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DE3513007C2 - - Google Patents

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Publication number
DE3513007C2
DE3513007C2 DE19853513007 DE3513007A DE3513007C2 DE 3513007 C2 DE3513007 C2 DE 3513007C2 DE 19853513007 DE19853513007 DE 19853513007 DE 3513007 A DE3513007 A DE 3513007A DE 3513007 C2 DE3513007 C2 DE 3513007C2
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DE
Germany
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trolley
values
rope
speed
control
Prior art date
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Application number
DE19853513007
Other languages
German (de)
Other versions
DE3513007A1 (en
Inventor
Seiji Yokohama Kanagawa Jp Yasunobu
Katsumi Fuchu Tokio/Tokyo Jp Kawano
Shoji Kawasaki Kanagawa Jp Miyamoto
Hiroaki Hikari Yamaguchi Jp Yabu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Priority claimed from JP7085184A external-priority patent/JPS60218290A/en
Priority claimed from JP59070852A external-priority patent/JPS60218291A/en
Priority claimed from JP9028284A external-priority patent/JPS60236991A/en
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of DE3513007A1 publication Critical patent/DE3513007A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE3513007C2 publication Critical patent/DE3513007C2/de
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/04Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
    • B66C13/063Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads electrical

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Krans gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for automatic Control of a crane according to the preamble of claim 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-Z.: Hebezeuge und Fördermittel, 1983, H. 7, S. 206 bis 209, bekannt.Such a method is from DE-Z .: hoists and Fördermittel, 1983, H. 7, pp 206-209.

Mit dem Begriff "Kran" ist im folgenden ein Kran der in Fig. 1 gezeigten Art gemeint, nämlich ein Kran, bei dem eine Laufkatze 11 auf einer horizontalen Ebene beweglich ist und ein Seil 12 von der Laufkatze 11 mit der daran befestigten Last 13 herabhängt, wobei das Seil eingezogen und abgelassen wird.In the following, the term "crane" means a crane of the type shown in FIG. 1, namely a crane in which a trolley 11 is movable on a horizontal plane and a rope 12 hangs from the trolley 11 with the load 13 attached thereto , pulling in and out the rope.

Der in Fig. 1 schematisch gezeigte Kran wird automatisch so betrieben, daßThe crane shown schematically in Fig. 1 is operated automatically so that

  • (1) die Laufkatze 11 innerhalb einer möglichst kurzen Zeitspanne zum Bestimmungsort bewegt wird und(1) the trolley 11 is moved to the destination within the shortest possible period of time and
  • (2) der Kran so gesteuert wird, daß die Last 13 am Bestimmungsort aufhört zu schwingen.(2) the crane is controlled so that the load 13 stops swinging at the destination.

Im Prinzip geht die Steuerung zum Anhalten der Pendelbewegung so vonstatten, daß die Last 13 gegenüber der Laufkatze 11 nach vorn geschwenkt wird, wenn sich diese in der Nähe des Bestimmungsortes befindet, wodurch die Laufkatze 11 die Last 13 einholt, die annähernd bis zum Bestimmungsort ausgeschwungen ist und sich praktisch in Ruhe befindet. Darauf wird die Laufkatze stillgesetzt.In principle, the control for stopping the pendulum movement takes place in such a way that the load 13 is pivoted forwards with respect to the trolley 11 when this is in the vicinity of the destination, whereby the trolley 11 catches up with the load 13 , which has swung approximately to the destination and is practically at rest. The trolley is then stopped.

Bei herkömmlichen Vorrichtungen zum automatischen Steuern des Krans wird zunächst ein Geschwindigkeitsmuster festgelegt, dem die Laufkatze 11 folgen soll. Darauf wird die Geschwindigkeit der Laufkatze 11 entsprechend dem Geschwindigkeitsmuster gesteuert (s. Mita und Kanai: "Optimum Crane Operation Method by giving attention to a Maximum Speed of the Trolley" in einem Aufsatz der Association of Measurement and Automatic Control, Band 25, Nr. 6, 1979). Der Geschwindigkeitsverlauf wird durch eine derartige Berechnung so ermittelt, daß der Pendelwinkel des Seilsystems am Ende der Bewegung gleich Null ist.In conventional devices for automatically controlling the crane, a speed pattern is first established which the trolley 11 is to follow. The speed of the trolley 11 is then controlled according to the speed pattern (see Mita and Kanai: "Optimum Crane Operation Method by giving attention to a Maximum Speed of the Trolley" in an article by the Association of Measurement and Automatic Control, Volume 25, No. 6, 1979). The speed curve is determined by such a calculation that the pendulum angle of the cable system at the end of the movement is equal to zero.

Bei dieser bekannten Vorrichtung zum automatischen Betreiben und Steuern eines Krans wird der Geschwindigkeitsverlauf der Laufkatze zur Erzielung der vorstehend erwähnten Steueroperation durch ein geometrisches Verfahren oder ein Optimalsteuerverfahren ermittelt. Das Servosystem ist so ausgelegt, daß die Laufkatze dem vorgegebenen Geschwindigkeitsmuster folgt. Die größte Schwierigkeit bei dieser Vorrichtung besteht darin, daß das Steuer- oder Regelsystem für den Pendelwinkel des Seils eine offene Schleife darstellt. Deshalb ist es bei dem obigen bekannten automatischen Steuersystem nicht möglich, den Pendelwinkel des Seils zu korrigieren, wenn in dem Steuersystem Fehlerfaktoren vorhanden sind, beispielsweise die anfängliche Pendelbewegung, Windböen oder Zeitverzögerungen.In this known device for automatic operation and controlling a crane is the speed curve of the Trolley for achieving the above-mentioned control operation by a geometric method or an optimal control method determined. The servo system is designed so that the The trolley follows the given speed pattern. the The greatest difficulty with this device is that the control or regulation system for the swing angle of the rope represents an open loop. Therefore it is with the above known automatic control system does not allow the pendulum angle of the rope to correct if in the control system There are error factors, such as the initial one Pendulum motion, gusts of wind or time delays.

Wie vorstehend erwähnt, wurde bisher der automatiche Betrieb bei laufendem Kran so gesteuert, daß die Geschwindigkeit der Laufkatze automatisch derart eingestellt wurde, daß sie genau einem vorgegebenen Geschwindigkeitsmuster folgt. Das Geschwindigkeitsmuster wurde so festgelegt oder bestimmt, daß der Pendelwinkel des Seils am Ende der Laufstrecke bei konstanter Seillänge gleich Null ist. Die Last wird bei stillstehender Laufkatze auf- und abgenommen.As mentioned above, so far, the automatic operation has been used with the crane running so that the speed of the The trolley was automatically adjusted to be accurate follows a predetermined speed pattern. The speed pattern was set or determined so that the pendulum angle of the rope at the end of the run at a constant Rope length is zero. The load is at standstill Trolley up and down.

Daher ist die für einen Lastbewegungszyklus erforderliche Zeit gleich der Summe der Zeit, die zum Bewegen der Laufkatze, zum Anheben und Absenken der Last erforderlich ist. Werden diese Zeiten auch nur wenig vermindert, so kann bei großen Verlademengen viel Zeit eingespart werden.Therefore, it is the time required for one cycle of load movement equal to the sum of the time it took to move the trolley to Raising and lowering the load is required. Will this Times even only slightly reduced, this can be the case with large loads a lot of time can be saved.

Auch wenn die Geschwindigkeit der Laufkatze genau in der berechneten Weise eingestellt wird, kann das Seil oft infolge unerwarteter Einflüsse auspendeln, beispielsweise infolge von Windstößen, der anfänglichen Pendelbewegung oder Änderungen verschiedener Parameter. In solchen Fällen wird die Rest-Pendelbewegung nicht mehr gleich Null, wenn die Laufkatze stillgesetzt wird. Infolgedessen bewegt sich das die Last tragende Seil in einer Pendelbewegung weiter. Die Last kann jedoch nicht weiter gehandhabt werden, bis die Last in ausreichendem Maße ausgeschwungen ist, so daß viel Zeit verlorengeht. Insbesondere müssen die die Last darstellenden Container genau positioniert werden, so daß die Rest-Pendelbewegung ein ernstes Problem darstellt.Even if the speed of the trolley is exactly calculated Adjusted wisely, the rope can often result commute unexpected influences, for example as a result of Gusts of wind, the initial pendulum motion or changes different parameters. In such cases the rest of the pendulum motion becomes no longer zero when the trolley is stopped will. As a result, the one bearing the load moves Rope continues in a pendulum motion. The load can, however not be handled until the load is sufficient Dimensions has swung out, so that a lot of time is lost. In particular the containers representing the load must be precisely positioned so that the residual pendulum motion is a serious one Problem.

Aus der eingangs erwähnten DE-Z.: Hebezeuge und Fördermittel (1983), H. 7, S. 206 bis 209 ist ferner ein Verfahren zur Pendelwinkeldämpfung und Positionierung der Last bei Laufkatzen mit nicht starrer Lastaufhängung bekannt, bei der das Pendeln des Seils durch Regelung der Laufkatzengeschwindigkeit unterdrückt wird. Hierzu werden zwei unabhängige Rückkopplungsschaltungen verwendet, wobei die eine den momentanen Pendelwinkel auf einen Wegregler und die andere die Laufkatzengeschwindigkeit auf einen Geschwindigkeitsregler rückkoppelt, so daß die Last und die Laufkatze einem vorbestimmten Lastwegmuster bzw. einem vorbestimmten Laufkatzengeschwindigkeitsmuster folgen. D. h., der Wegregler sieht ein Befehlssignal zur Regelung des Lastweges und der Geschwindigkeitsregler ein anderes Signal zur Regelung der Laufkatzengeschwindigkeit vor. Diese beiden Befehlssignale werden zu einem Befehlssignal zusammengesetzt, mit dessen Hilfe die Laufkatze gesteuert wird.From the DE-Z mentioned at the beginning: Hoists and conveyors (1983), H. 7, pp. 206 to 209 is also a method for sway angle damping and positioning of the load on trolleys known with non-rigid load suspension, in which the pendulum of the rope is suppressed by regulating the speed of the trolley will. This is done using two independent feedback circuits used, one being the momentary pendulum angle on one travel controller and the other the trolley speed fed back to a speed controller, so that the load and the trolley follow a predetermined load path pattern or a predetermined trolley speed pattern follow. In other words, the position controller sees a command signal for regulation the load path and the speed controller are different Signal for regulating the trolley speed. These both command signals are combined into one command signal, with the help of which the trolley is controlled.

Aus der DE-OS 32 28 302 ist es ferner bekannt, jeden Wert der Beschleunigungskraft als eine Lösung von Differentialgleichungen zu erhalten. Das Verfahren zur Ermittlung des Steuerbefehls ist jedoch nicht vom Voraussagetyp.From DE-OS 32 28 302 it is also known to each value of Acceleration force as a solution of differential equations to obtain. The procedure for determining the control command however, it is not of the prediction type.

Aus der EP-89 662 A1 und der US-39 21 818 ist es ferner bekannt, die Seilpendelung durch Steuerung der Laufkatze entsprechend einem vorbestimmten Geschwindigkeitsmuster zu unterdrücken, wobei jedoch keine zeitliche Steuerung der Seillänge erfolgt.From EP-89 662 A1 and US-39 21 818 it is also known the rope oscillation by controlling the trolley accordingly suppress a predetermined speed pattern, however, there is no timing of the rope length he follows.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Seilpendelung optimaler gedämpft und die Laufkatze optimaler gesteuert werden kann.It is the object of the invention, the method of the aforementioned Kind of further training in such a way that the rope oscillation is more optimal dampened and the trolley controlled more optimally can.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich anhand der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5.The solution to this problem results from the characteristic Features of claim 1. Advantageous embodiments of these are the subject matter of subclaims 2 to 5.

