DE102018104491A1

DE102018104491A1 - Großmanipulator mit Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102018104491A1
Application number: DE102018104491.7A
Authority: DE
Inventors: Mike Heiker; Benjamin Hölzle
Original assignee: Putzmeister Engineering GmbH
Current assignee: Putzmeister Engineering GmbH
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-08-29
Also published as: KR20200135795A; US11840426B2; JP7186235B2; WO2019166330A1; CN112041520A; EP3759294A1; JP2021515855A; US20200385242A1; KR102607528B1; CN112041520B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Großmanipulator für Betonpumpen mit einem Verteilermast (20). Der Verteilermast (20) weist einen an dem Mastbock (30) aufgenommenen, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen (44, 46, 48, 50, 52) zusammengesetztem Knickmast (32) mit einer Mastspitze (64) und mit mehreren Gelenken (34, 36, 38, 40, 42) für das Verschwenken der Mastarme (44, 46, 48, 50, 52) gegenüber dem Mastbock (30) oder einem benachbarten Mastarm (44, 46, 48, 50, 52) auf und enthält eine Steuereinrichtung (86) für das Steuern der Bewegung des Knickmasts (32) mit Hilfe von Antriebsaggregatstellgliedern für den Knickgelenken (34, 36, 38, 40, 42) jeweils zugeordnete Antriebsaggregate (26, 68, 78, 80, 82, 84). Erfindungsgemäß enthält der Großmanipulator eine Einrichtung (102 zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ und/oder horizontalen Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm (44, 46, 48, 50, 52) in einem zu dem Gestell (16) referenzierten Koordinatensystem (104). Er hat außerdem eine Einrichtung zum Ermitteln der Gelenkwinkel (116) der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42). Die Steuereinrichtung (86) steuert die Bewegung des Knickmasts (32) durch Bereitstellen von Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder (90, 92, 94, 96, 98, 100) der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84), die von einer mittels der Einrichtung (102) zum Ermitteln einer vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ und/oder horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung (116) zum Ermitteln der Gelenkwinkel der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42) ermittelten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42) und/oder von einem Drehwinkel ε₁₈ des Mastbocks (30) um eine Hochachse (18) sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät (87) erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts (20) abhängen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Großmanipulator für Betonpumpen mit einem Verteilermast, mit einem an einem Mastbock aufgenommenen, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen zusammengesetztem Knickmast mit einer Mastspitze und mit mehreren Gelenken für das Verschwenken der Mastarme gegenüber dem Mastbock oder einem benachbarten Mastarm, sowie mit einer Steuereinrichtung für das Steuern der Bewegung des Knickmasts mit Hilfe von Antriebsaggregatstellgliedern für den Knickgelenken jeweils zugeordnete Antriebsaggregate. Der Mastbock kann dabei auf einem Gestell angeordnet und um eine Hochachse drehbar sein. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Dämpfung mechanischer Schwingungen eines Verteilermasts eines Großmanipulators für Betonpumpen.
Ein derartiger Großmanipulator und ein derartiges Verfahren zur Dämpfung mechanischer Schwingungen des Verteilermasts eines Großmanipulators für Betonpumpen ist aus der EP 1 319 110 B1 bekannt. Der Großmanipulator der EP 1 319 110 B1 hat einen Verteilermast mit einem aus mindestens drei Mastarmen zusammengesetzten Knickmast, dessen Mastarme um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen mittels je eines Antriebsaggregats begrenzt verschwenkbar sind. Dieser Großmanipulator enthält eine Steuereinrichtung für die Mastbewegung mit Hilfe von den einzelnen Antriebsaggregaten zugeordneten Stellgliedern sowie Mittel zur Dämpfung von mechanischen Schwingungen im Knickmast. Für die Mastbedämpfung wird bei dem Großmanipulator eine von der mechanischen Schwingung des betreffenden Mastarms abgeleitete zeitabhängige Messgröße bestimmt, die in einer Auswerteeinheit unter Bildung eines dynamischen Dämpfungssignals aufgearbeitet und einem das betreffende Antriebsaggregat ansteuernden Stellglied aufgeschaltet wird.
Der Verteilermast eines solchen Großmanipulators ist seiner Konstruktion nach ein elastisch schwingungsfähiges System, das zu Eigenschwingungen anregbar ist. Eine resonante Anregung solcher Schwingungen kann dazu führen, dass die Mastspitze mit Amplituden von einem Meter und mehr schwingt. Eine Schwingungsanregung ist zum Beispiel durch den pulsierenden Betrieb einer Betonpumpe und durch die hieraus resultierende periodische Beschleunigung und Verzögerung der durch die Förderleitung gedrängten Betonsäule möglich. Dies hat zur Folge, dass der Beton nicht mehr gleichmäßig verteilt werden kann und der Arbeiter, der den Endschlauch führt, gefährdet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Großmanipulator für Betonpumpen mit einem gegenüber bekannten Großmanipulatoren stabileren Dämpfungsverhalten bereitzustellen und ein Verfahren für das Bedämpfen der mechanischen Schwingungen von Großmanipulatoren anzugeben, das unabhängig von den Posen des Großmanipulators das effiziente Bedämpfen unerwünschter Schwingungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit dem in Anspruch 1 und Anspruch 16 angegebenen Großmanipulator sowie das in den Ansprüchen 21 und 25 angegebene Verfahren gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der in Anspruch 1 angegebene Großmanipulator für Betonpumpen hat einen Verteilermast mit einem an einem Mastbock aufgenommenen, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen zusammengesetztem Knickmast mit einer Mastspitze und mit mehreren Gelenken für das Verschwenken der Mastarme gegenüber dem Mastbock oder einem benachbarten Mastarm. Der Großmanipulator weist für das Steuern der Bewegung des Knickmasts mit Hilfe von Antriebsaggregatstellgliedern für den Knickgelenken jeweils zugeordnete Antriebsaggregate eine Steuereinrichtung auf. In dem Großmanipulator gibt es eine Einrichtung zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm in einer zu dem Knickmast parallelen Ebene und in einem zu dem Gestell referenzierten Koordinatensystem und es gibt eine Einrichtung zum Ermitteln der Gelenkwinkel der Gelenke.
Unter der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle wird vorliegend die Geschwindigkeit der Mastarmstelle in der Richtung der Schwerkraft verstanden.
Die Steuereinrichtung steuert die Bewegung des Knickmasts durch Bereitstellen von Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder der Antriebsaggregate, die von einer mittels der Einrichtung zum Ermitteln einer vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung zum Ermitteln der Gelenkwinkel der Gelenke ermittelten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts abhängen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Großmanipulators ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eine mit der Einrichtung zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit einer Mastarmstelle und mit der Einrichtung zum Ermitteln der Gelenkwinkel der Gelenke gekoppelte Controllerbaugruppe für das Steuern der Stellglieder aufweist, die eine Verteilermastbedämpfungsroutine enthält. Die Verteilermastbedämpfungsroutine bestimmt hier aus einer mit der Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle eine Dämpfungskraft F_D∥ und teilt die ermittelte Dämpfungskraft in den einzelnen Gelenken zugeordnete Komponentendämpfungskräfte auf. Aus den Komponentendämpfungskräften und aus den mit der Einrichtung zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i der Gelenke ermittelten Gelenkwinkel für die den Knickgelenken zugeordneten Antriebsaggregate sowie aus bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts werden dann für das Bedämpfen des Knickmasts Dämpfungsstellgrößen DS_i für das Ansteuern der Antriebsaggregatstellglieder bestimmt, die in die Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder der Antriebsaggregate eingehen.
Die bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts umfassen bevorzugt die Gelenkkinematiken der Gelenke des Verteilermasts sowie die Geometrie der Mastarme, insbesondere deren Länge.
Die Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm in dem Großmanipulator kann insbesondere zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastspitze des Knickmasts ausgelegt sein.
Eine Idee der Erfindung ist es, dass die Verteilermastbedämpfungsroutine aus der einem Gelenk zugeordneten Komponentendämpfungskraft und aus dem ermittelten Gelenkwinkel ε_i des Gelenks eine mittels des dem Gelenk zugeordneten Antriebsaggregats zu erzeugende Komponentensolldämpfungskraft FD_i oder ein mittels des dem Gelenk zugeordneten Antriebsaggregats erzeugbares Komponentensolldämpfungsmoment MD_i bestimmt.
Insbesondere kann der Großmanipulator eine Einrichtung zum Ermitteln einer mittels des dem Gelenk zugeordneten Antriebsaggregats erzeugten Ist-Kraft F_i oder zum Ermitteln eines mittels des dem Gelenk zugeordneten Antriebsaggregats erzeugten Ist-Moments M_i enthalten.
Hier ist es von Vorteil, wenn die Verteilermastbedämpfungsroutine eine Regelstufe aufweist, die für das Antriebsaggregat Dämpfungsstellgrößen DS_i zum Bedämpfen des Verteilermasts aus einem Vergleich der mittels des Antriebsaggregats erzeugten Ist-Kraft F_i mit der zu erzeugenden Komponentensolldämpfungskraft FD_i oder aus einem Vergleich der mittels des Antriebsaggregats erzeugten Ist-Moments M_i mit dem zu erzeugenden Komponentensolldämpfungsmoment MD_i bestimmt.
Diese Komponentensolldämpfungskraft FD_i oder dieses Komponentensolldämpfungsmoment MD_i wird dann mittels des dem Gelenk zugeordneten Antriebsaggregats erzeugt. Die Steuereinrichtung in dem Großmanipulator kann dabei ein Steuergerät enthalten, das der Controllerbaugruppe Steuersignale S zuführt, wobei die Controllerbaugruppe dann bevorzugt eine Verteilermastposensollwertroutine aufweist, welche die Steuersignale S in Posensollwerte PS_i in Form von Sollwerten der Gelenkwinkel ε_i der Gelenke des Verteilermasts übersetzt.
Eine Idee der Erfindung ist es auch, dass die Controllerbaugruppe eine Verteilermastregelroutine enthält, die aus Posenistwerten PI_i in Form von der Controllerbaugruppe zugeführten Istwerten der Gelenkwinkel ε_i der Gelenke des Verteilermasts und den Posensollwerten PS_i die Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder der Antriebsaggregate ermittelt. Die Verteilermastregelroutine kann z. B. die Differenz von Posenistwerten PI_i und Posensollwerten PS_i bestimmen, diese Differenz in einem Zero-Order-Hold-Filter verarbeiten und als eine Regelgröße einer als Pl-Regler ausgebildeten Regelstufe zuführen, welche die Positionierungsstellgrößen SD_i ausgibt.
Bevorzugt weist die Controllerbaugruppe eine Überlagerungsroutine für das Überlagern der Dämpfungsstellgrößen DS_i und der Positionierungsstellgrößen SD_i zu Stellsignalen SW_i für die Stellglieder der Antriebsaggregate auf. Insbesondere ist es eine Idee der Erfindung, dass die Überlagerungsroutine als eine Addierroutine ausgebildet ist, die den Positionierungsstellgrößen SD_i die Dämpfungsstellgrößen DS_i aufaddiert.
Darüber hinaus schlägt die Erfindung vor, dass die Einrichtung zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm einen an dem Mastarm angeordneten Geschwindigkeitssensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen die Stellung des Mastarms zur Richtung der Schwerkraft erfassenden Winkelsensor enthält.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Großmanipulator eine Einrichtung für das Berechnen der mittels der Antriebsaggregate erzeugten Ist-Kräfte F_i oder Ist-Momente M_i , aufweisen, wobei die Steuereinrichtung eine Controllerbaugruppe mit einer Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine enthält, der die ermittelten, mittels der Antriebsaggregate erzeugten Ist-Kräfte F_i oder Ist-Momente M_i , sowie die ermittelte vertikale Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle und die ermittelten Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke fortlaufend zugeführt werden. Die Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine bestimmt hier aus den zugeführten Ist-Kräften F_i oder Ist-Momenten M_i und den zugeführten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke sowie bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts eine an der Mastarmstelle angreifende vertikale Kraft F_∥. Die Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine überführt die an der Mastarmstelle angreifende vertikale Kraft F_∥ in eine vertikale Soll-Geschwindigkeit v_∥Soll der Mastarmstelle. Aus der vertikalen Soll-Geschwindigkeit v_∥Soll der Mastarmstelle und der ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle bestimmt die Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine einen vertikalen Vergleichswert Δv_∥. Dieser vertikale Vergleichswert Δv_∥ wird dann durch eine Rückwärtstransformation anhand der zugeführten Gelenkwinkel ε_i der Gelenke und anhand bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts in eine Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i _Rück der Knickgelenke überführt. Die Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine enthält eine Verteilermastregelroutine, welche die durch Rückwärtstransformation erhaltene Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i _Rück der Knickgelenke mit einer der Verteilermastregelroutine zugeführten Ist-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i der Knickgelenke vergleicht und aus diesem Vergleich die Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder der Antriebsaggregate ermittelt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Großmanipulators ist vorgesehen, dass das Steuergerät der Controllerbaugruppe Steuersignale S zuführt, die in der Controllerbaugruppe in Posensollwerte PS_i in Form von Sollwerten der Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke des Verteilermasts übersetzt werden.
Die Einrichtung zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm ist hier bevorzugt zum Ermitteln der Geschwindigkeit der Mastspitze des Knickmasts ausgelegt.
Zu bemerken ist, dass die Einrichtung zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm einen an dem Mastarm angeordneten Geschwindigkeitssensor und/oder Beschleunigungssensor und/oder einen die Stellung des Mastarms zur Richtung der Schwerkraft erfassenden Winkelsensor enthalten kann.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf einen Großmanipulator, in dem der Mastbock auf einem Gestell angeordnet ist und um eine Hochachse gedreht werden kann, wobei die Steuereinrichtung für das Steuern einer Drehbewegung des Mastbocks um die Hochachse mit Hilfe von wenigstens einem Stellglied für ein dem Mastbock zugeordnetes Antriebsaggregat ausgelegt ist, wobei eine Einrichtung zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle in einer zu der Hochachse senkrechten Ebene und in einem zu dem Gestell referenzierten Koordinatensystem sowie eine Einrichtung zum Ermitteln des Drehwinkels ε₁₈ des Mastbocks um die Hochachse vorgesehen ist, und wobei die Steuereinrichtung die Bewegung des Knickmasts durch Bereitstellen von Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das wenigstens eine Stellglied für das dem Mastbock zugeordnete Antriebsaggregat steuert, die von einer mittels der Einrichtung zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung zum Ermitteln des Drehwinkels ε₁₈ des Mastbocks um die Hochachse sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts abhängen.
