EP1834920B1

EP1834920B1 - Verfahren zum automatischen Umschlagen von einer Last eines Kranes mit Lastpendelungsdämpfung und Bahnplaner

Info

Publication number: EP1834920B1
Application number: EP06005296A
Authority: EP
Inventors: Oliver Sawodny; Alexander Hildebrandt; Jörg Neupert; Klaus Schneider
Original assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2026-03-15
Also published as: ES2338685T3; EP1834920A1; DE502006005975D1; ATE455726T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umschlagen von einer an einem Lastseil eines Kranes oder Baggers hängenden Last, der eine computergesteuerte Regelung zur Dämpfung der Lastpendelung und einen Bahnplaner aufweist, und insbesondere ein Verfahren zum automatischen Umschlagen der Last.
Die Erfindung schließt eine Lastpendeldämpfung bei Kranen oder Baggern ein, 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 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 Hafenmobilkräne, Schiffskräne, Offshore-Kräne, Raupenkräne bzw. Seilbagger zu nennen.
Beim Umschlagen einer an einem Seil hängenden Last mittels eines derartigen Kranes oder Baggers entstehen Schwingungen, die einerseits auf die Bewegung des Kranes oder Baggers selbst oder aber auch auf äußere Störeinflüsse, wie beispielsweise Wind zurückzuführen sind. Es wurden nun bereits in der Vergangenheit Anstrengungen unternommen, um Pendelschwingungen bei Lastkranen zu unterdrücken.
So beschreibt die DE 127 80 79 eine Anordnung zur selbsttätigen Unterdrückung von Pendelungen einer mittels eines Seiles an einem in waagerechter Ebene bewegbaren Seilaufhängepunkt hängenden Last bei Bewegung des Seilaufhängepunktes in mindestens einer waagerechten Koordinate, bei der die Geschwindigkeit des Seilaufhängepunktes in der waagerechten Ebene durch einen Regelkreis in Abhängigkeit von einer von dem Auslenkwinkel des Lastseiles gegen das Endlot abgeleiteten Größe beeinflusst wird.
Die DE 20 22 745 zeigt eine Anordnung zur Unterdrückung von Pendelschwingungen einer Last, die mittels eines Seiles an der Katze eines Kranes aufgehängt ist, deren Antrieb mit einer Drehzahleinrichtung und einer Wegregeleinrichtung ausgestattet ist, mit einer Regelanordnung, die die Katze unter Berücksichtigung der Schwingungsperiode während eines ersten Teils des von der Katze zurückgelegten Weges derart beschleunigt und während eines letzten Teils dieses Weges derart verzögert, daß die Bewegung der Katze und die Schwingung der Last am Zielort gleich zu Null werden.
Aus der DE 321 04 50 ist eine Einrichtung an Hebezeugen für die selbsttätige Steuerung der Bewegung des Lastträgers mit Beruhigung des beim Beschleunigen oder Abbremsen der an ihm hängenden Last auftretenden Pendels der Last während eines Beschleunigungs- bzw. Abbremszeitintervalles bekannt geworden. Die Grundidee beruht auf dem einfachen mathematischen Pendel. Die Katz- und Lastmasse wird für die Berechnung der Bewegung nicht miteinbezogen. Coulombsche und geschwindigkeitsproportionale Reibung der Katz- oder Brückenantriebe werden nicht berücksichtigt.
Um einen Lastkörper schnellstmöglich vom Standort zum Zielort transportieren zu können, schlägt die DE 322 83 02 vor, die Drehzahl des Antriebsmotors der Laufkatze mittels eines Rechners so zu steuern, daß die Laufkatze und der Lastträger während der Beharrungsfahrt mit gleicher Geschwindigkeit bewegt werden und die Pendeldämpfung in kürzester Zeit erreicht wird. Der aus der DE 322 83 02 bekannte Rechner arbeitet nach einem Rechenprogramm zur Lösung der für das aus Laufkatze und Lastkörper gebildeten ungedämpften Zwei-Massen-Schwingungssystems geltenden Differentialgleichungen, wobei die Coulombsche und geschwindigkeitsproportionale Reibung der Katz- oder Brückenantriebe nicht berücksichtigt werden.