Gemäß der Erfindung wird der zur Steuerung der Laufkatzengeschwindigkeit verwendete Steuerbefehl aus einer Vielzahl von bestimmten, untereinander unterschiedlichen Steuerbefehlen ausgewählt, nachdem die Ergebnisse der Steuerung aufgrund dieser bestimmten Steuerbefehle abgeschätzt wurden, falls diese der Laufkatze zugeführt werden. Außerdem wird die Entscheidung bezüglich des Steuerbefehls durchgeführt, indem sowohl die Geschwindigkeit oder die Halteposition der Laufkatze als auch der Pendelwinkel des Seils entsprechend einer vorbestimmten Regel, nämlich einer Schlußfolgerung aufgrund "unscharfer Werte", bestimmt wird.According to the invention is used to control the speed of the trolley used control command from a variety of certain, mutually different control commands selected after the results of the control due to this certain control commands were estimated, if these be fed to the trolley. Besides, the decision will be made regarding the control command carried out by both the speed or the stopping position of the trolley as well the swing angle of the rope corresponding to a predetermined one Rule, namely a conclusion based on "fuzzy Values ", is determined.

Im Hinblick auf die vorstehend genannte Schlußfolgerung aufgrund "unscharfer Werte" (die nachfolgend in der Beschreibung als "Bewertungswerte" (fuzzy values) bezeichnet sind) wird z. B. auf folgende Literatur verwiesen:In view of the above conclusion due to "fuzzy values" (which follow in the description are referred to as "fuzzy values") z. B. refer to the following literature:

  • - IEEE TRANSACTION ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS; Vol. SMC-3, No. 1 pp 28-44, January 1987. "Outline of a New approach to the Analysis of Complex Systems and Decision Process" by LOTFI A ZADEH;- IEEE TRANSACTION ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS; Vol. SMC-3, No. 1 pp 28-44, January 1987. "Outline of a New approach to the Analysis of Complex Systems and Decision Process "by LOTFI A ZADEH;
  • - Automatica Vol. 13 pp 235-242 Programm Press, 1977. "The Application of Fuzzy Control Systems to Industrial Process" by P. J. KING and E. H. MAMDANI; - Automatica Vol. 13 pp 235-242 Programm Press, 1977. "The Application of Fuzzy Control Systems to Industrial Process "by P.J. KING and E.H. MAMDANI;
  • - EP 92 832 A2.- EP 92 832 A2.

Erfindungsgemäß kann der Kran somit stabiler und mit hoher Geschwindigkeit automatisch gesteuert werden.According to the invention, the crane can thus be more stable and at high speed controlled automatically.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Kranes, Fig. 1 is a schematic illustration of a crane,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung, mit deren Hilfe das Verfahren durchgeführt wird, Fig. 2 is a block diagram of a first embodiment of a device, the process is carried out with the aid,

Fig. 3 und 4 Diagramme zur Erläuterung der Berechnung von Gewichtungs- oder Bewertungswerten, FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining the calculation of weighting or evaluation values,

Fig. 5 ein Fließbild zur Erläuterung der Verarbeitung, Fig. 5 is a flowchart for explaining the processing,

Fig. 6 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform, Fig. 6 is a block diagram of a second embodiment,

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung des Vorgehens zur Berechnung der Bewertungswerte, Fig. 7 is a diagram for explaining the procedure for calculating the evaluation values,

Fig. 8 ein Phasendiagramm zur Erläuterung des Prinzips zum Anhalten der Pendelbewegung, Fig. 8 is a phase diagram for explaining the principle for stopping the oscillating motion,

Fig. 9 im Diagramm das Prinzip der Berechnung der Rest-Pendelbewegung, Fig. 9 in the diagram, the principle of calculation of the residual swing movement,

Fig. 10 das Blockschaltbild einer weiteren Vorrichtung zum automatischen Betreiben und Steuern des Krans, Fig. 10 is a block diagram of another device for automatically operating and controlling the crane,

Fig. 11 im Diagramm die Form einer unterteilten Funktion, Fig. 11 in the diagram in the form of a subdivided function,

Fig. 12 ein Fließbild zur Erläuterung des Verarbeitungsablaufs, Fig. 12 is a flowchart for illustrating the processing flow,

Fig. 13 ein schematisches Modelldiagramm eines Krans, für das sich das Verfahren eignet, Fig. 13 is a schematic model diagram of a crane to which the method is suitable,

Fig. 14 das Diagramm der Laufkatzengeschwindigkeit, Fig. 14, the diagram of the trolley speed,

Fig. 15 ein Phasendiagramm der Winkelgeschwindigkeit und des Pendelwinkels des Seils, Fig. 15 is a phase diagram of the angular velocity and the swing angle of the rope,

Fig. 16 das Diagramm einer unterteilten Funktion, die zur Ermittlung der Bewertungswerte verwendet wird, Fig. 16 shows the diagram of a split function, which is used to determine the evaluation values,

Fig. 17 das Blockschaltbild einer weiteren Vorrichtung zum automatischen Betreiben und Steuern eines Krans, Fig. 17 is a block diagram of another device for automatically operating and controlling a crane,

Fig. 18 ein Fließbild zur Erläuterung des Vorgehens beim Auf- und Abwickeln des Seils, Fig. 18 is a flowchart for explaining the procedure during winding and unwinding of the rope,

Fig. 19 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips zur Unterdrückung der Pendelbewegung des Seils und Fig. 19 is a diagram for explaining the principle of suppressing the oscillating movement of the rope and

Fig. 20 ein Fließbild zur Erläuterung der Steuerung der Seillänge. Fig. 20 is a flow chart for explaining the control of the rope length.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur automatischen Steuerung eines Krans, die beim erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung findet. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung 1 zur Messung des Pendelwinkels des Seilsystems, eine Einrichtung 2 zur Berechnung des vorhandenen Pendelwinkels R (t) aufgrund eines zuvor gemessenen Pendelwinkels und eine Einrichtung 3 zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit (t), die das Zeitdifferential eines Pendelwinkels auf der Grundlage des zuvor gemessenen Pendelwinkels darstellt. Fig. 2 shows the block diagram of a first embodiment of a device for the automatic control of a crane, which is used in the method according to the invention. The device contains a device 1 for measuring the pendulum angle of the cable system, a device 2 for calculating the existing pendulum angle R (t) based on a previously measured pendulum angle and a device 3 for calculating the angular velocity (t) , which is the time differential of a pendulum angle on the basis of the previously measured pendulum angle.

Ein Tacho-Generator 4 dient zur Messung der Geschwindigkeit des Laufkatzensystems. Eine Recheneinrichtung 5 dient zur Berechnung der Geschwindigkeit V(t) der Laufkatze 11 aus vom Tacho-Generator 4 erhaltenen Impulsen, eine Recheneinrichtung 6 dient zur Berechnung der Beschleunigung α (t) der Laufkatze 11 in der gleichen Weise wie mittels der Recheneinrichtung 5 und eine Meßeinrichtung 7 dient zur Erfassung des Gewichtes m der aufzunehmenden Last. Ein Mikro-Computer 8 dient zur Berechnung des Steuerbefehls u(t) auf der Grundlage der zuvor erwähnten Daten und eine Steuereinrichtung 9 dient zur Steuerung der Laufkatze 11. A tachometer generator 4 is used to measure the speed of the trolley system. A computing device 5 is used to calculate the speed V (t) of the trolley 11 from pulses received from the tachometer generator 4 , a computing device 6 is used to calculate the acceleration α (t) of the trolley 11 in the same way as by means of the computing device 5 and a Measuring device 7 is used to detect the weight m of the load to be picked up. A micro-computer 8 is used to calculate the control command u (t) on the basis of the aforementioned data, and a control device 9 is used to control the trolley 11 .

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Berechnung von auf die Laufkatzengeschwindigkeit bezogenen Bewertungswerten. Fig. 3 is a diagram for explaining the calculation of evaluation values related to the trolley speed.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Berechnung von auf die Pendelbewegung des Seilsystems bezogenen Bewertungswerten ("fuzzy values"). Fig. 4 shows a diagram for explaining the calculation of the pendulum motion of the cable system related evaluation values ( "fuzzy values").

Der Mikro-Computer 8 arbeitet nach dem in Fig. 6 gezeigten Programm, das in vorbestimmten Intervallen, z. B. 100 ms gestartet wird.The micro-computer 8 operates according to the program shown in FIG. B. 100 ms is started.

Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 wird anhand der Fig. 3 bis 6 erläutert.The mode of operation of the exemplary embodiment in FIG. 3 is explained with reference to FIGS. 3 to 6.

Beim Start des Programms werden die von den Meßeinrichtungen 2 bis 6 ermittelten Werte des Seilsystems, nämlich der Pendelwinkel R (t), die Winkelgeschwindigkeit (t), die Laufkatzengeschwindigkeit V(t), die Beschleunigung α (t) und das von der Meßeinrichtung 7 gemessene Gewicht m der Last eingegeben (Schritt 21). Darauf wird eine Geschwindigkeit V Z berechnet, wobei der gegenwärtige Steuerbefehl u(t) für Δ T Sekunden beibehalten wird. Geschwindigkeiten V P und V N werden bei um Δ u erhöhtem Steuerbefehl (Schritt 22) nach den folgenden Gleichungen berechnet:When the program starts, the values of the cable system determined by the measuring devices 2 to 6 , namely the pendulum angle R (t) , the angular speed (t) , the trolley speed V (t) , the acceleration α (t) and that of the measuring device 7 measured weight m of the load entered (step 21). A speed V Z is then calculated, the current control command u (t) being maintained for Δ T seconds. Velocities V P and V N are calculated with the control command increased by Δ u (step 22) according to the following equations:

Darauf wird die Laufgeschwindigkeit der Laufkatze als Bewertungswert ermittelt. Hier wird angenommen, daß die Laufkatzengeschwindigkeit aus zwei Bewertungstermen besteht, nämlich einem Bewertungswert (µ V 1) in einem Bereich von Toleranzgeschwindigkeiten und einem Bewertungsterm (µ V 2), der mit einer Sollgeschwindigkeit übereinstimmt.The running speed of the trolley is then determined as an evaluation value. It is assumed here that the trolley speed consists of two evaluation terms, namely an evaluation value (μ V 1 ) in a range of tolerance speeds and an evaluation term (μ V 2 ) which corresponds to a target speed.

Eine den Berwertungsterm darstellende, in Abschnitte unterteilte Funktion kann beispielsweise in der im folgenden beschriebenen Weise definiert werden. Wenn x einen Geschwindigkeitsfehler bedeutet und der zulässige Fehler innerhalb von ± 0,5 m/s liegt, ist eine den Bewertungsterm, der innerhalb eines zulässigen Bereiches folgen kann, darstellende unterteilte Funktion definiert als:A function that represents the evaluation term and is divided into sections can be defined, for example, in the manner described below. If x means a speed error and the allowable error is within ± 0.5 m / s, a subdivided function representing the evaluation term that can follow within an allowable range is defined as:

Die Funktion µ V 2 (x) des mit der Sollgeschwindigkeit übereinstimmende Bewertungsterms kann folgendermaßen definiert werden:The function µ V 2 (x) of the evaluation term that corresponds to the target speed can be defined as follows:

Der Bewertungswert C V für die laufende oder gegenwärtige Geschwindigkeit kann daher durch das Paar der beiden Funktionen µ V 1 (x) und µ V 2 (x) wiedergegeben werden. Wird der Steuerbefehl beibehalten oder um Δ u erhöht, so können die Bewertungswerte C VZ, C VP und C VN für die Geschwindigkeit aus den skalaren Größen V Z, V P und V N der laufenden Geschwindigkeit folgendermaßen (Schritt 23) gefunden werden, nachdem Δ T Sekunden abgelaufen sind, wie nach den Gleichungen (1), (2) und (3) berechnet:The evaluation value C V for the current or current speed can therefore be represented by the pair of the two functions µ V 1 (x) and µ V 2 (x) . If the control command is maintained or u is increased by Δ, the evaluation values C VZ, C VP and C VN for the speed of the scalar quantities V Z, V P and V N to the current speed as follows (step 23) are found after Δ T seconds have elapsed as calculated from equations (1), (2) and (3):

Darauf werden ähnlich wie die Laufkatzengeschwindigkeit, der Pendelwinkel R Z und die Winkelgeschwindigkeit Z aus dem Pendelwinkel R (t) und der Winkelgeschwindigkeit (t) des Seilsystems ermittelt, wenn der gegenwärtige Steuerbefehl u(t) für Δ T Sekunden aufrechterhalten wird. Die Pendelwinkel R P , R N und die Winkelgeschwindigkeiten N und N werden ermittelt, wenn der Steuerbefehl um Δ u erhöht wird.Similar to the trolley speed, the pendulum angle R Z and the angular speed Z are then determined from the pendulum angle R (t) and the angular speed (t) of the cable system if the current control command u (t) is maintained for Δ T seconds. The pendulum angles R P , R N and the angular speeds N and N are determined when the control command is increased by Δ u.

