EP2272784A1 - Crane for covering a load suspended on a load rope - Google Patents
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- EP2272784A1 EP2272784A1 EP10005289A EP10005289A EP2272784A1 EP 2272784 A1 EP2272784 A1 EP 2272784A1 EP 10005289 A EP10005289 A EP 10005289A EP 10005289 A EP10005289 A EP 10005289A EP 2272784 A1 EP2272784 A1 EP 2272784A1
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- rope
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- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
- B66C13/00—Other constructional features or details
- B66C13/04—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
- B66C13/06—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
- B66C13/063—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads electrical
Definitions
- the present invention relates to a crane for handling a load suspended on a load rope with a slewing gear for rotating the crane, a luffing mechanism for luffing the boom and a hoist for lowering or lifting the load hanging on the load rope.
- the crane has a control unit for calculating the control of slewing gear, luffing gear and / or hoist on.
- the control unit in this case comprises a load oscillation damping, which damps oscillation of the load during a movement of the crane by suitable control of slewing gear, luffing gear and / or hoist.
- Such a crane is for example off DE 100 64 182 known.
- the calculation of the appropriate control of slewing gear, luffing gear and / or hoist for load oscillation damping is complex and relatively inaccurate.
- the object of the present invention is to provide a crane for handling a load suspended on a load rope with an improved crane control.
- the crane according to the invention comprises a slewing gear for turning the crane, a luffing gear for luffing the boom and a hoist for lowering or lifting the load suspended on the load rope.
- the crane has a crane control with a control unit for calculating the control of slewing gear, luffing gear and / or hoist on.
- the control unit comprises a load oscillation damping.
- the control unit is designed so that the calculation of the control commands for the control of slewing gear, luffing gear and / or hoisting gear is effected on the basis of a specified movement of the load in Cartesian coordinates. This has the advantage that the calculation based on the desired movement in Cartesian coordinates is considerably simplified and improved. In particular, based on the desired movement of the load in Cartesian coordinates a simpler or more effective load oscillation damping can be realized.
- the load oscillation damping of the control unit is based on the inversion of a physical model of the load hanging on the load rope and the crane, wherein the inverted physical model converts a predetermined movement of the load hanging rope load in Cartesian coordinates in control signals for the slewing, luffing and / or hoist ,
- the physical model encompasses the dynamics of the load hanging on the load rope, in particular the pendulum vibration dynamics, so that an extremely effective load oscillation damping can be realized by inverting the model.
- the calculation in Cartesian coordinates allows a quasi-static decoupling of the lifting movement in the z-direction of the movements in the horizontal, ie in the x and ⁇ direction. This allows easier inversion of the model.
- the crane according to the invention advantageously comprises one or more sensors for determining one or more measured variables for the position and / or movement of the load and / or the crane, in particular for determining one or more of the parameters rope angle radial, rope angle tangential, rocking angle, rotation angle, rope length and their Derivatives, where the measurand or measures are in the inversion of the physical model.
- several of these variables advantageously all of these variables, enter into the inversion of the physical model.
- the feedback of the measured state variables allows an inversion of the physical model, which otherwise would only be at great expense or not at all invertible.
- the crane according to the invention further advantageously comprises one or more sensors for determining one or more measured variables for the position and / or movement of the load and / or the crane, in particular for determining one or more of the parameters rope angle radial, rope angle tangential, rocking angle, rotation angle, rope length and their derivatives, wherein the measured variable or the measured variables are fed back into the control unit.
- the feedback of the measured state variables is also independent of the inversion of the model of great advantage to stabilize the control.
- a first transformation unit which calculates the actual position and / or actual movement of the load in Cartesian coordinates on the basis of the measured variable or the measured variables, in particular one or more of the variables position in x, y and z, velocity in x, y and z, acceleration in x and y, jerk in x and y.
- the first transformation unit thus permits a comparison of the actual position and / or actual movement of the load with the desired position present in Cartesian coordinates and / or the desired movement of the load.
- the actual speed of the load and possibly higher derivatives in Cartesian coordinates are advantageously calculated.
- the sensor signals correspond to measured values in crane coordinates or in rope coordinates such.
- B the sizes rope angle radially, rope angle tangential, rocking angle, rotation angle and pitch and their derivatives, from which the actual position and / or actual movement of the load is calculated in Cartesian coordinates by the first transformation unit.
- the rocking angle and the angle of rotation are present as measured variables in crane coordinates.
- the cable angles are in the form of cable coordinates, which are measured with respect to a vertical axis directed downwards from the boom head.
- the first transformation unit requires a transformation of these coordinate systems into Cartesian coordinates of the load.
- the crane according to the present invention advantageously comprises one or more cable angle sensors, wherein the measured values of the cable angle sensor (s) are fed back into the control unit.
- the cable angle sensors thereby enable a return of the pendulum movement in the control unit and in particular in the pendulum damping. This results in a closed control loop, by which the control unit according to the invention and in particular the load oscillation damping is stabilized.
- the first transformation unit calculates the actual position and / or the actual movement of the load in Cartesian coordinates on the basis of the measured values measured by the cable angle sensor (s).
- the derivation of the actual position and optionally further derivations can be included in the calculation of the actual position and / or actual movement of the load.
- the rocking angle, the angle of rotation and / or the length of the cable and, if appropriate, its derivatives can be taken into account as measured variables.
- the crane control advantageously further comprises an input unit for inputting control commands by an operator and / or by an automation system, wherein a second transformation unit is provided between input unit and control unit, which calculates the target movement of the load in Cartesian coordinates on the basis of the control commands.
- the input of the control commands thus continues to be in crane coordinates.
- the crane coordinates thereby advantageously comprise the angle of rotation of the crane, the rocking angle of the boom or the projection and the lifting height. These coordinates represent the natural coordinate system of the crane according to the invention, so that an input of the control commands in these coordinates is intuitively possible.
- the second transformation unit therefore transforms a desired movement of the load in crane coordinates into a desired movement of the load in Cartesian coordinates.
- an input of the desired movement of the load in Cartesian coordinates is possible.
- an input in Cartesian coordinates may be easier for the operator, especially if they are e.g. stops at the hub.
- the second transformation unit can thus be omitted.
- the crane according to the invention has one or more sensors for determining measured variables with respect to the position and / or movement of cranes, in particular for determining the rocking angle and / or the rotational angle, wherein the second transformation unit is initialized on the basis of the measured variable or the measured variables.
- the initialization of the second transformation unit based on the measured variable or measured variables can be z. B. in each case when switching on the crane control.
- the crane control of the crane according to the invention further advantageously comprises a path plan module which generates trajectories from the control commands of the input unit, which serve as input variables for the control unit.
- the path planning module therefore calculates a desired movement of the load from the control commands entered by an operator.
- the trajectories are generated in crane coordinates, so that the second transformation unit is arranged between the track plan module and the control unit.
- the crane coordinates are advantageously the cylindrical coordinates of the crane, ie the angle of rotation, the rocking angle or the discharge and the lifting height. In these coordinates, the generation of the trajectories is particularly easy, since the system restrictions are present in these coordinates.
- the trajectories in the railway plan module are generated optimally from the control commands taking into account the system limitations.
- control unit further takes into account the dynamics of the load hanging on the load rope to dampen vibrations of the load. This can be done in particular in the load oscillation damping of the control unit to dampen pendulum vibrations of the load. In addition, if necessary, vibrations of the load in the stroke direction can also be taken into account and damped.
- control unit is based on the inversion of a physical model of the load hanging on the load rope and the crane.
- the physical model advantageously describes the movement of the load as a function of the control of slewing gear, luffing gear and / or hoisting gear.
- the inversion of the model results in the control of the respective works on the basis of a target trajectory of the load.
- the model takes into account advantageously the vibration dynamics of the load hanging on the load rope. This results in an effective damping of vibrations of the load, in particular an effective load oscillation damping.
- the control unit can be easily adapted to different cranes.
- the physical model is non-linear. This is important because many of the key effects in load swing damping are nonlinear.
- the model allows in Cartesian coordinates a quasi-static decoupling of the vertical movement of the load.
- This quasi-static decoupling of the vertical movement of the load in the stroke direction of the Movement of the load in horizontal directions makes a simplified and improved calculation of the control of slewing gear, luffing gear and / or hoist possible. In particular, this allows a simpler load oscillation damping.
- the quasi-static decoupling of the vertical movement of the load also makes it possible to control the vertical movement of the load directly, while the horizontal movement is controlled by the load swing damping.
- the control unit controls the hoist directly on the basis of control commands of an operator and / or an automation system, while the control of the slewing and the luffing takes place via the load swing damping.
- the control system according to the invention can be realized simpler and cheaper.
- higher safety standards are met, since the lifting movement has different safety requirements than the movement of the load in the horizontal direction.
- the operator and / or the automation system can therefore according to the invention directly control the speed of the hoist, while for the control of the slewing gear and the luffing gear from the inputs of the operator and / or the automation system initially a desired movement of the load is generated, from which the Lastpendeldämpfung calculates a control of the hoist and the luffing, which avoids or dampens load oscillations.
- z. B. act to hydraulic drives.
- the luffing can z. B. be realized via a hydraulic cylinder, or via a retractor, which moves the boom via a stranding.
