ES2292718T3 - Control antibalanceo de una grua bajo la orden de un operario. - Google Patents
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Abstract
Sistema (50) para eliminar el balanceo de una carga (30) suspendida por un cable (40) unido a un elevador desde un carro (20), siendo la posición de dicha carga (30) regulable verticalmente y horizontalmente, incluyendo dicho sistema (50) medios para recibir o para generar una señal de entrada de la velocidad de elevación de un operario para la regulación vertical de dicha carga (30) e incluyendo medios para generar una señal de entrada de la velocidad del carro de un operario para la traslación horizontal de la citada carga (30) suspendida por dicho cable (40), comprendiendo dicho sistema: medios (120) para generar una señal de aceleración de la orden del operario ajustada a partir de dicha señal de entrada de la velocidad del carro del operario; caracterizado por el hecho de que comprende, además: medios (60) para generar una señal de aceleración de cancelación utilizando la longitud de dicho cable (40), la derivada de la longitud de dicho cable respecto al tiempo, y dicha señalde aceleración de la orden del operario ajustada; medios (90) para generar una señal de aceleración de reducción del factor externo utilizando un ángulo de balanceo medido de dicha carga, una velocidad de balanceo medida de dicha carga, un ángulo de balanceo modelo de dicha carga y una velocidad de balanceo modelo de dicha carga; medios (115) para generar una señal de salida de la velocidad en base a dicha señal de la orden del operario ajustada, dicha señal de aceleración de cancelación y dicha señal de aceleración de reducción del factor externo; medios para enviar dicha señal de salida de la velocidad a un medio (112) para controlar la velocidad del citado carro; y medios (80) para predecir la variación de velocidad generando una señal de variación de velocidad en base a un conjunto de señales de aceleración de corrección del modelo de predicción, a partir de dicho controlador antibalanceo, comparando dicha señal de variación de velocidad con dicha señal de salida de la velocidad, generando una señal de compensación de la velocidad a partir de dicha comparación, y factorizando dicha señal de compensación de la velocidad en dicha señal de entrada de la velocidad del carro del operario.
Description
Control antibalanceo de una grúa bajo la orden
de un operario.
La presente invención se refiere a sistemas y
procedimientos para controlar sistemas de transferencia de carga
por cable suspendido. Más concretamente, esta invención se refiere a
sistemas y procedimientos de control antibalanceo para una carga
que experimenta tanto el movimiento de un carro horizontal como el
de un elevador vertical.
En la actividad portuaria se utilizan mucho los
puentes grúa para la transferencia de contenedores. Típicamente,
una grúa tiene dos entradas en forma de órdenes de velocidad. Estas
órdenes de dos velocidades controlan independientemente el
movimiento del carro horizontal y de elevación vertical de una
carga. El balanceo indeseable de una carga en el extremo opuesto
del dispositivo de transferencia es una dificultad en la realización
de un movimiento de transferencia. Las operaciones de carga o
descarga no pueden realizarse cuando la carga se está balanceando.
Actualmente, solamente un operario experimentado puede detener de
manera eficaz el contenedor sin balanceo. Otros operarios deben
esperar a que se detenga el balanceo. Típicamente, el tiempo que
pasa esperando a que cese el balanceo, o las distintas maniobras
para afinar la posición de la carga, puede ser hasta un tercio del
tiempo de transferencia total.
Varias patentes de la técnica anterior describen
sistemas de reducción del balanceo. Estas patentes hacen referencia
a diversos aspectos de la transferencia de la carga con un balanceo
reducido. Por ejemplo, varias patentes describen un funcionamiento
en modo autónomo en el que el sistema utiliza la posición de partida
y final de la carga para generar las señales de control necesarias
para conseguir la transferencia de la carga. Otros sistemas no
autónomos intentan minimizar el balanceo de la carga mientras siguen
las órdenes del operario para el movimiento del carro horizontal y
del elevador vertical.
Los sistemas autónomos resultan apropiados para
entornos estructurados en los que las posiciones de una carga están
bien identificadas. En un entorno portuario típico, la posición de
un contenedor depende de la posición relativa del barco respecto a
la grúa. Por lo tanto, la posición del contenedor raramente se
conoce de manera precisa. En tal entorno, se prefiere un modo de
funcionamiento no autónomo. La presente invención se refiere a
dichos sistemas no autónomos.
Varias referencias describen el modo de
funcionamiento no autónomo. Muchas de estas referencias utilizan un
modelo de péndulo de longitud fija como base para su procedimiento
y/o sistema de reducción de balanceo. En consecuencia, estas
estrategias no eliminan el balanceo cuando la longitud de cable
varía durante el movimiento horizontal. Varias otras referencias
tratan el efecto de cambiar la longitud del cable vertical mediante
el uso aproximaciones. La presente invención utiliza la ecuación
dinámica completa de un sistema de grúa sin aproximación con el fin
de evitar el error y eliminar el balanceo. Particularmente, la
presente invención utiliza la aceleración de cancelación para el
control del balanceo. El cálculo de una señal de cancelación es
exacto ya que se basa en la ecuación dinámica completa del modelo de
grúa. Esto es particularmente importante durante movimientos
simultáneos del carro y del elevador. Para facilitar la descripción,
el ángulo de balanceo de la carga y la velocidad de balanceo de la
carga se muestran como \theta y \ddot{\theta} respectivamente, y
la aceleración del carro se denomina \dot{\mathit{x}}. Todos los
sistemas de control utilizan la aceleración horizontal del carro
como control para el balanceo. Por lo tanto, la aceleración
horizontal también se denomina
control.
control.
Hay dos propuestas generales para la
minimización del balanceo. En la primera propuesta, la aceleración
del carro se da en forma de x =
r+k_{1}\theta+k_{2}\ddot{\theta} o algo similar. Aquí,
el valor r es una función del tiempo que depende del
movimiento deseado del carro. El uso de esta propuesta introduce un
amortiguamiento adicional en el sistema para controlar el balanceo.
Puede hacerse que el sistema resultante tanga cualquier índice de
amortiguación y frecuencia natural deseable utilizando los valores
apropiados de k_{1} y k_{2}.
Varias referencias adoptan esta primera
propuesta. Estas referencias se diferencian en el perfil de la
función del tiempo dependiente del movimiento, r, y del
procedimiento específico mediante el cual se determinan los valores
del índice de amortiguación k_{1} y k_{2}. En la
patente americana 5.443.566 de Rushmer, el ángulo de balanceo y la
velocidad del ángulo de balanceo se estiman usando un modelo de
cable de longitud fija de la grúa. Las estimaciones del ángulo de
balanceo, \theta, y la velocidad del ángulo de balanceo,
\dot{\theta}, se utilizan junto con la demanda de velocidad de
entrada del operario, \dot{\mathit{x}}_{d} para calcular la
señal de control \ddot{\mathit{x}} = k_{1}
(\dot{\mathit{x}}_{d} -\dot{\mathit{x}})+
k_{2}\theta + k_{3}\dot{\theta}. En la patente
americana 5.490.601 de Heissat y otros, la señal de control es
\ddot{\mathit{x}} = k_{1} \theta + k_{2} \theta +
k_{3} (x_{d}-x). Los grupos de
k_{1}, k_{2}, y k_{3} se determinan
experimentalmente en distintas longitudes del cable. Los valores
exactos de k_{1}, k_{2}, y k_{3} para una
longitud de cable concreta se interpolan a partir de estos grupos
experimentales utilizando administración de ganancia, o alguna forma
de control difuso o de redes neuronales. En la patente americana
5.878.896 de Eudier y otros, la demanda de velocidad enviada al
carro tiene forma de \dot{\mathit{x}} _{d} = k_{1} \theta
+ k_{2} \dot{\theta} + k_{3}
(x_{d}-x) donde x_{d} es la
posición deseada del carro. Los valores de k_{1}, k_{2},
y k_{3} se determinan experimentalmente.