Bei dem aus der DE 37 10 492 bekannt gewordenen Verfahren werden die Geschwindigkeit zwischen den Zielorten auf dem Weg derart gewählt, daß nach Zurücklegen der Hälfte des Gesamtweges zwischen Ausgangsort und Zielort der Pendelausschlag stets gleich Null ist.
Das aus der DE 39 33 527 bekannt gewordene Verfahren zur Dämpfung von Lastpendelschwingungen umfaßt eine normale Geschwindigkeits-Positionsregelung.
Die DE 691 19 913 behandelt ein Verfahren zum Steuern der Verstellung einer pendelnden Last, bei der in einem ersten Regelkreis die Abweichung zwischen der theoretischen und der wirklichen Position der Last gebildet wird. Diese wird abgeleitet, mit einem Korrekturfaktor multipliziert und auf die theoretische Position des beweglichen Trägers addiert. In einem zweiten Regelkreis wird die theoretische Position des beweglichen Trägers mit der wirklichen Position verglichen, mit einer Konstanten multipliziert und auf die theoretische Geschwindigkeit des beweglichen Trägers aufaddiert.
Die DE 44 02 563 behandelt ein Verfahren für die Regelung von elektrischen Fahrantrieben von Hebezeugen mit einer an einem Seil hängenden Last, die aufgrund der Dynamik beschreibenden Gleichungen den Soll-Verlauf der Geschwindigkeit der Krankatze generiert und auf einen Geschwindigkeits- und Stromregler gibt. Des weiteren kann die Recheneinrichtung um einen Positionsregler für die Last erweitert werden.
Die aus der DE 127 80 79 , DE 393 35 27 und DE 691 19 913 bekannt gewordenen Regelverfahren benötigen zur Lastpendeldämpfung einen Seilwinkelsensor. In der erweiterten Ausführung gemäß der DE 44 02 563 ist dieser Sensor ebenfalls erforderlich. Da dieser Seilwinkelsensor erhebliche Kosten verursacht, ist es von Vorteil, wenn die Lastpendelung auch ohne diesen Sensor kompensiert werden kann.
Das Verfahren der DE 44 02 563 in der Grundversion erfordert ebenso mindestens die Krankatzengeschwindigkeit. Auch bei der DE 20 22 745 sind für die Lastpendeldämpfung mehrere Sensoren erforderlich. So muß bei der DE 20 22 745 zumindest eine Drehzahl und Positionsmessung der Krankatze vorgenommen werden.
Auch die DE 37 10 492 benötigt als zusätzlichen Sensor zumindest die Katz- bzw. Brückenposition.
Alternativ zu diesem Verfahren schlägt ein anderer Ansatz, der beispielsweise aus der DE 32 10 450 und der DE 322 83 02 bekannt geworden ist, vor, die dem System zugrundeliegenden Differentialgleichungen zu lösen und basierend hierauf eine Steuerstrategie für das System zu ermitteln, um eine Lastpendelung zu unterdrücken, wobei im Falle der DE 32 10 450 die Seillänge und im Falle der DE 322 83 02 die Seillänge und Lastmasse gemessen wird. Bei diesen Systemen wird jedoch die im Kransystem nicht zu vernachlässigenden Reibungseffekte der Haftreibung und geschwindigkeitsproportionalen Reibung nicht berücksichtigt. Auch die DE 44 02 563 berücksichtigt keine Reibungs- und Dämpfungsterme.
Um einen Kran oder Bagger zum Umschlagen von einer an einem Lastseil hängenden Last, der die Last zumindest über drei Bewegungsfreiheitsgrade bewegen kann, derart weiterzubilden, daß die während der Bewegung aktiv auftretende Pendelbewegung der Last gedämpft werden kann und die Last so exakt auf einer vorgegebenen Bahn geführt werden kann, hat die Anmelderin bereits in ihrer DE 100 64 182 A1 vorgeschlagen, den Kran oder Bagger mit einer computergesteuerte Regelung zur Dämpfung der Lastpendelung auszustatten, die ein Bahnplanungsmodul (im folgenden kurz Bahnplaner genannt), eine Zentripetalkraftkompensationseinrichtung und zumindest einen Achsregler für das Drehwerk, einen Achsregler für das Wippwerk und einen Achsregler für das Hubwerk aufweist.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der WO 2004/106215 A1 bekannt.