Ein solcher Großmanipulator kann eine mit der Einrichtung zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ und mit der Einrichtung zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke gekoppelte Controllerbaugruppe für das Steuern der Stellglieder, die eine Verteilermastbedämpfungsroutine aufweisen, die aus der mit der Einrichtung zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ ermittelten horizontalen Geschwindigkeit des Abschnitts des wenigstens einen Mastarms eine Dämpfungskraft F_D⊥ bestimmt und die aus dieser Dämpfungskraft F_D⊥ und aus den mit der Einrichtung zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke ermittelten Gelenkwinkeln ε_i sowie aus bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts für das dem Mastbock zugeordnete Antriebsaggregat zum Bedämpfen des Knickmasts Dämpfungsstellgrößen DS_i bestimmt, die in die Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das Ansteuern des wenigstens einen Stellglieds für das dem Mastbock zugeordnete Antriebsaggregats eingehen.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass der Großmanipulator eine Einrichtung für das Berechnen der mittels des der Hochachse zugeordneten Antriebsaggregates erzeugten Ist-Kraft F_i oder Ist-Moments M_i aufweist, wobei die Steuereinrichtung eine Controllerbaugruppe mit einer Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine enthält, der die ermittelte, mittels des der Hochachse zugeordneten Antriebsaggregates erzeugte Ist-Kraft F_i oder das ermittelte, mittels des der Hochachse zugeordneten Antriebsaggregates erzeugte Ist-Moment M_i sowie die ermittelte horizontale Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle und die ermittelten Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke fortlaufend zugeführt werden, wobei die Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine aus der zugeführten Ist-Kraft F_i oder dem zugeführten Ist-Moment M_i und den zugeführten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke sowie bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts eine an der Mastarmstelle angreifende horizontale Kraft F⊥ bestimmt, die an der Mastarmstelle angreifende horizontale Kraft F⊥ in eine horizontale Soll-Geschwindigkeit v⊥_Soll der Mastarmstelle überführt, aus der horizontalen Soll-Geschwindigkeit v⊥_Soll der Mastarmstelle und der ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle einen horizontalen Vergleichswert Δv⊥ bestimmt, den horizontalen Vergleichswert Δv⊥ durch eine Rückwärtstransformation anhand der zugeführten Gelenkwinkel ε_i der Gelenke und anhand bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts in eine Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇₁₈ _Rück des Mastbocks um dessen Hochachse überführt, und wobei die Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine eine Verteilermastregelroutine enthält, welche die durch Rückwärtstransformation erhaltene Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇₁₈ _Rück des Mastbocks um dessen Hochachse mit einer der Verteilermastregelroutine zugeführten Ist-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i der Knickgelenke vergleicht und aus diesem Vergleich die Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das der Hochachse zugeordnete Antriebsaggregat ermittelt.
Die Mastarmstelle kann dabei eine Mastspitze des Knickmasts sein. Zu bemerken ist, dass die Einrichtung zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm einen an dem Mastarm angeordneten Geschwindigkeitssensor und/oder Beschleunigungssensor und/oder einen die den Drehwinkel des Mastbocks um die Hochachse erfassenden Winkelsensor enthalten kann.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zur Dämpfung mechanischer Schwingungen eines Knickmasts eines Großmanipulators für Betonpumpen mit einem an einem Mastbock aufgenommenen, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen zusammengesetztem Knickmast mit einer Mastspitze und mit mehreren Knickgelenken für das Verschwenken der Mastarme um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen gegenüber dem Mastbock oder einem benachbarten Mastarm sowie mit einer Steuereinrichtung für das Steuern der Bewegung des Knickmasts mit Hilfe von Stellgliedern für den Knickgelenken jeweils zugeordnete Antriebsaggregate. Dabei wird die vertikale Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle in einer zu dem Knickmast parallelen Ebene und in einem zu dem Gestell referenzierten Koordinatensystem ermittelt, es werden die Gelenkwinkel der Knickgelenke ermittelt und es werden Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder der Antriebsaggregate erzeugt, die von einer mittels der Einrichtung zum Ermitteln einer vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung zum Ermitteln der Gelenkwinkel der Gelenke ermittelten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts abhängen.
Eine Idee der Erfindung ist dabei, dass aus der ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle eine Dämpfungskraft F_D|| bestimmt wird, die ermittelte Dämpfungskraft F_D|| in den einzelnen Knickgelenken zugeordnete Komponentendämpfungskräfte aufgeteilt wird, sowie aus den Komponentendämpfungskräften und aus den ermittelten Gelenkwinkeln ε_i für die den Knickgelenken zugeordneten Antriebsaggregate sowie aus bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts zum Bedämpfen der Mastarme bestimmte Dämpfungsstellgrößen DS_i für das Steuern der Antriebsaggregatsstellglieder zum Bedämpfen des Knickmasts bereitgestellt werden, die in die Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder der Antriebsaggregate eingehen.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die mittels der Antriebsaggregate erzeugten Ist-Kräfte F_i oder Ist-Momente M_i ermittelt werden, die vertikale Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm ermittelt wird, und die Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke ermittelt werden, wobei aus den zugeführten Ist-Kräften F_i oder Ist-Momenten M_i und den zugeführten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke sowie aus bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts eine an der Mastarmstelle angreifende vertikale Kraft F_∥ bestimmt wird, die an der Mastarmstelle angreifende vertikale Kraft F_∥ in eine vertikale Soll-Geschwindigkeit v_||Soll der Mastarmstelle überführt wird, aus der vertikalen Soll-Geschwindigkeit v_||Soll der Mastarmstelle und der ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle ein vertikaler Vergleichswert Δv_|| bestimmt wird, der vertikale Vergleichswert Δv_|| durch eine Rückwärtstransformation anhand der zugeführten Gelenkwinkel ε_i der Gelenke und anhand bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts in eine Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i _Rück der Knickgelenke überführt wird, und wobei die durch Rückwärtstransformation erhaltene Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeiten ε̇_iRück der Knickgelenke mit den Ist-Winkelgeschwindigkeiten ε̇_i der Knickgelenke verglichen werden und aus diesem Vergleich Positionierungsstellgrößen SDi für die Stellglieder der Antriebsaggregate ermittelt werden.
Als vertikale Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle kann dabei die vertikale Geschwindigkeit v_∥ der Mastspitze ermittelt werden.
Die Erfindung erstreckt sich darüber hinaus auch auf ein Verfahren zur Dämpfung mechanischer Schwingungen eines Knickmasts in einem Großmanipulator für Betonpumpen, mit einem auf einem Gestell angeordneten, an dem Gestell um eine Hochachse drehbaren Mastbock, mit einem an dem Mastbock aufgenommenen, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen zusammengesetzten Knickmast mit einer Mastspitze und mit mehreren Knickgelenken für das Verschwenken der Mastarme um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen gegenüber dem Mastbock oder einem benachbarten Mastarm, sowie mit einer Steuereinrichtung für das Steuern der Bewegung des Knickmasts um die Hochachse mit Hilfe eines Stellglieds eines der Hochachse zugeordneten Antriebsaggregats, bei dem die horizontale Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle in einer zu der Hochachse senkrechten Ebene und in einem zu dem Gestell referenzierten Koordinatensystem ermittelt wird, und bei dem die Gelenkwinkel der Knickgelenke ermittelt werden, wobei die Bewegung des Knickmasts durch Bereitstellen von Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das wenigstens eine Stellglied für das dem Mastbock zugeordnete Antriebsaggregat gesteuert wird, die von einer mittels der Einrichtung zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung zum Ermitteln des Drehwinkels ε₁₈ des Mastbocks um die Hochachse sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts abhängen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform dieses Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass aus der ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ eine Dämpfungskraft F_D⊥ bestimmt wird und aus dieser Dämpfungskraft F_D⊥ und aus den ermittelten Gelenkwinkeln ε_i für die den Knickgelenken zugeordneten Antriebsaggregate sowie aus bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts zum Bedämpfen des Knickmasts Dämpfungsstellgrößen DS_i bestimmt werden, die in die Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das wenigstens eine Stellglied für das dem Mastbock zugeordnete Antriebsaggregat eingehen.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die mittels des der Hochachse zugeordneten Antriebsaggregates erzeugte Ist-Kraft F_i oder das mittels des der Hochachse zugeordneten Antriebsaggregates erzeugte Ist-Moment M_i , die horizontale Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm und der Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke sowie der Drehwinkel ε₁₈ des Mastbocks um dessen Hochachse ermittelt werden, wobei aus der Ist-Kraft F_i oder dem zugeführten Ist-Moment M_i und den zugeführten Gelenkwinkeln ε̇_i der Gelenke sowie aus bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts eine an der Mastarmstelle angreifende horizontale Kraft F⊥ bestimmt wird, die an der Mastarmstelle angreifende horizontale Kraft F⊥ in eine horizontale Soll-Geschwindigkeit v⊥_Soll der Mastarmstelle überführt, aus der horizontalen Soll-Geschwindigkeit v⊥_Soll der Mastarmstelle und der ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle ein horizontaler Vergleichswert Δv⊥ bestimmt, der horizontale Vergleichswert Δv⊥ durch eine Rückwärtstransformation anhand der zugeführten Gelenkwinkel ε_i der Gelenke und anhand der bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts in eine Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇₁₈ _Rück des Mastbocks um dessen Hochachse überführt, und wobei die durch Rückwärtstransformation erhaltene Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇₁₈ _Rück des Mastbocks um dessen Hochachse mit einer der Verteilermastregelroutine zugeführten Ist-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i der Knickgelenke verglichen und aus diesem Vergleich die Positionierungsstellgrößen SD₁₈ für das dem Mastbock zugeordnete Antriebsaggregat ermittelt werden.
Zu bemerken ist, dass als horizontale Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle insbesondere die horizontale Geschwindigkeit v⊥ der Mastspitze ermittelt werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Großmanipulators einer Autobetonpumpe mit einem zusammengelegtem Verteilermast;
2 und 3 den Großmanipulator nach 1 mit dem Verteilermast in unterschiedlichen Arbeitsstellungen;
4 ein Knickgelenk mit einem Antriebsaggregat in dem Verteilermast des Großmanipulators;
5 ein Schema einer ersten Steuereinrichtung für das Steuern der Bewegung des Verteilermasts mit einer Controllerbaugruppe;
6 die Koordination der Sollwerterzeugung für Verteilermastposen, der Regelung dieser Posen und der aktiven Bedämpfung von Schwingungen des Verteilermasts mit in der Controllerbaugruppe erzeugten Stellsignalen;
7 eine erste Verteilermast-Bedämpfungsroutine in der Controllerbaugruppe;
8 eine weitere Verteilermast-Bedämpfungsroutine in der Controllerbaugruppe;
9 eine Verteilermast-Regelroutine in der Controllerbaugruppe;
10 die Koordination der Sollwerterzeugung für Verteilermastposen, der Regelung dieser Posen und der aktiven Bedämpfung von Schwingungen des Verteilermasts mit in einer alternativen Controllerbaugruppe erzeugten Stellsignalen;
11 eine erste Verteilermast-Bedämpfungsroutine in der Controllerbaugruppe;
12 eine weitere Verteilermast-Bedämpfungsroutine in der Controllerbaugruppe;
13 ein Schema einer weiteren Steuereinrichtung für das Steuern der Bewegung des Verteilermasts mit einer Controllerbaugruppe;
14 eine Teilansicht der zweiten Steuereinrichtung mit der Controllerbaugruppe;
15 und 16 ein Flussdiagramm zu in der Controllerbaugruppe verarbeiteten Größen;
17 eine Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine in der Controllerbaugruppe; und
18 eine Horizontal-Verteilermastbedämpfungsroutine in der Controllerbaugruppe.

Die 1 zeigt einen Großmanipulator in einer Autobetonpumpe 10. Die Autobetonpumpe 10 umfasst ein Transportfahrzeug 12 und enthält eine z. B. als Zweizylinderkolbenpumpe ausgebildete pulsierende Dickstoffpumpe 14. In der Autobetonpumpe 10 ist der Großmanipulator an einem fahrzeugfesten Gestell 16 aufgenommenen. Der Großmanipulator weist einen um eine fahrzeugfeste Hochachse 18 an einem Drehgelenk 28 drehbaren Verteilermast 20 auf. Dieser Verteilermast 20 trägt eine Betonförderleitung 22. Wie in der 2 und 3 ersichtlich ist, kann über die Förderleitung 22 Flüssigbeton, der in einen Aufgabebehälter 24 während des Betonierens fortlaufend eingebracht wird, zu einer von dem Standort des Fahrzeugs 12 entfernt angeordneten Betonierstelle 25 gefördert werden.
Zu bemerken ist, dass der Großmanipulator grundsätzlich nicht nur auf einem Transportfahrzeug an einem fahrzeugfesten Gestell, sondern alternativ hierzu auch auf einem ortfesten Gestell z. B. auf einer Baustelle angeordnet werden kann. In diesem Fall wird die an dem Verteilermast des Großmanipulators aufgenommene Betonförderleitung an eine vorzugsweise mobile Betonpumpe angeschlossen.
Der Verteilermast 20 umfasst einen drehbaren Mastbock 30, der mittels eines Antriebsaggregats 26, das als ein hydraulischer Drehantrieb ausgebildet ist, um die eine Drehachse bildende vertikale Hochachse 18 des Drehgelenks 28 gedreht werden kann. Der Verteilermast 20 enthält einen an dem Mastbock 30 schwenkbaren Knickmast 32, der auf variable Reichweite und Höhendifferenz zwischen dem Fahrzeug 12 und der Betonierstelle 25 kontinuierlich einstellbar ist. Der Knickmast 32 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel fünf durch Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 gelenkig miteinander verbundene Mastarme 44, 46, 48, 50, 52 auf, die um parallel zueinander und rechtwinklig zur Hochachse 18 des Mastbocks 30 verlaufende Gelenkachsen 54, 56, 58, 60, 62 schwenkbar sind.
Für das Bewegen der Mastarme um die Gelenkachsen 54, 56, 58, 60 und 62 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 hat der Großmanipulator den Knickgelenken zugeordnete Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84.
Die Anordnung der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 und die bei dem Verteilermast durch Verstellen der Knickgelenke einstellbaren Knickwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 (2) um die Gelenkachsen 54, 56, 58, 60, 62 ermöglichen, dass der Verteilermast 20 mit der aus 1 ersichtlichen, einer mehrfachen Faltung entsprechenden raumsparenden Transportkonfiguration auf dem Fahrzeug 12 ablegbar ist.