- the present invention further comprises, in addition to the crane, a crane control for controlling the slewing gear, the luffing gear and / or the hoisting gear of a crane.
- the crane control has a control unit for calculating the control of slewing gear, luffing gear and / or hoist on.
- the control unit points advantageously further on a load oscillation damping.
- the control unit is designed such that the calculation of the control commands for the control of slewing gear, luffing gear and / or hoisting gear is effected on the basis of a setpoint load movement indicated in Cartesian coordinates.
- the crane control is advantageously carried out as already shown above with respect to the crane.
- the crane control is a computer-implemented crane control.
- the present invention further comprises a corresponding method for controlling a crane.
- the present invention comprises a method for controlling a crane for handling a load suspended on a load rope with a slewing gear for rotating the crane, a luffing mechanism for luffing the boom and a hoist for lowering or lifting the load hanging on the rope, wherein the Calculation of the control commands for the control of slewing gear, luffing gear and / or hoist on the basis of specified in cartesian coordinates target load movement takes place.
- the calculation of the control commands based on a specified in Cartesian coordinates Solllastterrorism allows a simplified and improved control.
- a load oscillation damping can be made by which oscillating movements of the load are damped.
- the load oscillation damping takes place advantageously taking into account the dynamics of the load hanging on the load rope, in particular taking into account the pendulum dynamics of the load rope hanging load to dampen spherical oscillations of the load by a suitable control of slewing and luffing gear.
- the method is carried out in the same manner as was described in more detail above with respect to the crane or crane control.
- the method according to the invention is a method for controlling a crane, as has been described above.
- the essential control tasks in the automation of crane operation according to the method of controlling a crane according to the invention are load-swing damping and load-speed following control.
- a nonlinear dynamic crane model is used, which combines the equations of motion of the cable-guided load and the simplified drive dynamics.
- a linearizing tax law is obtained by state feedback.
- the generation of smooth and realizable reference trajectories is formulated as an optimal control problem.
- the control system is integrated into the software of a crane, in particular a mobile harbor crane.
- trajectory succession is solved by deriving control laws that linearize the nonlinear crane system based on state information (state feedback linearization).
- state feedback linearization When designing the control, the flatness characteristic of the MIMO system is verified and used.
- the resulting linearized system is additionally stabilized by asymptotic output controls. Due to the model-based controller design, all parameters are represented analytically, and the control concept can be easily adapted to different configurations and crane types.
- model-based, non-linear design techniques requires sufficiently smooth reference trajectories that are feasible with respect to the input and state constraints of the system. Therefore, the follow-up problem is formulated as an optimal control problem solved online to generate the viable reference trajectories for the exactly linearized system. Trajectory generation can be considered as Model Predictive Control (MPC).
- MPC Model Predictive Control
- the formulation of the problem of optimal control in the flat coordinates reduces the effort in the numerical solution.
- a dynamic model of the crane is derived from the equations of motion of the load suspended from a cable and from approximations of the drive dynamics. Subsequently, the differential flatness of the crane model is shown and a non-linear flatness-based control law is derived. The formulation and numerical solution of the problem of trajectory generation as an optimal control problem is shown. The measurement results from the implementation of the control strategy on a mobile harbor crane are presented in the last section.
- the present invention is used in a crane with a boom 1, which is pivoted about a horizontal rocking axis on the tower 2 of the crane. To rock the boom 1 while a boom cylinder between the tower and the boom is arranged.
- the tower is rotatable about a vertical axis of rotation.
- the tower is arranged on an upper carriage, which is rotatable about a slewing gear with respect to a lower carriage about the vertical axis of rotation.
- the hoist is arranged to lift the load.
- the hoist rope is guided by the lifting hoist arranged on the superstructure via deflection rollers on the tower top and on the jib tip 3 to the load.
- the undercarriage has in the embodiment of a chassis, so that the crane is movable. This is in the embodiment of a mobile harbor crane. This has z. B. a load capacity of up to 200 t, a maximum radius of 60 m and a rope length of up to 80 m.
- the dynamic model of the jib crane is derived by subdividing the entire system into two subsystems, see Fig. 1 ,
- the first subsystem is the rigid crane structure 5 consisting of the crane tower 2 and the boom 1. This submodel has two degrees of freedom. The angle of rotation ⁇ s and the righting angle ⁇ I.
- the second subsystem 6 represents the load hanging on the rope.
- the suspension point is the tip of the boom.
- crane structure acts on the cable-guided load by movements of the boom tip, which leads to spherical load pendulum movements.
- the physical model of the crane structure uses the input signals 7 for the drives to describe the movement 8 of the cantilever tip, the physical model of the crane rope-dependent load describes the movement of the load 9 by means of the movement 8 of the cantilever tip, where the model takes account of pendulum movements of the load.
- the crane structure is set in motion by hydraulic motors for rotary motion and a hydraulic cylinder for rocking the boom.
- the hydraulic pump has a first-order lag behavior and the rotational speed ⁇ s is proportional to the oil flow delivered by the pump
- the parameters of equation (1) are the time constant T s , the proportional constant K s between the input signal u s and the oil flow rate, the transmission ratio i s and the engine volume V.
- the derivation of the dynamic model of the rocking motion is again based on the assumption of the first order lag response between the input signal u I and the pump flow rate.
- the dynamics of the hydraulic cylinder can be neglected, but the actuator kinematics must be considered.
- the second subsystem represents a spherical pendulum attached to the cantilever tip.
- Pendulum motions can be triggered either by movements of the crane structure (first subsystem) or by external forces.
- the load position in relation to the cantilever tip of the Cardan rope angles ⁇ t and ⁇ r and the rope length I R depends.
- the Euler / Lagrange formalism is used.
- Equation (6) The coefficients a i , b i and c j (0 ⁇ i ⁇ 11, 0 ⁇ j ⁇ 9) are complex expressions that depend on the system parameters, the pitch angle ⁇ i and the generalized coordinates (3).
- equations (4) - (6) show the complexity of the dynamic submodel with coupling terms such as centrifugal and Coriolis accelerations.
- a third input F R which is the force of the winch, is taken into account. With the winch, the rope length and thus the height of the load with the mass m L can be changed.
- the outputs of the nonlinear system are the three elements of the load position in Cartesian coordinates.
- I B the length of the cantilever
- I T is the height of the attachment point of the cantilever
- I P is the length of the spherical pe
- an input unit 10 is provided through which an operator can input control commands, e.g. B. via hand lever.
- the control commands can also be generated by a higher-level automation system, which autonomously controls the crane.
- 11 reference trajectories are generated in a path plan module 11.
- ⁇ t and ⁇ r are the target speeds of the load associated with the turning and rocking motion of the crane.
- ⁇ z denotes the target stroke speed of the load.
- the reference trajectories y t, ref and y r , ref are generated based on a model predictive control (MPC) 12.
- MPC model predictive control
- the transformation P implemented by a second transformation unit 14 takes into account not only the position but also higher-order derivatives.
- the reference trajectory for the height of the load y z, ref is generated from the hand lever signal ⁇ z by an integrating filter 13 of sufficient order.
- the tax law which consists of a linearizing and a stabilizing part, calculates the input signals of the jib crane. The calculation takes place in a calculation unit 15 of the control unit.
- the tax jurisdiction is based on a flatness-based approach.
- the control unit controls the drives of the crane 20.
- Sensors arranged on the crane measure a state x of the crane and load system, the measurement signals being fed back into the controller via a first transformation unit 16.
- the relative degree of the system (7) is determined to check for its differential flatness.
- R x L G 1 ⁇ L f r 1 - 1 ⁇ H 1 x L G 2 ⁇ L f r 1 - 1 ⁇ H 1 x ⁇ L gm ⁇ L f r 1 - 1 ⁇ H 1 x L G 1 ⁇ L f r 2 - 1 ⁇ H 2 x L G 2 ⁇ L f r 2 - 1 ⁇ H 2 x ⁇ L gm ⁇ L f r 2 - 1 ⁇ H 2 x ⁇ L gm ⁇ L f r 2 - 1 ⁇ H 2 x ⁇ ⁇ ⁇ L G 1 ⁇ L f r m - 1 ⁇ H m x L G 2 ⁇ L f r m - 1 ⁇ H m x ⁇ L gm ⁇ L f r m - 1 ⁇ H m x ⁇ L gm ⁇ L f r m - 1 ⁇ H m x ⁇
- Equation (20) ⁇ z is also replaced by the new input v z .
- the relative degree of output y z is two
- the reference trajectory y z, ref must contain the third and fourth derivative of the reference position. Therefore, the filter used to generate this trajectory is of fourth order.
- the elements of the feedback matrices are determined by Polvorgabe.
- the poles are adjusted to the system dynamics by look-up tables that depend on the rope length.
- the output vectors ⁇ i are determined by the transformation T (x) .
- This transformation T (x) is implemented by the first transformation unit 16 according to the present invention. The transformation is based on the Byrnes / Isidori normal form representation.
- the basic idea is to formulate the problem of trajectory generation as a limited optimal control problem with finite horizon (open loop) for the integrator chains.
- the inputs of these integrator chains form the formal control variables for the optimal control problem.