Beim Umschlagen von Lasten ist es notwendig, mit dem Kran oder Bagger, beispielsweise einem Hafenmobilkran, zwei Zielpunkte möglichst schnell und positionsgenau anzufahren. Einer der Zielpunkte liegt in dem zu entladenden Objekt, der andere in dem zu beladenen Objekt. Ein weitgehend automatisierter Umschlag der Lasten wird als sog. Teach-In-Betrieb bezeichnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Umsetzung des sog. Teach-In-Betriebs für Krane oder Bagger, insbesondere Hafenmobilkrane, zu schaffen.
Die Lösung ergibt sich aus der Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs.
Besondere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der vollautomatische Bahnplaner ist eingebunden in ein aktives Lastpendeldämpfungssystem für einen Hafenmobilkran. Die Anforderung an den Kranführer mehrfach zwei Punkte im Arbeitsraum anzufahren, dient dabei als Ausgangspunkt für die Entwicklung des vollautomatischen Betriebs. Wie in Figur 1 dargestellt, werden diese zwei Punkte vom Kranführer definiert. Abhängig von der vorgegebenen Richtung durch den Handhebel wird einer der zwei Punkte als Zielpunkt festgelegt. Ziel ist es den Zielpunkt möglichst schnell und positionsgenau anzufahren und die Lastschwingung zu minimieren. Weiterhin werden durch die Handhebelsignale die Sollgeschwindigkeiten für das Dreh- und Wippwerk vorgegeben. Damit behält der Kranführer auch im vollautomatischen Betrieb die Kontrolle über den Hafenmobilkran. Hindernisse, die sich im Arbeitsraum befinden, können umfahren werden, da die Last im gesamten Arbeitsraum frei bewegt werden kann ohne an eine bestimmte Trajektorie gebunden zu sein. Dabei sorgt die aktive Lastpendeldämpfung, wie in der Patentanmeldung DE 100 64 182 A1 beschrieben, für die Minimierung der Lastschwingung. Ist es notwendig den Arbeitsraum zu verlassen, muss der Kranführer eine entsprechende Taste betätigen. Durch diesen Betriebsmodus, den so genannten Teach-In-Betrieb, werden hohe Umschlagleistungen erzielt und die Anforderungen an den Kranführer minimiert. Außerdem verhält sich der Kran im vollautomatischen Betrieb annähernd so wie im halbautomatischen Betrieb, bei dem das Handhebelsignal zur Kransteuerung genutzt wird und die aktive Lastpendeldämpfung für die Minimierung der Lastschwingung sorgt. Somit bleibt das dynamische Verhalten des Krans für den Kranführer berechenbar und gewohnt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Die Regelung des Krans wird durch unterlagerte Schwingungsdämpfung ( DE 100 64 182 A1 ) realisiert. Die Teilstrukturen für das Dreh- und Wippwerk bestehen im Wesentlichen aus der Trajektoriengenerierung, den Störbeobachtern und den Zustandsreglern mit Vorsteuerung (siehe Figur 2). Im vollautomatischen Betrieb werden sowohl das Hebelsignal ϕ̇_DZiel und ṙ_ALZiel als auch die Start-/Zielpunkte im Arbeitsraum ausgewertet. Mit diesen Informationen werden abgewandelte Referenzsignale für die Lastgeschwindigkeit in Drehrichtung und radialer Richtung berechnet. In den Bahnplanern werden aus den Referenzsignalen Solltrajektorien generiert, die in den Achsreglern für Dreh- und Wippwerk vorsteuernd in die entsprechenden Ansteuerspannungen für die hydraulischen Antriebe umgesetzt werden.
Wie in Figur 1 dargestellt ist, werden die zwei durch den Kranführer festgelegten Punkte im Arbeitsraum in die ϕ_D -r_AL -Ebene projiziert. Damit lassen sich die Sollpositionen der Last in die Komponenten ϕ_{D_Ziel} und r_{AL_Ziel} trennen. Figur 2 zeigt die Berücksichtigung dieser Komponenten in den Achsreglern für das Dreh- und Wippwerk. Je nach Auslenkung des Handhebels wird die vom Kranführer rechts bzw. links liegende Sollposition als Zielpunkt vorgeben und in die eben aufgeführten Komponenten getrennt.