Der Knickmast 32 hat eine Mastspitze 64, an der ein Endschlauch 66 angeordnet ist, durch den Flüssigbeton aus der Förderleitung 22 des Verteilermasts 20 zu der Betonierstelle 25 ausgebracht werden kann.
Der Großmanipulator der Autobetonpumpe 10 bildet zusammen mit dem Transportfahrzeug 12 ein schwingungsfähiges System, das im Betrieb von der pulsierend arbeitenden Dickstoffpumpe 14 zu erzwungenen Schwingungen anregbar ist. Diese Schwingungen können zu Auslenkungen der Mastspitze 64 und des dort hängenden Endschlauchs 66 mit Schwingungsamplituden von bis zu einem Meter oder auch mehr führen, wobei die Frequenzen dieser Schwingungen zwischen 0,5 Hz und einigen Hz liegen.
Der Großmanipulator der Autobetonpumpe 10 enthält eine Steuereinrichtung mit einem Mechanismus, der solche Schwingungen aktiv mittels Erzeugen von Zusatzkräften bzw. Zusatzdrehmomenten durch die Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82, 84 in dem Großmanipulator bedämpft. Diese Zusatzkräfte bzw. Zusatzdrehmomente rufen eine an dem Verteilermast 20 angreifende Dämpfungskraft hervor. Diese Dämpfungskraft ist bevorzugt eine, z. B. an der Mastspitze 64 senkrecht und in der horizontalen Richtung angreifende Dämpfungskraft F_D⊥, mittels der die rotatorischen Schwingungen des Verteilermasts 20 um die Drehachse 18 abgeschwächt werden (siehe 3) und/oder eine Dämpfungskraft F_D∥, die an dem Knickmast 32 des Verteilermasts 20 in der vertikalen Richtung angreift (siehe 2), mittels der die Schwingungen des Verteilermasts 20 in der durch die Drehachse 18 und die Mastspitze 64 definierte Ebene abgeschwächt werden.
Zu bemerken ist allerdings, dass bei einer modifizierten Ausführungsform des Großmanipulators der Autobetonpumpe 10 auch vorgesehen sein kann, dass die erzeugten Zusatzkräfte bzw. Zusatzdrehmomente zu einer Dämpfungskraft führen, die entsprechend einer an einer von der Mastspitze 64 beabstandeten Stelle an dem Verteilermast 20 angreift, z. B. an dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Mastarm 44, 46, 48, 50, bevorzugt in dem Bereich der Knickgelenke 36, 38, 40 oder 42. Darüber hinaus ist es möglich, dass mehrere Zusatzkräfte und/oder Zusatzdrehmomente mittels der Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82, 84 in dem Verteilermast 20 erzeugt werden, die an diesem gleichzeitig angreifen, um ihn zu bedämpfen.
Die 4 zeigt das Knickgelenk 40 mit einem Abschnitt des Mastarms 48 und einem Abschnitt des Mastarms 50. Um den Mastarm 48 relativ zu dem Mastarm 50 um die Gelenkachse 60 des Knickgelenks 38 zu bewegen, hat der Verteilermast 20 ein als Hydraulikzylinder ausgebildetes Antriebsaggregat 68, dessen Zylinderpartie 70 an dem Mastarm 48 angeschlossen ist und dessen Zylinderstange 72 auf ein an dem Mastarm 50 angelenktes Hebelelement 74 wirkt, das über ein Lenkerelement 76 mit dem Mastarm 48 gelenkig verbunden ist.
Das Antriebsaggregat 68 erzeugt hier eine in der Richtung des Doppelpfeils 77 wirkende Ist-Kraft F_i , i= 68, die auf das Hebelelement 74 übertragen wird und die aufgrund des mit dem Hebelelement 74 verbundenen Lenkerelements 76 ein aus dem Mastarm 48 in den Mastarm 50 als Drehmoment eingeleitetes Ist-Moment M_i , i = 60 um die Gelenkachse 60 des Knickgelenks 40 bewirkt.
Um die Bewegung der Mastarme des Knickmasts 32 zu steuern, hat der Großmanipulator eine anhand der 5 nachfolgend erläuterte Steuereinrichtung 86. Die Steuereinrichtung 86 steuert die Bewegung des Knickmasts 32 mit Hilfe von Stellgliedern 90, 92, 94, 96, 98, 100 für die den Knickgelenken 34, 36, 38, 40, 42 und dem Drehgelenk 28 zugeordneten Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82 und 84.
Durch programmgesteuerte Aktivierung der Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82 und 84, die den Gelenkachsen 54, 56, 58, 60 und 62 sowie der Drehachse 18 einzeln zugeordnet sind, ist der Knickmast 32 in unterschiedlichen Distanzen und/oder Höhendifferenzen zwischen der Betonierstelle 25 und dem Fahrzeugstandort entfaltbar (siehe z. B. 2 und 3).
Der Mastführer steuert den Verteilermast 20 z. B. mittels einer Steuerbaugruppe 85 mit einem Steuergerät 87. Das Steuergerät 87 ist als eine Fernsteuerung ausgebildet und enthält Bedienorgane 83 für das Verstellen des Verteilermasts 20 mit dem Knickmast 32, die Steuersignale S erzeugt, die einer Controllerbaugruppe 89 zuführbar sind.
Die Steuersignale S werden über eine Funkstrecke 91 zu einem fahrzeugfesten Funkempfänger 93 übertragen, der ausgangsseitig über ein z. B. als CAN-Bus ausgebildetes Bussystem 95 an die Controllerbaugruppe 89 angeschlossen ist.
Die Steuereinrichtung 86 enthält eine Einrichtung 102 zum Ermitteln der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ in der durch die Drehachse 18 und die Mastspitze 64 definierten, zu dem Knickmast 32 parallelen Ebene in einem Koordinatensystem 104, das zu dem Gestell 16 referenziert ist. Die Einrichtung 102 zum Ermitteln der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ weist einen an dem Mastarm 52 angeordneten Beschleunigungssensor 106 auf, der mit einer Auswertestufe 108 kombiniert ist. Aus dem Signal v̇_∥ des Beschleunigungssensors 106 wird in der Controllerbaugruppe 89 mittels Integration über die Zeit die vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ in der zu dem Knickmast 32 parallelen, im Regelfall vertikalen Ebene bestimmt, in der die Drehachse 18 des Mastbocks 30 und die Mastspitze 64 liegen.
Darüber hinaus enthält die Steuereinrichtung 86 eine Einrichtung 110 zum Ermitteln der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ in der zu der Drehachse 18 des Mastbocks 30 senkrechten Ebene, in der sich die Mastspitze 64 befindet. Die Einrichtung 110 zum Ermitteln der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ weist einen an dem Mastarm 52 angeordneten Beschleunigungssensor 112 auf, der mit einer Auswertestufe 114 kombiniert ist. Aus dem Signal v̇⊥ des Beschleunigungssensors 112 wird in der Controllerbaugruppe 89 die Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ in der zu der Drehachse 18 des Mastbocks 30 senkrechten Ebene bestimmt, die im Regelfall horizontal ist.
In einer weiteren, alternativen Ausführungsform des Großmanipulators kann vorgesehen sein, dass die Controllerbaugruppe 89 die mit einer Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit einer Mastarmstelle eines Mastarms ermittelte Geschwindigkeit eines Abschnitts eines Mastarms erhält, z. B. die Geschwindigkeit der Mastspitze, ohne dass diese in der Controllerbaugruppe 89 berechnet werden muss.
Die Steuereinrichtung 86 enthält außerdem eine Einrichtung 116 zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 mit Winkelsensoren 118, 120, 122, 124, 126 und 199 sowie eine Einrichtung 128 zum Ermitteln des Drehwinkels ε_i , i = 18 um die Hochachse 18 des Drehgelenks 28 mit einem Winkelsensor 129.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass in einer weiteren, alternativen Ausführungsform des Großmanipulators vorgesehen sein kann, dass die Controllerbaugruppe 89 eine Einrichtung zum Ermitteln der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥, enthält, in der aus der Zeitentwicklung der Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 des Knickmasts 32 und dessen Geometrie die Mastspitzengeschwindigkeit berechnet wird (Vorwärtstransformation).
In der Steuereinrichtung 86 gibt es Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148, die den als Hydraulikzylinder ausgebildeten Antriebsaggregaten 26, 68, 78, 80, 82 und 84 zugeordnet sind. Diese Drucksensoren dienen für das Messen des stangengenseitigen Drucks p_Si , i = 130, 134, 138, 142, 146 und des kolbenseitigen Drucks p_Ki i = 132, 136, 140, 144, 148 des Hydrauliköls. Die Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148 ermöglichen das Bestimmen der Ist-Kraft F_i , i = 68, 78, 80, 82, 84, die mittels der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 erzeugt und in die Mastarme 44, 46, 48, 50, 52 des Knickmasts 32 eingeleitet wird.
Für das als ein hydraulischer Drehantrieb ausgebildete Antriebsaggregat 26 weist die Steuereinrichtung 86 einen Drehmomentsensor 150 auf, der für das Erfassen des mittels des Drehantriebs in den Mastbock 30 als Drehmoment eingeleiteten Ist-Moments M_i , i=18 ausgelegt ist.
Die Controllerbaugruppe 89 dient für das Ansteuern der Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98, 100 der Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82 und 84. Die Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98, 100 sind als Proportionalwechselventile ausgebildet, die mit ihren Ausgangsleitungen 101, 103 bodenseitig und stangenseitig an die als doppelwirkende Hydraulikzylinder bzw. als Hydraulikmotor gestalteten Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 angeschlossen sind.
Die Controllerbaugruppe 89 erzeugt aufgrund der Steuersignale S aus der Steuerbaugruppe 85 Stellsignale SW_i , i = 90, 92, 94, 96, 98 und 100 für die Stellglieder der Antriebsaggregate des Verteilermasts 20. Die Posen des Verteilermasts 20 werden durch Auswerten der Stellung der mittels der Winkelsensoren 118, 120, 122, 124 und 126 erfassten Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 mittels der Winkelsensoren 118, 120, 122, 124 und 126 und des mittels des Winkelsensors 129 erfassten Drehwinkels ε_i , i = 18 des Mastbocks 30 um die Drehachse 18 durch Ansteuern der Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98, 100 auf mit der Steuerbaugruppe 85 vorgebbare Sollwerte W_Soll geregelt.
Die Controllerbaugruppe 89 überlagert dabei Positionierungsstellgrößen SD_i , i = 90, 92, 94, 96, 98, 100 für die Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98, 100, die dem Regeln der Posen des Verteilermasts 20 auf die Sollwerte W_Soll dienen, zusätzliche Dämpfungsstellgrößen DS_i , i = 90, 92, 94, 96, 98, 100, mit denen unerwünschten Schwingungen der Mastspitze 64 des Knickmasts 32 in dem Verteilermast 20 entgegengewirkt wird.
Die Controllerbaugruppe 89 hat eine Eingaberoutine 152, mittels der die Einrichtung 102 zum Ermitteln der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥, die Einrichtung 110 zum Ermitteln der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ in einer zu der Drehachse 18 des Mastbocks 30 senkrechten Ebene und die Einrichtung 116 zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i , i = 18 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 mit den Winkelsensoren 118, 120, 122, 124 und 126 und die Einrichtung 128 zum Ermitteln des Drehwinkels ε_i , i = 18 um die Hochachse 18 des Drehgelenks 28 mit dem Winkelsensor 129 fortlaufend abgefragt wird. Die Eingaberoutine 152 erhält auch fortlaufend die Signale p_Si , p_Ki der Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148. Mittels der Eingaberoutine 152 werden außerdem die Steuersignale S aus der Steuerbaugruppe 85 eingelesen.
Die Controllerbaugruppe 89 enthält eine erste Verteilermastbedämpfungsroutine 154 und eine hierzu parallele weitere Verteilermastbedämpfungsroutine 155. Die Verteilermastbedämpfungsroutine 154 bestimmt aus einer mit der Einrichtung 102 zum Ermitteln der Mastspitzengeschwindigkeit ermittelten Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ in der zu dem Knickmast 32 parallelen Ebene eine Solldämpfungskraft $F_{D ‖} = v_{‖} D_{‖},$
wobei D_∥ eine geeignet gewählte Dämpfungskonstante ist. Die Verteilermastbedämpfungsroutine 154 teilt dann die so ermittelte Solldämpfungskraft F_D in mehrere Komponentensolldämpfungskräfte F_Di , i = 34, 36, 38, 40, 42 auf, die den einzelnen Knickgelenken 34, 36, 38, 40, 42 zugeordnet sind: $F_{D} = \sum_{i} n_{i} F_{Di},$
wobei die Faktoren n_i apparatespezifisch gewählte Parameter sind, die der folgenden Randbedingung genügen: $\sum_{i} n_{i} = 1$
Aus den Komponentensolldämpfungskräften F_Di , i = 34, 36, 38, 40, 42 und den mittels der Einrichtung 116 zum Ermitteln der Gelenkwinkel der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 ermittelten Gelenkwinkeln ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 für die den Knickgelenken 34, 36, 38, 40, 42 zugeordneten Antriebsaggregate zum Bedämpfen des Verteilermasts 20 wird dann für ein jedes Stellglied 92, 94, 96, 98 und 100 eine Dämpfungsstellgröße DS_i , i = 92, 94, 96, 98, 100 ermittelt.
In der weiteren Verteilermastbedämpfungsroutine 155 der Controllerbaugruppe 89 wird aus der mit der Einrichtung 110 ermittelten horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ in der zu der Drehachse 18 des Mastbocks 30 senkrechten Ebene ein Solldämpfungsmoment M_D⊥ = v⊥ D⊥ bestimmt. Die Größe D⊥ ist auch hier wiederum eine geeignet gewählte Dämpfungskonstante.
Aus dem Solldämpfungsmoment M_D⊥ und dem mit der Einrichtung 128 zum Ermitteln des Drehwinkels des Mastbocks 30 um dessen Drehachse 18 ermittelten Drehwinkel ε_i , i = 18 für das dem Mastbock 30 zugeordnete Antriebsaggregat 26 wird dann für das Stellglied 90 eine Dämpfungsstellgröße SD₉₀ bestimmt.
Die Controllerbaugruppe 89 weist eine Ausgaberoutine 162 auf, die auf die Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98 und 100 Stellsignale SW_i , i = 90, 92, 94, 96, 98, 100 ausgibt.
Die Controllerbaugruppe 89 enthält eine Verteilermastregelroutine 156 und eine Verteilermastposensollwertroutine 158. Die Verteilermastposensollwertroutine 158 erhält von der Eingaberoutine 152 die Steuersignale S des Steuergeräts 87 und übersetzt diese in Posensollwerte PS_i in Form von Sollwerten der Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 und des Drehwinkels ε₁₈ des Mastbocks 30 um die Hochachse 18.