Die Bewegung des Seilsystems ergibt sich aus folgender Gleichung: The movement of the cable system results from the following Equation:

Darin sind die Winkelbeschleunigung des Pendelwinkels, g die Erdbeschleunigung, l die Länge des Seils und m das Gewicht des Seilsystems.Are in it the angular acceleration of the pendulum angle, G the acceleration due to gravity,l the length of the rope andm the weight of the rope system.

SindAre

undand

dann ergibt sich aus Gleichung (7):then it follows from equation (7):

Hierin ist √ eine natürliche Frequenz w. R Z und Z ergeben sich somit aus folgenden Gleichungen:Here √ is a natural frequency w . R Z and Z result from the following equations:

Darin sind:In it are:

Die Pendelwinkel R P und R N und die Winkelgeschwindigkeiten P und N können ebenfalls in der oben beschriebenen Weise ermittelt werden.The pendulum angles R P and R N and the angular velocities P and N can also be determined in the manner described above.

Aus den oben ermittelten Werten R und lassen sich die Rest-Pendelbewegungen γ Z , γ P und γ N nach folgenden Gleichungen ermitteln:From the values R and determined above, the remaining pendulum movements γ Z , γ P and γ N can be determined using the following equations:

Ferner kann die gegenwärtige Rest-Pendelbewegung γ aus der folgenden Gleichung ermittelt werden (Schritt 24):Furthermore, the current residual pendulum motion γ can be determined from the following equation (step 24):

Die Erhöhung oder Verminderung der Rest-Pendelbewegung werden als Bewertungswerte ermittelt. Es wird hier angenommen, daß die Rest-Pendelbewegung aus zwei Bewertungstermen besteht, nämlich (µ γ ₁), der annähernd der gleiche ist wie die gegenwärtige oder Ist-Größe und (µ γ ₂), der kleiner als die Ist-Größe ist. Das die Bewertungsterme darstellende Gleichungssystem kann beispielsweise in folgender Weise definiert werden. Bezeichnet man die Rest-Pegelbewegung mit γ und beträgt die Toleranz 0,005 rad, so kann die in Abschnitte unterteilte Funktion µ γ ₁(γ) des Bewertungsterms ähnlich der oben erwähnten Größe definiert werden:The increase or decrease in the residual pendulum movement are determined as evaluation values. It is assumed here that the residual pendulum movement consists of two evaluation terms, namely (µ γ ₁), which is approximately the same as the current or actual size and (µ γ ₂), which is smaller than the actual size. The equation system representing the evaluation terms can be defined in the following way, for example. If the residual level movement is denoted by γ and the tolerance is 0.005 rad, the function µ γ ₁ ( γ ) of the evaluation term, which is divided into sections, can be defined similar to the quantity mentioned above:

Die in Abschnitte unterteilte Funktion µ γ ₂(γ) des Bewertungsterms, der kleiner ist als die gegenwärtige Größe, kann definiert werden als:The subdivided function µ γ ₂ ( γ ) of the evaluation term, which is smaller than the current quantity, can be defined as:

Daher kann der Bewertungswert C γ der Rest-Pendelbewegung durch ein Paar zweier in Abschnitte unterteilter Funktionen µ γ ₁(γ) und µ γ ₂(γ) dargestellt werden. Wird der Steuerbefehl aufrechterhalten oder um Δ u erhöht, so lassen sich die Bewertungspunkte C γ Z , C γ P und C γ N für die Rest-Pendelbewegung folgendermaßen (Schritt 25) aus den skalaren Größen γ Z , γ P und γ N für die Rest-Pendelbewegung nach T Sekunden nach den Gleichungen (11) bis (13) ermitteln:Therefore, the evaluation value C γ of the residual pendulum motion can be represented by a pair of two functions µ γ ₁ ( γ ) and µ γ ₂ ( γ ) divided into sections. If the control command is maintained or increased by Δ u , the evaluation points C γ Z , C γ P and C γ N for the residual pendulum movement can be calculated as follows (step 25) from the scalar variables γ Z , γ P and γ N for the Determine the remaining pendulum motion after T seconds according to equations (11) to (13):

C γ Z = {C γ Z 1, C γ Z 2}
= {µ γ ₁(γ Z ), µ γ ₂(γ Z )}
C γ P = {C γ P 1, C γ P 2}
= {µ γ ₁(γ P ), µ γ ₂(γ P )}
C γ N = {C γ N 1, C γ N 2}
= {µ γ ₁(γ N ), µ γ ₂(γ N )}
C γ Z = { C γ Z 1 , C γ Z 2 }
= {µ γ ₁ ( γ Z ), µ γ ₂ ( γ Z )}
C γ P = { C γ P 1 , C γ P 2 }
= {µ γ ₁ ( γ P ), µ γ ₂ ( γ P )}
C γ N = { C γ N 1 , C γ N 2 }
= {µ γ ₁ ( γ N ), µ γ ₂ ( γ N )}

Die Steuerregel wird, gestützt auf die Bewertungsschätzung, in folgender Weise gewählt:The tax rule is based on the valuation estimate, chosen in the following way:

  • (1) Beibehaltung des gegenwärtigen Steuerbefehls, wenn sich die Pendelbewegung nicht ändert, während die Laufkatze innerhalb zulässiger Grenzen, gesteuert durch den gegenwärtigen Steuerbefehl u(t) läuft;(1) maintaining the current command if the pendulum motion does not change while the trolley is running within allowable limits controlled by the current command u (t) ;
  • (2) Erhöhung des Steuerbefehls um Δ u, wenn die Pendelbewegung abnimmt, während die Laufkatze innerhalb zulässiger Grenzen unter einem Steuerbefehl läuft, der um Δ u erhöht wurde;(2) increase the control command by Δ u if the pendulum motion decreases while the trolley is running within permissible limits under a control command which has been increased by Δ u ;
  • (3) Verminderung des Steuerbefehls um Δ u, wenn die Pendelbewegung abnimmt, während die Laufkatze innerhalb zulässiger Grenzen unter einem Steuerbefehl läuft, der um Δ u vermindert wurde,(3) Reduction of the control command by Δ u if the pendulum motion decreases while the trolley is running within permissible limits under a control command that has been reduced by Δ u,
  • (4) Erhöhung des Steuerbefehls um Δ u, wenn die Pendelbewegung sich nicht ändert, während die Laufkatze in Übereinstimmung mit einer Soll-Geschwindigkeit unter einem Steuerbefehl läuft, der um Δ u erhöht wurde,(4) increase the control command by Δ u if the pendulum motion does not change while the trolley is running in accordance with a target speed under a control command that has been increased by Δ u,
  • (5) Verminderung des Steuerbefehls um Δ u, wenn sich die Pendelbewegung nicht ändert, während die Laufkatze in Übereinstimmung mit einer Soll-Geschwindigkeit unter einem Steuerbefehl läuft, der um Δ u vermindert wurde.(5) Decreasing the command by Δ u when the pendulum motion does not change while the trolley is running in accordance with a target speed under a command that has been decreased by Δ u.

Die Bewertungsherleitung wird durch Wahl einer Steuerregel berechnet, die einen Maximalwert hat aus:The valuation is derived by choosing a tax rule calculated, which has a maximum value from:

(1) min (C VZ 1, C γ Z 1)(1) min (C VZ 1 , C γ Z 1 )

(2) min (C VP 1, C γ P 2)(2) min (C VP 1 , C γ P 2 )

(3) min (C VN 1, C γ N 2)(3) min (C VN 1 , C γ N 2 )

(4) min (C VP 2, C γ P 1)(4) min (C VP 2 , C γ P 1 )

(5) min (C VN 2, C γ N 1)(5) min (C VN 2 , C γ N 1 )

Darauf wird ein nach dieser Regel bestimmter Steuerbefehl erzeugt (Schritt 26).A control command determined according to this rule is then issued generated (step 26).

Mit der beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, den Kran so zu steuern, daß die Rest-Pendelbewegung des Seilsystems vermindert wird, während eine konstante Laufgeschwindigkeit des Laufkatzensystems beibehalten wird.With the described embodiment it is possible to control the crane so that the Residual pendulum motion of the cable system is reduced while a constant running speed of the trolley system is retained.

Bei dem im folgenden beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Steuerergebnisse der Steuerbefehle in Abhängigkeit von Werten solcher Parameter wie Position und Geschwindigkeit der Laufkatze, Pendelwinkel und Winkelgeschwindigkeit des Seils, als Bewertungswerte ermittelt. Aus diesen wird, statt der Herleitung der Regel gemäß der vorangegangenen Beschreibung, ein optimaler Steuerbefehl bestimmt.In the second embodiment described below the arrangement according to the invention are the control results of the control commands depending on the values of such Parameters such as position and speed of the trolley, Pendulum angle and angular speed of the rope, determined as evaluation values. This becomes, instead of the Derivation of the rule according to the previous description, an optimal control command is determined.

Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform, bei der mit 31 eine im folgenden als Mustergenerator bezeichnete Einrichtung, die die Soll-Geschwindigkeit V T, eine Soll-Beschleunigung α T, einen Soll-Pendelwinkel R T und eine Soll-Winkelgeschwindigkeit T aus der gemessenen Position X des Krans und dem Ablauf der Zeit berechnet, mit 32 eine Recheneinheit, die die Funktion der Einheiten 5 und 6 der Fig. 2 hat und dazu dient, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Laufkatze aus der gemessenen Position X des Kranes zu berechnen, und mit 33 eine Recheneinheit mit den Funktionen der Einheiten 2 und 3 der Fig. 2 bezeichnet ist, die die geschätzten oder vorausberechneten Werte R, des Ist- Pendelwinkels und der Ist-Geschwindigkeit aus dem gemessenen Pendelwinkel R des Seils berechnet. Fig. 6 shows the block diagram of a second embodiment, in which with 31 a device, referred to below as a pattern generator, the target speed V T , a target acceleration α T , a target pendulum angle R T and a target angular speed T from the measured position X of the crane and the expiry of the time are calculated, with 32 a computing unit which has the function of the units 5 and 6 of FIG. 2 and serves to calculate the speed and acceleration of the trolley from the measured position X of the crane, and 33 denotes a computing unit with the functions of units 2 and 3 of FIG. 2, which calculates the estimated or precalculated values R , the actual pendulum angle and the actual speed from the measured pendulum angle R of the rope.