Struktur und Wirkungsweise des vollautomatischen Bahnplaners für das Drehwerk:

Die Grundidee des vollautomatischen Bahnplaners ist die Abwandlung des reduzierten Handhebelsignals in Abhängigkeit vom verbleibenden Drehbereich bis zur Zielposition ϕ_{D_Ziel} und dem benötigten Bremsweg. Es wird bei einer Auslenkung des Handhebels durch den Kranführer zunächst mit der im Bahnplaner hinterlegten Rampe beschleunigt. Ist der verbleibende Drehbereich größer als der zum Verzögern benötigte Drehwinkel, folgt eine Phase in der mit vorgegebener Maximalgeschwindigkeit gefahren wird. Andererseits schließt sich der Beschleunigungsphase direkt die Bremsphase an, falls der Drehbereich entsprechend klein ist. Wie in Figur 3 dargestellt, muss zunächst der verbleibende Bereich durch die Differenz zwischen Soll- und Ist-Position bestimmt werden. Um den richtigen Zeitpunkt, ab dem verzögert werden muss, zu finden, wird der benötigte Bremsweg einbezogen. Abhängig von der Drehrichtung wird die Differenz zwischen verbleibendem Drehbereich und Bremsweg genau zum richtigen Verzögerungszeitpunkt negativ bzw. positiv. Um das Verhalten des Hafenmobilkranes beim Anfahren der Zielposition zu verbessern wird das reduzierte Handhebelsignal ϕ̇_DZielred nicht erst beim Erreichen des Verzögerungszeitpunktes auf Null gesetzt, sondern über eine angepaßte Look-Up-Tabelle bereits beim Nähern dieses Zeitpunktes reduziert.
Wie in Figur 4 dargestellt, wird zunächst im Block "Abwandlung Handhebelsignal" die Drehrichtung anhand des Vorzeichens des reduzierten Handhebelsignals ϕ̇_DZielred festgelegt. Um den vollautomatischen Bahnplaner robust gegenüber Seillängenänderungen zu machen, wird der Kran schon vor dem Erreichen des eigentlichen Verzögerungszeitpunktes eingebremst. Die Differenz zwischen Positionsabweichung und Bremsweg wird dabei über Look-Up-Tabellen auf Faktoren zwischen Null und Eins umgesetzt. Ist die Entfernung bis zum Verzögerungspunkt, das ist der Drehwinkel ab dem abgebremst werden muß um den Zielwinkel zu erreichen, größer als 25 Grad wird das reduzierte Handhebelsignal mit Eins gewichtet und im Bahnplaner in Solltrajektorien umgesetzt. Verringert sich die Entfernung, wird das Handhebelsignal nichtlinear reduziert. Wird das Signal diff_DW negativ wird der Faktor, mit dem das reduzierte Handhebelsignal gewichtet wird, Null und damit ist der Verzögerungszeitpunkt erreicht.
Da der Zustandsregler für das Drehwerk keine Positionsbindung besitzt, also der Drehwinkel ϕ _D nicht zurückgeführt wird, ist ein P-Regler implementiert, der die Positionsabweichung zurückführt. Die Stellgröße des P-Reglers wird allerdings nur bei Überfahren des Zielpunktes aufgeschaltet (siehe Figur 5). Es kann somit für t → ∞ das Erreichen des Zielwinkels garantiert werden. Die Verstärkung des P-Reglers wird anhand eines festen Faktors P_Faktor, der mit dem Absolutwert des Handhebelsignals gewichtet ist, festgelegt. Das Handhebelsignal ist von -1 bis 1 normiert. Damit wird der P-Regler an die Dynamik des Systems angepaßt.
Die Grundlage für die Berechnung des Bremsweges bildet die allgemeine Lösung des Zustandsraummodells des geregelten Teilsystems Drehwerk. Die Lösung der Zustandsgleichungen unterteilt sich in zwei Teile, die homogene Lösung und die partikuläre Lösung. Die partikuläre Lösung kann dabei für das Drehwerk durch den in Gleichung (0.1) dargestellten Zusammenhang angenähert werden. Der erste Teil des Bremsweges ϕ _Dbrems1 wird durch die Berücksichtigung der gemessenen
Drehgeschwindigkeit ϕ̇_D und der maximalen Beschleunigung ϕ̈_{D_max} berechnet. $φ_{Dbrems 1} = \frac{{\dot{φ}}_{D}^{2}}{2 \cdot {\ddot{φ}}_{D_max}}$
Der zweite Anteil des Bremsweges ϕ _Dbrems2 ergibt sich aus der Berechnung der homogenen Lösung des geregelten Teilsystems Drehwerk.