\newpage
Esta primera propuesta puede amortiguar con
eficacia el balanceo. La propuesta se basa en un mecanismo de
realimentación estándar y por lo tanto es robusto contra
inexactitudes del modelo. El principal inconveniente de esta
propuesta es su carencia de control intuitivo del operario. Como que
la aceleración del carro depende de \theta, \dot{\theta} y la
velocidad deseada del operario, el movimiento del carro puede ser
imprevisible y contra intuitivo para el operario. Consecuentemente,
pueden ser necesarias varias maniobras para llevar al sistema a una
parada apropiada. Como tal, esta primera propuesta resulta apropiada
para una grúa sin tripulación en un entorno estructurado donde la
posición de la carga está bien identificada.
Una segunda propuesta se basa en el principio de
cancelación del balanceo. Éste es el mecanismo utilizado por la
mayoría de los operarios humanos para amortiguar el balanceo. La
idea básica de esta propuesta para un péndulo de longitud fija se
describe en Feedback Control Systems,
McGraw-Hill, Nueva Cork, 1958, de O. J. Smith. En
un péndulo de longitud fija, el movimiento del balanceo es una
función del tiempo casi sinusoidal con una frecuencia, definida por
\omega = \sqrt{\mathit{g/l}}. Supóngase que se aplica un impulso
corto de aceleración horizontal en el momento t = 0,
este impulso inducirá una oscilación de balanceo de frecuencia
\omega. Es posible cancelar esta oscilación utilizando un segundo
impulso corto de la misma magnitud y duración aplicado en el
momento t = \pik\omega. Después de la aplicación
del segundo impulso, el sistema no tendrá balanceo durante el
tiempo posterior. Este procedimiento, conocido como control de
impulso doble o control de cancelación, proporciona el menor tiempo
de ajuste posible para un cable de longitud constante. Aunque este
procedimiento es fácilmente aplicable a un péndulo de longitud
fija, las extensiones a los péndulos con extensión de cable de
longitud variable no son fáciles.
Varias referencias describen la propuesta
general del control de cancelación. En la patente americana
4.756.432 de Kawashima y otros, parece que se utiliza el control de
impulso doble en las fases de aceleración y desaceleración del
movimiento del carro. Para una posición final específica del carro,
la sincronización y la magnitud de estos impulsos se calculan en
base a un péndulo de longitud fija. Se utiliza un impulso doble en
cada una de las fases de aceleración y desaceleración. Entre estas
dos fases, el carro avanza a velocidad constante y no se balancea.
Para que este procedimiento funcione, el operario debe proporcionar
la posición final del carro para determinar de manera precisa la
sincronización y la magnitud de los impulsos. Este sistema funciona
razonablemente bien cuando la longitud del cable es constante
durante el movimiento horizontal.
En la patente americana 5.219.420 de Kiiski y
otros, parece que se mide el ángulo de balanceo y se realiza una
función del tiempo sinusoidal ideal del movimiento de balanceo. Con
esta función sinusoidal estimada, se genera un impulso de
cancelación para eliminar el balanceo. El procedimiento supone la
presencia de solamente una frecuencia sinusoidal. Como tal, el
procedimiento no resulta eficaz para los sistemas en los que la
longitud del cable varía durante el movimiento horizontal del
carro.
En la patente americana 5.960.969 de Habisohn,
se utiliza un filtro digital para amortiguar la oscilación. Parece
que se filtran los componentes de la señal de entrada cerca de la
frecuencia de oscilación de la grúa. En particular, la señal de
salida filtrada es un promedio simple de la señal de entrada y de la
señal de entrada retrasada por la mitad del período de tiempo del
movimiento del péndulo de la carga. Se utilizan varias otras
versiones de filtro basadas en combinaciones lineales de señales de
entrada con diferentes retardos. Estas señales de entrada se
calculan utilizando la versión de longitud constante de la ecuación
de la grúa.
Los procedimientos en las referencias citadas
anteriormente se basan en sistemas de péndulo de longitud constante
para la cancelación. Las referencias siguientes revisan otros
intentos de ampliar el control de cancelación a sistemas de cable
de longitud variable.
En la patente americana 5.785.191 de Feddema y
otros se describe un filtro de respuesta de impulsos en un
controlador proporcional integral para el control de la grúa bajo
los datos de entrada del operario. El filtro de impulsos basado en
una implementación digital de una idea dinámica inversa se utiliza
comúnmente en el estudio de sistemas de control. En este caso, se
utiliza un controlador de anticipación para cancelar la dinámica
del sistema de grúa e introducir dinámica definida por el
usuario.
En la patente americana 5.127.533 de Virrkkumen
se describe un intento por adaptar un diseño de control para una
grúa que tiene un cable de longitud fija a un diseño de control para
una grúa que tiene un cable de longitud variable. Es bien conocido
que el período de oscilación de un péndulo es proporcional a la raíz
cuadrada de la longitud del péndulo. La referencia muestra que
puede utilizarse una señal de control aplicable para una grúa que
tiene una longitud de cable fija, denominada L_{1}, para que la
grúa tenga otra longitud de cable, denominada L_{2}, para un
retardo apropiado. Por ejemplo, supóngase que la señal de control
está basada en un diseño de grúa para una longitud fija, L_{2}, y
la señal de control se aplica en un primer momento t_{1},
Virrkkumen indica que puede obtenerse el mismo efecto en la grúa que
tenga otra longitud fija, L_{2}, cuando la señal de control se
aplica en el momento:
\vskip1.000000\baselineskip
Mientras que el procedimiento de Virrkkumen es
razonable para dos péndulos de longitud fija, no es exacto para un
solo péndulo, o una sola grúa, que experimenten una variación en
longitud de cable. Por ejemplo, la velocidad de elevación del cable
afecta el ángulo de balanceo, y esto no se explica en Virrkkumen.
Además, existe incertidumbre en la determinación de la segunda
longitud de cable, L_{2}, ya que la longitud puede variar
continuamente durante un movimiento horizontal típico.
En la patente americana 5.526.946 de Overton,
que corresponde a los preámbulos de la reivindicación independiente
1 de producto y la reivindicación independiente 36 de procedimiento,
la explicación del control de balanceo básica es una prolongación
de Kawashima y Virrkkumen. En lugar de un de impulso doble fijo en
las fases de aceleración y desaceleración, Overton indica el uso de
un impulso doble siempre que haya un cambio en la entrada de la
velocidad. Para una secuencia de entrada de la velocidad
continuamente variable, se generan dos secuencias de impulsos. La
primera secuencia se sincroniza con el cambio de velocidad de
entrada. La segunda secuencia también se genera y después se
guarda. La segunda secuencia corresponde a un segundo impulso del
procedimiento de control de doble impulso. Cada una de las señales
en la segunda secuencia se aplica a la aceleración horizontal del
carro en aproximadamente la mitad de un período del péndulo después
de la señal en la primera secuencia. Overton adapta Virrkkumen en
calcular la sincronización de tiempos de estas señales. Esta segunda
secuencia se procesa (o se envía como aceleración del carro) a una
velocidad variable proporcional a la longitud actual de cable.
Cuanto más corta es la longitud de cable, más rápido se envían las
entradas de la secuencia. Como que Overton es una adaptación de
Virrkkumen, presenta similares deficiencias.
US6.102.221 describe otro procedimiento para
amortiguar oscilaciones de carga en una grúa. Un control de
velocidad para el carro de la grúa utiliza un filtro de
amortiguamiento para contrarrestar la oscilación de la carga.