Der Verteilermastregelroutine 156 werden von der Eingaberoutine 152 Posenistwerte Pl_i in Form von mittels der Winkelsensoren 118, 120, 122, 124, 126, 129 erfassten Istwerte der Winkel ε_i zugeführt. Mittels eines in der Verteilermastregelroutine 156 implementierten Regelkreises werden in der Controllerbaugruppe 89 aus den Posenistwerten PI_i und den Posensollwerten PS_i die Positionierungsstellgrößen SD_i , i = 90, 92, 94, 96, 98, 100 für die Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98 und 100 der Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82 und 84 bestimmt.
In einer Überlagerungsroutine 160 werden dann zu den Positionierungsstellgrößen SD_i , i = 92, 94, 96, 98, 100 die Dämpfungsstellgrößen DS_i , i = 92, 94, 96, 98, 100 addiert und einer Ausgaberoutine 162 zugeführt. Diese leitet entsprechende Stellsignale SWi, i = 92, 94, 96, 98, 100, die als Steuersignale SW_i = DS_i + SD_i aus den Positionierungsstellgrößen SD_i und Dämpfungsstellgrößen DSi, i = 92, 94, 96, 98, 100 gebildet sind, zu den Stellgliedern 92, 94, 96, 98 und 100.
Entsprechend wird in einer Überlagerungsroutine 161 das Dämpfungssignal DS₉₀ zu der Positionierungsstellgröße SD₉₀ addiert und der Ausgaberoutine 162 zugeführt, welche das entsprechende Summensignal SW₉₀ = DS₉₀ + SD₉₀ als ein Stellsignal SW₉₀ an das Stellglied 90 übergibt.
Die 6 zeigt die Controllerbaugruppe 89 mit der Prozessoruhr 192. Mit der Eingaberoutine 152 in der Controllerbaugruppe 89 werden die mittels der Winkelsensoren 118, 120, 122, 124, 126 und 129 der Einrichtungen 116, 128 erfassten Winkel der Gelenke des Verteilermasts 20, die Signale der Einrichtungen 102, 110 mit den Beschleunigungssensoren 106, 112, die Signale der Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148 und des Drehmomentsensors 150 und das Stellsignal S der Steuerbaugruppe 85 in regemäßigen, von der Prozessoruhr 192 vorgegebenen Zeitabständen Δt_S erfasst.
Die der Eingaberoutine 152 zugeführten Signale der Winkelsensoren werden der Verteilermastregelroutine 156 in der Controllerbaugruppe 89 als Posenistwerte Pl_i, i = 18, 34, 36, 38, 40, 42 zugeführt. Das der Eingaberoutine 152 von der Steuerbaugruppe 85 übermittelte Stellsignal S gibt diese an die Verteilermastposensollwertroutine 158 ab.
Diese bestimmt damit Posensollwerte PS_i , i = 18, 34, 36, 38, 40, 42 in Form von Einstellungen der Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke und des Drehwinkels ε₁₈ des Drehgelenks 28. Die Posensollwerte PS_i werden in der Verteilermastposensollwertroutine 158 in einem Sollwertspeicher 193 abgelegt. Aus diesem Sollwertspeicher 193 werden die Posensollwerte PS_i fortlaufend der Verteilermastregelroutine 156 zugeführt.
Die 7 ist ein Blockschaltbild der ersten Verteilermastbedämpfungsroutine 154 in der Controllerbaugruppe 89 als Blockschaltbild. Die Verteilermastbedämpfungsroutine 154 weist eine Berechnungsstufe 164 für das Berechnen der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ in der zu der Drehachse 18 des Verteilermasts 20 und dessen Knickmast 32 parallelen Ebene aus dem Signal der Einrichtung 102 auf. In einer Dämpfungskraftberechnungsstufe 166 wird auf der Grundlage einer der Verteilermastbedämpfungsroutine 154 zugeführten, empirisch ermittelten Dämpfungskonstante D_∥, die Dämpfungskraft F_D|| errechnet. Die errechnete Dämpfungskraft F_D|| wird dann mittels eines Zerlegungsalgorithmus, der in einer als eine dynamische Anpassungsstufe ausgelegten Optimierstufe 168 fortlaufend optimiert wird, in einer Zerlegungsstufe 170 in eine Linearkombination F_D∥ = Σ_i n_iF_D∥, i = 34, 36, 38, 40, 42 einzelner Komponentensolldämpfungskräften F_D∥i zerlegt, wobei gilt: $\sum_{i} n_{i} = 1$
Aus den zu dem Verteilermast 20 bekannten physikalischen Größen der Masse m_i , i = 44, 46, 48, 50, 52 und der Länge Ii, i = 44, 46, 48, 50, 52 der Mastarme 44, 46, 48, 50, 52 und der Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 werden dann in einer Achsmomentberechnungsstufe 172 die mittels der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 in den Gelenkachsen 54, 56, 58, 60, 62 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 zu erzeugenden Soll-Drehmomente MS_i , i = 54, 56, 58, 60, 62 generiert. Die für das Erzeugen der Soll-Drehmomente MS_i erforderlichen Verstellkräfte der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 werden darauf in einer Berechnungsstufe 174 als die mittels der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 in den Gelenkachsen 54, 56, 58, 60, 62 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 zu erzeugenden Komponentensolldämpfungskräfte F_D∥i, i = 34, 36, 38, 40, 42 bestimmt.
Die Verteilermastbedämpfungsroutine 154 enthält als Einrichtung 176 zum Ermitteln der Ist-Kraft F_i , die mittels des dem Gelenk 34, 36, 38, 40, 42 zugeordneten Antriebsaggregats 78, 80, 82, 84 erzeugt wird, eine Kraftberechnungsroutine, welche die Signale der den Antriebsaggregaten 68, 78, 80, 82 und 84 zugeordneten Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148 erhält, um damit anhand der geometrischen Abmessungen der Hydraulikzylinder der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 die erzeugte Ist-Kraft F_i , i = 68, 78, 80, 82, 84 zu bestimmen, die in die Mastarme 44, 46, 48, 50, 52 eingeleitet wird.
Die Verteilermastbedämpfungsroutine 154 hat außerdem eine Regelstufe 178, der als Regelgröße die in einer Differenzroutine 177 ermittelte Differenz der mittels der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 jeweils erzeugten Ist-Kraft F_i , i = 68, 78, 80, 82, 84 und der entsprechenden Komponentensolldämpfungskraft F_D∥i, i = 34, 36, 38, 40, 42 zugeführt wird, um damit eine Dämpfungsstellgröße DS_i , i = 92, 94, 96, 98, 100 für das den Antriebsaggregaten 68, 70, 80, 82, 84 jeweils zugeordnete Stellglied 92, 94, 96, 98, 100 zu generieren, die an die in der 6 kenntlich gemachte Überlagerungsroutine 160 abgegeben wird.
Die 8 ist ein Blockschaltbild der weiteren Verteilermastbedämpfungsroutine 155 in der Controllerbaugruppe 89. In der Verteilermastbedämpfungsroutine 155 gibt es eine Berechnungsstufe 182 für das Berechnen der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ in der zu der Drehachse 18 des Verteilermasts 20 senkrechten Ebene, in der die Mastspitze 64 angeordnet ist. In einer Dämpfungskraftberechnungsstufe 184 wird auf der Grundlage einer der Verteilermastbedämpfungsroutine 155 zugeführten, empirisch ermittelten Dämpfungskonstante D⊥ die Dämpfungskraft F_D⊥ errechnet.
Aus den zu dem Verteilermast 20 bekannten physikalischen Größen der Masse m_i und Länge Ii, i = 44, 46, 48, 50, 52 der Mastarme 44, 46, 48, 50, 52 und der Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke wird dann in einer Drehmomentberechnungsstufe 186 das mittels des Antriebsaggregats 26 zu erzeugende Solldämpfungsdrehmoment M_D⊥₂₆, berechnet.
Die Verteilermastbedämpfungsroutine 155 enthält eine Momentregelstufe 188, der als Regelgröße die in einer Differenzroutine 187 ermittelte Differenz des mittels des Antriebsaggregats 26 erzeugten Ist-Drehmoments MI_i , i = 26 um die Drehachse 18 und dem entsprechenden Solldämpfungsdrehmoment M_D⊥₂₆, zugeführt wird, um damit eine Dämpfungsstellgröße DS_i , i = 90 für das Stellglied 90 des Antriebsaggregats 26 zu generieren, die schließlich an die Überlagerungsroutine 161 abgegeben wird.
Die 9 ist ein Blockschaltbild der Verteilermastregelroutine 156 in der Controllerbaugruppe 89.
Die Verteilermastregelroutine 156 weist eine Differenzroutine 194 auf, das die Differenz der Posenistwerte PI_i und der Posensollwerte PS_i eine Zero-Order-Hold-Filter 196 zuführt, welche diese Differenz durch Multiplikation mit einer Sampling-Funktion diskretisiert und als Regelgröße einer als Pl-Regler ausgebildeten Regelstufe 198 zuführt, welche die Positionierungsstellgröße SD_i ausgibt.
Das Zero-Order-Hold-Filter 196 bewirkt, dass nur wenn die Abweichung eines Posenistwerts PI_i von einem Posensollwert PS_i einen Schwellwert überschreitet, die Regelstufe 198 eine von dem Wert Null verschiedene Regelgröße erhält und erst dann eine entsprechende Positionierungsstellgröße SD_i für die Posenkorrektur abgibt. Demgegenüber regeln die Verteilermastbedämpfungsroutine 154, 155 durch Bereitstellen der Dämpfungsstellgrößen DS_i die Dämpfungskraft F_D∥, bzw. F_D⊥ für das Bedämpfen von Mastschwingungen kontinuierlich.
Die mit der Verteilermastregelroutine 156 aus den Posensollwerten PS_i und den Posenistwerten PI_i erzeugten Positionierungsstellgröße SD_i werden in den Überlagerungsroutinen 160 bzw. 161 mit den Dämpfungsstellgrößen DS_i aus den Verteilermastbedämpfungsroutinen 154, 155 kombiniert und dann als das Stellsignal SW_i an die Ausgaberoutine 162 gegeben, die den Stellgliedern 90, 92, 94, 96, 98, 100 das entsprechende Stellsignal SW_i jeweils zuführt. Die Überlagerungsroutinen 160 bzw. 161 sind dabei als eine Addierroutine ausgebildet, die den Ansteuersignalen die Dämpfungsstellgrößen DS_i aufaddiert.
Die Verteilermastbedämpfungsroutinen 154, 155, die Verteilermastregelroutine 156 und die Verteilermastposensollwertroutine 158 arbeiten im Takt der Prozessoruhr 192 und werden in der Controllerbaugruppe 89 aufgerufen. Ein Aufruf der Verteilermastposensollwertroutine 158 erfolgt dabei zu Zeiten t3 erst nach mehrfachen Aufrufen der Verteilermastbedämpfungsroutinen 154, 155, wobei die Verteilermastbedämpfungsroutinen 154, 155 in diesem Fall zu den Zeiten t1 « t3 aufgerufen werden. Die Verteilermastregelroutine 156 wird zu den Zeiten t2 erst nach mehrfachem Aufruf der Verteilermastbedämpfungsroutinen 154, 155, jedoch wischen zwei Verteilermastposensollwertroutinen 158 aufgerufen. Dabei gilt: t1 « t2 « t3.
Die 10 zeigt eine Controllerbaugruppe 89' für den Einsatz in der Steuereinrichtung 86. Soweit die Baugruppen und Elemente zur Koordination der Sollwerterzeugung für Verteilermastposen, der Regelung dieser Posen und der aktiven Bedämpfung von Schwingungen des Verteilermasts mit in der Controllerbaugruppe 89' erzeugten Stellsignalen den Baugruppen und Elementen zur Koordination der Sollwerterzeugung für Verteilermastposen, der Regelung dieser Posen und der aktiven Bedämpfung von Schwingungen des Verteilermasts mit in der Controllerbaugruppe 89 erzeugten Stellsignalen funktional entsprechen, sind diese durch die gleichen Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht.
Im Unterschied zu der Controllerbaugruppe 89 ist in der Controllerbaugruppe 89' die Reglerintegration in einer seriellen Struktur realisiert. Die Controllerbaugruppe 89' enthält hierzu wiederum eine erste Verteilermastbedämpfungsroutine 154' und eine hierzu parallele weitere Verteilermastbedämpfungsroutine 155' für das Erzeugen von Stellsignalen SW_i , i = 90, 92, 94, 96, 98, 100, die mittels der Ausgaberoutine 162 auf die Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98 und 100 ausgegeben werden.
Die 11 und 12 zeigen die erste Verteilermastbedämpfungsroutine 154' und die weitere Verteilermastbedämpfungsroutine 155' in der Controllerbaugruppe 89' jeweils als Blockschaltbild. Soweit die Verteilermastbedämpfungsroutine 154', 155' der anhand der 7 bzw. 8 erläuterten Verteilermastbedämpfungsroutine 154 bzw. 155 entspricht, sind diese durch die gleichen Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht.
Die Verteilermastbedämpfungsroutine 154' weist hier wiederum eine Berechnungsstufe 164 für das Berechnen der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ in der zu der Drehachse 18 des Verteilermasts 20 und dessen Knickmast 32 parallelen Ebene aus dem Signal der Einrichtung 102 auf. In einer Dämpfungskraftberechnungsstufe 166 wird auf der Grundlage einer der Verteilermastbedämpfungsroutine 154 zugeführten, empirisch ermittelten Dämpfungskonstante D_∥ die Dämpfungskraft F_D|| errechnet. Die errechnete Dämpfungskraft F_D∥ wird dann mittels eines Zerlegungsalgorithmus, der in einer als eine dynamische Anpassungsstufe ausgelegten Optimierstufe 168 fortlaufend optimiert wird, in einer Zerlegungsstufe 170 in eine Linearkombination F_D∥ = Σ_in_iF_D∥, i = 34, 36, 38, 40, 42 einzelner Komponentensolldämpfungskräften F_D∥i zerlegt, wobei gilt: $\sum_{i} n_{i} = 1$
Aus den zu dem Verteilermast 20 bekannten physikalischen Größen der Masse m_i , i = 44, 46, 48, 50, 52 und der Länge Ii, i = 44, 46, 48, 50, 52 der Mastarme 44, 46, 48, 50, 52 und der Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 werden dann in einer Achsmomentberechnungsstufe 172 die mittels der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 in den Gelenkachsen 54, 56, 58, 60, 62 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 zu erzeugenden Soll-Drehmomente MS_i , i = 54, 56, 58, 60, 62 generiert. Die für das Erzeugen der Soll-Drehmomente MS_i erforderlichen Verstellkräfte der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 werden darauf in der Berechnungsstufe 174 als die mittels der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 in den Gelenkachsen 54, 56, 58, 60, 62 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 zu erzeugenden Komponentensolldämpfungskräfte F_D||i, i = 34, 36, 38, 40, 42 bestimmt.
