conditions and trajectory restrictions of the optimal control problem result from the railway data, the technical restrictions of the crane system (e.g. limited drive power, as well as restrictions due to dynamic load torque restrictions to prevent the crane from tipping) and expanded requirements for the movement of the load. For example, with the method described below, it is possible for the first time to precisely predict in advance the rail corridor that the load requires when the calculated control functions are activated. This provides automation options that were not previously possible. Such a formulation of the optimal control problem is given in the following by way of example both for the fully automatic operation of the system with a predetermined start and end point of the load path and for hand lever operation.
Im Fall des vollautomatischen Betriebs wird die gesamte Bewegung vom vorgegebenem Start- bis zum vorgegebenen Zielpunkt betrachtet. Im Zielfunktional des Optimalsteuerungsproblems werden die Lastpendelwinkel quadratisch bewertet. Die Minimierung dieses Zielfunktionals liefert daher eine Bewegung mit reduzierter Lastpendelung. Eine zusätzliche Bewertung der Lastpendelwinkelgeschwindigkeiten mit einem zeitvarianten (zum Ende des Optimierungshorizonts zunehmenden) Strafterm ergibt eine Beruhigung der Lastbewegung am Ende des Optimierungshorizonts. Ein Regularisierungsterm mit quadratischer Bewertung der Amplituden der Steuergrößen kann die numerische Kondition der Aufgabe günstig beeinflussen.In the case of fully automatic operation, the entire movement from the specified start to the specified destination is considered. In the target functional of the optimal control problem, the load pendulum angles are evaluated quadratically. The minimization of this target functional therefore provides a movement with reduced load oscillation. An additional evaluation of the load pendulum angle velocities with a time-variant penalty (increasing at the end of the optimization horizon) results in a calming of the load movement at the end of the optimization horizon. A regularization term with a quadratic evaluation of the amplitudes of the control variables can favorably influence the numerical condition of the task.
J = jfe (0 + ( )+ Pu ( stD ( > «SU (0)) ( )J = jfe (0 + () + Pu (stD (> «SU (0)) ()
ΌΌ
Bezeichnungen: to Vorgegebener Startzeitpunkt tf Vorgegebener Endzeitpunkt p(t) Zeitvarianter StrafkoeffizientDesignations: to Specified start time t f Specified end time p (t) Time variant penalty coefficient
Pu(ustD,UstA) Regularisierungsterm (quadratische Bewertung der Steuergrößen)Pu (ustD, UstA) regularization term (quadratic evaluation of the control variables)
Im Handhebelbetrieb wird dagegen nicht die komplette Lastbewegung zwischen vorgegebenem Start- und Zielpunkt betrachtet, sondern das Optimalsteuerungsproblem wird auf einem mit dem dynamischen Vorgang mitbewegten Zeitfenster [t0,tf] betrachtet. Der Startzeitpunkt des Optimierungshorizonts tQ ist der aktuelleIn hand lever operation, however, the entire load movement between the specified start and finish point is not considered, but the optimal control problem is based on a time window that moves with the dynamic process [t 0 , t f ] considered. The start time of the optimization horizon t Q is the current one
Zeitpunkt, und im Optimalsteuerungsproblem wird die Dynamik des Kransystems im Prognosehorizont bis tf betrachtet. Dieser Zeithorizont ist ein wesentlicher Tuning-Parameter des Verfahrens und ist nach unten durch die Schwingungsdauer der Lastpendelbewegung begrenzt.Time, and in the optimal control problem, the dynamics of the crane system in the forecast horizon up to t f is considered. This time horizon is an essential tuning parameter of the method and is limited by the period of oscillation of the load pendulum movement.
Im Zielfunktional des Optimalsteuerungsproblems ist neben der angestrebten Reduktion des Lastpendeins die Abweichung der tatsächlichen Lastgeschwindigkeit von den durch die Handhebelstellungen vorgegebenen Sollgeschwindigkeiten zu berücksichtigen.In the target function of the optimal control problem, in addition to the intended reduction in load swing, the deviation of the actual load speed from the target speeds specified by the hand lever positions must be taken into account.
ΦLD ( - ΦLD, I +ΦLD (- ΦLD, I +
J = 1 PLD ( SCII J + PIA ^'LA (0 ~ ^A dt (25) i + ' φ 1 l ( + φl (0 + P( S, ( + Φl ( )+ pu (um (0, ustA (t))J = 1 PLD (SCII J + PIA ^ ' LA (0 ~ ^ A dt (25) i +' φ 1 l (+ φl (0 + P (S, (+ Φl () + p u ( um (0, u stA (t))
Bezeichnungen: t0 Vorgegebener Startzeitpunkt des Optimierungshorizonts tf Vorgegebener Endzeitpunkt des PrognosezeitraumsDesignations: t 0 Specified start time of the optimization horizon t f Specified end time of the forecast period
PLD Bewertungskoeffizient Abweichung Lastdrehwinkelgeschwindigkeit φLD soll Durch Handhebelstellung vorgegebene Lastdrehwinkelgeschwindigkeit PIA Bewertungskoeffizient Abweichung radiale Lastgeschwindigkeit rLA soU Durch Handhebelstellung vorgegebene radiale LastgeschwindigkeitPL D weighting coefficient deviation of load angular velocity φ LD set load rotational speed given by hand lever position PIA weighting coefficient deviation radial load speed r LA soU radial load speed given by hand lever position
Im vollautomatischen Betrieb mit vorgegebenem Start- und Zielpunkt ergeben sich die Randbedingungen für das Optimalsteuerungsproblem aus deren Koordinaten und den Anforderungen einer Ruhelage in Start und Zielposition. ΨD fto ) = Φofi » <PD (ff ) = <PD Φι>(t0) = 0, φD(tf ) = 0In fully automatic operation with a given start and finish point, the boundary conditions for the optimal control problem result from their coordinates and the requirements for a rest position in the start and finish position. ΨD fto) = Φofi »<PD (f f ) = <PD Φι > (t 0 ) = 0, φ D (t f ) = 0
ΦA (t0) = 0, φA (tf) = 0 (26) <Pst ( o) = 0> <Pst (tf) = 0 φSr(t 0) = 0> (PsΛtf) = Q Φ A (t 0 ) = 0, φ A (t f ) = 0 (26) <Ps t (o) = 0 ><Pst ( t f) = 0 φ Sr ( t 0 ) = 0 > ( PsΛt f ) = Q
Bezeichnungen: φo Startpunkt DrehwerkswinkelDesignations: φ o Starting point slewing gear angle
Φo,f Endpunkt DrehwerkswinkelΦo , f end point slewing gear angle
ΓLA,O Startpunkt Lastposition rt_ ,f Endpunkt LastpositionΓ L A , O start point load position rt_, f end point load position
Die Randbedingungen für den Druck im Zylinder ergeben sich aus den stationären Werten im Start- und Zielpunkt nach Gleichung (11).The boundary conditions for the pressure in the cylinder result from the stationary values at the start and end point according to equation (11).