Homogene Lösung des geregelten Teilsystems Drehwerk:
Die für das Drehwerk implementierte Schwingungsdämpfung der Last in tangentialer Richtung führt zu Ausgleichsbewegung des Krans in Drehrichtung. Die Dynamik der Zustandsregelung, festgelegt durch die Pollagen, hat einen maßgeblichen Einfluss auf den benötigten Bremsweg des Drehwerks. Um den Drehwinkel zu bestimmen, der sich bei einer Auslenkung des geregelten Systems ergibt, wird die homogene Lösung dieses Systems berechnet. Mit der in Gleichung (0.2) dargestellten homogenen Lösung lassen sich alle Zustände durch Messen der Anfangszustände bestimmen. ${\underset{̲}{x}}_{hom} (t) = e^{{\underset{̲}{A}}_{R} (t - t_{0})} \cdot \underset{̲}{x} (t_{0})$
Dabei ist A _R die Systemmatrix des geregelten Systems. Mit den vier Zuständen Drehwinkel, Drehwinkelgeschwindigkeit, tangentialer Seilwinkel und tangentiale Seilwinkelgeschwindigkeit und der Ansteuerspannung des Proportionalventils des hydraulischen Kreislaufs als Eingang ergibt sich der Zustandsvektor und der Eingangsvektor zu ${\underset{̲}{x}}_{D} = {[φ_{D} {\dot{φ}}_{D} φ_{St} {\dot{φ}}_{St}]}^{T}; \underset{̲}{u} = u_{stD}$
Mit diesen Definitionen lautet der Zustandsraum des Drehwerks wie folgt $\begin{array}{l} \underset{{\underset{̲}{A}}_{D}}{{\dot{\underset{̲}{x}}}_{D} = \underset{︸}{[\begin{matrix} 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & - \frac{1}{T_{D}} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & \frac{a}{T_{D}} & - \frac{g}{l_{s}} & 0 \end{matrix}]}} \cdot {\underset{̲}{x}}_{D} + \underset{{\underset{̲}{B}}_{D}}{\underset{︸}{[\begin{matrix} 0 \\ b \\ 0 \\ - a \cdot b \end{matrix}]}} \cdot {\underset{̲}{u}}_{D} \\ mit a = \frac{l_{A} \cdot \cos (φ_{A})}{l_{S}} und b = \frac{K_{V D} \cdot 2 \cdot π}{i_{D} \cdot V_{M D} \cdot T_{D}} \end{array}$
Dabei ist l_A die Auslegerlänge, l_S die freie Pendellänge, i_D ein Übersetzungsverhältnis, V_MD das Schluckvolumen des Hydraulikmotoren, T_D die Verzögerungszeit des Hydraulischen Antriebs, K_VD die Proportionalitätskonstante zwischen Ansteuerspannung und Förderstrom der Pumpe und ϕ _A der Aufrichtwinkel des Auslegers. Der Ausgang des Systems ist die Ausladung der Last. Somit ist die Ausgangsmatrix C _D gegeben durch ${\underset{̲}{C}}_{D = [1 0 \frac{l_{s}}{\cos (φ_{A 0}) \cdot l_{A}} 0]}$
Um den Drehwinkel, der sich bei Auslenkung des geregelten Systems ergibt, berechnen zu können, muss Gleichung (0.2) für den ersten Zustand (ϕ _D ) gelöst werden. Dazu wird zunächst die Systemmatrix des geregelten Systems mit der Rückführmatrix K = [0 k ₂ k ₃ k ₄], deren Elemente durch Polvorgabe bestimmt werden, berechnet. (Gleichung (0.6)). Die erste Verstärkung der Rückführmatrix ist Null, da einer der vier Pole mit Null vorgeben ist und somit die Zustandsregelung des Drehwerks keine Positionsbindung besitzt. ${\underset{̲}{A}}_{R} = [\begin{matrix} 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & - \frac{1}{T_{D}} - b \cdot k 2 & - b \cdot k 3 & - b \cdot k 4 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & \frac{\begin{matrix} a \end{matrix}}{T_{D}} + a \cdot b \cdot k 2 & - \frac{g}{l_{S}} + a \cdot b \cdot k 3 & a \cdot b \cdot k 4 \end{matrix}]$