La presente invención utiliza el control de
impulso doble para la cancelación del balanceo. Sin embargo, la
presente invención se diferencia de las referencias anteriores en
varios aspectos significativos. La presente invención calcula la
sincronización y la magnitud exacta de un segundo impulso utilizando
la ecuación dinámica completa del sistema de la grúa. La aplicación
de este segundo impulso elimina el balanceo incluso durante el
cambio de la longitud del cable. Este cálculo exacto del impulso de
cancelación es crucial para una adecuada eliminación del balanceo.
La presente invención también asegura que nunca se sobrepasen las
limitaciones físicas, en forma de límites de aceleración y
velocidad del carro. La presente invención también incluye un
mecanismo de realimentación para eliminar el balanceo debido a
fuerzas externas, tales como la fuerza del viento y otras
perturbaciones externas.
Un objetivo de la presente invención es disponer
un sistema controlado por ordenador para el control del balanceo en
una grúa. La presente invención utiliza impulsos de cancelación para
el control del balanceo. El balanceo se cancela de manera
incremental después de ser inducido por órdenes anteriores para la
aceleración del carro. La sincronización y la magnitud de estos
impulsos de cancelación son componentes críticos para la eficacia
del presente procedimiento antibalanceo. La presente invención
también considera el efecto dinámico completo de la longitud de
cable variable en el cálculo de estas señales de cancelación.
Otro objetivo de la presente invención es
determinar impulsos exactos de la aceleración de cancelación.
Utilizando una familia de ecuaciones diferenciales habituales se
determinan los impulsos exactos de la aceleración de
cancelación.
Otro objetivo de la presente invención es el
funcionamiento del sistema y el procedimiento antibalanceo dentro
de los límites de la aceleración y la velocidad del sistema de
accionamiento del carro. El control del balanceo puede verse
afectado negativamente cuando se produce una saturación de la
aceleración o una saturación de la velocidad del sistema de
accionamiento del carro. La presente invención incluye un sistema y
un procedimiento para asegurar el funcionamiento apropiado del
mecanismo antibalanceo dentro de estos límites.
Todavía otro objetivo de la presente invención
es disponer una unidad o equipo controlador antibalanceo para la
incorporación en un sistema de grúa existente. La unidad
controladora antibalanceo se conecta entre las órdenes de velocidad
del operario y los controladores de velocidad variable existentes.
Este controlador antibalanceo sigue una entrada de órdenes de un
operario tanto para el recorrido horizontal del carro como para la
elevación vertical de la carga. La unidad controladora puede
desconectarse, si se desea, para restaurar el control manual de la
grúa por parte del operario.
Todavía otro objetivo de la presente invención
es la eliminación del balanceo residual. Utilizando medición
sensorial del balanceo, la presente invención se perfecciona además
por un mecanismo de realimentación. Este mecanismo de
realimentación complementa el controlador antibalanceo y elimina el
balanceo residual debido a factores externos.
La invención dispone un sistema tal como se
describe en la reivindicación 1 y un procedimiento tal como se
describe en la reivindicación 36.
Todavía otros objetivos de la presente invención
serán claros para los expertos en la materia a partir de la
siguiente descripción detallada, en la cual se muestra una
realización preferida de la invención y se describe a modo de
ilustración del mejor modo contemplado de realizar la invención.
La presente invención puede comprenderse mejor
con referencia a la descripción detallada en combinación con las
figuras siguientes:
La figura 1 es un diagrama de una grúa con una
carga suspendida de un carro;
La figura 2 es una representación gráfica de una
señal de entrada de un operario como señal de aceleración por
tramos constante;
La figura 3 es un diagrama de bloques que
muestra bloques funcionales interconectados de un sistema
antibalanceo; y
La figura 4 es un diagrama de bloques que
muestra bloques funcionales interconectados de un sistema
antibalanceo.
Con referencia a la figura 1, se muestra un
modelo de sistema de grúa 10. El sistema de grúa 10 incluye un
carro 20 que tiene un elevador (no mostrado) para suspender de
manera regulable una carga 30 de un cable 40. Entre la posición del
cable 40 en reposo y la posición del cable 40 durante la oscilación
del balanceo se crea un ángulo de balanceo \theta. Una ecuación
diferencial que describe la evolución del tiempo del ángulo de
balanceo \theta para la carga 30 es:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En la ecuación (1), \ell(t) y
\dot{\ell}(t) se refieren a la longitud del cable 40 que
depende del tiempo y su derivada, respectivamente, y
x(t) se refiere a la aceleración del carro. En el
momento en el que se inicia primero el funcionamiento de la grúa,
el sistema se encuentra en reposo, es decir, \theta(0) =
\dot{\theta}(0) = \theta, x (0) =
x_{0} \dot{\mathit{x}} (0) = 0,
\ell(0) = \ell_{0}, \dot{\ell}(0) = 0.
Para facilitar la presentación, se eligen estas condiciones
iniciales. Es también posible ampliar esta derivación para un
conjunto más general de condiciones iniciales.
Puesto que la magnitud del ángulo de balanceo
\theta(t) es bastante pequeña en todo el movimiento
subsiguiente, es posible una aproximación. Siguiendo la práctica
estándar de ingeniería de suponer que sin \theta(t) \cong
\theta(t) y cos \theta(t) \cong 1 se realiza una
aproximación. De este modo, la ecuación de movimiento se aproxima
mediante:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
con \theta(0) =
\dot{\theta}(0) = 0
\vskip1.000000\baselineskip
Mirando ahora la figura 2, el esquema de
compensación depende de representar la aceleración del carro 20 en
un momento determinado, \ddot{\mathit{x}}(t), como la suma
de impulsos estrechos de forma:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde la función p(\cdot)
viene definida
por:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
En una realización preferida de la invención,
solamente está presente un primer impulso \ddot{\mathit{x}}
(0)p(t). Cuando la duración del impulso de la
aceleración T es pequeña, la respuesta del ángulo de balanceo al
impulso, simbolizada como \delta\theta_{0}(t), viene
determinada por la solución de la siguiente ecuación
diferencial:
Si están presentes todos los impulsos de
aceleración, la respuesta a una aceleración arbitraria del carro 20
en un momento determinado, \ddot{\mathit{x}}(t), en la
ecuación (3) es:
Aquí, la función; l(t – iT)
= 1 cuando t> iT; y la función l(t -
iT) = 0, de otra manera. Cada respuesta del ángulo de
balanceo, \delta\theta_{1}(t), viene definida por:
Nótese que el ángulo de balanceo,
\delta\theta_{1}(t), tal como se calcula en la ecuación
(6), depende de la linealidad de la ecuación diferencial (2). Los
errores de modelado introducidos por las aproximaciones de
sin\theta(t) y cos\theta(t), cuando
sin\theta(t) \cong \theta(t) y
cos\theta(t) \cong 1, respectivamente, pueden
corregirse utilizando una transformación tal como se muestra a
continuación.
Consideramos ahora una expresión para generar
una señal de cancelación para contrarrestar el efecto del primer
impulso \ddot{\mathit{x}}(0)p(t). Al
solucionador la ecuación diferencial lineal variable con el tiempo
(7) para i = 0 hacemos que \tilde{\mathit{t}}_{0}
sea el primer momento después de t = 0 en el que la respuesta
al ángulo de balanceo, \delta\theta_{o}(t), es cero, es
decir, \delta\theta_{o}(\tilde{\mathit{t}}_{0}) =
0. En el instante \tilde{\mathit{t}}_{0}, existe una velocidad
correspondiente
\delta\dot{\theta}_{o}(\tilde{\mathit{t}}_{0}).
Supóngase que se aplica un impulso de corrección,
x^{c}_{o}(t), en el instante
\tilde{\mathit{t}}_{0} durante un tiempo T:
Es evidente que tras la aplicación de este
impulso de corrección, x^{c}_{o}(t), tanto el ángulo
de balanceo,
\delta\theta_{o}(\tilde{\mathit{t}}_{0}) como la
velocidad del ángulo de balanceo,
\delta\dot{\theta}_{o}(\tilde{\mathit{t}}_{0}), son
casi cero. El error de aproximación puede reducirse esencialmente a
cero eligiendo un período T suficientemente pequeño. Así,
cuando se ha producido el impulso de corrección,
\delta\theta_{o}(t) es esencialmente cero para
t \geq \tilde{\mathit{t}}_{0}.