Im Handhebelbetrieb muß dagegen in den Randbedingungen berücksichtigt werden, dass die Bewegung nicht aus einer Ruhelage startet und im allgemeinen auch nicht in einer Ruhelage endet. Die Randbedingungen zum Startzeitpunkt des Optimierungshorizonts t0 ergeben sich aus dem aktuellen Systemzustand χ(tϋ) , der gemessen wird bzw. über ein mitgeführtes Modell aus den Ansteuergrößen uSιtD, uS!A und den Meßgrößen §D 'D> $A>'$A>PZyl über einen parameteradaptiven Zu- standsbeobachter rekonstruiert wird.In contrast, in hand lever operation, the boundary conditions must take into account that the movement does not start from a rest position and generally does not end in a rest position. The boundary conditions at the start of the optimization horizon t 0 result from the current system state χ (t ϋ ), which is measured or, via a model carried, from the control variables u SιtD , u S! A and the measured variables §D 'D > $ A > '$ A > PZyl is reconstructed using a parameter-adaptive state observer.
Die Randbedingungen am Ende des Optimierungshorizonts tf sind frei.The boundary conditions at the end of the optimization horizon t f are free.
Aufgrund der technischen Parameter des Kransystems ergeben sich eine Reihe von Restriktionen, die unabhängig vom Betriebsmodus im Optimalsteuerungsproblem zu berücksichtigen sind. So ist die Antriebsleistung limitiert. Dies kann über einen maximalen Förderstrom in den hydraulischen Antrieben beschrieben werden und über Amplitudenbeschränkungen für die Steuergrößen in das Optimalsteuerungsproblem einbezogen werden.Due to the technical parameters of the crane system, there are a number of restrictions that must be taken into account in the optimal control problem regardless of the operating mode. So the drive power is limited. This can be about A maximum flow rate in the hydraulic drives can be described and included in the optimal control problem via amplitude restrictions for the control variables.
— u StD,max < ustD (t) ≤ u StD,mm.- u stD, max <u stD (t) ≤ u stD, mm.
(27) ≤ uSfA (t) ≤ us (27) ≤ u SfA (t) ≤ u s
Zur Vermeidung von Beanspruchungen des Systems durch abrupte Lastwechsel, deren Folgen in dem oben beschriebenen vereinfachten dynamischen Modell nicht erfasst sind, wird die Änderungsgeschwindigkeit der Steuergrößen limitiert. Dadurch kann definiert die mechanische Beanspruchung limitiert werden.In order to avoid stresses on the system due to abrupt load changes, the consequences of which are not recorded in the simplified dynamic model described above, the rate of change of the control variables is limited. The mechanical stress can thus be limited in a defined manner.
UStD,max — UStD ( ≤ uStD,max /<->o\ U StD, max - U StD (≤ u StD, max / < -> o \
UStA,max — U StA ~ USlA,nmx U StA, max - U StA ~ U SlA, nmx
Zusätzlich kann gefordert werden, dass die Steuergrößen als Funktionen der Zeit stetig sein sollen und stetige erste Ableitungen bezüglich der Zeit besitzen.In addition, it can be required that the control variables as functions of time should be constant and have constant first derivatives with respect to time.
Der Aufrichtwinkel ist aufgrund der Krankonstruktion limitiertThe erection angle is limited due to the crane construction
Bezeichnungen:designations:
UstD,maχ Maximalwert Ansteuerfunktion DrehwerkUstD, maχ Maximum value control function slewing gear
"ÄD,Π» Maximale Änderungsgeschwindigkeit Ansteuerfunktion Drehwerk" ÄD, Π» Maximum rate of change control function slewing gear
UstA,max Maximalwert Ansteuerfunktion Wippwerk ύstΛ,ma. Maximale Änderungsgeschwindigkeit Ansteuerfunktion WippwerkUstA, max maximum value control function luffing gear ύ s tΛ, ma. Maximum rate of change control function luffing gear
ΦA.WIΠ Minimalwert Aufrichtwinkel max Maximalwert Aufrichtwinkel Zusätzliche Restriktionen ergeben sich aus weitergehenden Anforderungen an die Bewegung der Last. So kann beim vollautomatischen Betrieb, bei dem die gesamte Lastbewegung vom Start- bis zum Zielpunkt betrachtet wird, eine monotone Änderung des Drehwinkels gefordert werden..Phi.A. WIΠ Minimum erection angle value max. Maximum erection angle value Additional restrictions result from further requirements regarding the movement of the load. In fully automatic operation, in which the entire load movement from the start to the destination is considered, a monotonous change in the angle of rotation can be required.
ΦD(t){φn(tf ) ~ φD(t0))≥ Q (30)Φ D (t) {φn (t f ) ~ φ D (t 0 )) ≥ Q (30)
Bahnkorridore lassen sich sowohl im vollautomatischen als auch im Handhebelbetrieb über die analytische Beschreibung der zulässigen Lastpositionen mit Hilfe von Ungleichungsrestriktionen in die Berechnung der optimalen Steuerung einbeziehen.Railway corridors can be included in the calculation of the optimal control in the fully automatic as well as in the hand lever operation by means of the analytical description of the permissible load positions with the help of inequality restrictions.