Mit 41, 42 und 43 sind Einrichtungen zur Berechnung der Bewertungswerte, z. B. "Geschwindigkeitsabweichung positiv (VP)", "Geschwindigkeitsabweichung gleich Null (VZ)" und "Geschwindigkeitsabweichung negativ (VN)" aus einer Differenz Δ V zwischen der Laufkatzengeschwindigkeit V und einem Sollwert V T, mit 51, 52, 53 Einrichtungen zur Berechnung von Bewertungswerten wie "Beschleunigungsabweichungen positiv (α P)", "Beschleunigungsabweichung ist gleich Null (α Z)" und "Beschleunigungsabweichung negativ (α N)" aus einer Differenz Δα zwischen der Laufkatzenbeschleunigung α und der Soll-Beschleunigung α T , mit 61, 62, 63 Einrichtungen zur Berechnung von Bewertungswerten wie "Pendelwinkelabweichung positiv (R P)", "Pendelwinkelabweichung gleich Null (R Z)" und "Pendelwinkelabweichung negativ (R N)" aus einer Differenz ΔR zwischen dem Pendelwinkel R des Seils und einem Soll-Pendelwinkel R T , und mit 71, 72, 73 Einrichtungen zur Berechnung von Bewertungswerten wie "Winkelgeschwindigkeitsabweichung positiv (P)", "Winkelgeschwindigkeitsabweichung gleich Null (Z)" und "Winkelgeschwindigkeitsabweichung negativ (N)" aus der Differenz Δ zwischen Winkelgeschwindigkeit des Seils und einer Soll-Winkelgeschwindigkeit T bezeichnet. With 41, 42 and 43 facilities for calculating the evaluation values, z. B. "Speed deviation positive (VP) ", "Speed deviation equal to zero (VZ) " and "Speed deviation negative (VN) " from a difference Δ V between the trolley speed V and a target value V T , with 51, 52, 53 devices for calculation of evaluation values such as "acceleration deviations positive P)", "acceleration deviation is equal to zero Z)" and "negative N) acceleration deviation" α from a difference Δα between the trolley acceleration and the target acceleration α T, 61, 62, 63 Devices for calculating evaluation values such as "pendulum angle deviation positive ( R P) ", "pendulum angle deviation equal to zero ( R Z) " and "pendulum angle deviation negative ( R N) " from a difference ΔR between the pendulum angle R of the rope and a target Pendulum angle R T , and with 71, 72, 73 devices for calculating evaluation values such as "angular velocity deviation positive ( P) ", "angular velocity deviation equ I denote zero ( Z) "and" angular speed deviation negative ( N) "from the difference Δ between the angular speed of the rope and a target angular speed T.

Ferner ist mit 34 eine Bewertungs-Herleitungs- oder -Berechnungseinrichtung bezeichnet, die die Bewertungswerte für die Abweichung von den durch die Bewertungswert-Berechnungseinheiten 41 bis 73 ermittelten Soll-Werten berechnet, und zwar gestützt auf die Bewertungs-Steuerregeln, und die einen Änderungsbetrag Δ u im Steuerbefehl u schätzt oder ermittelt, mit 35 eine Steuerbefehls-Integrationseinrichtung, die den Betrag der Änderung Δ u im Steuerbefehl zum zuvorigen Steuerbefehl u hinzuaddiert, mit 36 eine Einrichtung zum Speisen und Steuern der Geschwindigkeit der Laufkatze und mit 37 einen Kran bezeichnet.Further, at 34 denotes an evaluation deriving or calculating means which calculates the evaluation values for the deviation from the target values determined by the evaluation value calculating units 41 to 73 based on the evaluation control rules, and which calculates a change amount Δ u in the control command u estimates or determines, with 35 a control command integration device which adds the amount of change Δ u in the control command to the previous control command u , with 36 a device for feeding and controlling the speed of the trolley and with 37 a crane.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtungen 41, 42, 43, die die Bewertungs- oder auch Tendenzwerte VP, VZ und VN in Abhängigkeit vom Geschwindigkeitsfehler berechnen. Fig. 7 shows a diagram for explaining the operation of the devices 41, 42, 43, which calculate the evaluation or trend values VP, VN and VN in response to the speed error.

Die Berechnung der Bewertungs- oder Schätzwerte VP, VZ und VN des Geschwindigkeitsfehlers Δ V wird anhand Fig. 7 beschrieben. Wenn der Geschwindigkeitsfehler Δ V eingegeben wird, erzeugt die VP-Recheneinheit 41 gemäß Fig. 7 einen Bewertungswert von 0,0, wenn Δ V ≦ 0, einen Bewertungswert, der sich von 0,0 bis 1,0 linear ändert, wenn 0 < Δ V < 0,4, und einen Bewertungswert von 1,0, wenn 0,4 ≦Δ V.The calculation of the evaluation or estimated values VP, VZ and VN of the speed error Δ V is described with reference to FIG. 7. If the speed error Δ V is input, the VP arithmetic unit 41 generates as shown in FIG. 7 an evaluation value of 0.0 if Δ V ≦ 0, an evaluation value which changes linearly from 0.0 to 1.0 if 0 < Δ V <0.4, and an evaluation value of 1.0 if 0.4 ≦ Δ V.

Die VZ-Recheneinheit 42 erzeugt einen Bewertungswert 0,0, wenn Δ V ≦ -0,5 und 0,5 ≦ Δ V, einen Bewertungswert, der sich von 0,0 bis 1,0 linear ändert, wenn -0,5 < Δ V < -0,1 und 0,1 < Δ V < 0,5 und einen Bewertungswert von 1,0, wenn -0,1 ≦Δ V ≦ 0,1.The VZ arithmetic unit 42 generates an evaluation value 0.0 when Δ V ≦ -0.5 and 0.5 ≦ Δ V , an evaluation value which changes linearly from 0.0 to 1.0 when -0.5 < Δ V <-0.1 and 0.1 < Δ V <0.5 and an evaluation value of 1.0 if -0.1 ≦ Δ V ≦ 0.1.

Die VN-Recheneinheit 43 erzeugt Bewertungs- oder Annäherungswerte, die zu den von der VP-Recheneinheit 41 erzeugten symmetrisch liegen. The VN arithmetic unit 43 generates evaluation or approximation values which are symmetrical to those generated by the VP arithmetic unit 41.

Wenn eine Geschwindigkeitsabweichung Δ V vorliegt, werden die Werte VP, VZ und VN aus den Recheneinheiten 41, 42, 43 erhalten, die die Bewertungswerte für die Geschwindigkeitsabweichung berechnen. Ist beispielsweise Δ V gleich 0,2 m/s, so ergeben sich Bewertungswerte VN = 0,5, VZ = 0,75 und VP = 0,0.If there is a speed deviation Δ V , the values VP, VZ and VN are obtained from the arithmetic units 41, 42, 43 , which calculate the evaluation values for the speed deviation. If, for example, Δ V is equal to 0.2 m / s, evaluation values VN = 0.5, VZ = 0.75 and VP = 0.0 result.

In gleicher Weise werden Bewertungswerte α P, α Z und α N der Beschleunigungsabweichung Δα, Bewertungswerte R P, R Z und R N der Pendelwinkelabweichung ΔR und Bewertungswerte P, Z, N der Winkelgeschwindigkeitsabweichung Δ ermittelt. Auf der Grundlage dieser Bewertungswerte wird die Größe der Änderung Δ u des Steuerbefehls durch die Recheneinrichtung 34 ermittelt oder geschätzt. Die Ermittlungsregel ist: Evaluation values α P , α Z and α N of the acceleration deviation Δα , evaluation values R P , R Z and R N of the oscillation angle deviation ΔR and evaluation values P , Z , N of the angular velocity deviation Δ are determined in the same way. On the basis of these evaluation values, the magnitude of the change Δ u in the control command is determined or estimated by the computing device 34. The determination rule is:

  • (1) Sind die Geschwindigkeitsabweichung und die Beschleunigungsabweichung (VZ bzw. α Z) gleich Null, wird der Steuerbefehl unverändert beibehalten, d. h. Δ u = 0;(1) If the speed deviation and the acceleration deviation (VZ or α Z) are equal to zero, the control command is retained unchanged, ie Δ u = 0;
  • (2) Sind die Geschwindigkeitsabweichung und die Beschleunigungsabweichung positiv (VP bzw. α P), so steigt der Steuerbefehl schwach, d. h. Δ u = +0,1 m/s;(2) If the speed deviation and the acceleration deviation are positive (VP or α P) , the control command increases slightly, ie Δ u = +0.1 m / s;
  • (3) Sind die Geschwindigkeitsabweichung und Beschleunigungsabweichung negativ (VN bzw. α N), so wird der Steuerbefehl schwach verringert, d. h. Δ u = -0,1 m/s;(3) If the speed deviation and acceleration deviation are negative (VN or α N) , the control command is slightly reduced, ie Δ u = -0.1 m / s;
  • (4) Sind Pendelwinkelabweichung und Winkelgeschwindigkeitsabweichung gleich Null (R Z bzw,. Z), so wird der Steuerbefehl unverändert beibehalten, d. h. Δ u = 0;(4) If the pendulum angle deviation and the angular velocity deviation are equal to zero ( R Z or Z) , the control command is retained unchanged, ie Δ u = 0;
  • (5) Sind Pendelwinkelabweichung und Winkelgeschwindigkeitsabweichung positiv (R P bzw. P), so wird der Steuerbefehl um einen geringen Betrag erhöht, d. h. Δ u = +0,1 m/s;(5) If the pendulum angle deviation and the angular velocity deviation are positive ( R P or P) , the control command is increased by a small amount, ie Δ u = +0.1 m / s;
  • (6) Sind Pendelwinkelabweichung und Winkelgeschwindigkeitsabweichung negativ (R N bzw. N), so wird der Steuerbefehl um einen geringen Betrag vermindert, d. h. Δ u = -0,1 m/s.(6) If the pendulum angle deviation and the angular velocity deviation are negative ( R N or N) , the control command is reduced by a small amount, ie Δ u = -0.1 m / s.

Genauer, die obigen Schätzungen oder Vorausberechnungen werden aus den Gewichtungswerten der Regeln errechnet, d. h.More precisely, the estimates or projections above are calculated from the weighting values of the rules, d. H.

(1) R₁ = min (VZ, α Z) (1) R ₁ = min (VZ, α Z)

(2) R₂ = min (VP, α P) (2) R ₂ = min (VP, α P)

(3) R₃ = min (VN, α N) (3) R ₃ = min (VN, α N)

(4) R₄ = min (R Z, Z) (4) R ₄ = min ( R Z , Z)

(5) R₅ = min (R P, P) (5) R ₅ = min ( R P , P)

(6) R₆ = min (R N, N) (6) R ₆ = min ( R N , N)

Aus diesen Regeln wird die Regel mit dem höchsten Bewertungswert gewählt und es wird die Änderungsanzeige als vorausberechnetes Ergebnis Δ u für die Steuerbefehls-Integrationseinrichtung 35 erzeugt, der durch die Regel bestimmt ist.The rule with the highest evaluation value is selected from these rules and the change indication is generated as a pre-calculated result Δ u for the control command integration device 35 , which is determined by the rule.

Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ermöglicht es auch, den Kran so zu steuern, daß die Rest- Pendelbewegung des Seilsystems in gleichem Maße wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform vermindert wird.This embodiment of the arrangement according to the invention enables it is also possible to steer the crane in such a way that the remaining Pendulum movement of the cable system to the same extent as with the embodiment described above is reduced.

Statt der hier beschriebenen unabhängigen Recheneinheiten können ein Teil oder sämtliche Recheneinheiten in Form eines Mikro-Computers aufgebaut werden. Das Programm kann zu vorbestimmten Zeitintervallen zur Erzeugung des Steuerbefehls gestartet werden.Instead of the independent processing units described here some or all of the arithmetic units can be in In the form of a micro-computer. The program can at predetermined time intervals to generate the Control command can be started.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung eine dritte und vierte Ausführungsform beschrieben, bei denen einem vorbestimmten Steuerablauf oder -muster gefolgt wird.In the following, a third and fourth embodiment described in which a predetermined Control sequence or pattern is followed.

Die Dynamik des Krans kann unterteilt werden inThe dynamics of the crane can be divided into

  • (1) das Seilsystem und(1) the rope system and
  • (2) das Laufkatzensystem.(2) the trolley system.