La determinación de \tilde{\mathit{t}}_{0} y
\delta\dot{\theta}_{o}(\tilde{\mathit{t}}_{0}) se
obtiene utilizando una solucionador de ecuaciones diferenciales
ordinarias (ODE) para la ecuación (7). Como que la ecuación (7) es
un sistema variable con el tiempo, este solucionador actúa en
tiempo real utilizando información sensorial de la longitud del
cable 40 dependiente del tiempo y su derivada, \ell(t) y
\dot{\ell}(t), respectivamente. Dependiendo de la opción
del solucionador utilizada, puede ser necesario medir la longitud
del cable 40 dependiente del tiempo y su derivada, \ell(t)
y \dot{\ell}(t), respectivamente, en intervalos más
pequeños que T, por ejemplo, a t = iT y a
iT+T/2.
La discusión anterior es para el primer impulso
en el momento t = 0.
Mirando ahora la figura 3, la respuesta global
de un sistema antibalanceo 50 es una suma de la respuesta del
ángulo de balanceo, \delta\theta_{i}(t), en todo el
intervalo, i, tal como se muestra en la ecuación (6). Al
principio de cada período de tiempo de tiempo discreto, t =
iT se crea un nuevo solucionador de la ODE. Este solucionador
de la ODE se realiza en el sistema antibalanceo 50 mientras sea
necesario, es decir, hasta que la respuesta del ángulo de balanceo
sea cero, \delta\theta_{i}(t) = 0, a t =
\tilde{\mathit{t}}_{i}. Cuando \tilde{\mathit{t}}_{i} y
\delta\dot{\theta}_{i}(\tilde{\mathit{t}}_{i}) se
determinan, se aplica el impulso de corrección en el siguiente
momento de muestra disponible, es decir, a t = jT
donde j es la j menor tal que jT \geq
\tilde{\mathit{t}}_{i}. Después de t = jT,
finaliza el uso de el i-ésimo solucionador de la ODE. Toda una
familia de solucionadores de ODE se mantiene en acción a medida que
se desarrolla el tiempo real. Esta solución múltiple en tiempo real
de ecuaciones diferenciales permite que el sistema 50 trate, de una
manera muy exacta, el efecto del balanceo creado por las órdenes
del operario para la posición del carro horizontal y la longitud de
cable vertical variables con el tiempo.
Mirando todavía la figura 3, se muestra una
forma de realización preferida de un diagrama de bloques del sistema
antibalanceo 50. Un controlador antibalanceo 60 implementa el
sistema de ODEs múltiples empleando el sistema descrito
anteriormente. El controlador antibalanceo 60 tiene dos entradas y
tres salidas. La entrada principal es una aceleración de la orden
del operario ajustada, a_{adj}. Otra entrada que proporciona una
señal de medida de la longitud del cable 40 y una derivada respecto
al tiempo de la longitud del cable 40, \ell(t) y
\dot{\ell}(t), respectivamente, se recibe de un sensor 70
según sea necesario para el solucionador de ODEs. La señal de salida
principal es una señal de aceleración de cancelación, el
equivalente del impulso de corrección, x^{c}_{o}, en la
ecuación (8). Otras dos señales de salida del controlador
antibalanceo 60 se conectan a un módulo de predicción 80 y un módulo
de realimentación 90, respectivamente. Las funciones del módulo de
predicción 80 y el módulo de realimentación 90 se describen a
continuación.
Un par de componentes de saturación y filtrado
100, 105 filtran cada una las componentes de alta frecuencia de
señales de entrada de velocidad de carro horizontal y el elevador
vertical de una orden del operario, V_{Ox} (véase figura 3) y
V_{OL} (véase figura 4), respectivamente. Las señales de entrada
se reciben de un par de palancas de mando (no mostradas). Los
componentes de saturación y filtrado 100, 105 también establecen
las velocidades máximas permitidas de los movimientos del carro
horizontal y el elevador vertical, respectivamente.
Haciendo referencia a la figura 4, la saturación
y el filtro 105 también convierten la entrada de la velocidad
vertical, V_{OL}, en una señal de demanda de velocidad del cable,
\dot{\ell}_{ref}. La señal de demanda de velocidad del cable,
\dot{\ell}_{ref} se envía entonces a un controlador de velocidad
107 del sistema de grúa existente para el sistema de accionamiento
de elevación del cable.
Mirando de nuevo la figura 3, se muestra un
componente de filtrado 110 del filtro. El componente de filtrado
110 reduce una señal de demanda de velocidad, denominada
v_{ref} a la mitad contemplar el efecto retardado de la
señal de cancelación, a_{c}. El filtro 110 también
convierte la demanda de velocidad, v_{ref}, en
correspondientes señales de demanda de aceleración,
a_{ref}, por la diferenciación. La señal de demanda de
velocidad, v_{ref}, tiene dos componentes, la velocidad de
la orden del operario filtrada, denominada v_{x} y una
señal de compensación, denominada v_{comp}. La componente
de la señal de compensación, v_{comp}. es necesaria para
compensar la discrepancia entre la velocidad deseada de la velocidad
de la orden del operario, v_{x}, y una señal de salida de
la velocidad, denominada v_{o}. Esta discrepancia surge de
la acción del controlador antibalanceo 60.
La salida del sistema antibalanceo global 50 es
la señal de salida de la velocidad, v_{o}, y se envía a un
controlador de velocidad existente 112 para el sistema de
accionamiento del carro 20. Una señal de salida; v_{o}, es
la suma integral, mostrada como 115, de tres señales: la aceleración
de la orden del operario ajustada, a_{adj}, la señal de
aceleración de cancelación, a_{c} y la aceleración de la
reducción del factor externo, a_{e}. La señal de
aceleración, a_{adj}, resulta de la orden del operario. La
señal de aceleración de cancelación, a_{c} cancela el
balanceo inducido por la anterior aceleración de la orden del
operario ajustada, a_{adj}. La aceleración de la reducción
del factor externo, a_{e} reduce el balanceo debido a
factores externos tales como la fuerza del viento.
El sistema Antibalanceo 50 no puede funcionar
correctamente si la demanda de entrada, v_{ref}, al sistema
supera los límites de velocidad o aceleración en el carro 20. Un
controlador de saturación 120 funciona como límite de velocidad y
aceleración para tratar esta situación. El controlador 120 impone
los límites de velocidad y aceleración, v_{máx} y
a_{máx}, respectivamente, del carro 20. Estos limites
normalmente son conocidos, o pueden estimarse fácilmente. Por lo
tanto, es necesario asegurar que
|v_{o}(t)|\leq v_{max} y que
|\dot{\nu}_{o}(t)|\leq a_{max} en todo
momento. Debido a que las señales para la aceleración de la orden
del operario ajustada, la cancelación de la aceleración, y la
aceleración de reducción del factor externo, a_{adj},
a_{c} y a_{e}, respectivamente, son constantes por
tramos y solamente varía en el momento de muestra; kT, se
deduce que la salida de la velocidad, v_{o}(t), es
lineal y continua por tramos. Esto es útil para el diseño del
controlador de saturación 120.