- the optimal control problem is formulated in the variables ⁇ t , ref , ⁇ r , ref .
- the transformation P by the second transformation unit is subsequently performed in order to convert the optimal reference trajectories into Cartesian coordinates ⁇ x , ref , ⁇ y, ref .
- the model predictive trajectory generation algorithm deals with system variable constraints such as optimal control problem limitations. Restrictions result from the limited working space of the crane, which is given by the minimum and maximum outreach. In addition, limitations of radial velocity / acceleration and angular velocity / acceleration for the cantilever tip result from limitations of the hydraulic actuators. The maximum radial speed of the cantilever tip hangs as in Fig. 5 shown off the projection due to the cylinder kinematics and safety reasons.
- the boom tip constraints are designed as limitations on load movement in each direction in the optimal control problem. y r . ref . min - y ⁇ r . ref . Max y r - y ⁇ r . ref . Max - y ⁇ t . ref .
- a standard quadratic objective function evaluates the quadratic deviation of the angular and radial position and velocity from their reference predictions as well as the rate of change of the input variables over the finite time horizon [ t 0 , t f ].
- the optimization horizon is a setting parameter and should cover the essential dynamics of the system, which is determined by the period of load swinging. Reference forecasts are generated from the manual lever signals of the crane operator for the target load speed in tangential and radial directions ( ⁇ t , ⁇ r ).
- the continuous, constrained, linear-quadratic optimal control problem is discretized with K time steps and approximated by a quadratic program (QP) in the control and state variables that can be solved by a standard interior point algorithm.
- QP quadratic program
- the structure of the model equations in a Riccati-type approach is used to obtain a solution of Newton's step equation with O (K) operations, ie the computational effort increases linearly with the forecast horizon.
- the illustrated control concept was implemented in a mobile harbor crane.
- the first scenario is a pure rocking motion.
- the load is converted by the rocker of the boom from a radius of 31 m to a radius of 17 m.
- the radial position of the load y r which is the distance between the crane mast and the load in the direction of the cantilever, follows the reference trajectory y r, ref very precisely.
- the follow - up behavior of the regulated crane in Cartesian coordinates is in Fig. 7 shown.
- the second maneuver is a rotation from zero to 400 °.
- Fig. 8 shows the trajectory tracking behavior for the angular load position, velocity and acceleration.
- the linearizing and stabilizing controller allows the load to follow very accurately without significantly overshooting this reference trajectory.
- the residual load oscillation is also sufficiently small.
- the radial displacement of the load due to centrifugal forces during a rotary motion.
- the radial displacement is compensated by the Wipp Kunststoff Kunststoff u l .
- the radial load position is nearly constant with errors between the reference trajectory and the measured load position of less than ⁇ 0.5 m, see Fig. 9 ,
- the controller concept is designed in Cartesian coordinates based on the flatness property of the nonlinear system with respect to the output vector Fig. 10 the measured load position in the x and y directions and their reference trajectories during the rotation.
- the quality of the control is as good as the quality in the rotational and rocker direction, since the Cartesian representation ( y x , y y ) is equivalent to the polar representation ( y t , y r ), where y t is the rotation angle and y r is the radius are the burden.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kran zum Umschlagen einer an einem Lastseil hängenden Last mit einem Drehwerk zum Drehen des Krans, einem Wippwerk zum Aufwippen des Auslegers und einem Hubwerk zum Senken bzw. Heben der am Lastseil hängenden Last. Der Kran weist dabei eine Steuereinheit zur Berechnung der Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk auf. Vorteilhafterweise umfasst die Steuereinheit dabei eine Lastpendeldämpfung, welche durch geeignete Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk ein Pendeln der Last bei einer Bewegung des Krans dämpft.The present invention relates to a crane for handling a load suspended on a load rope with a slewing gear for rotating the crane, a luffing mechanism for luffing the boom and a hoist for lowering or lifting the load hanging on the load rope. The crane has a control unit for calculating the control of slewing gear, luffing gear and / or hoist on. Advantageously, the control unit in this case comprises a load oscillation damping, which damps oscillation of the load during a movement of the crane by suitable control of slewing gear, luffing gear and / or hoist.
Ein derartiger Kran ist beispielsweise aus
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kran zum Umschlagen einer an einem Lastseil hängenden Last mit einer verbesserten Kransteuerung zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide a crane for handling a load suspended on a load rope with an improved crane control.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Kran gemäß Anspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Kran umfasst dabei ein Drehwerk zum Drehen des Krans, ein Wippwerk zum Aufwippen des Auslegers und ein Hubwerk zum Senken bzw. Heben der am Lastseil hängenden Last. Der Kran weist dabei eine Kransteuerung mit einer Steuereinheit zur Berechnung der Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk auf. Vorteilhafterweise umfasst die Steuereinheit dabei eine Lastpendeldämpfung. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit so ausgeführt, dass die Berechung der Ansteuerbefehle zur Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk auf Grundlage einer in kartesischen Koordinaten angegebenen Soll-Bewegung der Last erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass die Berechnung auf Grundlage der Sollbewegung in kartesischen Koordinaten erheblich vereinfacht und verbessert wird. Insbesondere ist auf Grundlage der Sollbewegung der Last in kartesischen Koordinaten eine einfachere bzw. effektivere Lastpendeldämpfung realisierbar.This object is achieved by a crane according to
Vorteilhafterweise beruht die Lastpendeldämpfung der Steuereinheit dabei auf der Invertierung eines physikalischen Modells der am Lastseil hängenden Last und des Kranes, wobei das invertierte physikalische Modell eine vorgegebene Bewegung der am Lastseil hängenden Last in kartesischen Koordinaten in Ansteuersignale für das Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk umwandelt. Das physikalische Modell umfasst dabei die Dynamik der am Lastseil hängenden Last, insbesondere die Pendelschwingungs-Dynamik, so dass über die Invertierung des Modells eine äußerst effektive Lastpendeldämpfung realisierbar ist. Die Berechnung in kartesischen Koordinaten erlaubt dabei eine quasi-statische Entkopplung der Hubbewegung in z-Richtung von den Bewegungen in der Horizontalen, d.h. in x- und γ-Richtung. Dies ermöglicht eine einfachere Invertierung des Modells.Advantageously, the load oscillation damping of the control unit is based on the inversion of a physical model of the load hanging on the load rope and the crane, wherein the inverted physical model converts a predetermined movement of the load hanging rope load in Cartesian coordinates in control signals for the slewing, luffing and / or hoist , The physical model encompasses the dynamics of the load hanging on the load rope, in particular the pendulum vibration dynamics, so that an extremely effective load oscillation damping can be realized by inverting the model. The calculation in Cartesian coordinates allows a quasi-static decoupling of the lifting movement in the z-direction of the movements in the horizontal, ie in the x and γ direction. This allows easier inversion of the model.
Der erfindungsgemäße Kran umfaßt vorteilhafterweise einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung einer oder mehrerer Messgrößen zur Position und/oder Bewegung der Last und/oder des Kranes, insbesondere zur Bestimmung einer oder mehrer der Größen Seilwinkel radial, Seilwinkel tangential, Wippwinkel, Drehwinkel, Seillänge sowie deren Ableitungen, wobei die Messgröße oder die Messgrößen in die Invertierung des physikalischen Modells eingehen. Insbesondere gehen dabei mehrere dieser Größen, vorteilhafterweise alle dieser Größen in die die Invertierung des physikalischen Modells ein. Die Rückführung der gemessenen Zustandsgrößen ermöglicht eine Invertierung des physikalischen Modells, welches ansonsten nur unter größtem Aufwand oder überhaupt nicht invertierbar wäre.The crane according to the invention advantageously comprises one or more sensors for determining one or more measured variables for the position and / or movement of the load and / or the crane, in particular for determining one or more of the parameters rope angle radial, rope angle tangential, rocking angle, rotation angle, rope length and their Derivatives, where the measurand or measures are in the inversion of the physical model. In particular, several of these variables, advantageously all of these variables, enter into the inversion of the physical model. The feedback of the measured state variables allows an inversion of the physical model, which otherwise would only be at great expense or not at all invertible.
Der erfindungsgemäße Kran umfaßt weiterhin vorteilhafterweise einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung einer oder mehrerer Messgrößen zur Position und/oder Bewegung der Last und/oder des Kranes, insbesondere zur Bestimmung einer oder mehrer der Größen Seilwinkel radial, Seilwinkel tangential, Wippwinkel, Drehwinkel, Seillänge sowie deren Ableitungen, wobei die Messgröße oder die Messgrößen in die Steuereinheit zurückgeführt werden. Die Rückführung der gemessenen Zustandsgrößen ist dabei auch unabhängig von der Invertierung des Modells von großem Vorteil, um die Ansteuerung zu stabilisieren.The crane according to the invention further advantageously comprises one or more sensors for determining one or more measured variables for the position and / or movement of the load and / or the crane, in particular for determining one or more of the parameters rope angle radial, rope angle tangential, rocking angle, rotation angle, rope length and their derivatives, wherein the measured variable or the measured variables are fed back into the control unit. The feedback of the measured state variables is also independent of the inversion of the model of great advantage to stabilize the control.