Durch Analysieren jedes dieser Systeme können die Bedingungen zur Ausführung der Pendelregelung gemäß folgender Beschreibung gefunden werden.By analyzing each of these systems you can find the conditions to carry out the sway control according to the following Description can be found.

(1) Seilsystem(1) rope system

Ist die Beschleunigung u der Laufkatze konstant und bezeichnet man den Pendelwinkel des Seilsystems mit R und die Winkelgeschwindigkeit mit so ergibt sich auf einer Phasenebene /ω - R (ω = , l als Seillänge) mit einem Punkt u/g (g ist die Erdbeschleunigung) auf der R-Achse als Zentrum eine im Gegenuhrzeigersinn gerichtete kreisförmige Trajektorie. If the acceleration u of the trolley is constant and the pendulum angle of the cable system is denoted by R and the angular velocity as, then on a phase plane / ω - R ( ω =, l as the rope length) with a point u / g (g is the acceleration due to gravity) a counterclockwise circular trajectory on the R axis as the center.

Um daher die Pendelbewegung des Seilsystems stillzusetzen, d. h. die Bewegungsbahn in Ursprung zu bringen, muß die Laufkatze im letzten Schritt geregelt werden entweder
mit positiver Beschleunigung u im zweiten Quadranten - (1) der Fig. 8(a) oder
mit negativer Beschleunigung u im vierten Quadranten - (2) der Fig. 8(a).
In order to stop the pendulum movement of the cable system, ie to bring the trajectory to the origin, the trolley must either be regulated in the last step
with positive acceleration u in the second quadrant - (1) of Fig. 8 (a) or
with negative acceleration u in the fourth quadrant - (2) of Fig. 8 (a).

Wenn aber die Pendelbewegung unter Abbremsung (u < 0) der Laufkatze aus einer gegebenen Geschwindigkeit unterdrückt werden soll, wird nur der obigen Trajektorie (2) gefolgt. Im folgenden wird daher nur der Fall (2) betrachtet.If, however, the pendulum movement is to be suppressed while braking (u <0) of the trolley from a given speed, only the above trajectory (2) is followed. In the following, therefore, only case (2) is considered.

Liegt die Trajektorie zur Zeit t im vierten Quadranten, wie in Fig. 8(b) gezeigt, so ergibt sich für die Beschleungigung u = u (1), um (₀/ω, R₀) in den Ursprung zu bringen:If the trajectory at time t lies in the fourth quadrant, as shown in Fig. 8 (b), the acceleration u = u (1) , in order to bring (₀ / ω , R ₀) to the origin:

austhe end

Ferner ergeben sichFurthermore result

und als Zeit T (1) zur Ankunft am Ursprungand as time T (1) to arrive at the origin

Wie beschrieben, hört das Seilsystem nach der Zeit T (1) zu schwingen auf, wenn man die Laufkatze für die Zeit T (1) mit der Beschleunigung u (1) laufen läßt. As described, the rope system stops vibrating after the time T (1) if the trolley is allowed to run at the acceleration u (1) for the time T (1).

(2) Laufkatzensystem(2) trolley system

Die Position der Laufkatze sei mit x, ihre Geschwindigkeit mit und die Soll-Lage mit x M bezeichnet. Damit ergibt sich, um die Laufkatze mit einer konstanten Beschleunigung an der gewünschten Stelle stillzusetzen:The position of the trolley is withx, their speed with and the target position withx M. designated. So that results itself to the trolley at a constant acceleration stop at the desired point:

undand

austhe end

D. h., man läßt die Laufkatze für die Zeit T (2) mit der Beschleunigung u (2) laufen und setzt sie dann zur Zeit T (2) an der gewünschten Stelle still. In other words, the trolley is allowed to run for the time T (2) with the acceleration u (2) and is then stopped at the desired point at the time T (2).

Aus den obigen Abschnitten (1) und (2) ergibt sich, daß die Laufkatze schließlich in einer bestimmten Stellung stillgesetzt und die Pendelbewegung angehalten werden kann, wenn man den Kran so laufen läßt, daß an der Endstufe des Kranbetriebs u (1) = u (2) und T (1) = T (2). Allgemein kann jedoch nicht garantiert werden, daß das Vorhandensein der Lösungen u*, T* gleichzeitig die beiden obigen Bedingungen erfüllt. Daher dienen Fehler in den Lösungen u*, T* der praktisch eingestellten Beschleunigung u (uu*) und der Zeit T (TT*) als Fehlerfaktoren, wenn das endgültige Ende erreicht ist. From the above sections (1) and (2) it follows that the trolley can finally be stopped in a certain position and the pendulum motion can be stopped if the crane is run in such a way that u (1) = u at the final stage of crane operation (2) and T (1) = T (2) . In general, however, it cannot be guaranteed that the existence of the solutions u *, T * simultaneously satisfies the two above conditions. Therefore, errors in the solutions u *, T * of the practically set acceleration u (uu *) and the time T (TT *) serve as error factors when the final end is reached.

Im folgenden werden Fehler, die Rest-Pendelbewegung des Seilsystems und der Stoppstellungsfehler des Laufkatzensystems zu dem Zeitpunkt beschrieben, zu dem das endgültige Ende erreicht wird, wenn uu* und TT*. Hier wird jedoch angenommen, daß das Laufkatzensystem nach einer Zeit T zum Stillstand kommt, d. h.The following describes errors, the residual pendulum movement of the rope system and the stop position error of the trolley system at the point in time at which the final end is reached when uu * and TT *. However, it is assumed here that the trolley system comes to a standstill after a time T, ie

+ uT = 0. +uT = 0.

(1) Seilsystem (siehe Fig. 9)(1) Cable system (see Fig. 9)

SindAre

dannthen

wenn t f = t +T, wenn das endgültige Ende erreicht ist.if t f = t + T when the final end is reached.

Hier ist jedochHere is however

und die Rest-Pendelbewegung J (1) ist gegeben durchand the residual pendulum motion J (1) is given by

(2) Laufkatzensystem(2) trolley system

Der Fehler J (2) in der Stoppstellung ergibt sich ausThe error J (2) in the stop position results from

Fig. 10 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung zum automatischen Betreiben und Steuern eines Kranes. Darin bezeichnen 95 Fühler zum Erfassen der Bedingungen des Kranes mit dem Ablauf der Zeit, d. h. zur Messung der Stellung, Geschwindigkeit, des Pendelwinkels des Seils und der Winkelgeschwindigkeit der Pendelbewegung, 96 einen Prozessor, der auf der Grundlage der Messung der Daten durch die Fühler 95 einen Steuerbefehl berechnet und ihn zu einem Betätigungsglied 97 für einen Kran 98 sendet. Fig. 10 is a block diagram showing a device for automatically operating and controlling a crane. Therein indicate 95 probes for detecting the conditions of the crane with the lapse of time, ie for measuring the position, speed, the swing angle of the rope and the angular velocity of the oscillating motion, 96 a processor which on the basis of measuring data by the sensors 95 calculates a control command and sends it to an actuator 97 for a crane 98.

Es läßt sich sagen, daß die Fehler J (1) und J (2) am endgültigen Ende, wie sie sich in (1) und (2) ergeben, geschätzte Bewertungsindizes zu der Zeit sind, zu der das endgültige Ende erreicht wird, wenn der Steuereingangsbefehl u unter der Bedingung (x, , R, ) gegeben wird. Der Steuerbefehl wird durch die Bewertungsherleitung unter Zugrundelegung der geschätzten Bewertungswerte bestimmt. Die Schätzungsregeln sind z. B.:It can be said that the errors J (1) and J (2) at the final end as shown in (1) and (2) are estimated evaluation indexes at the time when the final end is reached when the control input command u is given under the condition (x,, R ,). The control command is determined by the evaluation derivation based on the estimated evaluation values. The estimation rules are e.g. B .:

  • (1) Beibehaltung des gegenwärtigen Wertes, wenn die Laufkatze bei der vorliegenden Beschleunigung richtig stillgesetzt und die Pendelbewegung zum Stillstand gebracht werden kann.(1) Maintaining the current value when the trolley correct at the present acceleration stopped and the pendulum motion to a standstill can be brought.
  • (2) Leichte Erhöhung der Beschleunigung, wenn die Laufkatze durch schwache Beschleunigung richtig stillgesetzt und die Pendelbewegung richtig zum Stillstand gebracht werden kann.(2) Slight increase in acceleration when the trolley properly stopped by weak acceleration and the pendulum motion properly to a standstill can be brought.
  • .
    .
    .
    .
    .
    .

Die Bewertungsindizes wie "hält zufriedenstellend" und "Pendelbewegung wird richtig stillgesetzt", die zur Bestimmung (Bewertungsherleitung) des Steuerbefehls unter Anwendung der zuvor erwähnten Steuerregeln notwendig sind, werden unter Anwendung in Abschnitte unterteilter Funktionen definiert. Beispiele sind in Fig. 11 gezeigt.The evaluation indices such as "holds satisfactorily" and "pendulum motion is properly stopped", which are necessary for determining (evaluation derivation) of the control command using the aforementioned control rules, are defined using functions divided into sections. Examples are shown in FIG. 11.

Fig. 11(a) bestimmt in Abschnitte unterteilte Funktionen µ GG , µ GA von Bewertungsvariablen, Fig. 11 (a) determines functions µ GG , µ GA, subdivided into sections, of evaluation variables,

GG (stoppt zufriedenstellend),
GA (stoppt richtig),
GG (stops satisfactorily),
GA (stops correctly),

und Fig. 11(b) bestimmt die in Abschnitte unterteilten Funktionen µ SG , µ SA der Bewertungsvariablen,and FIG. 11 (b) determines the functions µ SG , µ SA of the evaluation variables, which are subdivided into sections,

SG (stoppt die Pendelbewegung zufriedenstellend),
SA (stoppt die Pendelbewegung richtig).
SG (stops the pendulum motion satisfactorily),
SA (stops the pendulum movement correctly).

Unter Anwendung der obigen Parameter können die Schätz- oder Vorausberechnungsregeln z. B. folgendermaßen aufgeschrieben werden:Using the above parameters, the estimates or forecast rules e.g. B. written down as follows will:

(1) Wenn G = GA und S = SA, dann Δ u = 0,0
(2) Wenn G = GA und S = SA, dann Δ u = +0,1
(3) Wenn G = GA und S = SA, dann Δ u = -0,1
 .
 .
 .
(n). . .
(1) If G = GA and S = SA , then Δ u = 0.0
(2) If G = GA and S = SA , then Δ u = +0.1
(3) If G = GA and S = SA , then Δ u = -0.1
.
.
.
(n) . . .

Nun wird die durch die "UND"-Verbindung des "WENN-Teils" der ersten Regel vorgegebene Bewertungs- oder veränderlichen Gruppe ausgedrückt alsNow the "AND" connection of the "IF part" the first rule predetermined evaluation or changeable Group expressed as

P₁ = GASA worin ∧ eine Gruppe von Produkten bezeichnet. P ₁ = GASA where ∧ denotes a group of products.

Im folgenden wird betrachtet, welche Werte durch G und S angenommen werden, wenn die Steuerung zur Zeit t durch eine Größe Δ u korrigiert wird. Es ergibt sich folgende Bewertungsgruppe:In the following it will be considered which values are assumed by G and S when the control is corrected at time t by a quantity Δ u. The result is the following evaluation group:

P(t) = (GAG (J (2), t))(SAS (J (1), t)) (19) P(t) = (GAG (J (2) , t))(SAS (J (1) , t)) (19)

Darin istIn it is

r(t) = sup µ p 1 (t) (20) r(t) = sup µ p 1 (t) (20)

ein Gewichtungswert der ersten Regel.a weighting value of the first rule.

Die Prozedur wird in der gleichen Weise ausgeführt, um die zuverlässigste Steuerregel aus den n-Regeln zu ermitteln:The procedure is carried out in the same way to find the most reliable control rule from the n rules:

Fig. 12 zeigt den Hergang des oben beschriebenen Prozesses. Fig. 12 shows the flow of the above-described process.