Siguiendo con la figura 3, el controlador de
saturación 120 recibe las siguientes señales de entrada: la señal
de referencia de demanda de la aceleración, a_{ref}, la
señal de aceleración de cancelación, a_{c}, y la señal de
realimentación de aceleración de reducción del factor externo,
a_{adj}, como señal de salida. La idea básica es hacer
que:
y elegir el valor de un factor de
limitación, denominado \lambda, tan cercano a 1 como sea posible
conforme a los límites de aceleración y velocidad. Los límites de
aceleración y velocidad pueden establecerse
como:
La variable de la velocidad de salida
v^{-}_{o} se refiere a la velocidad de salida,
v_{0}, en un instante anterior, tal como v_{0}
(kT-T), mientras que el resto de las variables son
todas las señales en un momento actual kT. Estos dos límites
pueden expresarse de manera equivalente como:
\vskip1.000000\baselineskip
El objetivo es encontrar un factor de limitación
óptimo, denominado \lambda_{m} que sea el \lambda óptimo
para el siguiente problema de optimización:
\vskip1.000000\baselineskip
sujeto a los límites de la ecuación
(11). Como que el problema de optimización para una única variable
conforme a dos limitaciones, el factor de limitación óptimo,
a_{adj}, puede mostrarse que
sea:
Mirando de nuevo la figura 3, un modelo de
predicción 80 y las conexiones de la señal de la componente de la
variación de velocidad del modelo de predicción, v_{pm}, la
velocidad estimada de la señal de salida de la velocidad,
v_{p}, y la señal de compensación de la velocidad,
v_{comp}, se disponen para crear un valor de estado
estacionario de la señal de velocidad de salida, v_{o},
igual al valor de estado estacionario de la orden de velocidad del
operario filtrada, v_{x}. En otras palabras, la señal de
salida de la velocidad del sistema, v_{o}, es sensible a
la orden de velocidad del operario filtrada, v_{x}. La
entrada del módulo de predicción 80 es toda la colección de ODEs que
residen en el controlador antibalanceo 60 en este momento. Una
flecha en negrita del controlador antibalanceo 60 hacia el módulo de
predicción 80 representa esta relación. La salida del módulo de
predicción 80 es la señal de la componente de la variación de
velocidad del modelo de predicción, v_{pm}. El valor de la
componente del cambio de velocidad del modelo de predicción,
v_{pm} es el cambio previsto en la señal de salida de la
velocidad, v_{o} cuando se han enviado todas las señales
de compensación en los ODEs del controlador antibalanceo 60. A
continuación se describe el cálculo de la señal de la componente de
la variación de velocidad del modelo de predicción,
v_{pm}. Supóngase que existen M ODEs en el controlador
antibalanceo 60 en el momento t = kT y se representan
como una recopilación de vectores de estado
[\delta\theta_{i}(kT)\ddot{\delta}\theta_{i}(kT)]
para i = 1, ..., M. El módulo de predicción 80 supone que la
longitud del cable 40 permanece invariable después este instante,
t = kT. Después se calcula la señal de aceleración de
la corrección del modelo de predicción \ddot{\chi}^{pm}_{i}. Por
ejemplo, consideremos el caso de i = 1. Es posible integrar a
partir del momento actual, t = k T, con una condición
inicial
[\delta\theta_{1}(kT)\delta_{1}\dot{\theta}
(kT)] hasta el instante correspondiente,
\tilde{\mathit{t}}_{1}, utilizando el solucionador de ODEs. La
señal de aceleración de la corrección del modelo de predicción
\ddot{\chi}^{pm}_{i} puede calcularse entonces utilizando la
ecuación (8). El módulo de predicción 80 calcula cada una de las M
ODEs y después calcula una suma de las aceleraciones de
compensación. La salida para la componente de la variación de
velocidad del modelo de predicción, v_{pm}, es
representando una futura demanda de
velocidad adicional debido al controlador antibalanceo
60.
Adicionalmente, cuando la orden de velocidad de
elevación del operario es cero, la longitud del cable permanece
constante después. Así, la suposición de la longitud de cable
constante utilizada en el módulo de predicción 80 se cumple en la
fase final del movimiento de transferencia. Esto es todo lo
necesario para eliminar el balanceo terminal.
En el cálculo anterior, la señal de aceleración
de la corrección del modelo de predicción \ddot{\chi}^{pm}_{i}
se calcula utilizando el solucionador de ODEs. Si se supone una
longitud de cable constante, un enfoque de energía es más eficaz
desde un punto de vista de cálculo para calcular la señal de
aceleración de la corrección del modelo de predicción
\ddot{\chi}^{pm}_{i}. Cuando la longitud del cable 40 permanece
invariable, la grúa 10 es un péndulo con una energía total constante
en un sistema conservador. De nuevo, supóngase que la condición
inicial es [\delta\theta_{1}(kT)
\delta\dot{\theta}_{1} (kT)] en un instante, t =
kT, la energía total es
\vskip1.000000\baselineskip
Por lo tanto, la velocidad de respuesta del
ángulo de balanceo,
\delta\dot{\theta}_{1}(\tilde{\mathit{t}}_{1}),
puede mostrarse como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Utilizando la ecuación (14), la señal de
aceleración de la corrección del módulo de la predicción
correspondiente, \ddot{\chi}^{pm}_{i}, puede calcularse a partir
de la ecuación (8) con \ell(\tilde{\mathit{t}}) =
\ell(kT).
La señal de velocidad estimada, v_{p},
es la salida de la velocidad estimada, v_{o}, cuando se
envían todas las entradas en el controlador antibalanceo 60. La
señal de velocidad estimada de salida de velocidad, v_{p},
se compara con la señal de velocidad del carro de la orden del
operario, v_{x}, para determinar la velocidad de
compensación v_{comp}. La velocidad de compensación,
v_{comp}, representa la discrepancia entre la señal de
velocidad deseada, v_{x}, y el valor futuro de la señal de
salida de la velocidad, v_{o}. La velocidad de
compensación, v_{comp}, se suma a la orden de velocidad de
la orden del operario filtrada, v_{x}, para calcular la
demanda de velocidad, v_{ref}, tal que v_{ref} =
v_{x} + v_{comp}.
La configuración del sistema antibalanceo 50
utilizando los distintos componentes descritos anteriormente es
suficiente para cancelar el balanceo inducido por las órdenes del
operario en la señal de entrada de velocidad tanto horizontal como
vertical, V_{OX}, y V_{OL}, respectivamente. El balanceo también
puede inducirse por factores externos, tales como la fuerza del
viento o fuerzas de impacto lateral en la carga durante la carga y
descarga.
Sin embargo, el controlador antibalanceo 60
utilizando los procedimientos y el sistema de cancelación descritos
anteriormente no elimina el balanceo provocado por factores
externos. Se dispone un módulo de realimentación 90 para eliminar
el balanceo debido a factores externos y el balanceo resultante de
cualquier disconformidad entre los parámetros del modelo y el
sistema físico real.
El módulo de realimentación 90 utiliza como
entrada una señal de error del ángulo de balanceo y error de
velocidad de ángulo de balanceo, representados por
\theta_{e} y \dot{\theta}_{e} respectivamente. La
señales de error del ángulo de balanceo y de la velocidad de ángulo
de balanceo \theta_{e} y \dot{\theta}_{e} se calculan
a partir de las expresiones \theta_{e}(t) =
\theta_{m}(t) - \hat{\theta}(t) y
\dot{\theta}_{e}(t) = \dot{\theta}_{m}(t) -
\dot{\hat{\theta}}(t) donde \theta_{m} y
\dot{\theta}_{m} representan el ángulo de balanceo y la
velocidad de balanceo de la grúa física según se mide mediante un
sensor apropiado, respectivamente. Un ejemplo de sensor que mide el
ángulo de balanceo y velocidad del ángulo de balanceo es el sistema
de baliza por infrarrojos SIRRAH comercializado por GIAT
Industries, de Toulouse, Francia. \hat{\theta})t) y
\dot{\hat{\theta}}(t) representan el ángulo de balanceo y
la velocidad de balanceo de la grúa 10, respectivamente, en base al
modelo de grúa 10 en el controlador antibalanceo 60. El ángulo de
balanceo modelo, \hat{\theta} se calcula a partir de la familia
de ODEs en el controlador antibalanceo 60. De manera más precisa,
supóngase que hay M ODEs en el controlador antibalanceo 60 en este
instante, t = kT, teniendo cada ODE el vector de
estado de [\delta\theta_{i}(kT)
\dot{\delta}\dot{\theta}_{i}(kT)]. El ángulo de
balanceo \hat{\theta}(t), y la velocidad de balanceo
\dot{\hat{\theta}}(t), en base al modelo vienen dadas
respectivamente por:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Por lo tanto, el ángulo de balanceo y la
velocidad del ángulo de balanceo de la carga 30 provocado por
factores a parte de la orden del operario, según se representa por
\theta_{c} y \dot{\theta}_{c} los elimina el módulo de
realimentación 90.