Die Verteilermastbedämpfungsroutine 154' enthält als Einrichtung 176 zum Ermitteln der Ist-Kraft eine Kraftberechnungsroutine, welche die Signale der den Antriebsaggregaten 68, 78, 80, 82 und 84 zugeordneten Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148 erhält, um damit anhand der geometrischen Abmessungen der Hydraulikzylinder der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 die erzeugte Ist-Kraft F_i , i = 68, 78, 80, 82, 84 zu bestimmen, die in die Mastarme 44, 46, 48, 50, 52 eingeleitet wird.
Anders als die Verteilermastbedämpfungsroutine 154 erhält die Verteilermastbedämpfungsroutine 154' von der Verteilermastregelroutine 156 auch die Positionierungsstellgrößen SD_i direkt, um es in einer Überlagerungsroutine 160' in Überlagerung zu der Ist-Kraft F_i der Differenzroutine 177 zuzuführen. Von der Differenzroutine 177 erhält die Regelstufe 178 als eine Regelgröße die ermittelte Differenz der mittels der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 jeweils erzeugten Ist-Kraft F_i , i = 68, 78, 80, 82, 84 mit den überlagerten Positionierungsstellgrößen SD_i und der entsprechenden Komponentensolldämpfungskraft F_D||i, i = 34, 36, 38, 40, 42, um damit die Dämpfungsstellgröße DS_i , i = 92, 94, 96, 98, 100 für das den Antriebsaggregaten 68, 70, 80, 82, 84 jeweils zugeordnete Stellglied 92, 94, 96, 98, 100 zu generieren, das an die Überlagerungsroutine 160 abgegeben wird.
In der Verteilermastbedämpfungsroutine 155' gibt es wiederum eine Berechnungsstufe 182 für das Berechnen der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ in der zu der Drehachse 18 des Verteilermasts 20 senkrechten Ebene, in der die Mastspitze 64 angeordnet ist. In einer Dämpfungskraftberechnungsstufe 184 wird auf der Grundlage einer der Verteilermastbedämpfungsroutine 155 zugeführten, empirisch ermittelten Dämpfungskonstante D⊥ die Dämpfungskraft F_D⊥ errechnet.
Aus den zu dem Verteilermast 20 bekannten physikalischen Größen der Masse m_i und Länge l_i , i = 44, 46, 48, 50, 52 der Mastarme 44, 46, 48, 50, 52 und der Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke wird dann in einer Drehmomentberechnungsstufe 186 das mittels des Antriebsaggregats 26 zu erzeugenden Solldämpfungsdrehmoment M_D⊥₂₆, berechnet.
Der Verteilermastbedämpfungsroutine 155' wird das mittels des Antriebsaggregats 26 erzeugte Ist-Drehmoment MI_i , i = 26 und im Unterschied zu der Verteilermastbedämpfungsroutine 155 auch die entsprechende Positionierungsstellgröße SD_i , i = 26 zugeführt, um es in einer Überlagerungsroutine 161' dem mittels des Antriebsaggregats 26 erzeugten Ist-Drehmoment MI_i , i = 26 um die Drehachse 18 zu überlagern und dann der Differenzroutine 187 zuzuführen. Die Differenzroutine 187 ermittelt die Differenz des mittels des Antriebsaggregats 26 erzeugten Ist-Drehmoments MI_i , i = 26 um die Drehachse 18 mit der überlagerten Positionierungsstellgröße SD_i , i = 26 und dem entsprechenden Solldämpfungsdrehmoment M_D⊥₂₆. Diese Differenz bildet eine Regelgröße für die Momentregelstufe 188, die damit eine Dämpfungsstellgrößen DS_i , i = 90 für das Stellglied 90 des Antriebsaggregats 26 zu generiert, das schließlich an die Überlagerungsroutine 161 abgegeben wird.
Die 13 zeigt ein Schema einer zu der vorstehend beschriebenen ersten Steuereinrichtung alternativen weiteren Steuereinrichtung 86' für das Steuern der Bewegung des Verteilermasts 20 mit einer Controllerbaugruppe 89' in einem weiteren Großmanipulator, dessen Aufbau dem Aufbau des anhand der 1 bis 4 beschriebenen Großmanipulators entspricht. Auch dieser Großmanipulator enthält einen an einem Mastbock 30 schwenkbaren Knickmast 32, der an einem fahrzeugfesten Gestell 16 aufgenommen ist und der um eine fahrzeugfeste Hochachse 18 an einem Drehgelenk 28 gedreht werden kann.
Soweit die Baugruppen und Elemente der weiteren Steuereinrichtung 86' den Baugruppen und Elementen der ersten Steuereinrichtung 86 entsprechen, sind diese durch die gleichen Bezugszeichen kenntlich gemacht.
Auch in dem weiteren Großmanipulator dient die weitere Steuereinrichtung 86' für das Steuern der Bewegung der Mastarme des Knickmasts 32. Die weitere Steuereinrichtung 86' steuert die Bewegung des Knickmasts 32 mit Hilfe von Stellgliedern 90, 92, 94, 96, 98, 100 für die den Knickgelenken 34, 36, 38, 40, 42 und dem Drehgelenk 28 zugeordneten Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82 und 84.
Durch programmgesteuerte Aktivierung der Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82 und 84, die den Gelenkachsen 54, 56, 58, 60 und 62 sowie der Drehachse 18 einzeln zugeordnet sind, ist der Knickmast 32 in unterschiedlichen Distanzen und/oder Höhendifferenzen zwischen der Betonierstelle 25 und dem Fahrzeugstandort entfaltbar (siehe z. B. 2 und 3).
Der Mastführer steuert auch hier den Verteilermast 20 z. B. mittels einer Steuerbaugruppe 85 mit einem Steuergerät 87. Das Steuergerät 87 ist als eine Fernsteuerung ausgebildet und enthält Bedienorgane 83 für das Verstellen des Verteilermasts 20 mit dem Knickmast 32, die Steuersignale S erzeugt, die einer Controllerbaugruppe 89 zuführbar sind.
Die Steuersignale S werden über eine Funkstrecke 91 zu einem fahrzeugfesten Funkempfänger 93 übertragen, der ausgangsseitig über ein z. B. als CAN-Bus ausgebildetes Bussystem 95 an die Controllerbaugruppe 89 angeschlossen ist.
Die Steuereinrichtung 86' enthält eine in der 13 gezeigte Einrichtung 102 zum Ermitteln der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ in der durch die Drehachse 18 und die Mastspitze 64 definierten, zu dem Knickmast 32 parallelen Ebene in einem Koordinatensystem 104, das zu dem Gestell 16 referenziert ist. Die Einrichtung 102 zum Ermitteln der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ weist einen an dem Mastarm 52 angeordneten Beschleunigungssensor 106 auf, der mit einer Auswertestufe 108 kombiniert ist. Aus dem Signal v̇_|| des Beschleunigungssensors 106 wird in der Controllerbaugruppe 89' mittels Integration über die Zeit die vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ in der zu dem Knickmast 32 parallelen, im Regelfall vertikalen Ebene bestimmt, in der die Drehachse 18 des Mastbocks 30 und die Mastspitze 64 liegen.
Darüber hinaus enthält die Steuereinrichtung 86' eine Einrichtung 110 zum Ermitteln der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ in der zu der Drehachse 18 des Mastbocks 30 senkrechten Ebene, in der sich die Mastspitze 64 befindet. Die Einrichtung 110 zum Ermitteln der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ weist einen an dem Mastarm 52 angeordneten Beschleunigungssensor 112 auf, der mit einer Auswertestufe 114 kombiniert ist. Aus dem Signal v̇_⊥ des Beschleunigungssensors 112 wird in der Controllerbaugruppe 89' die horizontale Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ in der zu der Drehachse 18 des Mastbocks 30 senkrechten Ebene bestimmt, die im Regelfall horizontal ist.
Zu bemerken ist, dass in einer weiteren, zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform alternativen Ausführungsform des Großmanipulators zusätzlich oder alternativ zu Einrichtungen 102, 110 zum Ermitteln der Mastspitzengeschwindigkeit auch eine Einrichtung vorgesehen sein kann, die für das Ermitteln der Geschwindigkeit einer von der Mastspitze 64 des Knickmasts 32 verschiedenen Mastarmstelle eines der Mastarme dient. Zu bemerken ist darüber hinaus, dass grundsätzlich auch mehrere Einrichtungen vorgesehen sein können, die für das Ermitteln der Geschwindigkeit einer von der Mastspitze 64 des Knickmasts 32 verschiedenen Mastarmstelle eines der Mastarme dienen. Insbesondere kann der Großmanipulator hierfür Beschleunigungssensoren 106', 112' aufweisen, die an den Mastarmen 44, 46, 48 und 50 des Knickmasts 32 angeordnet sind (siehe 2).
Zu bemerken ist außerdem, dass in einer weiteren, alternativen Ausführungsform des Großmanipulators vorgesehen sein kann, dass die Controllerbaugruppe 89' die mit einer Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit einer Mastarmstelle eines Mastarms ermittelte Geschwindigkeit eines Abschnitts eines Mastarms erhält, z. B. die Geschwindigkeit der Mastspitze, ohne dass diese in der Controllerbaugruppe 89' berechnet werden muss.
Die Steuereinrichtung 86' enthält außerdem eine Einrichtung 116 zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 mit Winkelsensoren 118, 120, 122, 124, 126 und 199 sowie eine Einrichtung 128 zum Ermitteln des Drehwinkels ε_i , i = 18 um die Hochachse 18 des Drehgelenks 28 mit einem Winkelsensor 129.
In der Steuereinrichtung 86' gibt es Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148, die den als Hydraulikzylinder ausgebildeten Antriebsaggregaten 26, 68, 78, 80, 82 und 84 zugeordnet sind. Diese Drucksensoren dienen für das Messen des stangengenseitigen Drucks p_Si, i = 130, 134, 138, 142, 146 und des kolbenseitigen Drucks p_Ki i = 132, 136, 140, 144, 148 des Hydrauliköls. Die Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148 ermöglichen das Bestimmen der Ist-Kraft F_i , i = 68, 78, 80, 82, 84, die mittels der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 erzeugt und in die Mastarme 44, 46, 48, 50, 52 des Knickmasts 32 eingeleitet wird.
Für das als ein hydraulischer Drehantrieb ausgebildete Antriebsaggregat 26 weist die Steuereinrichtung 86' einen Drehmomentsensor 150 auf, der für das Erfassen des mittels des Drehantriebs in den Mastbock 30 als Drehmoment eingeleiteten Ist-Moments M_i , i=18 ausgelegt ist.
Die Controllerbaugruppe 89' dient für das Ansteuern der Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98, 100 der Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82 und 84. Die Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98, 100 sind als Proportionalwechselventile ausgebildet, die mit ihren Ausgangsleitungen 101, 103 bodenseitig und stangenseitig an die als doppelwirkende Hydraulikzylinder bzw. als Hydraulikmotor gestalteten Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82 und 84 angeschlossen sind.
Die Controllerbaugruppe 89' erzeugt aufgrund der Steuersignale S aus der Steuerbaugruppe 85 Stellsignale SW_i , i = 90, 92, 94, 96, 98 und 100 für die Stellglieder der Antriebsaggregate des Verteilermasts 20. Die Posen des Verteilermasts 20 werden durch Auswerten der Stellung der mittels der Winkelsensoren 118, 120, 122, 124 und 126 erfassten Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 mittels der Winkelsensoren 118, 120, 122, 124 und 126 und des mittels des Winkelsensors 129 erfassten Drehwinkels ε_i , i = 18 des Mastbocks 30 um die Drehachse 18 durch Ansteuern der Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98, 100 auf mit der Steuerbaugruppe 85 vorgebbare Sollwerte W_Soll geregelt.
Die Controllerbaugruppe 89' hat eine Eingaberoutine 152, mittels der die Einrichtung 102 zum Ermitteln der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥, die Einrichtung 110 zum Ermitteln der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ in einer zu der Drehachse 18 des Mastbocks 30 senkrechten Ebene und die Einrichtung 116 zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i , i = 18 der Knickgelenke 34, 36, 38, 40, 42 mit den Winkelsensoren 118, 120, 122, 124 und 126 und die Einrichtung 128 zum Ermitteln des Drehwinkels ε_i , i = 18 um die Hochachse 18 des Drehgelenks 28 mit dem Winkelsensor 129 fortlaufend mit einer Taktzeit t1 abgefragt wird. Erfindungsgemäß ist die Taktzeit t1 sehr viel kleiner als die charakteristische Periode T_G einer Grundschwingung des Verteilermasts. Von Vorteil ist es, wenn die Taktzeit t1 auch sehr viel kleiner als eine charakteristische Periode T_n einer ersten, zweiten, dritten oder auch höheren Oberschwingung des Verteilermasts ist.
Die Eingaberoutine 152 erhält auch fortlaufend die stangen- und kolbenseitigen Drücke p_Si, p_Ki als Signale der Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148. Mittels der Eingaberoutine 152 werden außerdem die Steuersignale S aus der Steuerbaugruppe 85 eingelesen.
Die Controllerbaugruppe 89' weist außerdem einen Routinenkomplex 153 mit einer Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 und einer Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine 1155 sowie einer Verteilermastregelroutine 1156 auf. Die Verteilermast-Bedämpfungsroutinen 1154, 1155 und die Routinen in dem Routinenkomplex 153 mit der Verteilermastregelroutine 1156 arbeiten im Takt der Prozessoruhr 192 und werden in der Controllerbaugruppe 89' aufgerufen.
In der Controllerbaugruppe 89' gibt es eine Ausgaberoutine 162, die auf die Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98 und 100 Stellsignale SW_i , i = 90, 92, 94, 96, 98, 100 ausgibt. Die Verteilermastregelroutine 1156 führt der Ausgaberoutine 162 geregelte Posenwerte PGi zu.
Die 6 ist eine vergrößerte Ansicht der Controllerbaugruppe 89'. Die 7, 8, 9 und 10 dienen der Erläuterung des Regelalgorithmus der Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 und der Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine 1155 in der Controllerbaugruppe 89'.