Die obige Ausführungsform basiert auf dem Pendelwinkel R des Seilsystems und seiner Winkelgeschwindigkeit . Werden die Daten für die Winkelgeschwindigkeit nicht erhalten, so lassen sie sich aus folgender Beziehung ermitteln:The above embodiment is based on the pendulum angle R of the cable system and its angular velocity. If the data for the angular velocity are not obtained, they can be determined from the following relationship:

R (t K) = {R (t K) - R (t K -1)}/(t K - t K -1) R (t K ) = { R (t K ) - R (t K -1 )} / (t K - t K -1 )

Im folgenden wird eine vierte Ausführungsform beschrieben. Dabei wird die Vorausberechnungsregel Ri folgendermaßen ausgedrückt:A fourth embodiment will now be described. The precalculation rule Ri is expressed as follows:

Wenn f i (X = A ix, X = ix, R = A i R),
dann y = g i (X, , R)
= P iO + P ixX + P ix + P i ϑR
iff i (X =A. ix,X = ix,R. =A. i R.),
theny =G i (X,,R.)
=P. OK +P. ixX +P. ix +P. i ϑR

worin A ix, ix und A i R Gruppen von Gewichtungswerten darstellen, die die variablen Bereiche von X, und R bestimmen. f i ist eine den Zustand der Vorausberechnungsregel Ri ausdrückende logische Funktion und g i eine Funktion, die y aus X, und R bestimmt und in diesem Fall eine lineare Funktion ist.whereinA. ix,ix andA. i R. Represent groups of weighting values, which are the variable ranges ofX, andR. determine. f i is a state of the forecast ruleRi expressive logical function andG i a feature that y the endX, andR. determined and in this case a linear one Function is.

Nimmt man an, daß es eine Gesamtheit von n Schätz- oder Vorausberechnungsregeln gibt, so wird der Wahrheitswert bestimmt durchAssuming that there are a total of n estimation or precalculation rules, the truth value is determined by

worin // die Wahrheitswerte bezeichnet.where // denotes the truth values.

Aus den praktischen Steuerdaten wird der Parameter P der linearen Funktion g i in der folgenden Weise auf der Grundlage des Verfahrens der kleinsten Quadrate bestimmt.From the practical control data, the parameter P of the linear function g i is determined in the following manner based on the least squares method.

Zunächst werden für den Fall, daß bei einer von einem erfahrenen Operator oder durch Computersimulation durchgeführten Operation die Pendelbewegung richtig angehalten wird, beobachtete Werte (X, , R) gespeichert; ferner werden die Daten für den Steuerbefehl y gespeichert. Es sei angenommen, daß die Daten in einer Anzahl m erhalten und ausgedrückt werden als First, in the event that the pendulum movement is correctly stopped during an operation carried out by an experienced operator or by computer simulation, observed values (X ,, R ) are stored; the data for the control command y are also stored. Assume that the data is obtained in m number and expressed as

In diesem Fall wird weiter der Wahrheitswert w i der oben erwähnten Vorausberechnungsregel gegeben durchIn this case, the truth value w i is further given by the above-mentioned prediction rule

w i = /f i (xK - A ix, K - A i, R K = A i R / w i = / f i (x K - A ix , K - A i , R K = A i R /

Daraus ergibt sichThis results in

Aus dem obigen werden die ParameterThe above become the parameters

y = P io + P ixX + P ix + P i ϑR y = P io + P ixX + P ix + P i ϑR

auf der Grundlage des Gewichtungsverfahrens der kleinsten Quadrate vorausberechnet oder geschätzt.based on the weighting method of the smallest Squares precalculated or estimated.

Bei dieser Ausführungsform werden die Parameter der bewerteten Steuerregeln zur Regeln des Kranes aus günstigen Ergebnisse erhalten, z. B. solchen aus von einer Bedienungsperson oder durch Computersimulation ausgeführten Regelungen. Daher kann der Kran automatisch und richtig unbeeinflußt von äußeren Einflüssen betrieben werden.In this embodiment, the parameters are evaluated Tax rules to regulate the crane from favorable Get results, e.g. B. such from an operator or carried out by computer simulation Regulations. Therefore, the crane can do it automatically and correctly operated unaffected by external influences.

Hier sei angemerkt, daß die Funktion g zur Bestimmung des Steuerbefehls y aus X, , R nicht auf die im obigen Ausführungsbeispiel erwähnte lineare Funktion beschränkt ist. It should be noted here that the function g for determining the control command y from X ,, R is not restricted to the linear function mentioned in the above exemplary embodiment.

Nach der ersten bis vierten Ausführungsform wird ein Verfahren zum automatischen Steuern eines Kranes realisiert, bei dem ein Steuerbefehl durch Bewertungsbestimmung festgelegt wird, wobei von gemessenen Daten wie Lage und Geschwindigkeit der Laufkatze sowie Pendelwinkel und Winkelgeschwindigkeit des Seils ausgegangen wird. Daher wird die Pendelbewegung der Last selbst dann unter Beibehaltung einer hohen Geschwindigkeit gestoppt, wenn unerwartete Einflüsse wie Anfangs-Pendelbewegungen oder Windböen vorhanden sind.According to the first to fourth embodiments is a method for automatically controlling a crane realized in which a control command by evaluation determination is set, taking from measured data such as the position and speed of the trolley and the pendulum angle and angular speed of the rope assumed will. Therefore, the pendulum motion of the load becomes even then stopped while maintaining a high speed, when unexpected influences such as initial pendulum movements or gusts of wind are present.

Fig. 3 zeigt eine schematische Modelldarstellung eines Krans, für den sich die im folgenden beschriebene fünfte Ausführungsform eignet. Der Kran bewegt eine Last durch Anheben oder Absenken eines Seils 104, von dem eine Last 103 herabhängt, während sich auf einer Schiene 102 eine Laufkatze 101 bewegt. Die Laufkatze 101 wird durch ein in geeigneter Weise aufgebautes Servo- System nach einem vorberechneten Geschwindigkeitsmuster (z. B. Fig. 14) gesteuert, so daß sie sich innerhalb einer möglichst kurzen Zeit und derart zum Bestimmungsort bewegt, daß das Seil zu schwingen aufhört, wenn die Laufkatze am Bestimmungspunkt angelangt ist. Fig. 3 is a schematic model diagram showing a crane, for which the fifth embodiment is described below. The crane moves a load by raising or lowering a rope 104 , from which a load 103 is suspended, while a trolley 101 moves on a rail 102. The trolley 101 is controlled by a suitably constructed servo system according to a precalculated speed pattern (e.g. Fig. 14), so that it moves to the destination within the shortest possible time and in such a way that the rope stops vibrating, when the trolley has reached the destination.

Bei der Anordnung der Fig. 13 wird die Beziehung zwischen dem Pendelwinkel R und der Winkelgeschwindigkeit der Pendelbewegung ausgedrückt durchIn the arrangement of Fig. 13, the relationship between the swing angle R and the angular velocity of the pendulum motion is expressed by

R = A R + b γ R = A R + b γ

worinwherein

Darin sindAre in it

l die Seillänge,
die Änderungsgeschwindigkeit der Seillänge,
g die Erdbeschleunigung,
γ die Beschleunigung der Laufkatze.
l the pitch,
the rate of change of the rope length,
G the acceleration due to gravity,
γ the acceleration of the trolley.

Löst man die obige Gleichung analytisch unter der Bedingung, daß l konstant ist, ist die Trajektorie der Lösung ein Kreis im Gegenuhrzeigersinn auf der Phasenebene von /ω und R mit R gleich γ/g als Zentrum bildet (ω = ). Unter Verwendung der Ergebnisse läßt sich das Geschwindigkeitsmuster der Fig. 14 errechnen und es kann eine Beziehung zwischen R und /ω (Fig. 15) in jedem Abschnitt gefunden werden (s. "Control System for Suppressing the Swing of Crane for use in Yards", Preparatory Documents in the 22nd Society of Instrument and Control Engineers Academid Lectures, Seiten 533-534, 1983). Nach Fig. 15 wird in den Abschnitten (3) und (9) im Geschwindigkeitsmuster der Fig. 14 ein maximaler Pendelwinkel (R max = ±|γ|/g) beobachtet. In dieser Bedingung wird stillgesetzt.If one solves the above equation analytically under the condition that l is constant, the trajectory of the solution is a counterclockwise circle on the phase plane of / ω and forms R with R equal to γ / g as the center ( ω =). Using the results, the speed pattern of Fig. 14 can be calculated and a relationship between R and / ω ( Fig. 15) can be found in each section (see "Control System for Suppressing the Swing of Crane for Use in Yards"). , Preparatory Documents in the 22nd Society of Instrument and Control Engineers Academid Lectures, pp. 533-534, 1983). According to FIG. 15, a maximum pendulum angle ( R max = ± | γ | / g) is observed in sections (3) and (9) in the speed pattern of FIG. 14. In this condition it is stopped.

Betrachtet man das dynamische Verhalten des Seilsystems in den Abschnitten (3) und (9), so ergibt sich aus obiger Gleichung, daß das System durch die Seillänge l oder die Seillängenänderung nicht beeinflußt wird. D. h., in diesen Abschnitten geht die Trajektorie der Lösung für R selbst dann nicht über den Stillstandpunkt hinaus, wenn sich die Seillänge l ändert. Diese Bedingung wird als "ausgeglichener Schwingungszustand" bezeichnet. Wird daher das Seil im Abschnitt (3) eingeholt und im Abschnitt (9) ausgegeben, so kann die Last angehoben oder abgesenkt werden, während sich die Laufkatze zur Ausführung der Lastbewegung bewegt. Der ausgeglichene Schwingungszustand kann aus den beobachteten Ergebnisse von R oder bestimmt werden. If one considers the dynamic behavior of the rope system in sections (3) and (9), the above equation shows that the system is not influenced by the rope length l or the change in rope length. In other words, in these sections the trajectory of the solution for R does not go beyond the standstill point even if the rope length l changes. This condition is called the "balanced vibrational state". If the rope is therefore caught in section (3) and released in section (9), the load can be raised or lowered while the trolley is moving to carry out the load movement. The balanced vibrational state can be determined from the observed results of R or.

D. h. im ausgeglichenen Schwingungszustand gilt = 0. Ob der ausgeglichene Schwindungszustand im Abschnitt (3) oder (9) vorliegt, kann in Abhängigkeit vom positiven oder negativen Vorzeichen der Beschleunigung der Laufkatze bestimmt werden. Die Grundregeln der Steuerung sind folgendermaßen:I. E. in the balanced oscillation state = 0 applies. Whether the balanced state of shrinkage in the section (3) or (9) is present, depending on the positive or negative sign of the acceleration the Trolley to be determined. The basic rules of control are as follows:

  • (I) Sind < 0 und = 0, so wird das Seil eingeholt. Die Einholgeschwindigkeit ist so eingestellt, daß das Seil zur Zeit t fa eine vorbestimmte Länge l m hat, wenn das Ende des Abschnittes (3) erreicht ist.(I) Are <0 and = 0, the rope is hauled in. The retrieval speed is set so that the rope at the timet fa a predetermined lengthl m Has, when the end of section (3) is reached.
  • (II) Sind < 0 und = 0, so wird Seil ausgegeben. Die Ausgabegeschwindigkeit wird so eingestellt, daß das Seil zur Zeit t fd eine vorbestimmte Länge l M hat, wenn das Ende des Abschnittes (9) erreicht ist. Ist es schwierig, die Winkelgeschwindigkeit direkt zu messen, so wird ΔR verwendet, das nach folgender Gleichung berechnet wird: ΔR = {R (t k) - R (t k -1)}/Δ t (22)(Ii) Are <0 and = 0, the rope is output. The output speed is adjusted so that the rope at the timet fd a predetermined lengthl M. Has, when the end of section (9) is reached. is it difficult to direct the angular velocity too measure so willΔR is used, according to the following equation is calculated: ΔR = {R. (t k) -R. (t k -1)} /Δ t (22)

worinwherein

t = t k - t k -1. t = t k - t k -1 .