El módulo de realimentación 90 genera una señal
de aceleración de reducción del factor externo de realimentación,
a_{e}. La ley de control de realimentación convierte el
ángulo de balanceo del factor externo y la velocidad del ángulo de
balanceo del factor externo \theta_{e} y \dot{\theta}_{e}
respectivamente, en aceleración de reducción del factor externo,
representada como a_{e}. Esta conversión puede obtenerse de
varias maneras. En la realización preferida, se utiliza una ley de
control simple. Una persona experta en la técnica de control, o de
disciplina relacionada, puede modificar o sustituir fácilmente esta
ley de control utilizando varias técnicas. Una opción para dicha
ley de control es
Para una selección apropiada de k_{e},
esta ley de control amortiguará el balanceo inducido por factores
externos. Si el efecto de los factores externos es grande, la señal
de aceleración, a_{e}, puede hacer oscilar el carro. Por
lo tanto, es recomendable limitar la magnitud de la señal de
aceleración, a_{e}.
En otra modificación de la realización preferida
se consideran las aproximaciones trigonométricas que se han hecho
al ir de la representación del sistema original de la ecuación (1) a
la representación aproximada de la ecuación (2). Estas
aproximaciones pueden eliminarse si se sustituye la siguiente
transformación en la ecuación (1):
Entonces
y no hay aproximaciones
trigonométricas. Claramente, la ecuación (18) tiene la misma
estructura que la ecuación (2) con \tilde{u}(t) como
entrada. De este modo, el anterior desarrollo de los impulsos de
corrección se aplica directamente substituyendo
\ddot{\mathit{x}}(t) en la ecuación (2) por la nueva
entrada \tilde{\mathit{u}}(t). El límite en la nueva
entrada \tilde{\mathit{u}}(t) tiene forma de
|u(t)|\leq \tilde{\mathit{a}}_{máx} donde
el límite de aceleración de transformación,
\tilde{\mathit{a}}_{máx}, viene determinado por la ecuación (17)
al requerir que la aceleración de cancelación no exceda el límite
de aceleración, es decir, |\ddot{\mathit{x}}(t)|\leq
a_{máx} para todos los valores previstos del ángulo de
balanceo \theta. Para variaciones razonables del ángulo de
balanceo \theta el límite de aceleración de transformación,
\tilde{\mathit{a}}_{máx}, es solamente ligeramente menor que el
límite de la aceleración,
a_{máx}.
Pueden implementarse también correcciones a
otros errores de modelado. Supóngase que el lado izquierdo de la
ecuación (1) incluye un término de amortiguamiento no lineal añadido
de la forma c\dot{\theta}(t) +
f(\dot{\theta}(t)). Este término de amortiguamiento
puede introducirse a través de dispositivos de amortiguamiento
pasivo o formando parte de la ley de control. Entonces, se añade el
término c\theta(t) al lado derecho de la ecuación
(2) y el término -f(\dot{\theta}(t)) se añade al
numerador en la ecuación (17). Entonces, esta realización es
similar a la realización preferida tal como se ha mostrado
anteriormente con excepción de que se añade el término de
amortiguamiento no lineal c\delta\theta_{i}(t)
al lado derecho de la ecuación (7).
La realización tal como se ha descrito
anteriormente se modifica fácilmente para controlar una grúa que
tenga múltiples cables elevadores unidos a la carga. Existen varias
maneras de hacer esto. Una manera es cambiar la forma de la
ecuación diferencial para estar de acuerdo con la dinámica del
sistema de múltiples cables. Otra es representar la dinámica de un
sistema de múltiples cables con la dinámica de un sistema
equivalente de un solo cable utilizando una longitud de cable
apropiada. La longitud equivalente a utilizar para el sistema de
múltiples cables depende de la disposición de los cables. Puede
obtenerse analíticamente o bien a través de un procedimiento de
calibración en una grúa real.
Una realización preferida descrita anteriormente
incluye un módulo de realimentación 90 para tratar el balanceo
inducido por perturbaciones externas. Si el entorno de
funcionamiento de una grúa es tal que las perturbaciones externas
son insignificantes, o muy predecibles, la invención puede
implementarse sin el módulo de realimentación 90 y el sensor de
balanceo asociado 125.
Claims (43)
1. Sistema (50) para eliminar el balanceo de una
carga (30) suspendida por un cable (40) unido a un elevador desde
un carro (20), siendo la posición de dicha carga (30) regulable
verticalmente y horizontalmente, incluyendo dicho sistema (50)
medios para recibir o para generar una señal de entrada de la
velocidad de elevación de un operario para la regulación vertical
de dicha carga (30) e incluyendo medios para generar una señal de
entrada de la velocidad del carro de un operario para la traslación
horizontal de la citada carga (30) suspendida por dicho cable (40),
comprendiendo dicho sistema:
- medios (120) para generar una señal de aceleración de la orden del operario ajustada a partir de dicha señal de entrada de la velocidad del carro del operario; caracterizado por el hecho de que comprende, además:
- medios (60) para generar una señal de aceleración de cancelación utilizando la longitud de dicho cable (40), la derivada de la longitud de dicho cable respecto al tiempo, y dicha señal de aceleración de la orden del operario ajustada;
- medios (90) para generar una señal de aceleración de reducción del factor externo utilizando un ángulo de balanceo medido de dicha carga, una velocidad de balanceo medida de dicha carga, un ángulo de balanceo modelo de dicha carga y una velocidad de balanceo modelo de dicha carga;
- medios (115) para generar una señal de salida de la velocidad en base a dicha señal de la orden del operario ajustada, dicha señal de aceleración de cancelación y dicha señal de aceleración de reducción del factor externo;
- medios para enviar dicha señal de salida de la velocidad a un medio (112) para controlar la velocidad del citado carro; y
- medios (80) para predecir la variación de velocidad generando una señal de variación de velocidad en base a un conjunto de señales de aceleración de corrección del modelo de predicción, a partir de dicho controlador antibalanceo, comparando dicha señal de variación de velocidad con dicha señal de salida de la velocidad, generando una señal de compensación de la velocidad a partir de dicha comparación, y factorizando dicha señal de compensación de la velocidad en dicha señal de entrada de la velocidad del carro del operario.
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (60) para
generar una señal de aceleración de cancelación comprenden, además,
medios (70) para determinar la longitud del citado cable.
3. Sistema según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (60) para
generar una señal de aceleración de cancelación comprenden, además,
medios para generar una señal de la longitud del cable a partir de
la determinación de la longitud del citado cable.
4. Sistema según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (60) para
generar una señal de aceleración de cancelación comprenden, además,
medios para determinar la derivada respecto al tiempo de la
longitud del citado cable.
5. Sistema según la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (60) para
generar una señal de aceleración de cancelación comprenden, además,
medios para generar una señal de velocidad del cable a partir de
dicha determinación de la derivada respecto al tiempo de la longitud
de dicho cable.
6. Sistema según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (60) para
generar una señal de aceleración de cancelación comprenden, además,
medios para recibir la citada señal de la longitud del cable, dicha
señal de velocidad del cable y dicha señal de aceleración de la
orden del operario ajustada en un controlador antibalanceo para
generar dicha señal de aceleración de cancelación.
7. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (90) para
generar una señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios (125) para medir un ángulo de balanceo
de dicha carga.
8. Sistema según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (90) para
generar una señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios para generar una señal del ángulo de
balanceo medido a partir de dicho ángulo de balanceo medido.
9. Sistema según la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (90) para
generar una señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios para medir una velocidad de balanceo de
dicha carga.
\newpage
10. Sistema según la reivindicación 9,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (90) para
generar una señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios para generar una señal de velocidad del
balanceo medido a partir de dicha velocidad de balanceo medido.
11. Sistema según la reivindicación 10,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (90) para
generar una señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios para generar una señal de balanceo
modelo en dicho controlador antibalanceo.
12. Sistema según la reivindicación 11,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (90) para
generar una señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios para generar una señal de velocidad de
balanceo modelo en dicho controlador antibalanceo (60).
13. Sistema según la reivindicación 12,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (90) para
generar una señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios para recibir dicha señal del ángulo de
balanceo modelo del citado controlador antibalanceo (60) en un
medios para el control del balanceo externo.
14. Sistema según la reivindicación 13,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (60) para
generar una señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios para recibir dicha señal de velocidad de
balanceo modelo de dicho controlador antibalanceo en dicho medio de
control del balanceo externo.
15. Sistema según la reivindicación 14,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (90) para
generar una señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios para recibir dicha señal del ángulo de
balanceo medido en dicho medio de control del balanceo externo.
16. Sistema según la reivindicación 15,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (90) para
generar señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios para recibir dicha señal de velocidad de
balanceo medido en el citado medio de control del balanceo
externo.
17. Sistema según la reivindicación 16,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (90) para
generar una señal de aceleración de reducción del factor externo
comprenden, además, medios para generar dicha señal de aceleración
de reducción del factor externo en base a la citada señal del ángulo
de balanceo modelo, dicha señal de velocidad de balanceo modelo,
una señal del ángulo de balanceo medida y dicha señal de velocidad
de balanceo medido.
18. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dichos medios (115) para
generar una señal de salida de la velocidad comprenden, además,
medios para recibir la citada señal de la orden del operario
ajustada, una señal de aceleración de cancelación y la citada señal
de aceleración de reducción del factor externo.
19. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que comprende, además, medios
(100) para filtrar la citada señal de entrada de la velocidad del
carro del operario para establecer una velocidad máxima permitida
de dicho carro y dichos medios de filtrado de la velocidad máxima
permitida generando una señal de demanda de velocidad.
20. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que comprende, además, medios
(105) para filtrar la citada señal de entrada de la velocidad de
elevación del operario para establecer una velocidad máxima
permitida de elevación de dicho elevador, generando dichos medios de
filtración de la señal de entrada de la velocidad de elevación una
señal de demanda de velocidad del cable, y dicha señal de demanda de
velocidad del cable se envía a un controlador del elevador.
21. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que comprende, además, medios
para filtrar la citada señal de entrada de la velocidad del carro
del operario diferenciando dicha señal de entrada de la velocidad
del carro del operario respecto al tiempo para calcular una señal de
aceleración de referencia y reduciendo además la magnitud de dicha
señal de aceleración de referencia a la mitad para tener en cuenta
el efecto de retardo de la señal de aceleración de cancelación.
22. Sistema según la reivindicación 19,
caracterizado por el hecho de que comprende, además, medios
para filtrar la citada señal de demanda de velocidad diferenciando
dicha señal de demanda de velocidad respecto al tiempo para
calcular una aceleración de referencia y reducir además la magnitud
de la citada señal de aceleración de referencia a la mitad para
tener en cuenta el efecto de retardo de la señal de aceleración de
cancelación.
23. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que comprende, además, medios
(120) para el control de saturación de dicha señal de aceleración
de la orden del operario ajustada.
24. Sistema según la reivindicación 22,
caracterizado por el hecho de que comprende, además, un medio
(120) para el control de saturación de dicha aceleración de la
orden del operario ajustada, en la que dicho medio de control de la
saturación recibe dicha señal de demanda de velocidad, dicha señal
de aceleración de reducción del factor externo y dicha señal de
aceleración de cancelación para generar la citada aceleración de la
orden del operario ajustada.
\newpage
25. Sistema según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que dichos medios para la
determinación de la longitud del cable son un sensor (70).
26. Sistema según la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que los medios para la derivada
de la longitud del cable respecto al tiempo son un sensor (70).
27. Sistema según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que dichos medios para medición
del ángulo de balanceo son un sensor (125).
28. Sistema según la reivindicación 27,
caracterizado por el hecho de que el citado sensor es un
sistema de baliza por infrarrojos SIRRAH.
29. Sistema según la reivindicación 9,
caracterizado por el hecho de que dichos medios de medición
de la velocidad de balanceo son un sensor (125).
30. Sistema según la reivindicación 29,
caracterizado por el hecho de que dicho sensor es un sistema
de baliza por infrarrojos SIRRAH.
31. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dicha señal de aceleración
de cancelación se genera en base a una familia de ecuaciones
diferenciales ordinarias.
32. Sistema según la reivindicación 21,
caracterizado por el hecho de que dicha señal del ángulo de
balanceo modelo se genera en base a una familia de ecuaciones
diferenciales ordinarias.
33. Sistema según la reivindicación 21,
caracterizado por el hecho de que dicha señal de velocidad de
balanceo modelo se genera en base a una familia de ecuaciones
diferenciales ordinarias
34. Sistema según la reivindicación 21,
caracterizado por el hecho de que un conjunto de señales de
aceleración de la corrección del modelo de predicción se genera en
base a una familia de ecuaciones diferenciales ordinarias.
35. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que los medios para generar una
señal de aceleración de cancelación se encuentran en un controlador
antibalanceo (60), y comprende:
- medios (70) para determinar la longitud de dicho cable;
- medios para generar una señal de la longitud del cable a partir de dicha determinación de la longitud de dicho cable;
- medios para determinar la derivada respecto al tiempo de la longitud de dicho cable;
- medios para generar una señal de la velocidad del cable a partir de la determinación de la citada derivada respecto al tiempo de la longitud de dicho cable; y
- medios para recibir dicha señal de la longitud del cable, dicha señal de la velocidad del cable y aceleración de la orden del operario ajustada en el citado controlador antibalanceo (60) para generar dicha señal de aceleración de cancelación en base a una familia de ecuaciones diferenciales ordinarias;
- los medios (90) para generar una señal de aceleración de reducción del factor externo se encuentran en unos medios para controlar el balanceo externo y comprenden:
- medios (125) para medir un ángulo de balanceo de la citada carga;
- medios para generar una señal del ángulo de balanceo de medición a partir de dicho ángulo de balanceo medido;
- medios (125) para medir una velocidad del balanceo de la citada carga;
- medios para generar una señal de velocidad de balanceo medida a partir de dicha velocidad de balanceo medida;
- medios para generar una señal de balanceo modelo en dicho controlador antibalanceo;
- medios para generar una señal de velocidad de balanceo modelo en dicho controlador antibalanceo;
- medios para recibir dicha señal dicha del ángulo de balanceo modelo de dicho controlador antibalanceo en dicho medio de control del balanceo externo;
\newpage
\global\parskip0.930000\baselineskip
- medios para recibir dicha señal de velocidad de balanceo modelo de dicho controlador antibalanceo en dicho medio de control del balanceo externo;
- medios para recibir dicha señal del ángulo de balanceo medido en el citado medio de control del balanceo externo;
- medios para recibir dicha señal de velocidad de balanceo medida en dicho medio de control del balanceo externo; y
- medios (90) para generar dicha señal de aceleración de reducción del factor externo en base a la citada señal del ángulo de balanceo modelo, dicha señal de velocidad de balanceo modelo, una señal del ángulo de balanceo medido y dicha señal de velocidad de balanceo medido;
y los medios (115) para generar una señal de
salida de la velocidad comprenden:
- medios para recibir la citada señal de aceleración de la orden del operario ajustada;
- medios para recibir la citada señal de aceleración de cancelación;
- medios para recibir dicha señal de aceleración de reducción del factor externo; y
- medios para generar una señal de salida de la velocidad en los citados medios para generar la señal de salida de la velocidad en base a dicha señal de aceleración de la orden del operario ajustada, la citada señal de aceleración de cancelación y dicha aceleración de reducción del factor externo;
y dichos medios (80) para predecir variaciones
de velocidad comprenden:
- medios para generar un conjunto de señales de aceleración de corrección del modelo de predicción en dicho controlador antibalanceo;
- medios para generar una señal de variación de la velocidad utilizando el citado conjunto de señales de aceleración de corrección del modelo de predicción de dicho controlador antibalanceo;
- medios para comparar dicho conjunto de señales de variación de la velocidad con dicha señal de salida de la velocidad;
- medios para generar una señal de compensación de la velocidad a partir de dicha comparación; y
- medios para factorizar la citada señal de compensación de la velocidad en dicha señal de entrada de la velocidad del carro del operario.