Vorteilhafterweise ist dabei eine erste Transformationseinheit vorgesehen ist, welche auf Grundlage der Messgröße oder der Messgrößen die Ist-Position und/oder Ist-Bewegung der Last in kartesischen Koordinaten berechnet, insbesondere eine oder mehrere der Größen Position in x, y und z, Geschwindigkeit in x, y und z, Beschleunigung in x und y, Ruck in x und y. Die erste Transformationseinheit erlaubt so einen Vergleich der Ist-Position und/oder Ist-Bewegung der Last mit der in kartesischen Koordinaten vorliegenden Soll-Position und/oder der Soll-Bewegung der Last. Dabei werden neben der Ist-Position der Last vorteilhafterweise die Ist-Geschwindigkeit der Last sowie ggf. höhere Ableitungen in kartesischen Koordinaten berechnet.Advantageously, a first transformation unit is provided which calculates the actual position and / or actual movement of the load in Cartesian coordinates on the basis of the measured variable or the measured variables, in particular one or more of the variables position in x, y and z, velocity in x, y and z, acceleration in x and y, jerk in x and y. The first transformation unit thus permits a comparison of the actual position and / or actual movement of the load with the desired position present in Cartesian coordinates and / or the desired movement of the load. In addition to the actual position of the load, the actual speed of the load and possibly higher derivatives in Cartesian coordinates are advantageously calculated.
Die Sensorsignale entsprechen dabei Meßwerten in Krankoordinaten oder in Seilkoordinaten wie z. B. den Größen Seilwinkel radial, Seilwinkel tangential, Wippwinkel, Drehwinkel und Seillänge sowie deren Ableitungen, aus welchen durch die erste Transformationseinheit die Ist-Position und/oder Ist-Bewegung der Last in kartesischen Koordinaten berechnet wird. Der Wippwinkel und der Drehwinkel liegen dabei als Messgrößen in Krankoordinaten vor. Die Seilwinkel liegt dagegen in Seilkoordinaten vor, welche bezüglich einer vertikal vom Auslegerkopf nach unten gerichteten Achse gemessen werden. Die erste Transformationseinheit erfordert eine Transformation dieser Koordinatensysteme in kartesische Koordinaten der Last.The sensor signals correspond to measured values in crane coordinates or in rope coordinates such. B. the sizes rope angle radially, rope angle tangential, rocking angle, rotation angle and pitch and their derivatives, from which the actual position and / or actual movement of the load is calculated in Cartesian coordinates by the first transformation unit. The rocking angle and the angle of rotation are present as measured variables in crane coordinates. By contrast, the cable angles are in the form of cable coordinates, which are measured with respect to a vertical axis directed downwards from the boom head. The first transformation unit requires a transformation of these coordinate systems into Cartesian coordinates of the load.
Der Kran gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst dabei vorteilhafterweise ein oder mehrere Seilwinkelsensoren, wobei die Messwerte des oder der Seilwinkel-Sensoren in die Steuereinheit zurückgeführt werden. Die Seilwinkelsensoren ermöglichen dabei eine Rückführung der Pendelbewegung in die Steuereinheit und insbesondere in die Pendeldämpfung. Hierdurch ergibt sich ein geschlossener Regelkreislauf, durch welchen die erfindungsgemäße Steuereinheit und insbesondere die Lastpendeldämpfung stabilisiert wird.The crane according to the present invention advantageously comprises one or more cable angle sensors, wherein the measured values of the cable angle sensor (s) are fed back into the control unit. The cable angle sensors thereby enable a return of the pendulum movement in the control unit and in particular in the pendulum damping. This results in a closed control loop, by which the control unit according to the invention and in particular the load oscillation damping is stabilized.
Insbesondere berechnet die erste Transformationseinheit dabei auf Grundlage der von dem oder den Seilwinkelsensoren gemessenen Meßwerte die Ist-Position und/oder die Ist-Bewegung der Last in kartesischen Koordinaten. Dabei können neben der Ist-Position der Last auch die Ableitung der Ist-Position und gegebenenfalls weitere Ableitungen berechnet werden. Dabei können weitere Messgrößen in die Berechnung der Ist-Position und/oder Ist-Bewegung der Last eingehen. Insbesondere kann dabei als Messgrößen der Wippwinkel, der Drehwinkel und/oder die Seillänge sowie gegebenenfalls deren Ableitungen berücksichtigt werden.In particular, the first transformation unit calculates the actual position and / or the actual movement of the load in Cartesian coordinates on the basis of the measured values measured by the cable angle sensor (s). In addition to the actual position of the load, it is also possible to calculate the derivation of the actual position and optionally further derivations. In this case, further measured quantities can be included in the calculation of the actual position and / or actual movement of the load. In particular, the rocking angle, the angle of rotation and / or the length of the cable and, if appropriate, its derivatives can be taken into account as measured variables.
Die Kransteuerung umfaßt vorteilhafterweise weiterhin eine Eingabeeinheit zur Eingabe von Steuerbefehlen durch eine Bedienperson und/oder durch ein Automatisierungssystem, wobei zwischen Eingabeeinheit und Steuereinheit eine zweite Transformationseinheit vorgesehen ist, welche auf Grundlage der Steuerbefehle die Soll-Bewegung der Last in kartesischen Koordinaten berechnet. Die Eingabe der Steuerbefehle erfolgt damit weiterhin in Krankoordinaten. Die Krankoordinaten umfassen dabei vorteilhafterweise den Drehwinkel des Krans, den Wippwinkel des Auslegers bzw. die Ausladung sowie die Hubhöhe. Diese Koordinaten stellen das natürliche Koordinatensystem des erfindungsgemäßen Krans dar, so dass eine Eingabe der Steuerbefehle in diesen Koordinaten intuitiv möglich ist. Die zweite Transformationseinheit transformiert daher eine Sollbewegung der Last in Krankoordinaten in eine Sollbewegung der Last in kartesischen Koordinaten.The crane control advantageously further comprises an input unit for inputting control commands by an operator and / or by an automation system, wherein a second transformation unit is provided between input unit and control unit, which calculates the target movement of the load in Cartesian coordinates on the basis of the control commands. The input of the control commands thus continues to be in crane coordinates. The crane coordinates thereby advantageously comprise the angle of rotation of the crane, the rocking angle of the boom or the projection and the lifting height. These coordinates represent the natural coordinate system of the crane according to the invention, so that an input of the control commands in these coordinates is intuitively possible. The second transformation unit therefore transforms a desired movement of the load in crane coordinates into a desired movement of the load in Cartesian coordinates.
Alternativ ist jedoch auch eine Eingabe der Soll-Bewegung der Last in kartesischen Koordinaten möglich. Insbesondere wenn der Kran über eine Fernsteuerung angesteuert wird, kann eine Eingabe in kartesischen Koordinaten einfacher für die Bedienperson sein, insbesondere wenn sie sich z.B. am Hubort aufhält. Die zweite Transformationseinheit kann so entfallen.Alternatively, however, an input of the desired movement of the load in Cartesian coordinates is possible. In particular, if the crane is controlled via a remote control, an input in Cartesian coordinates may be easier for the operator, especially if they are e.g. stops at the hub. The second transformation unit can thus be omitted.
Weiterhin vorteilhafterweise weist der erfindungsgemäße Kran einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung von Messgrößen bezüglich der Position und/oder Bewegung Kranes auf, insbesondere zur Bestimmung des Wippwinkels und/oder des Drehwinkels, wobei die zweite Transformationseinheit anhand der Messgröße oder der Messgrößen initialisiert wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine korrekte Transformation der Krankoordinaten in kartesische Koordinaten erfolgt. Die Initialisierung der zweiten Transformationseinheit anhand der Messgröße bzw. Messgrößen kann dabei z. B. jeweils bei Einschalten der Kransteuerung erfolgen.Further advantageously, the crane according to the invention has one or more sensors for determining measured variables with respect to the position and / or movement of cranes, in particular for determining the rocking angle and / or the rotational angle, wherein the second transformation unit is initialized on the basis of the measured variable or the measured variables. This ensures that a correct transformation of the crane coordinates into Cartesian coordinates takes place. The initialization of the second transformation unit based on the measured variable or measured variables can be z. B. in each case when switching on the crane control.
Die Kransteuerung des erfindungsgemäßen Krans umfasst weiterhin vorteilhafterweise ein Bahnplanmodul, welches aus den Steuerbefehlen der Eingabeeinheit Trajektorien generiert, die als Eingangsgrößen für die Steuereinheit dienen. Das Bahnplanmodul berechnet daher aus den Steuerbefehlen, welche von einer Bedienperson eingegeben werden, eine Sollbewegung der Last.The crane control of the crane according to the invention further advantageously comprises a path plan module which generates trajectories from the control commands of the input unit, which serve as input variables for the control unit. The path planning module therefore calculates a desired movement of the load from the control commands entered by an operator.