Berechnet man nun die Transitionsmatrix Φ = e ^{A _R (t-t 0)} und betrachtet den Grenzwert für t → ∞, ergeben sich die folgenden Elemente der ersten Zeile. $\begin{array}{l} ϕ_{11} = 1 \\ ϕ_{12} = - (l_{1} \cdot l_{2} \cdot T_{D}^{2} + l_{1} \cdot T_{D} + l_{1} \cdot T_{D}^{2} \cdot b \cdot k 2 + l_{1} \cdot l_{3} \cdot T_{D}^{2} + l_{2} \cdot T_{D} + l_{2} \cdot T_{D}^{2} \cdot b \cdot k 2 + l_{2} \cdot l_{3} \cdot T_{D}^{2} - T_{D}^{2} \cdot b^{2} \cdot a \cdot k_{2} \cdot k_{4} + 2 \cdot T_{D} \cdot b \cdot k_{2} - T_{D} \cdot b \cdot a \cdot k_{4} + T_{D}^{2} \cdot b^{2} + k_{2}^{2} + 1 + l_{3} \cdot T_{D} + l_{3} \cdot T_{D}^{2} \cdot b \cdot k_{2}) / \cdot (l_{1} \cdot l_{2} \cdot l_{3} \cdot T_{D}^{2}) \\ ϕ_{13} = - (l_{1} \cdot T_{D} \cdot k_{3} + l_{2} \cdot T_{D} \cdot k_{3} + k_{3} + T_{D} \cdot b \cdot k_{2} \cdot k_{3} + T_{D} \frac{g}{l_{S}} \cdot k_{4} - T_{D} \cdot b \cdot a \cdot k_{3} \cdot k_{4} + l_{3} \cdot T_{D} \cdot k_{3}) \cdot b / (l_{1} \cdot l_{2} \cdot l_{3} \cdot T_{D}) \\ ϕ_{14} = - (l_{1} \cdot T_{D} \cdot k_{4} + l_{2} \cdot T_{D} \cdot k_{4} + k_{4} + T_{D} \cdot b \cdot k_{2} \cdot k_{4} - T_{D} \cdot k_{3} - T_{D} \cdot b \cdot a \cdot k_{4}^{2} + l_{3} \cdot T_{D} \cdot k_{4}) \cdot b / (l_{1} \cdot l_{2} \cdot l_{3} \cdot T_{D}) \end{array}$
Die drei verbleibenden Pole des geregelten Teilsystems Drehwerk, die ungleich Null sind, werden durch l ₁, l ₂ und l ₃ symbolisiert.
Mit Gleichung (0.2) und den Elementen der Transitionsmatrix läßt sich die homogene Lösung des geregelten Systems für den Drehwinkel bestimmen. In Gleichung (0.8) ist der Zusammenhang dargestellt. $φ_{Dhom} = ϕ_{11} \cdot φ_{D} + ϕ_{12} \cdot {\dot{φ}}_{D} + ϕ_{13} \cdot φ_{S t} + ϕ_{14} \cdot {\dot{φ}}_{S t}$
Durch diese Berechnung ist es möglich die dynamischen Eigenschaften der Drehwerksregelung bei der vollautomatischen Bahnplanung zu berücksichtigen. Der Drehwinkel ϕ_Dhom wird dynamisch berechnet und als zusätzlicher Anteil ϕ _Dbrems2 des Bremsweges verstanden. Somit ist es möglich Trajektorien zu generieren, die zum richtigen Anfahren des Zielpunktes führen.

Struktur und Wirkungsweise des vollautomatischen Bahnplaners für das Wippwerk:

Im Gegensatz zur Drehwerksregelung wird für das Wippwerk der Aufrichtwinkel des Auslegers ϕ _A zurückgeführt. Damit kann durch den Ansatz des Zustandsreglers mit Positionsbindung das Erreichen der vorgegebenen Position für t→∞ garantiert werden und der vollautomatische Bahnplaner vereinfacht sich wesentlich (siehe Figur 6). Analog zum Drehwerksbahnplaner wird im Block "Abwandlung Handhebelsignal" das reduzierte Handhebelsignal ṙ_ALZielred so angepaßt, daß die Bewegung des Wippwerks zum richtigen Zeitpunkt verzögert wird, um die Zielposition zu erreichen. Der im vollautomatischen Betrieb generierte abgewandelte Sollgeschwindigkeitsverlauf der Last in radialer Richtung wird wie in Figur 2 dargestellt im Bahnplaner in die Solltrajektorie r _ALref umgesetzt.