Smm ≤ g(<PLD (0, rLA (0) ≤ gm,x (31 )Smm ≤ g (<PLD (0, r LA (0) ≤ g m , x (31)
Mit Hilfe dieser Ungleichungsbedingungen wird ein Bahnverlauf im Inneren eines zulässigen Bereichs, hier des Bahnkorridors erzwungen, die Grenzen dieses zulässigen Bereichs begrenzen die Lastbewegung und stellen somit .virtuelle Wände' dar.With the help of these inequality conditions, a path is forced inside a permissible range, here the rail corridor, the limits of this permissible range limit the load movement and thus represent 'virtual walls'.
Besteht die abzufahrende Bahn nicht nur aus Start- und Zielpunkt, sondern sind weitere Punkte in vorgegebener Reihenfolge abzufahren, so kann das durch innere Randbedingungen in das Optimalsteuerungsproblem einbezogen werden.If the path to be traveled does not only consist of the start and finish point, but if further points have to be traveled in a given order, this can be included in the optimal control problem by internal boundary conditions.
ΨD (', ) = ΨD, i » ΨA (U ) = (32) ΨD (', ) = ΨD, i »ΨA (U) = (32)
Bezeichnungen: tj (freier) Zeitpunkt des Erreichens des vorgegebenen Bahnpunktes i φDιJ Drehwinkelkoordinate des vorgegebenen Bahnpunktes iDesignations: tj (free) time of reaching the specified path point i φ DιJ rotation angle coordinate of the specified path point i
JTIA ) Radiale Position des vorgegebenen Bahnpunktes i Der Anspruch ist nicht an eine bestimmte Methode zur numerischen Berechnung der optimalen Steuerungen gebunden. Der Anspruch bezieht sich ausdrücklich auch auf eine angenäherte Lösung der oben angegebenen Optimalsteuerungs- probleme, bei der im Hinblick auf einen reduzierten Rechenaufwand beim on-line Einsatz nur eine Lösung ausreichender (nicht maximaler) Genauigkeit ermittelt wird. Zudem kann aus Effektivitätsgründen eine Reihe der oben formulierten harten Beschränkungen (Randbedingungen oder Trajektorienungleichungsbeschränkun- gen) numerisch als weiche Beschränkung über eine Bewertung der Beschränkungsverletzung im Zielfunktional behandelt werden.JTIA) Radial position of the given path point i The claim is not tied to a specific method for numerically calculating the optimal controls. The claim expressly also relates to an approximate solution to the optimal control problems specified above, in which only a solution of sufficient (not maximum) accuracy is determined in view of a reduced computing effort when using online. In addition, for reasons of effectiveness, a number of the hard constraints formulated above (boundary conditions or trajectory inequality constraints) can be treated numerically as a soft constraint by evaluating the constraint violation in the target functional.
Beispielhaft soll hier jedoch die numerische Lösung mittels Mehrstufen- Steuerungsparametrisierung erläutert werden.As an example, however, the numerical solution using multi-level control parameterization is to be explained here.
Zur näherungsweisen numerischen Lösung des Optimalsteuerungsproblems wird der Optimierungshorizont diskretisiert.For an approximate numerical solution of the optimal control problem, the optimization horizon is discretized.
t0 = t° < t' <•• < tκ = t t (33)t 0 = t ° <t '<•• <t κ = t t (33)
Die Länge der Teiiintervalle τ ,^+ kann dabei an die Dynamik des Problems ange- passt werden. Eine größere Anzahl von Teilintervallen führt in der Regel zu einer Verbesserung der Näherungslösung, aber auch zu einem erhöhten Berechnungsaufwand.The length of the partial intervals τ, ^ + can be adapted to the dynamics of the problem. A larger number of subintervals usually leads to an improvement of the approximation solution, but also to an increased calculation effort.
Auf jedem dieser Teilintervalle wird nun der Zeitverlauf der Steuergrößen durch eine Ansatzfunktion Uk mit einer festen Anzahl von Parametern uk (Steuerungsparameter) approximiert.At each of these subintervals, the time profile of the control variables is approximated by an approach function U k with a fixed number of parameters u k (control parameters).
u(t) * uapp(t) tk ≤ t ≤ tM (34)u (t) * u app (t) t k ≤ t ≤ t M (34)
Nun kann die Zustandsdifferentialgleichung des dynamischen Modells numerisch integriert und das Zielfunktional ausgewertet werden, wobei anstelle der Steuergrößen die approximierten Zeitverläufe eingesetzt werden. Im Ergebnis wird das Zielfunktional als Funktion der Steuerungsparameter uk, k=0,...,K-1 erhalten. Die Randbedingungen und die Trajektorienbeschränkungen lassen sich ebenso als Funktionen der Steuerungsparameter auffassen.Now the state differential equation of the dynamic model can be numerically integrated and the target function can be evaluated, using the approximated time profiles instead of the control variables. As a result, the target functional is obtained as a function of the control parameters u k , k = 0, ..., K-1. The Boundary conditions and the trajectory restrictions can also be understood as functions of the control parameters.
Das Optimalsteuerungsproblem wird auf diese Weise durch ein nichtlineares Optimierungsproblem in den Steuerungsparametem angenähert, wobei Zielfunktionsberechnung und Beschränkungsauswertung des nichtlinearen Optimierungsproblems jeweils die numerische Integration des dynamischen Modells unter Berücksichtigung des Approximationsansatzes nach Gleichung (34) erfordern. Dieses beschränkte nichtlineare Optimierungsproblem kann nun numerisch gelöst werden, wobei hierzu ein übliches Verfahren der sequentiellen quadratischen Programmierung (SQP) eingesetzt wird, bei dem die Lösung des nichtlinearen Problems über eine Folge von linear-quadratischen Näherungen bestimmt wird. Die Effizienz der numerischen Lösung kann beträchtlich gesteigert werden, wenn zusätzlich zu den Steuerungsparametern des Intervalls k auch noch der AnfangszustandIn this way, the optimal control problem is approximated by a nonlinear optimization problem in the control parameters, whereby the target function calculation and the evaluation of the limitation of the nonlinear optimization problem each require the numerical integration of the dynamic model taking into account the approximation approach according to equation (34). This limited nonlinear optimization problem can now be solved numerically, for which purpose a conventional method of sequential quadratic programming (SQP) is used, in which the solution of the nonlinear problem is determined via a sequence of linear quadratic approximations. The efficiency of the numerical solution can be increased considerably if, in addition to the control parameters of the interval k, the initial state is also increased
xk x(tk), k = ö,...,K (35)x k x (t k ), k = ö, ..., K (35)
des jeweiligen Intervalls als Variable des nichtlinearen Optimierungsproblems betrachtet wird. Durch geeignete Gleichungsbeschränkungen ist die Stetigkeit der approximierten Zustandstrajektorien zu sichern. Damit steigt die Dimension des nichtlinearen Optimierungsproblems an. Es ergibt sich jedoch eine beträchtliche Vereinfachung in der Verkopplung der Problemvariablen und zudem eine starke Strukturierung des nichtlinearen Optimierungsproblems. Daher sinkt der Lösungsaufwand in vielen Fällen beträchtlich, vorausgesetzt, die Problemstruktur wird im Lösungsalgorithmus geeignet ausgenutzt.of the respective interval is considered as a variable of the nonlinear optimization problem. The continuity of the approximated state trajectories must be ensured by suitable equation restrictions. This increases the dimension of the nonlinear optimization problem. However, there is a considerable simplification in the coupling of the problem variables and also a strong structuring of the nonlinear optimization problem. Therefore, the solution effort in many cases drops considerably, provided that the problem structure is used appropriately in the solution algorithm.