36. Procedimiento para eliminar el balanceo de
una carga (30) suspendida por un cable (40) unido a un elevador
desde un carro (20), siendo la posición de dicha carga (30)
regulable verticalmente y horizontalmente, incluyendo dicho
procedimiento medios para generar una señal de entrada de la
velocidad de elevación de un operario para la regulación vertical
de la citada carga e incluyendo medios para generar una señal de
entrada de la velocidad del carro de un operario para el traslado
horizontal de dicha carga (30) suspendida por dicho cable,
comprendiendo dicho procedimiento la etapa de:
- generar una señal de aceleración de la orden del operario ajustada a partir de la señal de entrada de la velocidad del carro del operario, caracterizado por el hecho de que comprende las etapas adicionales de:
- generar una señal de aceleración de cancelación utilizando la longitud de dicho cable, la derivada respecto al tiempo de la longitud de dicho cable, y la citada señal de aceleración de la orden del operario;
- generar una señal de aceleración de reducción del factor externo utilizando un ángulo de balanceo medido de dicha carga, una velocidad de balanceo medida de dicha carga, un ángulo de balanceo modelo de dicha carga y una velocidad de balanceo modelo de dicha carga;
- generar una señal de salida de la velocidad en base a la citada señal de aceleración de la orden del operario ajustada, la citada señal de aceleración de cancelación y la citada señal de aceleración de reducción del factor externo;
- enviar dicha señal de salida de la velocidad a unos medios para controlar la velocidad de dicho carro; y
- predecir la variación de la velocidad generando una señal de variación de la velocidad en base a un conjunto de señales de aceleración de corrección del modelo de predicción de dicho controlador, comparando dicha señal dicha de variación de la velocidad con la citada señal de salida de la velocidad, generando una señal de compensación de la velocidad a partir de dicha comparación, y factorizar la citada señal de compensación de la velocidad en dicha señal de entrada de la velocidad del carro.
\global\parskip1.000000\baselineskip
37. Procedimiento según la reivindicación 36,
caracterizado por el hecho de que dicha señal de aceleración
de cancelación se genera en base a una familia de ecuaciones
diferenciales ordinarias.
38. Procedimiento según la reivindicación 36,
caracterizado por el hecho de que la citada señal del ángulo
de balanceo modelo se genera en base a una familia de ecuaciones
diferenciales ordinarias.
39. Procedimiento según la reivindicación 36,
caracterizado por el hecho de que la citada señal de
velocidad de balanceo modelo se genera en base a una familia de
ecuaciones diferenciales ordinarias.
40. Procedimiento según la reivindicación 36,
caracterizado por el hecho de que dichas señales de
compensación se generan en base a una familia de ecuaciones
diferenciales ordinarias.
41. Procedimiento según la reivindicación 36,
caracterizado por el hecho de que comprende, además, filtrar
dicha señal de entrada de la velocidad de entrada del carro del
operario y filtrar dicha señal de compensación de la velocidad.
42. Procedimiento según la reivindicación 41,
caracterizado por el hecho de que comprende, además, generar
una señal de aceleración de la orden del operario ajustada a partir
de dicha señal de entrada de la velocidad del carro del operario
filtrada y a partir de dicha señal de compensación de la
velocidad.
43. Procedimiento según la reivindicación 36,
caracterizado por el hecho de que la etapa de generar una
señal de aceleración de cancelación se realiza mediante un
controlador antibalanceo (60) y comprende:
- determinar la longitud de dicho cable;
- generar una señal de longitud del cable a partir de dicha determinar la derivada respecto al tiempo de la longitud de dicho cable;
- generar una señal de velocidad del cable a partir de la citada determinación de la derivada respecto al tiempo de la longitud de dicho cable; y
- recibir dicha señal de la longitud de cable, la citada señal de la velocidad del cable y dicha señal de aceleración de la orden del operario ajustada en dicho controlador antibalanceo para generar dicha señal de aceleración de cancelación en base a una familia de ecuaciones diferenciales ordinarias;
- la etapa de generar una señal de aceleración de reducción del factor externo se realiza en unos medios para controlar el balanceo debido a factores externos (90), y comprende:
- medir un ángulo de balanceo de dicha carga;
- generar una señal de ángulo de balanceo medido a partir de dicho ángulo de balanceo medido;
- medir una velocidad de balanceo de dicha carga;
- generar una señal de velocidad de balanceo medida a partir de dicha velocidad de balanceo medida;
- general una señal de balanceo modelo en dicho controlador antibalanceo;
- generar una señal de velocidad de balanceo modelo en el citado controlador antibalanceo;
- recibir dicha señal del ángulo de balanceo modelo de dicho controlador antibalanceo en el medio de control del balanceo externo;
- recibir dicha señal de velocidad de balanceo modelo del citado controlador antibalanceo en el medio de control de dicho balanceo externo;
- recibir dicha señal de ángulo de balanceo medido en el medio de control de dicho balanceo externo;
- recibir dicha señal de velocidad de balanceo medida en dicho medio de control del balanceo externo; y generar dicha señal de aceleración de reducción del factor externo en base a dicha señal del ángulo de balanceo modelo, la citada señal de variación de la velocidad del balanceo modelo, la señal del ángulo de balanceo medido y la citada señal de velocidad de balanceo medido;
- la etapa de generar una señal de salida de la velocidad se realiza en unos medios para generar u a señal de salida de la velocidad (115) y comprende:
- recibir dicha señal de aceleración de la orden del mando operario ajustada;
- recibir dicha señal de aceleración de cancelación;
- recibir dicha señal de aceleración de reducción del factor externo; y
- generar una señal de salida de la velocidad en dichos medios para generar una señal de salida de la velocidad en base a la citada señal de aceleración de la orden del operario ajustada, dicha señal de aceleración de cancelación y dicha señal de aceleración de reducción del factor externo;
- dicha señal de salida de la velocidad se envía desde los citados medios para generar una salida de la velocidad a unos medios para controlar la velocidad de dicho carro; y
- la etapa de predecir las variaciones de velocidad comprende:
- generar señales de compensación en dicho controlador antibalanceo;
- generar una señal de variación de velocidad utilizando dichas señales de compensación del citado controlador antibalanceo;
- comparar dicha señal de variación de velocidad con dicha señal de salida de la velocidad;
- generar una señal de compensación de la velocidad a partir de dicha comparación; y
- factorizar dicha señal de compensación de la velocidad en dicha señal de entrada de la velocidad del carro del operario.
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