Die Einhol- und Ausgabegeschwindigkeit werden in bestimmten Intervallen t K wiederholt eingestellt, so daß der geschätzte Fehler Δ l der Seilänge schließlich gleich Null ist. Man geht mit folgender Gleichung vor:The inhaul and output speed at certain intervals t K repeatedly adjusted so that the estimated error Δ finally l of Seilänge is zero. The following equation is used:

(I) Im Abschnitt (3):(I) In section (3):

Δ l = {l(t k) + (t k) (t fa-t k)} - l m (23) Δ l = { l (t k ) + (t k ) (t fa - t k )} - l m (23)

(II) Im Abschnitt (9):(II) In section (9):

Δ l = {l(t k) + (t k) (t fd-t k)} - l M (24) Δ l = { l (t k ) + (t k ) (t fd - t k )} - l M (24)

worinwherein

l(t k) die Seillänge zur Zeit t k und
(t k) die Änderungsgeschwindigkeit der Seillänge zur Zeit t k, d. h. die Einhol- oder Ausgabegeschwindigkeit sind.
l (t k ) is the rope length at time t k and
(t k ) is the speed of change of the rope length at time t k , ie the retrieval or output speed.

Betrachtet man den Grundaufbau des Krans oder die Arbeitsumgebung, in der er verwendet wird, ist es schwierig, den Pendelwinkel des Seils oder seine Winkelgeschwindigkeit genau zu messen oder die Einhol- oder Ausgabegeschwindigkeit des Seils genau einzustellen. Es ist ferner schwierig, die Seillänge in jedem Moment genau zu messen oder sie aus der vorher eingeholten oder ausgegebenen Seillänge zu berechnen. Die zuvor erwähnten Werte oder ΔR und Δ l sind daher ebenfalls ungenau. Im folgenden wird daher ein Steuerverfahren zur Verarbeitung dieser Größen als Bewertungs- oder ungenaue bzw. Annäherungswerte beschrieben.Regarding the basic structure of the crane or the working environment in which it is used, it is difficult to accurately measure the swing angle of the rope or its angular speed, or to precisely adjust the speed at which the rope is taken in or out. It is also difficult to measure the rope length precisely at every moment or to calculate it from the rope length previously retrieved or issued. The aforementioned values or ΔR and Δ l are therefore also inaccurate. In the following, therefore, a control method for processing these quantities as evaluation or imprecise or approximate values will be described.

Unter Anwendung ΔR der Gleichung (22) statt werden die als Bewertungswerte behandelten Werte ΔR und Δ l ausgedrückt als Δ und Δ l. Das positive oder negative Vorzeichen von x kann leicht und klar in Abhängigkeit der Daten vom System zur Steuerung der Geschwindigkeit der Laufkatze bestimmt werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird daher im folgenden ein Fall betrachtet, bei dem das Seil im Abschnitt (3) eingeholt wird, wobei angenommen wird, daß das positive oder negative Vorzeichen von x bereits bestimmt wurde, d. h. der Beschleunigungs- oder Verzögerungsabschnitt bereits bestimmt wurde.Using ΔR of the equation (22) instead, the values ΔR and Δ l treated as evaluation values are expressed as Δ and Δ l . The positive or negative sign of x can be easily and clearly determined depending on the data from the system for controlling the speed of the trolley. To simplify the description, a case is considered in the following in which the rope is hauled in in section (3), it being assumed that the positive or negative sign of x has already been determined, ie the acceleration or deceleration section has already been determined.

Im Abschnitt (3) sind die zum Auf- oder Abwickeln des Seils notwendigen Bewertungs-Bestimmungsregeln in jedem Moment t k folgende: In section (3) the evaluation and determination rules necessary for winding or unwinding the rope are as follows at each moment t k:

Darin sind:In it are:

Δ(iα): Δ l (i = 0 bis n), wenn (t k) = i α in Gleichung (23);
α: Minimaler steuerbarer Betrag der Seilgeschwindigkeit .
Δ(iα):Δ l (i = 0 ton), if(t k) =i α in equation (23);
α: Minimum controllable amount of rope speed .

Die Symbole VS und G bezeichnen Bewertungsvariablen mit der Bedeutung "sehr klein" bzw. "gut"; sie werden durch die in Abschnitte unterteilte Funktionen µVS und µG für die Variablen gemäß Fig. 16(a) und 16(b) definiert. Die Symbole Δ und Δ l bezeichnen ebenfalls Gewichtungswerte, die durch ähnliche, nicht gezeigte, in Abschnitte unterteilte Funktionen µΔ und µΔ l definiert werden können.The symbols VS and G denote evaluation variables with the meaning "very small" or "good"; they are defined by the functions µ VS and µ G, which are subdivided into sections, for the variables shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b). The symbols Δ and Δ l also denote weighting values which can be defined by similar functions μ Δ and μ Δ l , which are not shown and are divided into sections.

Die Bewertungs-Herleitung wird durch Überprüfen der Bedingungen der oben erwähnten Regeln (1) bis (n) zu jedem Moment t k und durch Bestimmung von (t k) ausgeführt, durch das der WertThe evaluation derivation is carried out by checking the conditions of the above-mentioned rules (1) to (n) at each moment t k and determining (t k ) by which the value

maximal wird, worin sind:
∧: Die Berechnung einer Gruppe von Produkten,
is maximal, in which are:
∧: The calculation of a group of products,

µ₁(Δ) und µ₂(Δ l) stellen das Maß dar, in dem Δ und Δ l VS bzw. G sind.µ₁ ( Δ ) and µ₂ ( Δ l) represent the extent to which Δ and Δ l are VS and G , respectively.

Dasselbe gilt auch für den Abschnitt (9), wenn der Wert (t k) mit negativem Vorzeichen und statt Gleichung (23) die Gleichung (24) verwendet wird.The same also applies to section ( 9 ) if the value (t k ) is used with a negative sign and equation (24) is used instead of equation (23).

Fig. 17 zeigt das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform. Ein Prozessor 106 erhält Daten von einem Gerät 105, das die Lage und Geschwindigkeit der Laufkatze mißt und eine Operationsgröße berechnet, so daß dem Laufkatzen-Geschwindigkeitsmuster der Fig. 15 gefolgt wird. Er steuert ein Betätigungsglied, beispielsweise einen Elektromotor 107, der die Laufkatze beschleunigt oder abbremst. Dieses System ist ebenso wie das herkömmliche aufgebaut. Ein Prozessor 109 empfängt die Meßdaten von einer Seil-Pendelwinkel-Meßeinrichtung 108 und bestimmt den Wert (t k) durch Ausführung der Bewertungs- Herleitung unter Bezug auf die Daten der Laufkatzenbeschleunigung, die vom Prozessor 106 des Systems zur Steuerung der Laufkatzengeschwindigkeit zugeführt werden. Daher wird ein Betätigungsglied zum Einholen/Ausgeben des Seils (z. B. ein Motor) 1010 entsprechend gesteuert. Mit dem Block 1011 ist schematisch der Kran bezeichnet. Fig. 17 shows the block diagram of a further embodiment. A processor 106 receives data from a device 105 which measures the position and speed of the trolley and calculates an operational quantity so that the trolley speed pattern of FIG. 15 is followed. It controls an actuator, for example an electric motor 107 , which accelerates or brakes the trolley. This system is constructed in the same way as the conventional one. A processor 109 receives the measurement data from a rope swing angle measuring device 108 and determines the value (t k ) by performing evaluation derivation with reference to the trolley acceleration data supplied from the processor 106 of the trolley speed control system. Therefore, an actuator for hauling in / out the rope (e.g., a motor) 1010 is controlled accordingly. The crane is indicated schematically by block 1011.

Fig. 18 zeigt das Fließbild des vom Prozessor 109 der Fig. 17 ausgeführten Programms, wenn das Seil eingeholt und ausgegeben wird. Der Pendelwinkel R (t k) des Seils wird im Zeitmoment t k nach vorherbestimmten Zeitintervallen Δ t abgelesen und es wird die Pendel-Winkelgeschwindigkeit ΔR (t k) des Seils nach der Gleichung (22) berechnet. FIG. 18 shows the flow chart of the program executed by processor 109 of FIG. 17 when the rope is being hauled in and paid out. The pendulum angle R (t k ) of the rope is read off at the instant t k after predetermined time intervals Δ t and the pendulum angular velocity ΔR (t k ) of the rope is calculated according to equation (22).

Weiter wird aus der in diesem Moment eingeholten oder ausgegeben Seillänge für diesen Moment die Seillänge l(t k) berechnet. Darauf wird in Abhängigkeit von den Daten für die Laufkatzenbeschleunigung vom Prozessor 106 des Systems zur Steuerung der Laufkatzenbeschleunigung der Fehler Δ l der Seillänge für jedes = ±α, ±2α, . . ., ±n α (negatives Vorzeichen für den Beschleunigungsabschnitt) nach Gleichung (23) berechnet, wenn sich die Laufkatze im Beschleunigungsabschnitt befindet, oder nach Gleichung (24), wenn sich die Laufkatze im Bremsabschnitt befindet.Further is obtained from the or at that moment output pitch for this moment the pitch l (t k) calculated. It will depend on the Trolley acceleration data from the processor 106 of the trolley acceleration control system the mistakeΔ l the pitch for each = ±α, ± 2α, . . ., ±n α (negative sign for the acceleration section) calculated according to equation (23) if the Trolley located in the acceleration section, or after Equation (24) when the trolley is in the braking section is located.

Darauf werden für jeden der berechneten Fehler Δ l die Größen µ₁(Δ) nach Gleichung (26) und µ₂(Δ l) nach Gleichung (27) berechnet. In diesem Moment können die Funktionswerte auf der rechten Seite der beiden Gleichungen durch Exponentialfunktionsannäherung oder durch Faltlinienannäherung berechnet oder aus einer Tabelle abgelesen werden. Ferner kann die Gruppe der Produkte durch Wahl eines kleineren Wertes zwischen zwei Funktionswerten berechnet werden. Weiter wird die Berechnung mit gewähltem kleinerem Wert nach Gleichung (25) für alle Seilgeschwindigkeiten ausgeführt. Ein Maximalwert wird als Operationsgröße (t k) zum Betätigungsglied gesendet, das das Seil einholt oder ausgibt.Then for each of the calculated errorsΔ l the sizes µ₁ (Δ) according to equation (26) and µ₂ (Δ l) according to equation (27) calculated. At this moment the function values can on the right side of the two equations by exponential function approximation or by approximation of fold lines calculated or read from a table. Further can change the group of products by choosing a smaller one Between two function values. The calculation continues with the selected smaller value according to equation (25) for all rope speeds executed. A maximum value is called the operation size(t k) sent to the actuator hauling in the rope or issues.