Eine zusätzliche deutliche Reduktion des Rechenaufwands zur Lösung des Optimalsteuerungsproblems wird durch eine Approximation mittels Linearisierung der Systemgleichungen erreicht. Dabei werden die ursprünglichen nichtlinearen Zu- standsdifferentialgleichungen und algebraischen Ausgangsgleichungen (20) entlang einer zunächst beliebig vorgegebenen Systemtrajektorie (xref(t), uref(t)), die die Zustandsdifferentialgleichungen erfüllt, linearisiert. Δx = A(t)Δx + B(t)ΔuAn additional significant reduction in the computational effort to solve the optimal control problem is achieved by approximation using linearization of the system equations. The original nonlinear state differential equations and algebraic output equations (20) are linearized along an initially arbitrary system trajectory (x ref (t), u ref (t)) that fulfills the state differential equations. Δx = A (t) Δx + B (t) Δu
(36) ky = C(t)Δx(36) ky = C (t) Δx
Dabei bezeichnen die Größen Ax,Δu,Δy die Abweichungen vom Referenzverlauf der jeweiligen GrößeThe variables Ax, Δu, Δy denote the deviations from the reference curve of the respective variable
Aχ = x-xref, Δu = u -uref, y = y-yref xιef = a(xιef) + b(x,ef) uref (37) Aχ = xx ref , Δu = u -u ref , y = yy ref x ιef = a (x ιef ) + b (x, ef ) u ref (37)
Die zeitvarianten Matrizen A(t), B(t), C(t) ergeben sich aus den Jacobi-MatrizenThe time-variant matrices A (t), B (t), C (t) result from the Jacobi matrices
dc(xrpf (t))dc (x rpf (t))
A(t) b(X>ef (t)), c( = re/; ..(38) A (t) b ( X> ef (t)), c (= re / ; .. (38)
Wird nun die Optimalsteuerungsaufgabe in den VariablenNow the optimal control task in the variables
Aχ,Δu formuliert, so ergibt sich ein beschränktes linear-quadratisches Optimalsteuerungsproblem. Bei geeigneter Wahl der Ansatzfunktionen Uk kann die Zu- standsdifferentialgleichung über die zugehörige Bewegungsgleichung auf jedem Teilintervall [t,^1] analytisch gelöst werden, und die aufwendige numerische Integration entfällt.Formulated Aχ, Δu, there is a limited linear-quadratic optimal control problem. With a suitable choice of the application functions U k , the state differential equation can be solved analytically via the associated equation of motion at each subinterval [t, ^ 1 ], and the complex numerical integration is eliminated.
Die Optimalsteuerungsaufgabe wird so durch ein endlich-dimensionales quadratisches Optimierungsproblem mit linearen Gleichungs- und Ungleichungsrestriktio- nen approximiert, welches mit einem angepassten Standardverfahren numerisch gelöst werden kann. Der numerische Aufwand hierfür ist wiederum deutlich geringer als bei dem oben beschriebenen nichtlinearen Optimierungsproblem. Der beschriebene Linearisierungsansatz ist besonders für die näherungsweise Lösung der Optimalsteuerungsprobleme bei Handhebelbetrieb geeignet, da in diesem Fall zum einen aufgrund des kürzeren Optimierungshorizonts (Zeitfenster [to.ty]) die durch die Linearisierung bedingten Ungenauigkeiten eine geringere Auswirkung haben und zum anderen mit den im jeweils vorangehenden Zeitschritt berechneten optimalen Steuerungs- und Zustandsveriäufen geeignete Referenztrajektorien zur Verfügung stehen.The optimal control task is thus approximated by a finite-dimensional quadratic optimization problem with linear equation and inequality restrictions, which can be solved numerically using an adapted standard procedure. The numerical effort for this is again significantly less than for the nonlinear optimization problem described above. The linearization approach described is particularly suitable for the approximate solution of the optimal control problems with hand lever operation, because in this case the inaccuracies caused by the linearization have a smaller effect due to the shorter optimization horizon (time window [to.ty]) and the other with the in each case calculated previous time step suitable reference trajectories are available for optimal control and status changes.
Als Lösung des Optimalsteuerungsproblems werden die optimalen Zeitverläufe sowohl der Steuergrößen als auch der Zustandsgrößen des dynamischen Modells erhalten. Diese werden bei Betrieb mit unterlagerter Regelung als Stell- und Führungsgrößen aufgeschaltet. Da in diesen Sollfunktionen das dynamische Verhalten des Krans berücksichtigt ist, müssen durch die Regelung nur noch Störgrößen und Modellabweichungen ausgeglichen werden.As a solution to the optimal control problem, the optimal time profiles of both the control variables and the state variables of the dynamic model are obtained. When operated with a subordinate control, these are activated as manipulated and reference variables. Since the dynamic behavior of the crane is taken into account in these target functions, the control only has to compensate for disturbance variables and model deviations.