Den Verzögerungszeitpunkt t_Verzögerung erhält man dabei durch Richtungsabhängige Auswertung des Vorzeichens der Differenz zwischen der Abweichung zum Zielradius und dem benötigten Bremsweg (siehe Figur 7). Um die Genauigkeit des Positionierens zu erhöhen und das Überschwingen zu minimieren wird zusätzlich ein sogenannter Kriechbereich eingeführt. In diesem Bereich werden fünf Prozent der maximalen Geschwindigkeit vorgegeben. Der Zeitpunkt t_Kriech wird anhand des in Figur 6 dargestellten Parameters d_{Kriech_WW} bestimmt. Durch Addition bzw. Subtraktion des Parameters von der Differenz der Positionsabweichung und des Bremsweges erhält man mit Hilfe einer richtungsabhängigen Auswertung des Vorzeichens den Zeitpunkt t_Kriech .
Der Kriechgangzeitpunkt t_Kriech dient als Entscheidungsgrundlage, wann das reduzierte Handhebelsignal von vorgegebener Maximalgeschwindigkeit auf fünf Prozent der Maximalgeschwindigkeit abgewandelt wird. Damit erhält man den in Figur 8 schematisch dargestellten Verlauf des abgewandelten Handhebelsignals.
Der Bremsweg des Wippwerks wird durch Einbeziehen der aktuellen Geschwindigkeit und der maximalen Beschleunigung des Auslegers in radiale Richtung folgendermaßen bestimmt: $r_{ALbrems} = \frac{{\dot{r}}_{A L}^{2}}{2 \cdot \ddot{r_{A_max}}}$
Die Berücksichtigung der Dynamik des geregelten Systems in Form der homogenen Lösung des Systems und eine über einen P-Regler zurückgeführte Positionsabweichung ist nicht notwendig, da der Achsregler des Wippwerks Positionsgebunden ist.

Claims

Verfahren zum Umschlagen von einer an einem Lastseil eines Kranes oder Baggers 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 einer computergesteuerten Regelung zur Dämpfung der Lastpendelung, die einen Bahnplaner aufweist,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Festlegung des Arbeitsraumes durch Auswahl von zwei Punkten,

- Festlegung eines der zwei Punkte als Zielpunkt durch Richtungsvorgabe mittels eines Handhebels,

- Vorgabe der Sollgeschwindigkeiten für das Dreh- und Wippwerk durch Handhebelsignale, so dass die Last im gesamten Arbeitsraum frei bewegt werden kann,

- automatische Abwandlung der Sollgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von dem verbleibenden Drehbereich und/oder radialen Bereich bis zur Zielposition und dem benötigten Bremsweg.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Handhebelsignal als auch die Start-/Zielpunkte im Arbeitsraum ausgewertet werden und daß basierend auf diesen Informationen abgewandelte Refenzsignale für die Lastgeschwindigkeit in Drehrichtung und radialer Richtung berechnet werden, wobei in den Bahnplanern aus den Referenzsignalen Solltrajektorien generiert werden, die in den Achsreglern für das Dreh- und Wippwerk vorsteuernd in die entsprechenden Ansteuerspannungen für die Antriebe umgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sollposition der Last in Komponenten aufteilen läßt, die jeweils im Achsregler für das Drehwerk bzw. das Wippwerk berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim automatischen Bahnplaner das reduzierte Handhebelsignal in Abhängigkeit vom verbleibenden Drehbereich bis zur Zielposition und dem benötigten Bremsweg abgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim automatischen Bahnplaner das reduzierte Handhebelsignal so angepaßt wird, daß die Bewegung des Wippwerkes verzögert wird, um die Zielposition zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verzögern als Sicherheitsbereich ein sog. Kriechbereich vorgesehen ist, in dem das Wippwerk von der Maximalgeschwindigkeit auf einen Bruchteil der Maximalgeschwindigkeit verlangsamt wird.