Vorteilhafterweise werden dabei die Trajektorien in Krankoordinaten generiert, so dass die zweite Transformationseinheit zwischen Bahnplanmodul und Steuereinheit angeordnet ist. Die Krankoordinaten sind dabei vorteilhafterweise die Zylinderkoordinaten des Krans, d. h. der Drehwinkel, der Wippwinkel bzw. die Ausladung sowie die Hubhöhe. In diesen Koordinaten ist die Generierung der Trajektorien besonders einfach, da auch die Systembeschränkungen in diesen Koordinaten vorliegen.Advantageously, the trajectories are generated in crane coordinates, so that the second transformation unit is arranged between the track plan module and the control unit. The crane coordinates are advantageously the cylindrical coordinates of the crane, ie the angle of rotation, the rocking angle or the discharge and the lifting height. In these coordinates, the generation of the trajectories is particularly easy, since the system restrictions are present in these coordinates.
Vorteilhafterweise werden dabei die Trajektorien im Bahnplanmodul unter Berücksichtigung der Systembeschränkungen optimal aus den Steuerbefehlen generiert.Advantageously, the trajectories in the railway plan module are generated optimally from the control commands taking into account the system limitations.
Vorteilhafterweise berücksichtigt die Steuereinheit weiterhin die Dynamik der am Lastseil hängenden Last, um Schwingungen der Last zu dämpfen. Dies kann insbesondere in der Lastpendeldämpfung der Steuereinheit erfolgen, um Pendelschwingungen der Last zu dämpfen. Zusätzlich können gegebenenfalls auch Schwingungen der Last in Hubrichtung berücksichtigt und gedämpft werden.Advantageously, the control unit further takes into account the dynamics of the load hanging on the load rope to dampen vibrations of the load. This can be done in particular in the load oscillation damping of the control unit to dampen pendulum vibrations of the load. In addition, if necessary, vibrations of the load in the stroke direction can also be taken into account and damped.
Vorteilhafterweise beruht die Steuereinheit auf der Invertierung eines physikalischen Modells der am Lastseil hängenden Last und des Krans. Das physikalische Modell beschreibt dabei vorteilhafterweise die Bewegung der Last in Abhängigkeit von der Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk. Durch die Invertierung des Modells ergibt sich so die Ansteuerung der jeweiligen Werke auf Grundlage einer Solltrajektorie der Last.Advantageously, the control unit is based on the inversion of a physical model of the load hanging on the load rope and the crane. The physical model advantageously describes the movement of the load as a function of the control of slewing gear, luffing gear and / or hoisting gear. The inversion of the model results in the control of the respective works on the basis of a target trajectory of the load.
Das Modell berücksichtigt dabei vorteilhafterweise die Schwingungs-Dynamik der am Lastseil hängenden Last. Hierdurch ergibt sich eine effektive Dämpfung von Schwingungen der Last, insbesondere eine effektive Lastpendeldämpfung. Zudem kann die Steuereinheit einfach an unterschiedliche Krane angepasst werden.The model takes into account advantageously the vibration dynamics of the load hanging on the load rope. This results in an effective damping of vibrations of the load, in particular an effective load oscillation damping. In addition, the control unit can be easily adapted to different cranes.
Vorteilhafterweise ist das physikalische Modell dabei nicht-linear. Dies ist von Bedeutung, da viele der entscheidenden Effekte bei der Lastpendeldämpfung nichtlinearer Natur sind.Advantageously, the physical model is non-linear. This is important because many of the key effects in load swing damping are nonlinear.
Vorteilhafterweise erlaubt das Modell dabei in kartesischen Koordinaten eine quasi-statische Entkopplung der vertikalen Bewegung der Last. Durch diese quasi-statische Entkopplung der vertikalen Bewegung der Last in Hubrichtung von der Bewegung der Last in horizontalen Richtungen wird eine vereinfachte und verbesserte Berechnung der Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk möglich. Insbesondere erlaubt dies eine einfachere Lastpendeldämpfung.Advantageously, the model allows in Cartesian coordinates a quasi-static decoupling of the vertical movement of the load. Through this quasi-static decoupling of the vertical movement of the load in the stroke direction of the Movement of the load in horizontal directions makes a simplified and improved calculation of the control of slewing gear, luffing gear and / or hoist possible. In particular, this allows a simpler load oscillation damping.
Die quasi-statische Entkopplung der vertikalen Bewegung der Last ermöglicht es zudem, die vertikale Bewegung der Last direkt anzusteuern, während die horizontale Bewegung über die Lastpendeldämpfung angesteuert wird.The quasi-static decoupling of the vertical movement of the load also makes it possible to control the vertical movement of the load directly, while the horizontal movement is controlled by the load swing damping.
Bei dem erfindungsgemäßen Kran kann daher vorgesehen sein, dass die Steuereinheit das Hubwerk direkt anhand von Steuerbefehlen einer Bedienperson und/oder eines Automatisierungssystems ansteuert, während die Ansteuerung des Drehwerks und des Wippwerks über die Lastpendeldämpfung erfolgt. Hierdurch lässt sich das erfindungsgemäße Steuerungssystem einfacher und kostengünstiger realisieren. Zudem werden höhere Sicherheitsstandards erfüllt, da an die Hubbewegung andere Anforderungen bezüglich der Sicherheit gestellt werden als an die Bewegung der Last in horizontaler Richtung. Die Bedienperson und/oder das Automatisierungssystem kann daher erfindungsgemäß die Geschwindigkeit des Hubwerks direkt ansteuern, während für die Ansteuerung des Drehwerks und des Wippwerks aus den Eingaben der Bedienperson und/oder des Automatisierungssystems zunächst eine Soll-Bewegung der Last generiert wird, aus welcher die Lastpendeldämpfung eine Ansteuerung des Hubwerks und des Wippwerks berechnet, welche Lastpendelschwingungen vermeidet bzw. dämpft.In the crane according to the invention can therefore be provided that the control unit controls the hoist directly on the basis of control commands of an operator and / or an automation system, while the control of the slewing and the luffing takes place via the load swing damping. As a result, the control system according to the invention can be realized simpler and cheaper. In addition, higher safety standards are met, since the lifting movement has different safety requirements than the movement of the load in the horizontal direction. The operator and / or the automation system can therefore according to the invention directly control the speed of the hoist, while for the control of the slewing gear and the luffing gear from the inputs of the operator and / or the automation system initially a desired movement of the load is generated, from which the Lastpendeldämpfung calculates a control of the hoist and the luffing, which avoids or dampens load oscillations.
Bei den Antrieben des erfindungsgemäßen Krans kann es sich z. B. um hydraulische Antriebe handeln. Ebenso ist der Einsatz von elektrischen Antrieben möglich. Das Wippwerk kann z. B. über einen Hydraulikzylinder realisiert werden, oder über ein Einziehwerk, welches den Ausleger über eine Verseilung bewegt.In the drives of the crane according to the invention, it may be z. B. act to hydraulic drives. Likewise, the use of electric drives is possible. The luffing can z. B. be realized via a hydraulic cylinder, or via a retractor, which moves the boom via a stranding.
Die vorliegende Erfindung umfasst neben dem Kran weiterhin eine Kransteuerung zur Ansteuerung des Drehwerks, des Wippwerks und/oder des Hubwerks eines Krans. Die Kransteuerung weist dabei eine Steuereinheit zur Berechnung der Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk auf. Die Steuereinheit weist vorteilhafterweise weiterhin eine Lastpendeldämpfung auf. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dabei so ausgeführt, dass die Berechung der Ansteuerbefehle zur Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk auf Grundlage einer in kartesischen Koordinaten angegebenen Soll-Lastbewegung erfolgt.The present invention further comprises, in addition to the crane, a crane control for controlling the slewing gear, the luffing gear and / or the hoisting gear of a crane. The crane control has a control unit for calculating the control of slewing gear, luffing gear and / or hoist on. The control unit points advantageously further on a load oscillation damping. According to the invention, the control unit is designed such that the calculation of the control commands for the control of slewing gear, luffing gear and / or hoisting gear is effected on the basis of a setpoint load movement indicated in Cartesian coordinates.
Die Kransteuerung ist dabei vorteilhafterweise so ausgeführt, wie dies bereits oben bezüglich des Krans dargestellt wurde. Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Kransteuerung dabei um eine computer-implementierte Kransteuerung.The crane control is advantageously carried out as already shown above with respect to the crane. Advantageously, the crane control is a computer-implemented crane control.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein entsprechendes Verfahren zur Ansteuerung eines Krans.The present invention further comprises a corresponding method for controlling a crane.
Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung dabei ein Verfahren zur Ansteuerung eines Krans zum Umschlagen einer an einem Lastseil hängenden Last mit einem Drehwerk zum Drehen des Kranes, einem Wippwerk zum Aufwippen des Auslegers und einem Hubwerk zum Senken bzw. Heben der am Seil hängenden Last, wobei die Berechnung der Ansteuerbefehle zur Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk auf Grundlage einer in kartesischen Koordinaten angegebenen Solllastbewegung erfolgt. Wie bereits bezüglich des Krans dargestellt, ermöglicht die Berechnung der Ansteuerbefehle auf Grundlage einer in kartesischen Koordinaten angegebenen Solllastbewegung eine vereinfachte und verbesserte Ansteuerung. Insbesondere kann dabei bei der Berechnung der Ansteuerbefehle zur Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk eine Lastpendeldämpfung vorgenommen werden, durch welche Pendelbewegungen der Last gedämpft werden. Die Lastpendeldämpfung erfolgt dabei vorteilhafterweise unter Berücksichtigung der Dynamik der am Lastseil hängenden Last, insbesondere unter Berücksichtigung der Pendeldynamik der am Lastseil hängenden Last, um sphärische Pendelschwingungen der Last durch eine geeignete Ansteuerung von Drehwerk und Wippwerk zu dämpfen.In particular, the present invention comprises a method for controlling a crane for handling a load suspended on a load rope with a slewing gear for rotating the crane, a luffing mechanism for luffing the boom and a hoist for lowering or lifting the load hanging on the rope, wherein the Calculation of the control commands for the control of slewing gear, luffing gear and / or hoist on the basis of specified in cartesian coordinates target load movement takes place. As already described with respect to the crane, the calculation of the control commands based on a specified in Cartesian coordinates Solllastbewegung allows a simplified and improved control. In particular, in the calculation of the control commands for the control of slewing gear, luffing gear and / or hoist a load oscillation damping can be made by which oscillating movements of the load are damped. The load oscillation damping takes place advantageously taking into account the dynamics of the load hanging on the load rope, in particular taking into account the pendulum dynamics of the load rope hanging load to dampen spherical oscillations of the load by a suitable control of slewing and luffing gear.
Vorteilhafterweise erfolgt das Verfahren dabei in gleicher Weise wie dies oben bezüglich des Krans bzw. der Kransteuerung näher dargestellt wurde. Insbesondere handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dabei um ein Verfahren zur Ansteuerung eines Krans, wie er oben dargestellt wurde.Advantageously, the method is carried out in the same manner as was described in more detail above with respect to the crane or crane control. Especially the method according to the invention is a method for controlling a crane, as has been described above.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels sowie Zeichnungen näher dargestellt. Dabei zeigen:
- Figur 1:
- die Struktur des zur Ansteuerung herangezogenen physikalischen Mo- dells,
- Figur 2:
- eine Prinzipdarstellung des Krans sowie der am Lastseil hängenden Last unter Angabe der relevanten Koordinaten,
- Figur 3:
- eine Prinzipdarstellung der Steuerungsstruktur einer erfindungsgemäßen Kransteuerung,
- Figur 4:
- einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Steuerungsstruktur, wel- che die Rückführung von Meßwerten anhand einer zweiten Transforma- tionseinheit näher darstellt,
- Figur 5:
- die maximale Geschwindigkeit des Auslegerkopfes in radialer Richtung in Abhängigkeit von der Ausladung des Auslegers,
- Figur 6:
- die radiale Position der Last bei einer Wippbewegung des Auslegers,
- Figur 7:
- die entsprechende Position der Last in x- bzw. y-Richtung während der Wippbewegung,
- Figur 8:
- die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Last in Drehrich- tung während einer Drehbewegung des Krans,
- Figur 9:
- die Position der Last in radialer Richtung während der Drehbewegung des Krans und
- Figur 10:
- die entsprechende Position der Last in x- und γ-Richtung während der Drehbewegung des Krans.
- FIG. 1:
- the structure of the physical model used for the control,
- FIG. 2:
- a schematic representation of the crane as well as the load hanging on the load rope with indication of the relevant coordinates,
- FIG. 3:
- a schematic representation of the control structure of a crane control according to the invention,
- FIG. 4:
- 2 shows a detail of the control structure according to the invention, which represents in more detail the feedback of measured values on the basis of a second transformation unit,
- FIG. 5:
- the maximum speed of the boom head in the radial direction as a function of the projection of the boom,
- FIG. 6:
- the radial position of the load during a rocking motion of the boom,
- FIG. 7:
- the corresponding position of the load in the x or y direction during the rocking movement,
- FIG. 8:
- the position, velocity and acceleration of the load in the direction of rotation during a rotation of the crane,
- FIG. 9:
- the position of the load in the radial direction during the rotation of the crane and
- FIG. 10:
- the corresponding position of the load in x- and γ-direction during the rotation of the crane.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kranes, eines Verfahrens zum Steuern des Krans und einer entsprechenden Kransteuerung, in welcher dieses Verfahren implementiert ist, wird nun im folgenden näher dargestellt.An embodiment of a crane according to the invention, a method for controlling the crane and a corresponding crane control, in which this method is implemented, will now be described in more detail below.
Die wesentlichen Steueraufgaben bei der Automatisierung des Kranbetriebs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Krans sind Lastpendeldämpfung und Lastgeschwindigkeitsfolgeregelung. Hierzu wird ein nichtlineares dynamisches Kranmodell eingesetzt, welches die Bewegungsgleichungen der seilgeführten Last und die vereinfachte Antriebsdynamik kombiniert. Basierend auf der Flachheitseigenschaft des Kranmodells erhält man ein linearisierendes Steuergesetz durch eine Zustandsrückführung. Die Generierung von glatten und realisierbaren Referenztrajektorien wird als Optimalsteuerungsproblem formuliert. Das Regelungssystem wird in die Software eines Krans, insbesondere eines Hafenmobilkrans integriert.The essential control tasks in the automation of crane operation according to the method of controlling a crane according to the invention are load-swing damping and load-speed following control. For this purpose, a nonlinear dynamic crane model is used, which combines the equations of motion of the cable-guided load and the simplified drive dynamics. Based on the flatness characteristic of the crane model, a linearizing tax law is obtained by state feedback. The generation of smooth and realizable reference trajectories is formulated as an optimal control problem. The control system is integrated into the software of a crane, in particular a mobile harbor crane.
Die wesentlichen Ziele der Kranautomatisierung gemäß der vorliegenden Erfindung sind dabei die Erhöhung der Effektivität und der Sicherheit bei Verladeprozessen. Der Kranbetrieb sowie externe Störungen bewirken schwach gedämpfte Lastpendelbewegungen. Ein weiteres Problem bei der Steuerung von Drehkranen verglichen mit Portalkranen ist die nichtlineare Verkopplung der Dreh- und Wippbewegungen. Eine aktive Lastpendeldämpfung und eine präzise Folge der gewünschten Lastgeschwindigkeiten, die durch die Handhebelsignale des Bedieners vorgegeben werden, sind die wesentlichen Regelungsaufgaben für den Hafenmobilkran.The essential goals of crane automation according to the present invention are thereby increasing the efficiency and safety during loading processes. Crane operation and external disturbances cause weakly damped load pendulum movements. Another problem with the control of slewing cranes compared to gantry cranes is the non-linear coupling of the turning and rocking movements. An active load swing damping and a precise sequence of the desired load speeds, which are given by the hand lever signals of the operator, are the essential control tasks for the mobile harbor crane.
Das Problem der Trajektorienfolge wird durch Ableiten von Steuergesetzen gelöst, die das nichtlineare Kransystem beruhend auf der Zustandsinformation (Linearisierung durch Zustandsrückführung) linearisieren. Bei der Auslegung der Regelung wird die Flachheitseigenschaft des MIMO-Systems nachgewiesen und verwendet. Das sich ergebende linearisierte System wird zusätzlich durch asymptotische Ausgangsregelungen stabilisiert. Aufgrund der modellbasierten Reglerauslegung sind alle Parameter analytisch wiedergegeben, und das Regelungskonzept kann problemlos an verschiedene Konfigurationen und Krantypen angepasst werden.The problem of trajectory succession is solved by deriving control laws that linearize the nonlinear crane system based on state information (state feedback linearization). When designing the control, the flatness characteristic of the MIMO system is verified and used. The resulting linearized system is additionally stabilized by asymptotic output controls. Due to the model-based controller design, all parameters are represented analytically, and the control concept can be easily adapted to different configurations and crane types.
Die Anwendung der modellbasierten, nichtlinearen Entwurfsverfahren erfordert hinreichend glatte Referenztrajektorien, die bezüglich der Eingangs- und Zustandsbeschränkungen des Systems realisierbar sind. Daher wird das Folgeproblem als Optimalsteuerungsproblme formuliert, das online gelöst wird, um die realisierbaren Referenztrajektorien für das exakt linearisierte System zu generieren. Die Trajektoriengenerierung kann als modellprädiktive Regelung (MPC, kurz vom engl. Model Predictive Control) betrachtet werden. Die Formulierung des Problems der optimalen Steuerung in den flachen Koordinaten reduziert den Aufwand bei der numerischen Lösung.The application of model-based, non-linear design techniques requires sufficiently smooth reference trajectories that are feasible with respect to the input and state constraints of the system. Therefore, the follow-up problem is formulated as an optimal control problem solved online to generate the viable reference trajectories for the exactly linearized system. Trajectory generation can be considered as Model Predictive Control (MPC). The formulation of the problem of optimal control in the flat coordinates reduces the effort in the numerical solution.
In dem folgenden Abschnitt wird ein dynamisches Modell des Krans aus den Bewegungsgleichungen der an einem Seil hängenden Last und aus Näherungen der Antriebsdynamik hergeleitet. Anschließend wird die differentielle Flachheit des Kranmodells gezeigt und ein nichtlineares flachheitsbasiertes Steuergesetz wird abgeleitet. Die Formulierung und numerische Lösung des Problems der Trajektoriengenerierung als Optimalsteuerungsproblem wird aufgezeigt. Die Messergebnisse aus der Umsetzung der Regelungsstrategie an einem Hafenmobilkran werden in dem letzten Abschnitt dargestellt.In the following section, a dynamic model of the crane is derived from the equations of motion of the load suspended from a cable and from approximations of the drive dynamics. Subsequently, the differential flatness of the crane model is shown and a non-linear flatness-based control law is derived. The formulation and numerical solution of the problem of trajectory generation as an optimal control problem is shown. The measurement results from the implementation of the control strategy on a mobile harbor crane are presented in the last section.