Bei Betrieb ohne unterlagerte Regelung werden die optimalen Verläufe der Steuergrößen dagegen direkt als Stellgrößen aufgeschaltet.In the case of operation without a subordinate control, on the other hand, the optimal courses of the control variables are directly applied as control variables.
Weiterhin liefert die Lösung des Optimalsteuerungsproblems eine Prognose der Bahn der pendelnden Last, die für erweiterte Maßnahmen zur Kollisionsvermeidung nutzbar ist.Furthermore, the solution to the optimal control problem provides a prognosis of the path of the oscillating load, which can be used for extended measures for collision avoidance.
Fig. 8 zeigt das Ablaufdiagramm für die Berechnung der optimierten Steuergröße im vollautomatischen Betrieb. Dies untersetzt Modul 37 aus Fig. 3. Ausgehend von den durch die Sollpunktmatrix festgelegten Start- und Zielpunkten der Lastbewegung wird das Optimalsteuerungsproblem durch Einbeziehung der Vorgabe des zulässigen Bereichs und der technischen Parameter definiert. Die numerische Lösung des Optimalsteuerungsproblems liefert optimale Zeitverläufe der Steuer- und Zustandsgrößen. Diese werden bei unterlagerter Regelung zur Lastpendeldämpfung als Stell- und Führungsgrößen aufgeschaltet. Alternativ kann eine Realisierung ohne unterlagerte Regelung - dann mit direkter Aufschaltung der optimalen Ansteuerfunktionen auf die Hydraulik - realisiert werden.8 shows the flow chart for the calculation of the optimized control variable in fully automatic operation. This is supported by module 37 from FIG. 3. Starting from the starting and target points of the load movement determined by the target point matrix, the optimal control problem is defined by including the specification of the permissible range and the technical parameters. The numerical solution of the optimal control problem provides optimal time profiles of the control and state variables. In the case of a subordinate regulation for load oscillation damping, these are applied as manipulated and command variables. Alternatively, a realization without subordinate regulation - then with direct connection of the optimal control functions to the hydraulics - can be realized.
Fig. 9 zeigt das Zusammenwirken von Zustandsrekonstruktion und Berechnung der optimalen Steuerung im Fall des Handhebelbetriebs. Der Zustand des dynamischen Kranmodells wird unter Nutzung der verfügbaren Meßgrößen nachgeführt. Durch Lösung des Optimalsteuerungsproblems werden solche Zeitverläufe der Ansteuerfunktionen ermittelt, die - ausgehend von diesem akuellen Zustand - bei re- duziertem Lastpendeln die Lastgeschwindigkeit an die über die Handhebel vorgegebenen Sollwerte heranführt.Fig. 9 shows the interaction of state reconstruction and calculation of the optimal control in the case of hand lever operation. The state of the dynamic crane model is tracked using the available measured variables. By solving the optimal control problem, such time profiles of the control functions are determined which - based on this current state - when the Reduced load swing brings the load speed up to the setpoints specified by the hand lever.
Eine einmal berechnete optimale Steuerung wird nicht über den vollen Zeithorizont [t0,tf] realisiert, sondern laufend an den aktuellen Systemzustand und die aktuellen Sollwerte angepasst. Die Frequenz dieser Anpassung ist durch die benötigte Rechenzeit zur Neuberechnung der optimalen Steuerung limitiert.Once an optimal control has been calculated, it is not implemented over the full time horizon [t 0 , t f ], but continuously adapted to the current system status and the current setpoints. The frequency of this adaptation is limited by the computing time required to recalculate the optimal control.
Fig. 10 zeigt beispielhafte Ergebnisse für optimale Zeitverläufe der Steuergrößen im vollautomatischen Betrieb. Dabei wurde ein Zeithorizont von 30 s vorgegeben. Die Ansteuerfunktionen sind stetige Funktionen der Zeit mit stetigen 1. Ableitungen.10 shows exemplary results for optimal time profiles of the control variables in fully automatic operation. A time horizon of 30 s was specified. The control functions are continuous functions of time with continuous 1st derivatives.
Fig. 11 zeigt beispielhafte Zeitverläufe von Steuergrößen und Regelgrößen im simulierten Handhebelbetrieb. Die Sollwerte für die Lastgeschwindigkeit (die Handhebelvorgaben) werden in Form von zeitlich versetzten Rechteckimpulsen variiert. Die Aktualisierung der optimalen Steuerung erfolgt mit einer Abtastzeit von 0.2 s. 11 shows exemplary time profiles of control variables and control variables in simulated hand lever operation. The setpoints for the load speed (the hand lever specifications) are varied in the form of staggered rectangular pulses. The optimal control is updated with a sampling time of 0.2 s.

Claims

Kran oder Bagger zum Umschlagen von einer an einem Lastseil hängenden Last mit optimierter BewegungsführungPatentansprüche Crane or excavator for handling a load hanging on a load rope with optimized motion control
1. Kran oder Bagger zum Umschlagen von einer an einem Lastseil hängenden Last mit einem Drehwerk zum Drehen des Kranes oder Baggers, einem Wippwerk zum Aufrichten bzw. Neigen eines Auslegers und einem Hubwerk zum Heben bzw. Senken der an dem Seil aufgehängten Last mit einem Antriebssystem,1.Crane or excavator for handling a load hanging on a load rope with a slewing gear for rotating the crane or excavator, a luffing mechanism for raising or tilting a boom and a hoist for lifting or lowering the load suspended on the rope with a drive system .
gekennzeichnet durchmarked by
eine Bahnsteuerung (31 ) deren Ausgangsgrößen (u0UtD, u0UtA, u0UtL, u0UtR) direkt oder indirekt als Eingangsgrößen in die Regelung für die Position bzw. die Geschwindigkeit des Kranes (41 ) oder Baggers eingehen, wobei die Führungsgrößen für die Steuerung in der Bahnsteuerung (31) so generiert werden, daß sich eine Lastbewegung mit minimierten Pendelausschlägen ergibt. - 2 -a path control (31) whose output variables (u 0U tD, u 0U tA, u 0U tL, u 0U tR) are used directly or indirectly as input variables in the regulation for the position or the speed of the crane (41) or excavator, the Command variables for the control in the path control (31) are generated so that there is a load movement with minimized pendulum deflections. - 2 -
2. Kran oder Bagger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in der Bahnsteuerung (31 ) modellbasiert optimale Steuertrajektorien online berechnet und aktualisiert werden.2. Crane or excavator according to claim 1, characterized in that in the path control (31) model-based optimal control trajectories are calculated and updated online.