Die Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 erhält von der Eingaberoutine 152 mit der Taktzeit t2 ≥ t1 die Signale p_Si, p_Ki der Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148. Die Taktzeit t2 genügt dabei bevorzugt folgender Beziehung: T_G >> t2.
Der Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 werden außerdem die mittels der Einrichtung 116 erfassten Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 und die mittels der Einrichtung 102 ermittelte vertikale Mastspitzengeschwindigkeit v_∥, mit der Taktzeit t2 ≥ t1 von der Eingaberoutine 152 zugeführt. In die Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 werden darüber hinaus in einem Datenspeicher abgelegte Konfigurationsdaten des Großmanipulators aus der Gruppe stangenseitige Zylinderflächen Aki und bodenseitigen Zylinderflächen Asi mit der Taktzeit t2 ≥ t1 von der Eingaberoutine 152 eingespeist.
In der Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 gibt es eine Einrichtung 176 für das Berechnen der Ist-Kraft F_i , die mittels der Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82 und 84 jeweils erzeugt wird. Die Einrichtung 176 für das Berechnen der Ist-Kraft F_i erhält hierfür die Signale p_Si, p_Ki der Drucksensoren 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148 und berechnet aus diesen anhand der stangen- und bodenseitigen Zylinderflächen Aki, Asi der Kolben in den Hydraulikzylindern jeweils die von einem Antriebsaggregat 26, 68, 78, 80, 82 und 84 bereitgestellte Ist-Kraft F_i .
In einer Berechnungsstufe 1174 in der Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 werden die berechneten Ist-Kräfte F_i anhand der ermittelten Gelenkwinkeln ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 und anhand der bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts 20 in Ist-Momente M_i überführt.
Aus diesen Ist-Momenten M_i werden dann in einer Kraftberechnungsstufe 1172 anhand der Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 und aus den bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts 20, insbesondere aus der Länge l_i der Mastarme 44, 46, 48, 50 und 52, eine an der Mastspitze 64 angreifende vertikale Kraft F_|| bestimmt.
Die Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 enthält eine Sollgeschwindigkeits-Berechnungsstufe 1166. Die Sollgeschwindigkeits-Berechnungsstufe 1166 überführt die berechnete, an der Mastspitze 64 angreifende vertikale Kraft F_|| durch Division mit einer empirischen Konstante D_∥, in eine vertikale Soll-Geschwindigkeit v_||Soll der Mastspitze 64.
Die Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 weist außerdem eine Differenzroutine 1177 auf. In der Differenzroutine 1177 wird die vertikale Soll-Geschwindigkeit v_||Soll der Mastspitze 64 einem Vergleich mit der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ unterzogen, die in der Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 entweder durch eine zeitliche Integration des Signals v̇_|| des Beschleunigungssensors 106 als Wert der Mastspitzenbeschleunigung in der Integrationsstufe 181 berechnet wird oder die der Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 als eine Messgröße zugeführt wird.
Die Differenzroutine 1177 bildet aus der vertikalen Soll-Geschwindigkeit v_||Soll der Mastspitze 64 und der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥ den vertikalen Vergleichswert Δv_|| als die Differenz zwischen der vertikalen Soll-Geschwindigkeit v_||Soll der Mastspitze 64 und der vertikalen Mastspitzengeschwindigkeit v_∥.
Der vertikale Vergleichswert Δv_|| wird dann in der Controllerbaugruppe 89' einem Differenzglied 165 in dem Routinenkomplex 153 zugeführt. Das Differenzglied 165 erhält die von dem Mastführer an dem Bedienorgan 83 der Steuerbaugruppe 85 eingestellte vertikale Vorgabe-Mastspitzengeschwindigkeit v_∥v mit der Taktzeit t2 ≥ t1 von der Eingaberoutine 152. Aufgabe des Differenzglieds 165 ist es, aus der vertikalen Vorgabe-Mastspitzengeschwindigkeit v_∥v und dem vorstehend definierten vertikalen Vergleichswert Δv_|| die Differenz zu bilden und diese Größe als eine vertikale Vorgabe-Mastspitzen-Sollgeschwindigkeit v_||V-SOLL einer Vertikal-Rückwärtstransformationsroutine 157 in dem Routinenkomplex 153 der Controllerbaugruppe 89 zuzuführen.
Die Vertikal-Rückwärtstransformationsroutine 157 überführt die Vorgabe-Mastspitzen-Sollgeschwindigkeit v_||V-SOLL anhand der mit der Taktzeit t2 ≥ t1 von der Eingaberoutine 152 zugeführten Gelenkwinkel ε_i der Gelenke und anhand bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts 20, insbesondere der Länge l_i der Mastarme 44, 46, 48, 50 und 52, und anhand der von dem Mastführer an dem Bedienorgan 83 der Steuerbaugruppe 85 eingestellten vertikale Vorgabe-Mastspitzengeschwindigkeit v_∥v in eine entsprechende Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇_iRück der Knickgelenke 34, 36 38, 40, 42.
Diese Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i _Rück wird dann in der Controllerbaugruppe 89 einer als Integrationsstufe ausgebildeten Winkelgeschwindigkeits-Berechnungsstufe 163 in dem Routinenkomplex 153 zugeführt, welche die Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i _Rück über ein konstantes Zeitintervall Δt zu einem Sollwinkel ε_{i_soll} , i = 34, 36, 38, 40, 42 integriert, d. h. zu den Sollwerten für die Winkel ε_i der Mastarme 44, 46, 48, 50 und 52, um sie dann in dem Sollwertspeicher 193 in dem Routinenkomplex 153 abzulegen. Diese Sollwerte der Winkel ε_i der Mastarme 44, 46, 48, 50 und 52 definieren Mastposen des Verteilermasts 20.
Aus diesem Sollwertspeicher 193 werden die Posensollwerte ε_PSi fortlaufend der Verteilermastregelroutine 1156 zugeführt.
Die Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine 1155 erhält von der Eingaberoutine 152 mit der Taktzeit t2 ≥ t1 von der Eingaberoutine 152 die Signale des Drehmomentsensors 150 für das Erfassen des mittels des Drehantriebs in den Mastbock 30 als Drehmoment eingeleiteten Ist-Moments M_i , i=18.
In einer Berechnungsstufe 175 in der Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine 1155 wird das Ist-Moment M_i , i=18 anhand der ermittelten Gelenkwinkel ε_i , i = 34, 36, 38, 40, 42 und anhand der bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts 20 in eine an der Mastspitze 64 des Verteilermasts angreifende horizontale Kraft F⊥ überführt.
Die Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine 1155 enthält eine Sollgeschwindigkeits-Berechnungsstufe 1166. Die Sollgeschwindigkeits-Berechnungsstufe 1166 überführt die berechnete, an der Mastspitze 64 angreifende horizontale Kraft F⊥ mittels Division durch eine empirisch ermittelte Konstante D⊥ in eine horizontale Soll-Geschwindigkeit V⊥_Soll der Mastspitze 64.
Die Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine 1155 weist außerdem eine Differenzroutine 179 auf. In der Differenzroutine 179 wird die horizontale Soll-Geschwindigkeit V⊥_Soll der Mastspitze 64 einem Vergleich mit der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ unterzogen, die in der Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 entweder durch eine zeitliche Integration des Signals v̇_⊥ des Beschleunigungssensors 112 als Wert der Mastspitzenbeschleunigung in der Integrationsstufe 181 berechnet oder die alternativ hierzu der Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine 1154 als eine Messgröße zugeführt wird.
Die Differenzroutine 179 bildet aus der horizontalen Soll-Geschwindigkeit V⊥_Soll der Mastspitze 64 und der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥ den horizontalen Vergleichswert Δv⊥ als die Differenz zwischen der horizontalen Soll-Geschwindigkeit V⊥_Soll der Mastspitze 64 und der horizontalen Mastspitzengeschwindigkeit v⊥.
Der horizontale Vergleichswert Δv⊥ wird dann in der Controllerbaugruppe 89' einem weiteren Differenzglied 165' in dem Routinenkomplex 153 zugeführt. Das Differenzglied 165' erhält die von dem Mastführer an dem Bedienorgan 83 der Steuerbaugruppe 85 eingestellte horizontale Vorgabe-Mastspitzengeschwindigkeit v⊥_V mit der Taktzeit t2 ≥ t1 von der Eingaberoutine 152.
Aufgabe des weiteren Differenzglieds 165' ist es, aus der mit der Taktzeit t2 ≥ t1 von der Eingaberoutine 152 bereitgestellten horizontalen Vorgabe-Mastspitzengeschwindigkeit v⊥_V und dem vorstehend definierten horizontalen Vergleichswert Δv⊥ die Differenz zu bilden und diese Größe, die einer Kreisbogengeschwindigkeit der Mastspitze 64 entspricht, als eine horizontale Vorgabe-Mastspitzen-Sollgeschwindigkeit v⊥_V-SOLL einer Horizontal-Rückwärtstransformationsroutine 159 in dem Routinenkomplex 153 der Controllerbaugruppe 89' zuzuführen.
Die Horizontal-Rückwärtstransformationsroutine 159 überführt die Vorgabe-Mastspitzen-Sollgeschwindigkeit v⊥_V-SOLL anhand der mit der Taktzeit t2 ≥ t1 von der Eingaberoutine 152 zugeführten Gelenkwinkel ε_i der Gelenke und anhand bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts 20 in eine entsprechende Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇₁₈ _Rück des Drehgelenks 28 um die Hochachse 18.
Diese Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇₁₈ _Rück wird dann in der Controllerbaugruppe 89' einer weiteren als Integrationsstufe ausgebildeten Winkelgeschwindigkeits-Berechnungsstufe 163' in dem Routinenkomplex 153 zugeführt, welche die Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇̇̇_18Rück über ein konstantes Zeitintervall Δt zu einem Sollwinkel ε_18Rück integriert, um diesen dann ebenfalls in dem Sollwertspeicher 193 abzulegen.
Aus diesem Sollwertspeicher 193 werden die Posensollwerte PS_i fortlaufend der Verteilermastregelroutine 1156 zugeführt.
Die Verteilermastregelroutine 1156 erhält von der Eingaberoutine 152 Posenistwerte PI_i in Form von mittels der Winkelsensoren 118, 120, 122, 124, 126, 129 erfassten Istwerte der Winkel ε_i . Mittels eines in der Verteilermastregelroutine 1156 implementierten Regelkreises werden in der Controllerbaugruppe 89 dann aus den Posenistwerten PI_i und den Posensollwerten PS_i die Positionierungsstellgrößen SD_i , i = 90, 92, 94, 96, 98, 100 für die Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98 und 100 der Antriebsaggregate 26, 68, 78, 80, 82 und 84 bestimmt.
Die Positionierungsstellgrößen SD_i , i = 90, 92, 94, 96, 98, 100 für die Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98 und 100 werden einer Ausgaberoutine 162 zugeführt. Diese leitet entsprechende Stellsignale SWi, i = 92, 94, 96, 98, 100, die als Steuersignale aus den Positionierungsstellgrößen SD_i gebildet sind, zu den Stellgliedern 92, 94, 96, 98 und 100.
Zu bemerken ist, dass in einer alternativen Ausführungsform der Controllerbaugruppe 89 vorgesehen sein kann, dass die Routinen in dem Routinenkomplex 153 nur jedes n-te von der Eingaberoutine 152 mit der Taktzeit t1 bereitgestellte Signal aus der Gruppe Posenistwerte PI_i , Signale p_Si, p_Ki der Drucksensoren, vertikale Vorgabe-Mastspitzengeschwindigkeit v_∥V, Gelenkwinkel ε_i der Gelenke, etc. berücksichtigen.
Indem die Taktzeit t2 der Beziehung: T_G >> t2 genügt oder indem für jedes n-te von der Eingaberoutine 152 mit der Taktzeit t1 bereitgestellte Signal aus der vorgenannten Gruppe gilt: T_G >> n t1, lässt sich ein Rechenzeit optimierendes Laufzeitverhalten der der Routinen in der Controllerbaugruppe 89' erzielen, die für das aktive Bedämpfen von unerwünschten Schwingungen des Großmanipulators der Autobetonpumpe 10 dienen. Die Häufigkeit von Aufrufen der Vertikal-Rückwärtstransformationsroutine 157 und der Horizontal-Rückwärtstransformationsroutine 159 wird auf diese Weise minimiert und die Häufigkeit von Aufrufen der Eingaberoutine 152 sowie der Verteilermastregelroutine 1156 in der Controllerbaugruppe 89' wird auf diese Weise maximiert. Bei dem Großmanipulator bewirkt dies ein Optimieren des Laufzeitverhaltens insgesamt.
Zusammenfassend sind folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten: Ein Großmanipulator für Betonpumpen hat einen Verteilermast 20. Der Verteilermast 20 weist einen an dem Mastbock 30 aufgenommenen, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen 44, 46, 48, 50, 52 zusammengesetztem Knickmast 32 mit einer Mastspitze 64 und mit mehreren Gelenken 34, 36, 38, 40, 42 für das Verschwenken der Mastarme 44, 46, 48, 50, 52 gegenüber dem Mastbock 30 oder einem benachbarten Mastarm 44, 46, 48, 50, 52 auf und enthält eine Steuereinrichtung 86 für das Steuern der Bewegung des Knickmasts 32 mit Hilfe von Antriebsaggregatstellgliedern 90, 92, 94, 96, 98 100 für den Knickgelenken 34, 36, 38, 40, 42 jeweils zugeordnete Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82, 94. Der Großmanipulator enthält eine Einrichtung 102 zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ und/oder horizontalen Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm 44, 46, 48, 50, 52 in einem zu dem Gestell 16 referenzierten Koordinatensystem 104. Er hat außerdem eine Einrichtung zum Ermitteln der Gelenkwinkel 116 der Gelenke 34, 36, 38, 40, 42. Die Steuereinrichtung 86 steuert die Bewegung des Knickmasts 32 durch Bereitstellen von Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder 90, 92, 94, 96, 98, 100 der Antriebsaggregate 68, 78, 80, 82, 84, die von einer mittels der Einrichtung 102 zum Ermitteln einer vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ und/oder horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung 116 zum Ermitteln der Gelenkwinkel der Gelenke 34, 36, 38, 40, 42 ermittelten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke 34, 36, 38, 40, 42 und/oder von einem Drehwinkel ε₁₈ des Mastbocks 30 um eine Hochachse 18 sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät 87 erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts 20 abhängen.