Die vorliegende Erfindung wird bei einen Kran mit einem Ausleger 1 eingesetzt, der um eine horizontale Wippachse aufwippbar am Turm 2 des Krans angelenkt ist. Zum Aufwippen des Auslegers 1 ist dabei ein Auslegerzylinder zwischen dem Turm und dem Ausleger angeordnet. Der Turm ist um eine vertikale Drehachse drehbar. Hierzu ist der Turm auf einem Oberwagen angeordnet, welcher über ein Drehwerk bezüglich eines Unterwagens um die vertikale Drehachse drehbar ist. Am Oberwagen ist weiterhin das Hubwerk zum Anheben der Last angeordnet. Dabei ist das Hubseil von der am Oberwagen angeordneten Hubwinde über Umlenkrollen an der Turmspitze und an der Auslegerspitze 3 zur Last geführt. Der Unterwagen weist in dem Ausführungsbeispiel ein Fahrwerk auf, so dass der Kran verfahrbar ist. Dabei handelt es sich bei dem Ausführungsbeispiel um einen Hafenmobilkran. Dieser hat z. B. eine Ladefähigkeit von bis zu 200 t, eine maximale Ausladung von 60 m und eine Seillänge von bis zu 80 m.The present invention is used in a crane with a
Das dynamische Modell des Auslegerkrans wird durch Unterteilen des Gesamtsystems in zwei Subsysteme abgeleitet, siehe
Die Kranstruktur wird durch Hydraulikmotoren für die Drehbewegung und einen Hydraulikzylinder für das Wippen des Auslegers in Bewegung versetzt. Unter der Annahme, dass die Hydraulikpumpe ein Verzögerungsverhalten erster Ordnung aufweist und die Drehgeschwindigkeit ϕs proportional zu dem von der Pumpe gelieferten Ölstrom ist, ergibt sich die Bewegungsgleichung für das Drehen zu
Die Parameter von Gleichung (1) sind die Zeitkonstante Ts , die Proportionalkonstante Ks zwischen dem Eingangssignal us und dem Öldurchsatz, das Übertragungsverhältnis is und das Motorvolumen V. Die Ableitung des dynamischen Modells der Wippbewegung beruht erneut auf der Annahme des Verzögerungsverhaltens erster Ordnung zwischen dem Eingangssignal uI und dem Durchsatz der Pumpe. Die Dynamik des Hydraulikzylinders kann vernachlässigt werden, doch muss die Aktorkinematik berücksichtigt werden. Die sich ergebende Bewegungsgleichung lautet:
mit der Zeitkonstante TI, der Proportionalkonstante KI , der Querschnittfläche A und den geometrischen Konstanten C1 und C2 .The parameters of equation (1) are the time constant T s , the proportional constant K s between the input signal u s and the oil flow rate, the transmission ratio i s and the engine volume V. The derivation of the dynamic model of the rocking motion is again based on the assumption of the first order lag response between the input signal u I and the pump flow rate. The dynamics of the hydraulic cylinder can be neglected, but the actuator kinematics must be considered. The resulting equation of motion is:
with the time constant T I , the proportional constant K I , the cross-sectional area A and the geometric constants C 1 and C 2 .
Das zweite Subsystem stellt ein an der Auslegerspitze angebrachtes sphärisches Pendel dar. Pendelbewegungen können entweder durch Bewegungen der Kranstruktur (erstes Subsystem) oder durch externe Kräfte ausgelöst werden. Wie in
ergeben sich die folgenden Bewegungsgleichungen:
The following equations of motion result:
Die Koeffizienten ai , bi und cj (0 ≤ i ≤ 11, 0 ≤ j ≤ 9) sind komplexe Ausdrücke, die von den Systemparametern, dem Aufrichtwinkelwinkel ϕi und den generalisierten Koordinaten (3) abhängen. Doch zeigen die Gleichungen (4) - (6) die Komplexität des dynamischen Submodells mit Kopplungstermen wie Zentrifugal- und Coriolis-Beschleunigungen. In Gleichung (6) wird ein dritter Eingang FR, die die Kraft der Seilwinde ist, berücksichtigt. Mit der Seilwinde können die Seillänge und somit die Höhe der Last mit der Masse mL geändert werden.The coefficients a i , b i and c j (0 ≦ i ≦ 11, 0 ≦ j ≦ 9) are complex expressions that depend on the system parameters, the pitch angle φ i and the generalized coordinates (3). However, equations (4) - (6) show the complexity of the dynamic submodel with coupling terms such as centrifugal and Coriolis accelerations. In equation (6), a third input F R , which is the force of the winch, is taken into account. With the winch, the rope length and thus the height of the load with the mass m L can be changed.
Die beiden Subsysteme werden nun zu einem eingangs-affinen nichtlinearen System folgender Form kombiniert:
mit dem Eingangsvektor u = [us ul FR ]T und dem folgenden Zustandsvektor:
with the input vector u = [ u s u l F R ] T and the following state vector:
Mit den Bewegungsgleichungen (1), (2) und (4) - (6) erhält man die Vektorfelder f und g zu:
wobei
in which
Die Ausgänge des nichtlinearen Systems sind die drei Elemente der Lastposition in kartesischen Koordinaten. Somit ist der Ausgangsvektor definiert als:
wobei IB , die Länge des Auslegers, IT die Höhe des Befestigungspunkts des Auslegers und IP die Länge des sphärischen Pendels sind. Bei dem betrachteten Kransystem hängt die Pendellänge IP von der Seillänge IR und von dem Aufrichtwinkel ϕI ab.
where I B , the length of the cantilever, I T is the height of the attachment point of the cantilever and I P is the length of the spherical pendulum. In the crane system considered, the pendulum length I P depends on the cable length I R and on the angle of elevation φ I.
In diesem Abschnitt wird die Verwirklichung eines Pendeldämpfungs- und Trajektorienfolgekonzepts für Auslegerkrane dargestellt. Wie in
Aufgrund der Tatsache, dass das Steuergesetz basierend auf dem nichtlinearen Modell (7), das in kartesischen Koordinaten vorliegt, abgeleitet wird, müssen diese Referenztrajektorien von der polaren Darstellung in die kartesische Darstellung transformiert werden. Die Transformation P, welche durch eine zweite Transformationseinheit 14 gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert wird, berücksichtigt nicht nur die Position, sondern auch Ableitungen höherer Ordnung. Die Referenztrajektorie für die Höhe der Last yz,ref wird aus dem Handhebelsignal ωz durch ein integrierendes Filter 13 ausreichender Ordnung generiert. Das Steuergesetz, das aus einem linearisierenden und einem stabilisierenden Teil besteht, berechnet die Eingangssignale des Auslegerkrans. Die Berechung erfolgt in einer Berechnungseinheit 15 der Steuereinheit. Die Auslegung des Steuergersetzes basiert auf einem flachheitsbasierten Ansatz.Due to the fact that the tax law is derived based on the non-linear model (7), which is in Cartesian coordinates, these reference trajectories must be transformed from the polar representation to the Cartesian representation. The transformation P implemented by a
Die Steuereinheit steuert dabei die Antriebe des Krans 20 an. Am Kran angeordnete Sensoren messen einen Zustand x des Systems aus Kran und Last, wobei die Messsignale über eine erste Transformationseinheit 16 in die Steuerung zurückgeführt werden.The control unit controls the drives of the
Zunächst wird der relative Grad des Systems (7) ermittelt, um es auf seine differentielle Flachheit hin zu prüfen. Ein MIMO-System mit m Eingängen und Ausgängen weist den vektoriellen relativen Grad r = {r 1,...,rm } für alle x in der Nachbarschaft von xo auf, wenn:
und (iii) die m x m Matrix:
regulär ist, d.h. Rang R (x 0) = m, [5]. Mit System (7) und m = 3 wird die Matrix (15) erhalten als:
and (iii) the mxm matrix:
is regular, ie rank R ( x 0 ) = m, [5]. With system (7) and m = 3, the matrix (15) is obtained as:
Da die Matrix (16) nicht regulär ist, ist der vektorielle relative Grad r nicht wohl definiert und eine statische Entkoppelung ist nicht möglich. Aber für alle drei Ausgänge taucht nur der dritte Eingang FR in der zweiten Ableitung auf. Somit kann eine quasi-statische Entkoppelung erreicht werden. Daher werden die zweiten Ableitungen der Ausgaben ermittelt als:
Mit Gleichung (19) ist das Steuergesetzt für die Hubwinde gegeben als:
Durch Ersetzen der Kraft der Hubwinde FR in Gleichung (17) und (18) durch die Beziehung in Gleichung (20) sind die zweiten Ableitungen der Ausgänge yx und yy unabhängig von u, hängen aber von ÿz ab. Ein weiteres Differenzieren der Ausgänge bis hinauf zu den vierten Ableitungen ergibt:
Da die ersten beiden Eingänge us und ul in den vierten Ableitungen der Ausgänge auftauchen, ist der vektorielle relative Grads von System (7):
Die Summe der Elemente des vektoriellen relativen Grads ist 10, was gleich der Ordnung des Systems ist. Dies bedeutet, dass das System (7) differentiell flach ist. Das Auflösen von Gleichung (21) nach den Eingängen und das Ersetzen der Ausgänge mit den neuen Eingängen der sich ergebenden Integratorketten ergibt die folgenden Steuergesetze:
mit
With
In Gleichung (20) ist ÿz ebenfalls durch den neuen Eingang vz ersetzt. Doch obwohl der relative Grad von Ausgabe yz zwei ist, muss die Referenztrajektorie yz,ref die dritte und vierte Ableitung der Referenzposition enthalten. Daher ist der Filter, der zum Generieren dieser Trajektorie verwendet wird, von vierter Ordnung.In Equation (20), ÿ z is also replaced by the new input v z . However, although the relative degree of output y z is two, the reference trajectory y z, ref must contain the third and fourth derivative of the reference position. Therefore, the filter used to generate this trajectory is of fourth order.