3. Kran oder Bagger nach Anspruch 2 gekennzeichnet durch modellbasierte optimale Steuertrajektorien basierend auf einem um Referenztrajektorien lineari- siertem Modell.3. Crane or excavator according to claim 2 characterized by model-based optimal control trajectories based on a model linearized around reference trajectories.
4. Kran oder Bagger nach Anspruch 2 gekennzeichnet durch modellbasierte optimale Steuertrajektorien basierend auf einem nichtlinearen Modellansatz.4. Crane or excavator according to claim 2 characterized by model-based optimal control trajectories based on a non-linear model approach.
5. Kran oder Bagger nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet durch modellbasierte optimale Steuertrajektorien unter Rückführung von allen Zustandsgrößen.5. Crane or excavator according to one of claims 1 to 4 characterized by model-based optimal control trajectories with feedback from all state variables.
6. Kran oder Bagger nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet durch modellbasierte optimale Steuertrajektorien unter Rückführung von mindestens einer Meßröße und Schätzung der verbleibenden Zustandsgrößen.6. Crane or excavator according to one of claims 1 to 4 characterized by model-based optimal control trajectories with feedback of at least one measurement variable and an estimate of the remaining state variables.
7. Kran oder Bagger nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet durch modeilbasierte optimale Steuertrajektorien unter Rückführung von mindestens einer Meßröße und Nachführung der verbleibenden Zustandsgrößen durch modellbasierte Vorwärtssteuerung.7. crane or excavator according to one of claims 1 to 4 characterized by model-based optimal control trajectories with feedback of at least one measurement variable and tracking of the remaining state variables by model-based forward control.
8. Kran oder Bagger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnsteuerung (31 ) als Vollautomatik oder als Halbautomatik durchführbar ist.8. Crane or excavator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the path control (31) can be carried out as fully automatic or as semi-automatic.
9. Kran oder Bagger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bahnsteuerung (31) als Eingangsgröße eine Sollpunktmatrix (35) für die Position und Orientierung der Last eingebbar ist. - 3 -9. Crane or excavator according to one of the preceding claims, characterized in that a target point matrix (35) for the position and orientation of the load can be entered in the path control (31) as an input variable. - 3 -
10. Kran oder Bagger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollpunktmatrix (35) aus Start- und Zielpunkt besteht.10. Crane or excavator according to one of the preceding claims, characterized in that the target point matrix (35) consists of the start and end point.
11. Kran oder Bagger einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall eines halbautomatischen Betriebs zusätzlich die gewünschte Zielgeschwindigkeit der Last durch die Stellung des Handhebels (34) in die Bahnsteuerung (31 ) eingebbar ist.11. Crane or excavator one of the preceding claims, characterized in that in the case of a semi-automatic operation, the desired target speed of the load can also be entered by the position of the hand lever (34) in the path control (31).
12. Kran oder Bagger nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß im halbautomatischen Betrieb über Sensoren die Meßgrößen der Positionen von Kran und Last erfaßbar und in die Bahnsteuerung (31 ) zurückführbar sind.12. Crane or excavator according to claim 11, characterized in that the measured variables of the positions of the crane and load can be detected in semiautomatic operation and can be traced back into the path control (31).
13. Kran oder Bagger nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß im halbautomatischen Betrieb die Positionen von Kran und Last in einem Modul zum modellbasierten Schätzverfahren (43) schätzbar und in die Bahnsteuerung (31) zurückführbar sind.13. Crane or excavator according to claim 11, characterized in that the positions of crane and load in a module for the model-based estimation method (43) can be estimated and returned to the path control (31) in semi-automatic operation.
14. Kran oder Bagger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgrößen (u0UtD, u0UtA, uoutL, u0Ut ) zunächst in eine unterlagerte Regelung mit Lastpendeldämfung geführt werden.14. Crane or excavator according to one of the preceding claims, characterized in that the output variables (u 0U tD, u 0U tA, u out L, u 0Ut ) are first performed in a subordinate control with load swing damping.
15. Kran oder Bagger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastpendeldämpfung ein Bahnplanungsmodul, eine Zentripetalkraftkompensationseinrichtung und zumindest einen Achsregler für das Drehwerk, einen Achsregler für das Wippwerk, einen Achsregler für das Hubwerk und einen Achsregler für das Schwenkwerk aufweist.15. Crane or excavator according to claim 14, characterized in that the load swing damping has a path planning module, a centripetal force compensation device and at least one axis controller for the slewing gear, an axis controller for the luffing gear, an axis controller for the lifting mechanism and an axis controller for the pivoting mechanism.
16. Kran oder Bagger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Bahnsteuerung (31 ) die Bewegungsbahn der Last derart festlegbar ist, daß vorbestimmte freie Bereiche von der pendelnden Last nicht verlassen werden können. 16. Crane or excavator according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the path control (31) the movement path of the load can be determined such that predetermined free areas cannot be left by the oscillating load.