Bezugszeichenliste

10: Autobetonpumpe
12: Transportfahrzeug
14: Dickstoffpumpe
16: fahrzeugfestes Gestell
18: Drehachse (Hochachse)
20: Verteilermast
22: Betonförderleitung
24: Aufgabebehälter
25: Betonierstelle
26: Antriebsaggregat
28: Drehgelenk
30: Mastbock
32: Knickmast
34, 36, 38, 40, 42: Knickgelenke
44, 46, 48, 50, 52: Mastarme
54, 56, 58, 60, 62: Gelenkachsen
64: Mastarmstelle, z. B. Mastspitze
66: Endschlauch
68: Antriebsaggregat
70: Zylinderpartie
72: Zylinderstange
74: Hebelelement
76: Lenkerelement
77: Doppelpfeil
78, 80, 82, 84: Antriebsaggregat
83: Bedienorgan
85: Steuerbaugruppe
86, 86': Steuereinrichtung
87: Steuergerät
89, 89': Controllerbaugruppe
90, 92, 94, 96, 98, 100: Stellglieder
91: Funkstrecke
93: Funkempfänger
95: Bussystem
101: Ausgangsleitung
102: Einrichtung zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit
103: Ausgangsleitung
104: Koordinatensystem
106, 106': Beschleunigungssensor
108: Auswertestufe / Rechnerstufe
110, 110': Einrichtung zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit
112, 112': Beschleunigungssensor
114: Auswertestufe
116: Einrichtung zum Ermitteln der Gelenkwinkel
118, 120, 122, 124, 126: Winkelsensor
128: Einrichtung zum Ermitteln des Drehwinkels
129: Winkelsensor
130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148: Drucksensor
150: Drehmomentsensor
152: Eingaberoutine
153: Routinenkomplex
154, 154': Verteilermastbedämpfungsroutine
155, 155': Verteilermastbedämpfungsroutine
156: Verteilermastregelroutine
157: Vertikal-Rückwärtstransformationsroutine
158: Verteilermastposensollwertroutine
159: Horizontal-Rückwärtstransformationsroutine
160, 160': Überlagerungsroutine
161, 161': Überlagerungsroutine
162: Ausgaberoutine
163, 163': Winkelgeschwindigkeits-Berechnungsstufe
164: Berechnungsstufe
165, 165': Differenzglied
166: Dämpfungskraftberechnungsstufe
168: Optimierstufe
170: Zerlegungsstufe
172: Achsmomentberechnungsstufe
174: Berechnungsstufe
175: Berechnungsstufe
176: Einrichtung zum Ermitteln der Ist-Kraft
177: Differenzroutine
178: Regelstufe
179: Differenzroutine
181: Integrationsstufe
182: Berechnungsstufe
184: Dämpfungskraftberechnungsstufe
186: Drehmomentberechnungsstufe
187: Differenzroutine
188: Momentregelstufe
192: Prozessoruhr
193: Sollwertspeicher
194: Differenzroutine
196: Zero-Order-Hold-Filter
198: Regelstufe
199: Winkelsensor
1154: Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine
1155: Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine
1156: Verteilermastregelroutine
1166: Sollgeschwindigkeits-Berechnungsstufe
1172: Kraftberechnungsstufe
1174: Berechnungsstufe
1177: Differenzroutine
Aki: stangenseitige Zylinderflächen
Asi: bodenseitigen Zylinderflächen
D_∥: empirischen Konstante
D⊥: empirisch ermittelte Konstante
D_∥, D⊥: Dämpfungskonstante
DS_i: Dämpfungsstellgröße
F_D∥, bzw. F_D⊥: Dämpfungskraft
F_D∥i: Komponentensolldämpfungskraft
F_D: Solldämpfungskraft
FD_i: Komponentensolldämpfungskräfte
F_i: Ist-Kraft
F_∥: vertikale Kraft
F⊥: horizontale Kraft
FD_i: Komponentensolldämpfungskraft
l_i: Länge
MD_i: Komponentensolldämpfungsmoment
m_i: Masse
M_i: Ist-Moment
MI_i: Ist-Drehmoment
MS_i: Soll-Drehmoment
M_D⊥: Solldämpfungsdrehmoment
n_i: apparatespezifisch gewählte Parameter
p_Ki: kolbenseitiger Druck
PS_i: stangenseitiger Druck
PGi: Posenwerte
PI_i: Posenistwert
PS_i: Posensollwert
S: Steuersignal
SD_i: Positionierungsstellgröße
SW_i: Stellsignal
v_∥: vertikale Mastspitzengeschwindigkeit
v_||Soll: vertikale Soll-Geschwindigkeit
v_∥V: Vorgabe-Mastspitzengeschwindigkeit
v_||V-SOLL: vertikale Vorgabe-Mastspitzen-Sollgeschwindigkeit
v⊥_V-SOLL: horizontale Vorgabe-Mastspitzen-Sollgeschwindigkeit
v⊥: horizontale Mastspitzengeschwindigkeit
v⊥_Soll: horizontale Soll-Geschwindigkeit
v⊥_V: horizontale Vorgabe-Mastspitzengeschwindigkeit
W_Soll: Sollwert
ε_i: Winkel
ε̇_i: Ist-Winkelgeschwindigkeit
ε_18Rück: Sollwinkel
ε̇_i Rück: Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit
ε̇₁₈ Rück: Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit
ε_{i_soll}: Sollwinkel
ε_PSi: Posensollwerte
v̇_||: Signal des Beschleunigungssensors 106
v̇_⊥: Signal des Beschleunigungssensors 112
Δv_∥: vertikaler Vergleichswert
Δt: konstantes Zeitintervall
Δv⊥: horizontalen Vergleichswert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1319110 B1 [0002]

Claims

Großmanipulator für Betonpumpen, mit einem Verteilermast (20), mit einem an einem Mastbock (30) aufgenommenen, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen (44, 46, 48, 50, 52) zusammengesetztem Knickmast (32) mit einer Mastspitze (64) und mit mehreren Gelenken (34, 36, 38, 40, 42) für das Verschwenken der Mastarme (44, 46, 48, 50, 52) gegenüber dem Mastbock (30) oder einem benachbarten Mastarm (44, 46, 48, 50, 52), sowie mit einer Steuereinrichtung (86) für das Steuern der Bewegung des Knickmasts (32) mit Hilfe von Antriebsaggregatstellgliedern (90, 92, 94, 96, 98, 100) für den Knickgelenken (34, 36, 38, 40, 42) jeweils zugeordnete Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84), gekennzeichnet durch eine Einrichtung (102) zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm (44, 46, 48, 50, 52), und eine Einrichtung (116) zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42), wobei die Steuereinrichtung (86) die Bewegung des Knickmasts (32) durch Bereitstellen von Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder (90, 92, 94, 96, 98, 100) der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) steuert, die von einer mittels der Einrichtung (102) zum Ermitteln einer vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung (116) zum Ermitteln der Gelenkwinkel der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42) ermittelten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42) sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät (87) erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts (20) abhängen.
Großmanipulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der Einrichtung (102) zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit einer Mastarmstelle und mit der Einrichtung (116) zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42) gekoppelte Controllerbaugruppe (89) für das Steuern der Antriebsaggregatsstellglieder (90, 92, 94, 96, 98, 100), die eine Verteilermastbedämpfungsroutine (154, 155) enthält, (i) die aus der mittels der Einrichtung (102) zum Ermitteln einer vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle eine Dämpfungskraft FD_∥ bestimmt; (ii) die die ermittelte Dämpfungskraft F_D∥ in den einzelnen Gelenken (34, 36, 38, 40, 42) zugeordnete Komponentendämpfungskräfte aufteilt; und (iii) die für das Ansteuern der Antriebsaggregatsstellglieder (92, 94, 96, 98, 100) zum Bedämpfen des Knickmasts (32) aus den Komponentendämpfungskräften und den mittels der Einrichtung (116) zum Ermitteln der Gelenkwinkel der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42) ermittelten Gelenkwinkel ε_i für die den Knickgelenken (34, 36, 38, 40, 42) zugeordneten Antriebsaggregate (26, 68, 78, 80, 82, 84) sowie bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts (20) zum Bedämpfen des Knickmasts (32) Dämpfungsstellgrößen DS_i für das Ansteuern der Antriebsaggregatsstellglieder (92, 94, 96, 98, 100) bestimmt, die in die Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder (90, 92, 94, 96, 98, 100) der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) eingehen.
Großmanipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilermastbedämpfungsroutine (154, 155) aus der einem Gelenk (34, 36, 38, 40, 42) zugeordneten Komponentendämpfungskraft und aus dem ermittelten Gelenkwinkel des Gelenks (34, 36, 38, 40, 42) eine mittels des dem Gelenk (34, 36, 38, 40, 42) zugeordneten Antriebsaggregats (26, 68, 78, 80, 82, 84) erzeugbare Komponentensolldämpfungskraft FD_i oder ein mittels des dem Gelenk (34, 36, 38, 40, 42) zugeordneten Antriebsaggregats (26, 68, 78, 80, 82, 84) erzeugbares Komponentensolldämpfungsmoment MD_i bestimmt.
Großmanipulator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (176) zum Ermitteln einer mittels des dem Gelenk (34, 36, 38, 40, 42) zugeordneten Antriebsaggregats (78, 80, 82, 84) erzeugten Ist-Kraft F_i oder eines mittels des dem Gelenk (34, 36, 38, 40, 42) zugeordneten Antriebsaggregats (78, 80, 82, 84) erzeugten Ist-Moments M_i.
Großmanipulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilermastbedämpfungsroutine (154, 155) eine Regelstufe (178) enthält, die für das Antriebsaggregat (26, 68, 78, 80, 82, 84) die Dämpfungsstellgrößen DS_i zum Bedämpfen des Verteilermasts (20) aus einem Vergleich der mittels des Antriebsaggregats (26, 68, 78, 80, 82, 84) erzeugten Ist-Kraft F_i mit der zu erzeugenden Komponentensolldämpfungskraft FD_i oder aus einem Vergleich des mittels des Antriebsaggregats (26, 68, 78, 80, 82, 84) erzeugten Ist-Moments M_i mit dem zu erzeugenden Komponentensolldämpfungsmoment MD_i bestimmt.
Großmanipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Controllerbaugruppe (89) eine Verteilermastposensollwertroutine (158) enthält, welche die Steuersignale S des Steuergeräts (87) in Posensollwerte PS_i in Form von Sollwerten der Gelenkwinkel ε_i der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42) des Verteilermasts (20) übersetzt.
Großmanipulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Controllerbaugruppe (89) eine Verteilermastregelroutine (156) enthält, die aus Posenistwerten PI_i in Form von der Controllerbaugruppe (89) zugeführten Ist-Werten der Gelenkwinkel ε_i der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42) des Verteilermasts (20) und den Posensollwerten PS_i die Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder (90, 92, 94, 96, 98, 100) der Antriebsaggregate (26, 68, 78, 80, 82 und 84) bestimmt.
Großmanipulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilermastregelroutine (156) die Differenz von Posenistwerten PI_i und Posensollwerten PS_i bestimmt, diese Differenz in einem Zero-Order-Hold-Filter (196) verarbeitet und als eine Regelgröße einer als Pl-Regler ausgebildeten Regelstufe (198) zuführt, welche die Positionierungsstellgrößen SD_i ausgibt.
Großmanipulator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Controllerbaugruppe (89) eine Überlagerungsroutine (160) für das Überlagern der Dämpfungsstellgrößen DS_i und der Positionierungsstellgrößen SD_i zu Stellsignalen SW_i für die Stellglieder (92, 94, 96, 98, 100) der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) aufweist.
Großmanipulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsroutine (160) als eine Addierroutine ausgebildet ist, die den Positionierungsstellgrößen SD_i die Dämpfungsstellgrößen DS_i aufaddiert.
Großmanipulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (176) für das Berechnen der mittels der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) erzeugten Ist-Kräfte F_i oder Ist-Momente M_i, wobei die Steuereinrichtung (86) eine Controllerbaugruppe (89) mit einer Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine (1154) enthält, der die ermittelten, mittels der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) erzeugten Ist-Kräfte F_i oder Ist-Momente M_i, sowie die ermittelte vertikale Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle und die ermittelten Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) fortlaufend zugeführt werden, wobei die Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine (1154) aus den zugeführten Ist-Kräften F_i oder Ist-Momenten M_i und den zugeführten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke sowie bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts (20) eine an der Mastarmstelle (64) angreifende vertikale Kraft F_|| bestimmt, die an der Mastarmstelle (64) angreifende vertikale Kraft F_|| in eine vertikale Soll-Geschwindigkeit v_∥Soll der Mastarmstelle (64) überführt; aus der vertikalen Soll-Geschwindigkeit v_∥Soll der Mastarmstelle (64) und der ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle (64) einen vertikalen Vergleichswert Δv_∥ bestimmt, den vertikalen Vergleichswert Δv_∥ durch eine Rückwärtstransformation anhand der zugeführten Gelenkwinkel ε_i der Gelenke und anhand bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts (20) in eine Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i _Rück der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) überführt, und wobei die Verteilermast-Vertikal-Bedämpfungsroutine (1154) eine Verteilermastregelroutine (1156) enthält, welche die durch Rückwärtstransformation erhaltene Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i _Rück der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) mit einer der Verteilermastregelroutine zugeführten Ist-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) vergleicht und aus diesem Vergleich die Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder (90, 92, 94, 96, 98, 100) der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) ermittelt.
Großmanipulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (87) der Controllerbaugruppe (89) Steuersignale S zuführt, die in der Controllerbaugruppe (89) in Posensollwerte PS_i in Form von Sollwerten der Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) des Verteilermasts (20) übersetzt werden.
Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (102) zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle an wenigstens einem Mastarm (44, 46, 48, 50, 52) zum Ermitteln der Geschwindigkeit der Mastspitze (64) des Knickmasts (32) ausgelegt ist.
Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (102) zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle (64) an wenigstens einem Mastarm (44, 46, 48, 50, 52) einen an dem Mastarm (44, 46, 48, 50, 52) angeordneten Geschwindigkeitssensor und/oder Beschleunigungssensor (106, 112) und/oder einen die Stellung des Mastarms (44, 46, 48, 50, 52) zur Richtung der Schwerkraft erfassenden Winkelsensor enthält.
Großmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mastbock (30) auf einem Gestell (16) angeordnet ist und um eine Hochachse (18) gedreht werden kann, wobei die Steuereinrichtung (86) für das Steuern einer Drehbewegung des Mastbocks (30) um die Hochachse (18) mit Hilfe von wenigstens einem Stellglied (90) für ein dem Mastbock (30) zugeordnetes Antriebsaggregat (26) ausgelegt ist, wobei eine Einrichtung (110) zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle in einer zu der Hochachse (18) senkrechten Ebene und in einem zu dem Gestell (16) referenzierten Koordinatensystem (104) sowie eine Einrichtung (128) zum Ermitteln des Drehwinkels ε₁₈ des Mastbocks (30) um die Hochachse (18) vorgesehen ist, und wobei die Steuereinrichtung (86) die Bewegung des Knickmasts (32) durch Bereitstellen von Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das wenigstens eine Stellglied (90) für das dem Mastbock (30) zugeordnete Antriebsaggregat (26) steuert, die von einer mittels der Einrichtung (110) zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung (128) zum Ermitteln des Drehwinkels ε₁₈ des Mastbocks (30) um die Hochachse (18) sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät (87) erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts (20) abhängen.
Großmanipulator für Betonpumpen, mit einem auf einem Gestell (16) angeordneten, an dem Gestell (16) um eine Hochachse (18) drehbaren Mastbock (30), mit einem Verteilermast (20) mit einem an dem Mastbock (30) aufgenommenen, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen (44, 46, 48, 50, 52) zusammengesetztem Knickmast (32) mit einer Mastspitze (64) und mit mehreren Knickgelenken (34, 36, 38, 40, 42) für das Verschwenken der Mastarme (44, 46, 48, 50, 52) um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen gegenüber dem Mastbock (30) oder einem benachbarten Mastarm (44, 46, 48, 50, 52), sowie mit einer Steuereinrichtung (86) für das Steuern der Bewegung des Knickmasts (32) um die Hochachse (18) mit Hilfe eines Stellglieds (90) eines der Hochachse (18) zugeordneten Antriebsaggregats (26), gekennzeichnet durch eine Einrichtung (110) zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle in einer zu der Hochachse (18) senkrechten Ebene und in einem zu dem Gestell (16) referenzierten Koordinatensystem (104) sowie eine Einrichtung (128) zum Ermitteln des Drehwinkels ε₁₈ des Mastbocks (30) um die Hochachse (18), wobei die Steuereinrichtung (86) die Bewegung des Knickmasts (32) durch Bereitstellen von Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das wenigstens eine Stellglied (90) für das dem Mastbock (30) zugeordnete Antriebsaggregat (26) steuert, die von einer mittels der Einrichtung (110) zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung (128) zum Ermitteln des Drehwinkels ε₁₈ des Mastbocks (30) um die Hochachse (18) sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät (87) erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts (20) abhängen.
Großmanipulator nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine mit der Einrichtung (110) zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ und mit der Einrichtung (116) zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) gekoppelte Controllerbaugruppe (89) für das Steuern der Stellglieder (90, 92, 94, 96, 96, 100), die eine Verteilermast-Bedämpfungsroutine (1154, 1155) aufweist, die (i) aus der mit der Einrichtung (110) zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ ermittelten horizontalen Geschwindigkeit des Abschnitts des wenigstens einen Mastarms (44, 46, 48, 50, 52) eine Dämpfungskraft F_D⊥ bestimmt; und (ii) aus dieser Dämpfungskraft F_D⊥ und aus den mit der Einrichtung (116) zum Ermitteln der Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) ermittelten Gelenkwinkeln ε_i sowie aus bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts (20) für das dem Mastbock (30) zugeordnete Antriebsaggregat (26) zum Bedämpfen des Knickmasts (32) Dämpfungsstellgrößen DS_i bestimmt, die in die Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das Ansteuern des wenigstens einen Stellglieds (90) für das dem Mastbock (30) zugeordnete Antriebsaggregat (26) eingehen.
Großmanipulator nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (176) für das Berechnen der mittels des der Hochachse (18) zugeordneten Antriebsaggregates (26) erzeugten Ist-Kraft F_i oder Ist-Moments M_i, wobei die Steuereinrichtung (86) eine Controllerbaugruppe (89) mit einer Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine (1155) enthält, der die ermittelte, mittels des der Hochachse (18) zugeordneten Antriebsaggregates (26) erzeugte Ist-Kraft F_i oder das ermittelte, mittels des der Hochachse (18) zugeordneten Antriebsaggregates (26) erzeugte Ist-Moment M_i sowie die ermittelte horizontale Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle und die ermittelten Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) fortlaufend zugeführt werden, wobei die Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine (1155) aus der zugeführten Ist-Kraft F_i oder dem zugeführten Ist-Moment M_i und den zugeführten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke sowie bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts (20) eine an der Mastarmstelle angreifende horizontale Kraft F⊥ bestimmt, die an der Mastarmstelle angreifende horizontale Kraft F⊥ in eine horizontale Soll-Geschwindigkeit v⊥_Soll der Mastarmstelle (64) überführt; aus der horizontalen Soll-Geschwindigkeit v⊥_Soll der Mastarmstelle (64) und der ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle (64) einen horizontalen Vergleichswert Δv⊥ bestimmt, den horizontalen Vergleichswert Δv⊥ durch eine Rückwärtstransformation anhand der zugeführten Gelenkwinkel ε_i der Gelenke und anhand bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts (20) in eine Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇₁₈ _Rück des Mastbocks (30) um dessen Hochachse (18) überführt, und wobei die Verteilermast-Horizontal-Bedämpfungsroutine (1155) eine Verteilermastregelroutine (1156) enthält, welche die durch Rückwärtstransformation erhaltene Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇₁₈ _Rück des Mastbocks (30) um dessen Hochachse (18) mit einer der Verteilermastregelroutine zugeführten Ist-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) vergleicht und aus diesem Vergleich die Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das der Hochachse (18) zugeordnete Antriebsaggregat (26) ermittelt.
Großmanipulator nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mastarmstelle eine Mastspitze (64) des Knickmasts (32) ist.
Großmanipulator nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (110) zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle (64) an wenigstens einem Mastarm (44, 46, 48, 50, 52) einen an dem Mastarm (44, 46, 48, 50, 52) angeordneten Geschwindigkeitssensor und/oder Beschleunigungssensor (106', 112') und/oder einen die den Drehwinkel des Mastbocks (30) um die Hochachse (18) erfassenden Winkelsensor (129) enthält.
Verfahren zur Dämpfung mechanischer Schwingungen eines Knickmasts (32) eines Großmanipulators für Betonpumpen, mit einem Verteilermast (20) mit einem an einem Mastbock (30) aufgenommenen, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen (44, 46, 48, 50, 52) zusammengesetztem Knickmast (32) mit einer Mastspitze (64) und mit mehreren Knickgelenken (34, 36, 38, 40, 42) für das Verschwenken der Mastarme (44, 46, 48, 50, 52) um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen gegenüber dem Mastbock (30) oder einem benachbarten Mastarm (44, 46, 48, 50, 52), sowie mit einer Steuereinrichtung (86) für das Steuern der Bewegung des Knickmasts (32) mit Hilfe von Stellgliedern (90, 92, 94, 96, 98, 100) für den Knickgelenken (34, 36, 38, 40, 42) jeweils zugeordnete Antriebsaggregate (26, 68, 78, 80, 82, 84), dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle (64) in einer zu dem Knickmast (32) parallelen Ebene und in einem zu dem Gestell (16) referenzierten Koordinatensystem (104) ermittelt wird, die Gelenkwinkel der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) ermittelt werden, und Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder (90, 92, 94, 96, 98, 100) der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) erzeugt werden, die von einer mittels der Einrichtung (102) zum Ermitteln einer vertikalen Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung (116) zum Ermitteln der Gelenkwinkel der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42) ermittelten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke (34, 36, 38, 40, 42) sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät (87) erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts (20) abhängen.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass (i) aus der ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle (64) eine Dämpfungskraft F_D∥ bestimmt wird; (ii) die ermittelte Dämpfungskraft F_D∥ in den einzelnen Knickgelenken (34, 36, 38, 40, 42) zugeordnete Komponentendämpfungskräfte aufgeteilt wird; sowie (iii) aus den Komponentendämpfungskräften und aus den ermittelten Gelenkwinkeln ε_i für die den Knickgelenken (34, 36, 38, 40, 42) zugeordneten Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) sowie aus bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts (20) zum Bedämpfen der Mastarme (44, 46, 48, 50, 52) bestimmte Dämpfungsstellgrößen DS_i für das Steuern der Antriebsaggregatsstellglieder (92, 94, 96, 98, 100) zum Bedämpfen des Knickmasts (32) bereitgestellt werden, die in die Positionierungsstellgrößen SD_i für die Stellglieder (90, 92, 94, 96, 98, 100) der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) eingehen.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) erzeugten Ist-Kräfte F_i oder Ist-Momente M_i ermittelt werden, aus den ermittelten Ist-Kräften F_i oder Ist-Momenten M_i und den ermittelten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke sowie bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts (20) eine an der Mastarmstelle (64) angreifende vertikale Kraft F_∥ bestimmt wird, die vertikale Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle (64) an wenigstens einem Mastarm (44, 46, 48, 50, 52) ermittelt wird, und die an der Mastarmstelle (64) angreifende vertikale Kraft F_|| in eine vertikale Soll-Geschwindigkeit v_∥Soll der Mastarmstelle (64) überführt wird; aus der vertikalen Soll-Geschwindigkeit v_∥Soll der Mastarmstelle (64) und der ermittelten vertikalen Geschwindigkeit v_∥ der Mastarmstelle (64) ein vertikaler Vergleichswert Δv_∥ bestimmt wird, und der vertikale Vergleichswert Δv_∥ durch eine Rückwärtstransformation anhand der zugeführten Gelenkwinkel ε_i der Gelenke und anhand bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts (20) in eine Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i _Rück der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) überführt wird, wobei die durch Rückwärtstransformation erhaltene Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeiten ε̇_i _Rück der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) mit den Ist-Winkelgeschwindigkeiten ε̇_i der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) verglichen werden und aus diesem Vergleich Positionierungsstellgrößen SDi für die Stellglieder (90, 92, 94, 96, 98, 100) der Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass als vertikale Geschwindigkeit v_∥ einer Mastarmstelle die vertikale Geschwindigkeit v_∥ der Mastspitze ermittelt wird.
Verfahren zur Dämpfung mechanischer Schwingungen eines Knickmasts (32) in einem Großmanipulator für Betonpumpen, mit einem auf einem Gestell (16) angeordneten, an dem Gestell (16) um eine Hochachse (18) drehbaren Mastbock (30), mit einem Verteilermast (20) mit einem an dem Mastbock (30) aufgenommenen, aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen (44, 46, 48, 50, 52) zusammengesetzten Knickmast (32) mit einer Mastspitze (64) und mit mehreren Knickgelenken (34, 36, 38, 40, 42) für das Verschwenken der Mastarme (44, 46, 48, 50, 52) um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen gegenüber dem Mastbock (30) oder einem benachbarten Mastarm (44, 46, 48, 50, 52), sowie mit einer Steuereinrichtung (86) für das Steuern der Bewegung des Knickmasts (32) um die Hochachse (18) mit Hilfe eines Stellglieds (90, 92, 94, 96, 98, 100) eines der Hochachse (18) zugeordneten Antriebsaggregats (26), dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle in einer zu der Hochachse (18) senkrechten Ebene und in einem zu dem Gestell (16) referenzierten Koordinatensystem (104) ermittelt wird, und die Gelenkwinkel der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) ermittelt werden, wobei die Bewegung des Knickmasts (32) durch Bereitstellen von Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das wenigstens eine Stellglied (90) für das dem Mastbock (30) zugeordnete Antriebsaggregat (26) gesteuert wird, die von einer mittels der Einrichtung (110) zum Ermitteln der horizontalen Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle und von mittels der Einrichtung (128) zum Ermitteln des Drehwinkels ε₁₈ des Mastbocks (30) um die Hochachse (18) sowie von mittels einer von einem Mastführer betätigbaren Steuergerät (87) erzeugten Steuersignalen S zum Verstellen des Verteilermasts (20) abhängen.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass (i) aus der ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ eine Dämpfungskraft F_D⊥ bestimmt wird; und (ii) aus dieser Dämpfungskraft F_D⊥ und aus den ermittelten Gelenkwinkeln ε_i für die den Knickgelenken (34, 36, 38, 40, 42) zugeordneten Antriebsaggregate (68, 78, 80, 82, 84) sowie aus bekannten physikalischen Größen des Verteilermasts (20) zum Bedämpfen des Knickmasts (32) Dämpfungsstellgrößen DS_i bestimmt werden, die in die Positionierungsstellgrößen SD₉₀ für das wenigstens eine Stellglied (90) für das dem Mastbock (30) zugeordnete Antriebsaggregat (26) eingehen.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des der Hochachse (18) zugeordneten Antriebsaggregates (26) erzeugte Ist-Kraft F_i oder das mittels des der Hochachse (18) zugeordneten Antriebsaggregates (26) erzeugte Ist-Moment M_i, die horizontale Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle (64) an wenigstens einem Mastarm (44, 46, 48, 50, 52), und der Gelenkwinkel ε_i der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) und der Drehwinkels ε₁₈ des Mastbocks (30) um dessen Hochachse (18) ermittelt werden, wobei aus der Ist-Kraft F_i oder dem zugeführten Ist-Moment M_i und den zugeführten Gelenkwinkeln ε_i der Gelenke sowie bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts (20) eine an der Mastarmstelle (64) angreifende horizontale Kraft F⊥ bestimmt wird, die an der Mastarmstelle (64) angreifende horizontale Kraft F⊥ in eine horizontale Soll-Geschwindigkeit v⊥_Soll der Mastarmstelle (64) überführt, aus der horizontalen Soll-Geschwindigkeit v⊥_Soll der Mastarmstelle (64) und der ermittelten horizontalen Geschwindigkeit v⊥ der Mastarmstelle (64) ein horizontaler Vergleichswert Δv⊥ bestimmt, der horizontale Vergleichswert Δv⊥ durch eine Rückwärtstransformation anhand der zugeführten Gelenkwinkel ε_i der Gelenke und anhand bekannter physikalischer Größen des Verteilermasts (20) in eine Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇₁₈ _Rück des Mastbocks (30) um dessen Hochachse (18) überführt, und wobei die durch Rückwärtstransformation erhaltene Rückwärtstransformations-Winkelgeschwindigkeit ε̇₁₈ _Rück des Mastbocks (30) um dessen Hochachse (18) mit einer der Verteilermastregelroutine zugeführten Ist-Winkelgeschwindigkeit ε̇_i der Knickgelenke (34, 36, 38, 40, 42) verglichen und aus diesem Vergleich die Positionierungsstellgrößen SD₁₈ für das dem Mastbock (30) zugeordnete Antriebsaggregat (26) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass als horizontale Geschwindigkeit v⊥ einer Mastarmstelle die horizontale Geschwindigkeit v⊥ der Mastspitze (64) ermittelt wird.