Der linearisierende Teil des Reglers wird nun durch Gleichungen (20) und (23) ermittelt. Doch wird aufgrund von Modell- und Parameterunsicherheiten und äußeren Einflüssen eine stabilisierende Rückführungsschleife konstruiert. Wie in
Die Elemente der Rückführmatrizen werden durch Polvorgabe bestimmt. Die Pole werden durch Lookup-Tabellen, die von der Seillänge abhängen, an die Systemdynamik angepasst. Die Ausgangsvektoren ỹi werden durch die Transformation T(x) ermittelt. Diese Transformation T(x) wird durch die erste Transformationseinheit 16 gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert. Die Transformation beruht dabei auf der Byrnes/Isidori-Normalformdarstellung.The elements of the feedback matrices are determined by Polvorgabe. The poles are adjusted to the system dynamics by look-up tables that depend on the rope length. The output vectors ỹ i are determined by the transformation T (x) . This transformation T (x) is implemented by the
Die Grundidee ist das Formulieren des Problems der Trajektoriengenerierung als beschränktes Optimalsteuerungsproblem mit finitem Horizont (offener Schleife) für die Integratorketten. Die Eingänge dieser Integratorketten bilden die formalen Regelgrößen für das Optimalsteuerungsproblem. Da die Beschränkungen des Systems als einfache Grenzen in polaren Koordinaten (yt , yr ) gegeben sind, wird das Optimalsteuerungsproblem in den Variablen ỹt,ref , ỹr,ref formuliert. Die Transformation P durch die zweite Transformationseinheit wird anschließend vorgenommen, um die optimalen Referenztrajektorien in kartesische Koordinaten ỹx,ref, ỹy,ref umzuwandeln.The basic idea is to formulate the problem of trajectory generation as a limited optimal control problem with finite horizon (open loop) for the integrator chains. The inputs of these integrator chains form the formal control variables for the optimal control problem. Because the limitations of the system given simple boundaries in polar coordinates ( y t , y r ), the optimal control problem is formulated in the variables ỹ t , ref , ỹ r , ref . The transformation P by the second transformation unit is subsequently performed in order to convert the optimal reference trajectories into Cartesian coordinates ỹ x , ref , ỹ y, ref .
Das Problem der optimalen Steuerung wird numerisch gelöst. Im Sinne einer modellprädiktiven Regelung wird die Lösungsprozedur im nächsten Abtastschritt mit verschobenem Horizont wiederholt, um sich ändernde Vorgaben (Sollgeschwindigkeiten der Last ωt, ωr) zu berücksichtigen.The problem of optimal control is solved numerically. In the sense of a model-predictive control, the solution procedure is repeated in the next scanning step with a shifted horizon in order to take account of changing specifications (nominal speeds of the load ω t , ω r ).
Der modellprädiktive Trajektoriengenerierungsalgorithmus behandelt Beschränkungen der Systemvariablen wie Beschränkungen des Optimalsteuerungsproblems. Beschränkungen ergeben sich aus dem begrenzten Arbeitsraum des Krans, der durch die Mindest- und Höchstausladung gegeben ist. Zudem ergeben sich Beschränkungen der radialen Geschwindigkeit/Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit/-beschleunigung für die Auslegerspitze aus Einschränkungen der Hydraulikaktoren. Die maximale radiale Geschwindigkeit der Auslegerspitze hängt wie in
Die maximale radiale Geschwindigkeit, die wie in
Eine standardmäßige quadratische Zielfunktion beurteilt die quadratische Abweichung der Winkel- und radialen Position und Geschwindigkeit aus deren Referenzprognosen sowie die Änderungsrate der Eingangsvariablen über den finiten Zeithorizont [t0,tf ]. Der Optimierungshorizont ist ein Einstellungsparameter und sollte die wesentliche Dynamik des Systems abdecken, die durch die Periodendauer des Lastpendelns festgelegt wird. Referenzprognosen werden aus den Handehebelsignalen des Kranführers für die Solllastgeschwindigkeit in tangentialer und radialer Richtung generiert (ωt, ωr).A standard quadratic objective function evaluates the quadratic deviation of the angular and radial position and velocity from their reference predictions as well as the rate of change of the input variables over the finite time horizon [ t 0 , t f ]. The optimization horizon is a setting parameter and should cover the essential dynamics of the system, which is determined by the period of load swinging. Reference forecasts are generated from the manual lever signals of the crane operator for the target load speed in tangential and radial directions (ω t , ω r ).
Das kontinuierliche, beschränkte, linear-quadratische Optimalsteuerungsproblem wird mit K Zeitschritten diskretisiert und durch ein quadratisches Programm (QP) in den Steuerungs- und Zustandsvariablen approximiert, die durch einen standardmäßigen Interior-Point-Algorithmus gelöst werden können. Mit diesem Algorithmus wird die Struktur der Modellgleichungen in einer Riccati-artigen Vorgehensweise genutzt, um eine Lösung der Newtonschen Schrittgleichung mit O (K) Operationen zu erhalten, d.h. der rechnerische Aufwand nimmt linear mit dem Prognosehorizont zu.The continuous, constrained, linear-quadratic optimal control problem is discretized with K time steps and approximated by a quadratic program (QP) in the control and state variables that can be solved by a standard interior point algorithm. With this algorithm, the structure of the model equations in a Riccati-type approach is used to obtain a solution of Newton's step equation with O (K) operations, ie the computational effort increases linearly with the forecast horizon.
Das dargestellte Regelungskonzept wurde bei einem Hafenmobilkran implementiert. Wie in
Für die praktische Verwirklichung ist im Ausführungsbeispiel nur die x- und y-Richtung von Interesse. Aufgrund von Sicherheitsgründen ist es nicht vorgesehen, die z-Position der Last automatisch mit dem Steuergesetz (20) zu beeinflussen. Daher werden nur die Steuergesetze (23) an dem LHM 280 implementiert. Wie in
Das zweite Manöver ist eine Drehbewegung von Null auf 400°.
Der linearisierende und stabilisierende Regler lässt die Last sehr genau ohne wesentliches Überschwingen dieser Referenztrajektorie folgen. Das Restlastpendeln ist ebenfalls hinreichend klein. Von spezifischer Bedeutung ist die radiale Verschiebung der Last, zu der es aufgrund von Zentrifugalkräften während einer Drehbewegung kommt. Um die Last während Drehbewegungen auf einem konstanten Radius zu belassen, wird die radiale Verschiebung durch das Wippsteuergesetz ul kompensiert. Dadurch ist die radiale Lastposition nahezu konstant mit Fehlern zwischen der Referenztrajektorie und der gemessenen Lastposition von weniger als ± 0,5 m, siehe
Da das Reglerkonzept basierend auf der Flachheitseigenschaft des nichtlinearen Systems bezüglich des Ausgangsvektors in kartesischen Koordinaten ausgelegt wird, zeigt
Claims (15)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Berechung der Ansteuerbefehle zur Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk auf Grundlage einer in kartesischen Koordinaten angegebenen Soll-Bewegung der Last erfolgt.Crane for handling a load suspended on a load rope with a slewing gear for turning the crane, a luffing mechanism for rocking the boom and a hoist for lowering or lifting the load hanging on the load rope, with a control unit for calculating the actuation of slewing gear, luffing gear and / or hoist, wherein the control unit advantageously has a load swing damping,
characterized,
that the calculation of the control commands for the control of slewing gear, luffing gear and / or hoisting gear takes place on the basis of a specified movement of the load in Cartesian coordinates.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Berechung der Ansteuerbefehle zur Ansteuerung von Drehwerk, Wippwerk und/oder Hubwerk auf Grundlage einer in kartesischen Koordinaten angegebenen Soll-Lastbewegung erfolgt.Method for controlling a crane for handling a load suspended on a load rope with a slewing gear for turning the crane, a luffing mechanism for luffing the boom and a hoist for lowering or lifting the load hanging on the rope,
characterized,
that the calculation of the control commands for the control of slewing gear, luffing gear and / or hoisting gear is carried out on the basis of a set load movement specified in Cartesian coordinates.
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