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WO (1) WO2004106215A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2448432A (en) * 2004-03-19 2008-10-15 Subsea 7 Ltd Apparatus and Method for Heave Compensation
CN107014902A (en) * 2017-04-12 2017-08-04 河北大学 A kind of wind electricity blade detection means and its detection method
WO2020001991A1 (en) 2018-06-26 2020-01-02 Liebherr-Components Biberach Gmbh Crane and method for controlling such a crane
WO2022114953A1 (en) 2020-11-24 2022-06-02 Prince Lifting Devices (Pld) B.V. Crane for handling a cable-suspended load, method of manufacturing such a crane and use of such a crane
WO2022141458A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-07 中联重科股份有限公司 Hoisting control method and system, and engineering machine
US11447372B2 (en) 2017-07-03 2022-09-20 Liebherr-Werk Biberach Gmbh Crane and method for controlling such a crane
US11932517B2 (en) 2019-03-08 2024-03-19 Liebherr-Werk Biberach Gmbh Crane and device for controlling same

Families Citing this family (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040236673A1 (en) 2000-10-17 2004-11-25 Eder Jeff Scott Collaborative risk transfer system
US20080256069A1 (en) * 2002-09-09 2008-10-16 Jeffrey Scott Eder Complete Context(tm) Query System
US20080027769A1 (en) 2002-09-09 2008-01-31 Jeff Scott Eder Knowledge based performance management system
US20110040631A1 (en) * 2005-07-09 2011-02-17 Jeffrey Scott Eder Personalized commerce system
US20090043637A1 (en) * 2004-06-01 2009-02-12 Eder Jeffrey Scott Extended value and risk management system
US20060109274A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-25 Accelerated Pictures, Llc Client/server-based animation software, systems and methods
US8713025B2 (en) 2005-03-31 2014-04-29 Square Halt Solutions, Limited Liability Company Complete context search system
KR20080040624A (en) * 2005-04-22 2008-05-08 소렌슨 칼리드 리프 Combined feedback and command shaping controller for multistate control with application to improving positioning and reducing cable sway in cranes
DE102005036848B4 (en) * 2005-08-04 2007-11-22 Siemens Ag Method and device for motion control of a movable machine element of a machine
DE102005043022A1 (en) * 2005-09-09 2007-03-22 Siemens Ag Method and / or device for controlling and / or monitoring a movement in industrial machines
DE102005048390A1 (en) * 2005-10-10 2007-04-19 Siemens Ag Method and device for motion control of a movable machine element of a machine
US7831333B2 (en) 2006-03-14 2010-11-09 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh Method for the automatic transfer of a load hanging at a load rope of a crane or excavator with a load oscillation damping and a trajectory planner
DE502006005975D1 (en) * 2006-03-15 2010-03-11 Liebherr Werk Nenzing Method for automatically handling a load of a crane with load oscillation damping and path planner
JP5642326B2 (en) * 2006-03-22 2014-12-17 リープヘル−ヴェルク ネンツィング ゲーエムベーハー A method of automatically transshipping a suspended load suspended from a suspended load rope by a crane or bagger
US8498915B2 (en) 2006-04-02 2013-07-30 Asset Reliance, Inc. Data processing framework for financial services
DE102006033277A1 (en) * 2006-07-18 2008-02-07 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh, Nenzing Method for controlling the orientation of a crane load
US20080028312A1 (en) * 2006-07-28 2008-01-31 Accelerated Pictures, Inc. Scene organization in computer-assisted filmmaking
US7880770B2 (en) * 2006-07-28 2011-02-01 Accelerated Pictures, Inc. Camera control
DE102006048988A1 (en) 2006-10-17 2008-04-24 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh, Nenzing Control system for jib crane, has jib pivotably attached to tower, where acceleration of load in radial direction is counterbalanced based on rotation of tower by rocking motion of jib dependent on rotational speed of tower
DE102007039408A1 (en) 2007-05-16 2008-11-20 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh Crane control system for crane with cable for load lifting by controlling signal tower of crane, has sensor unit for determining cable angle relative to gravitational force
EP1992583B2 (en) 2007-05-16 2023-11-22 Liebherr-Werk Nenzing GmbH Crane control, crane and method
TWI444939B (en) * 2008-01-10 2014-07-11 Univ Nat Taiwan A crane simulation method and system
US7934329B2 (en) * 2008-02-29 2011-05-03 Caterpillar Inc. Semi-autonomous excavation control system
DE102009032267A1 (en) * 2009-07-08 2011-01-13 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh, Nenzing Crane for handling a load suspended on a load rope
DE102009032270A1 (en) * 2009-07-08 2011-01-13 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh Method for controlling a drive of a crane
DE102009032269A1 (en) * 2009-07-08 2011-01-13 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh Crane control for controlling a hoist of a crane
KR100963394B1 (en) * 2010-03-19 2010-06-14 동명대학교산학협력단 Crane control apparatus and method
DE102010038218B4 (en) 2010-10-15 2014-02-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. A crane having a structure with at least one actuator acting on the structure and a controller driving the actuator to suppress vibrations of the structure
CN102001587B (en) * 2010-11-17 2012-02-15 武汉船用机械有限责任公司 Automatic control method and control device for ship rotary crane jib laying
CN102120545B (en) * 2010-12-22 2012-12-19 中联重科股份有限公司 Crane anti-swing system
CN102502430B (en) * 2011-11-22 2014-01-01 中联重科股份有限公司 Crane and lifting beam thereof
CN102542123B (en) * 2012-02-21 2013-04-10 长治清华机械厂 Pressure optimization computing method for hydraulic system of arm drawing mechanism
DE102012004914A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh Crane control with rope power mode
CN102826471B (en) * 2012-09-21 2014-05-14 徐州重型机械有限公司 Crane as well as operation safety control system and method thereof
CN102923577B (en) * 2012-11-14 2014-12-10 中联重科股份有限公司 Control method, equipment and system for slewing jib of tower crane
ES2676452T3 (en) 2013-07-05 2018-07-19 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh Crane controller
CN103324198B (en) * 2013-07-08 2015-11-25 宁波江东晟创工业产品设计有限公司 A kind of truck positioning automated induction systems based on computer vision technique and using method thereof
CN103723629B (en) * 2013-12-31 2017-02-15 三一海洋重工有限公司 Crane and anti-swing control method for steel wire rope of crane