Im folgenden wird eine Steuerung zur Unterdrückung der Pendelbewegung des Seils beschrieben. Das Steuerprinzip besteht in der Wiederholung einer derartigen Operation, so daß die Seillänge vermindert wird, wenn der maximale Pendelwinkel der Pendelbewegung erreicht ist, und daß die Seillänge erhöht wird, wenn ein Pendelwinkel gleich Null, der niedrigste Punkt, erreicht ist. Fig. 19(a) zeigt schematisch den Mechanismus und Fig. 19(b) den Vorgang, in dem die Pendelbewegung nach dem Mechanismus gedämpft wird. Diese Operation entspricht der Ausbreitung einer Schwingung, wobei jedoch die Phase um 180° geändert ist. Diese Steuerung erfolgt vorzugsweise in dem Abschnitt ((6) in den Fig. 14 und 15), in dem der Pendelwinkel bei sich bewegender Laufkatze auf Null gehalten werden sollte. Selbst nachdem die Laufkatze stillgesetzt wurde, muß jedoch diese Operation ausgeführt oder fortgesetzt werden, um die aus der Rest-Pendelbewegung des Seils resultierende Pendelbewegung zu unterdrücken.A control for suppressing the oscillation of the rope will now be described. The principle of control is to repeat such an operation so that the rope length is decreased when the maximum swing angle of the pendulum motion is reached and that the cable length is increased when a swing angle equal to zero, the lowest point, is reached. Fig. 19 (a) schematically shows the mechanism and Fig. 19 (b) shows the process in which the pendulum motion is damped after the mechanism. This operation corresponds to the propagation of an oscillation, but the phase is changed by 180 °. This control is preferably carried out in the section ((6) in FIGS. 14 and 15) in which the oscillation angle should be kept at zero when the trolley is moving. However, even after the trolley has stopped, this operation must be carried out or continued in order to suppress the swaying movement resulting from the residual swaying movement of the rope.

Daher können die Grundregeln der Steuerung wie folgt zusammengefaßt werden:Therefore, the basic rules of control can be summarized as follows will:

(I) Wenn =0 und = 0: Aufwickeln des Seils,
(II) Wenn = 0 und R = 0: Abwickeln des Seils.
(I) If = 0 and = 0: winding the rope,
(II) If = 0 andR. = 0: unwinding the rope.

Die Regelung nach diesen Regeln kann mit der in Fig. 17 gezeigten Regelanordnung ausgeführt werden. Wie bereits erwähnt, ist es jedoch schwierig, den Pendelwinkel des Seils und seine Winkelgeschwindigkeit genau zu messen. Darüberhinaus erfordert das oben erwähnte Prinzip der Dämpfung keine strikte Erfüllung der Bedingung der beiden Regeln. Es wird daher im folgenden auch der Fall beschrieben, in dem die Bewertungsregelung ausgeführt wird.The control according to these rules can be carried out with the control arrangement shown in FIG. However, as mentioned earlier, it is difficult to accurately measure the swing angle of the rope and its angular velocity. In addition, the above-mentioned principle of damping does not require strict compliance with the condition of the two rules. Therefore, the case in which the evaluation control is carried out will also be described below.

Die oben erwähnten Regeln lassen sich nach den Regeln der Bewertungsschätzung oder Annäherungsschätzung ausdrücken:The rules mentioned above can be sorted according to the rules express the valuation estimate or approximate estimate:

(i) Wenn = VS und = VS, dann = -α
(ii) Wenn = VS und R = VS, dann = +α
(iii) Wenn x = NVS, dann = 0.
(i) If =VS and =VS, then = -α
(ii) If =VS andR. =VS, then = +α
(iii) Ifx =NVS, then = 0.

Die Symbole VS und NVS (nicht sehr klein) stellen Bewertungsvariablen dar, wobei VS als Funktion µ VS für Variablen gemäß Fig. 16 und µNVS als 1 - µ VS bestimmt wird. The symbols VS and NVS (not very small) represent evaluation variables, VS being determined as a function μ VS for variables according to FIG. 16 and μ NVS as 1 - μ VS.

Läßt sich die Winkelgeschwindigkeit nicht direkt messen, so kann ΔR von Gleichung (22) benutzt werden.If the angular velocity cannot be measured directly, ΔR from equation (22) can be used.

Die Bewertungsherleitung erfüllt die Regel des größten Wahrheitswertes unter den Regeln (i) bis (iv), für die die Wahrheitswerte gefunden werden. D. h. es werden für die Regeln (i) bis (iv) folgende Berechnungen ausgeführt:The evaluation derivation fulfills the rule of the greatest Truth value under rules (i) to (iv) for which the truth values are found. I. E. it will be for rules (i) to (iv) perform the following calculations:

und es wird ein durch eine Regel mit dem größten Wert bestimmter Wert gewählt.and it becomes one by a rule with the greatest value certain value chosen.

Die obige Steuern kann nach dem Programm der Fig. 20 auch mit der Steueranordnung der Fig. 17 ausgeführt werden. Der Prozessor 109 liest R (t k) und (t k) ab, die durch die Seil-Pendelwinkel-Meßeinrichtung 108 (oder R(t k) wird berechnet) sowie vom Prozessor 106 x(t k) zu vorbestimmten Zeitpunkten t k in vorbestimmten Intervallen Δ t geliefert werden. Der Prozessor 109 führt dann die Bewertungsherleitung aus, d. h. er berechnet eine Gruppe von Produkten oder wählt einen Minimalwert nach Gleichung (28) aus und bestimmt (t k), wodurch das Betätigungsglied 1010 gesteuert wird, das das Seil einholt oder ausgibt.The above control can also be carried out according to the program of FIG. 20 with the control arrangement of FIG . The processor 109 reads R (t k ) and (t k ) from the cable swing angle measuring device 108 (or R ( t k ) is calculated) and from the processor 106 x (t k ) at predetermined times t k in predetermined intervals Δ t are delivered. The processor 109 then performs the evaluation derivation, ie it calculates a group of products or selects a minimum value according to equation (28) and determines (t k ), whereby the actuator 1010 is controlled, which hauls in or out the rope.

Bei der beschriebenen Anordnung sind die Prozessoren 106 und 109 als getrennte Einheiten beschrieben und dargestellt. Sie können jedoch auch durch einen einzigen Prozessor ersetzt werden. In the arrangement described, processors 106 and 109 are described and illustrated as separate units. However, they can also be replaced by a single processor.

Bei der beschriebenen fünften und sechsten Ausführungsform wird bei laufender Laufkatze die Seillänge derart gesteuert, daß die Last als Teil der Lastbewegung angehoben oder abgesenkt wird. Ferner können unerwartete Pendelbewegungen des Seils verhindert werden, die oft bei laufender Laufkatze entstehen. Demzufolge läßt sich die Effizienz der Lastbewegung beträchtlich verbessern.In the fifth and sixth embodiments described becomes the rope length when the trolley is running controlled so that the load as part of the load movement is raised or lowered. Furthermore can unexpected pendulum movements of the rope are prevented, which often arise when the trolley is running. As a result the efficiency of the load movement can be seen to be considerable to enhance.

Claims (5)

1. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Krans mit einer Laufkatze (11), einem von der Laufkatze (11) herabhängenden Seil (12) und Einrichtungen zur Steuerung der Bewegung der Laufkatze (11), wobei in einem ersten Verfahrensschritt zumindest ein Wert eines ersten Parameters (V(t)), der den momentanen Zustand der Laufkatze (11) wiedergibt, und ein Wert eines zweiten Parameters (R), der den momentanen Zustand des Seils (12) wiedergibt, erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß in einem zweiten Schritt auf der Grundlage der erfaßten Werte des ersten und zweiten Parameters Werte eines dritten Parameters (V) zur Bestimmung eines Zustandes der Laufkatze bzw. Werte eines vierten Parameters (r) zur Bestimmung eines Zustands des Seils geschätzt werden, wobei die Werte des dritten und vierten Parameters jene Werte sind, die man jeweils als Ergebnis der Steuervorgänge unter einer Vielzahl von unterschiedlichen Steuerbefehlen erhalten würde, falls man diese jeweils der Laufkatze zuführen würde,
  • - daß in einem dritten Schritt auf der Grundlage der geschätzten Werte des dritten und vierten Parameters einer der unterschiedlichen Steuerbefehle entsprechend einer Schlußfolgerung aufgrund unscharfer bzw. unbestimmter Werte ausgewählt wird und
  • - daß in einem vierten Schritt die Laufkatze mit Hilfe des ausgewählten Steuerbefehls gesteuert wird.
1. A method for the automatic control of a crane with a trolley ( 11 ), a rope (12 ) hanging down from the trolley ( 11 ) and devices for controlling the movement of the trolley ( 11 ), wherein in a first method step at least one value of a first parameter (V (t)), which reflects the current state of the trolley (11 ), and a value of a second parameter ( R ), which reflects the current state of the rope ( 12 ), are detected, characterized in that,
  • - That in a second step on the basis of the detected values of the first and second parameters values of a third parameter (V) for determining a condition of the trolley or values of a fourth parameter (r) for determining a condition of the rope are estimated, the The values of the third and fourth parameters are those values that would be obtained as a result of the control operations under a large number of different control commands if these were each fed to the trolley,
  • that in a third step, on the basis of the estimated values of the third and fourth parameters, one of the different control commands is selected in accordance with a conclusion based on fuzzy or indefinite values, and
  • - That in a fourth step the trolley is controlled with the aid of the selected control command.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schritt umfaßt:
  • - das Umwandeln der geschätzten Werte des dritten Parameters (V) in unscharfe Werte unter Verwendung zumindest einer ersten vorbestimmten, in Abschnitte unterteilten Funktion (µ V 1, µ V 2), die die Beziehung zwischen dem Wert des dritten Parameters (V) und dem unscharfen Wert wiedergibt, um den Erfüllungsgrad in bezug auf das Ergebnis der Steuerung der Laufkatze (11) anzugeben, und
  • - das Umwandeln der geschätzten Werte des vierten Parameters (r) in unscharfe Werte unter Verwendung zumindest einer zweiten vorbestimmten, in Abschnitte unterteilten Funktion (µ r 1, µ r 2), die die Beziehung zwischen dem Wert des vierten Parameters (r) und dem unscharfen Werte wiedergibt, um den Erfüllungsgrad in bezug auf das Ergebnis der Steuerung des Seils (12) anzugeben,
  • - wobei die Auswahl des Steuerbefehls durch Vergleich der unscharfen Werte des dritten und vierten Parameters erfolgt.
2. The method according to claim 1, characterized in that the third step comprises:
  • - Converting the estimated values of the third parameter (V) into fuzzy values using at least one first predetermined function (µ V 1 , µ V 2 ) which is subdivided into sections, which shows the relationship between the value of the third parameter (V) and the represents a fuzzy value in order to indicate the degree of fulfillment in relation to the result of the control of the trolley ( 11 ), and
  • - Converting the estimated values of the fourth parameter (r) into fuzzy values using at least one second predetermined function (µ r 1 , µ r 2 ), which is divided into sections, which shows the relationship between the value of the fourth parameter (r) and the reproduces fuzzy values in order to indicate the degree of fulfillment with regard to the result of the control of the rope ( 12 ),
  • the control command is selected by comparing the fuzzy values of the third and fourth parameters.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste vorbestimmte Funktion auf die optimale Geschwindigkeit der Laufkatze und die zweite vorbestimmte Funktion auf den optimalen Pendelwinkel des Seils bezieht.3. The method according to claim 1, characterized, that the first predetermined function relates to the optimal one Speed of the trolley and the second predetermined Function relates to the optimal swing angle of the rope. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste vorbestimmte Funktion auf die optimale Haltestelle der Laufkatze und die zweite vorbestimmte Funktion auf den optimalen Pendelwinkel des Seils bezieht.4. The method according to claim 2, characterized, that the first predetermined function relates to the optimal one Stop the trolley and the second predetermined one Function relates to the optimal swing angle of the rope. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte des dritten und vierten Parameters in einem Fall, bei dem der Steuerbefehl in seinem momentanen Zustand aufrechterhalten wird, und in einem Fall geschätzt werden, bei dem der Steuerbefehl von seinem momentanen Zustand um einen bestimmten Betrag in eine bestimmte Richtung für die Zunahme oder Verringerung der Geschwindigkeit der Laufkatze geändert wird.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized, that the values of the third and fourth parameters in one Case in which the control command is in its current state is maintained, and appreciated in one case in which the control command is based on its current state by a certain amount in a certain direction for increasing or decreasing the speed the trolley is changed.
DE19853513007 1984-04-11 1985-04-11 Method and arrangement for the automatic control of a crane Granted DE3513007A1 (en)

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