DE102014008094A1 (en) * 2014-06-02 2015-12-03 Liebherr-Werk Nenzing Gmbh Method for controlling the alignment of a crane load and a jib crane
US9822507B2 (en) 2014-12-02 2017-11-21 Cnh Industrial America Llc Work vehicle with enhanced implement position control and bi-directional self-leveling functionality
JP6792548B2 (en) * 2015-03-19 2020-11-25 株式会社タダノ Swivel device
CN105334870B (en) * 2015-10-31 2018-07-13 长治清华机械厂 A kind of torque arm device multiple target mechanism optimization method
JP6772803B2 (en) * 2016-12-09 2020-10-21 株式会社タダノ crane
KR101875870B1 (en) * 2016-12-30 2018-07-06 금원엔지니어링(주) Wire-weaving setting method of rope balanced type horizontal inlet crane
JP7082477B2 (en) 2017-11-22 2022-06-08 古河機械金属株式会社 Controls, control methods and programs
NL2021043B1 (en) * 2018-06-01 2019-12-10 Itrec Bv Offshore wind turbine installation vessel and a crane for providing such a vessel and method for upending a monopile
JP6849144B2 (en) * 2018-03-19 2021-03-24 株式会社タダノ Crane and crane control method
EP3566998B1 (en) 2018-05-11 2023-08-23 ABB Schweiz AG Control of overhead cranes
EP3802395A4 (en) * 2018-05-30 2022-03-16 Syracuse Ltd. System and method for transporting a swaying hoisted load
JP7151223B2 (en) * 2018-07-09 2022-10-12 株式会社タダノ Cranes and crane control methods
JP7172243B2 (en) 2018-07-25 2022-11-16 株式会社タダノ Cranes and crane control systems
JP7172256B2 (en) * 2018-07-31 2022-11-16 株式会社タダノ crane
CN108975166B (en) * 2018-08-29 2020-07-03 微特技术有限公司 Weighing method based on variable-amplitude steel wire rope force taking
CN109019346B (en) * 2018-09-30 2023-04-25 武汉理工大学 Amplitude-changing speed-regulating method and control handle of embedded intelligent crane
JP7247703B2 (en) * 2019-03-27 2023-03-29 株式会社タダノ Crane control method and crane
CN110407095B (en) * 2019-06-25 2021-08-13 河南科技大学 Bridge crane positioning anti-swing control method based on online track planning
DE102019122796A1 (en) 2019-08-26 2021-03-04 Liebherr-Werk Biberach Gmbh Crane and method of controlling such a crane
JP6966108B2 (en) * 2020-03-18 2021-11-10 Totalmasters株式会社 Positioning calibration method for construction work machines and its positioning calibration controller
DE102020113699A1 (en) 2020-05-20 2021-11-25 TenneT TSO GmbH Lifting device and a watercraft equipped with such a lifting device, as well as a specific working method
DE102021130785A1 (en) 2021-11-24 2023-05-25 Liebherr-Werk Biberach Gmbh crane
CN116639601B (en) * 2023-07-25 2023-09-29 日照市海洋与渔业研究院(日照市海域使用动态监视监测中心、日照市水生野生动物救护站) Lifting equipment for cultivation

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56149987A (en) * 1980-04-22 1981-11-20 Mitsubishi Electric Corp Steady-rest controlling device for suspension type crane
JPS6133487A (en) * 1984-07-20 1986-02-17 株式会社小松製作所 Method and device for controlling bracing of mobile type crane
DE4025749A1 (en) 1990-08-14 1992-02-20 Siemens Ag Automatic operation of revolving crane without load swings - involves controlled timing of grab acceleration and retardation adjusted to period of natural frequency of oscillation
US5526946A (en) * 1993-06-25 1996-06-18 Daniel H. Wagner Associates, Inc. Anti-sway control system for cantilever cranes
FR2713557B1 (en) 1993-12-08 1996-03-01 Michelin & Cie Rim, support ring and assembly comprising said elements.
DE19502421C2 (en) 1995-01-26 1997-03-27 Siemens Ag Method and device for transporting a load
DE19509734A1 (en) * 1995-03-13 1996-09-19 Mannesmann Ag Procedure for guiding a crane with luffing jib
JP3237557B2 (en) * 1996-02-02 2001-12-10 日本鋼管株式会社 Sway control method for crane hanging load
US5908122A (en) * 1996-02-29 1999-06-01 Sandia Corporation Sway control method and system for rotary cranes
US5961563A (en) 1997-01-22 1999-10-05 Daniel H. Wagner Associates Anti-sway control for rotating boom cranes
DE19920431A1 (en) 1999-05-04 2000-11-16 Hofer Eberhard Method for damping pendulum load on cranes with reduced sensory mechanism includes one or more drive motors while detecting the cable length between a crane trolley, its load and a load mass.
US6442439B1 (en) * 1999-06-24 2002-08-27 Sandia Corporation Pendulation control system and method for rotary boom cranes
JP4096473B2 (en) * 1999-11-04 2008-06-04 神鋼電機株式会社 Crane device drive control device, crane device drive control method, and recording medium
US6631300B1 (en) * 1999-11-05 2003-10-07 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Nonlinear active control of dynamical systems
US6496765B1 (en) * 2000-06-28 2002-12-17 Sandia Corporation Control system and method for payload control in mobile platform cranes
FI109349B (en) * 2000-07-18 2002-07-15 Timberjack Oy Method of Boom Control and Boom Control System
DE10064182A1 (en) 2000-10-19 2002-05-08 Liebherr Werk Nenzing Crane or excavator for handling a load suspended from a load rope with load swing damping
JP2003155192A (en) * 2001-11-16 2003-05-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for operating crane, control system, and crane provided with the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2004106215A1 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2448432A (en) * 2004-03-19 2008-10-15 Subsea 7 Ltd Apparatus and Method for Heave Compensation
GB2448432B (en) * 2004-03-19 2008-12-24 Subsea 7 Ltd Apparatus and method for heave compensation
CN107014902A (en) * 2017-04-12 2017-08-04 河北大学 A kind of wind electricity blade detection means and its detection method
US11447372B2 (en) 2017-07-03 2022-09-20 Liebherr-Werk Biberach Gmbh Crane and method for controlling such a crane
WO2020001991A1 (en) 2018-06-26 2020-01-02 Liebherr-Components Biberach Gmbh Crane and method for controlling such a crane
US11932517B2 (en) 2019-03-08 2024-03-19 Liebherr-Werk Biberach Gmbh Crane and device for controlling same
WO2022114953A1 (en) 2020-11-24 2022-06-02 Prince Lifting Devices (Pld) B.V. Crane for handling a cable-suspended load, method of manufacturing such a crane and use of such a crane
NL2026970B1 (en) 2020-11-24 2022-07-01 Prince Lifting Devices Pld B V Crane for handling a cable-suspended load, method of manufacturing such a crane and use of such a crane.
WO2022141458A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-07 中联重科股份有限公司 Hoisting control method and system, and engineering machine

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