DE1274293B - Arrangement for the automatic suppression of the oscillations of a horizontally moving load hanging on a rope - Google Patents

Description

Anordnung zur selbsttätigen Unterdrückung der Pendelungen einer waagerecht bewegten, an einem Seil hängenden Last Das Problem der Unterdrückung von Pendelungen einer waagerecht bewegten, an einem Seil hängenden Last tritt insbesondere bei Verladebrücken mit Greiferbetrieb auf, bei denen auf der Verladebrücke eine Laufkatze bewegt wird, an der über das Seil der Greifer aufgehängt ist. Durch die Beschleunigung und Verzögerung der Laufkatze entstehen Pendelungen des Greifers, die wegen der geringen Eigendämpfung des Systems nur sehr langsam abklingen. Wird die Laufkatze von einem Bedienungsmann gesteuert, so ist es dem Bedienungsmann mit einiger Geschicklichkeit möglich, die Laufkatze so zu beeinflussen, daß diese Pendelungen weitgehend unterdrückt werden. Abgesehen davon, daß dieser Umstand für den Bedienungsmann eine starke Belastung darstellt, ist obige Maßnahme im automatischen Verladebetrieb nicht durchführbar. Es liegt daher die Aufgabe vor, im Hinblick auf eine anzustrebende hohe Förderleistung, die Geschwindigkeit der Laufkatze durch geeignete Maßnahmen automatisch so zu beeinflussen, daß das Entstehen von Pendelungen des Greifers bzw. der Last weitgehend vermieden wird.Arrangement for the automatic suppression of the oscillations of a horizontal moving load hanging on a rope The problem of suppression of oscillation a horizontally moving load hanging on a rope occurs particularly on loading bridges with grab operation, in which a trolley is moved on the loading bridge, on which the gripper is suspended via the rope. Through the acceleration and deceleration of the trolley, the gripper oscillates because of the low inherent damping of the system will only fade away very slowly. Is the trolley operated by an operator controlled, it is possible for the operator with some skill to do the To influence the trolley so that these oscillations are largely suppressed. Apart from the fact that this fact is a heavy burden for the operator represents, the above measure cannot be carried out in automatic loading mode. The task at hand is therefore, with regard to a high delivery rate to be aimed for, to automatically influence the speed of the trolley by means of suitable measures, that the occurrence of oscillations of the gripper or the load largely avoided will.

Es ist bereits eine Anordnung zur Lösung der vorstehenden Aufgabe bekannt, bei der ein Geschwindigkeitsregelkreis für die Laufkatze vorgesehen ist, dem ein Lageregelkreis flür das Einfahren der Laufkatze in die geforderte Position überlagert ist, d. h., aus dem Ausgangswert des Lagereglers wird die Führungsgröße für den Geschwindigkeitsregelkreis abgeleitet. Bei der bekannten Anordnung wird der dem - Lageregler zugeführten Lageregelabweichung eine von dem Auslenkwinkel der Pendelung abhängige Größe in der Weise überlagert, daß die Geschwindigkeit der Laufkatze im Sinne einer Unterdrückung der Pendelungen beeinflußt wird.An arrangement for solving the above object is already known in which a speed control loop is provided for the trolley on which a position control loop for moving the trolley into the required position is superimposed, d. In other words, the reference variable for the speed control loop is derived from the output value of the position controller. Supplied to the position controller position control deviation superimposed on a dependent of the deflection angle of the pendulum size in such a manner that the speed of the trolley in the sense of a reduction of the oscillations is influenced - in the known arrangement of the will.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, in den Regelkreis eine von der Winkelgeschwindigkeit der Pendelung abhängige Größe einzuspeisen. Bei der bekannten Anordnung, die an einen Lageregler gebunden ist und daher nur für den automatischen und nicht für den Handverladebetrieb anwendbar ist, besteht eine enge Kopplung* und damit eine starke bilaterale Abhängigkeit zwischen Lageregelkreis und Geschwindigkeitsregelkreis. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Nachteil der engen Kopplung zu vermeiden, damit der Lageregelkreis möglichst unabhängig von dem Geschwindigkeitsregelkreis eingestellt, insbesondere günstig ausgelegt werden kann bzw. gar nicht vorhanden sein muß, wenn z. B. mit »Handverladebetrieb« gearbeitet wird.It has also already been proposed to add one of the control loops feed the angular velocity of the pendulum dependent variable. With the well-known Arrangement that is linked to a position controller and therefore only for the automatic and cannot be used for manual loading, there is a close link * and thus a strong bilateral dependency between position control loop and speed control loop. The invention is based on the object of avoiding the disadvantage of close coupling, so that the position control loop is as independent as possible of the speed control loop set, in particular can be designed favorably or not present at all must be if z. B. is worked with "manual loading".

Die Lösung obiger Aufgabe gelingt ausgehend von einer Anordnung zur selbsttätigen Unterdrückung von Pendelungen einer mittels eines Seiles an einem in waagerechter Ebene bewegbaren Seilaufliängepunkt hängenden Last bei Bewegung des Seilaufhängepunktes in mindestens einer waagerechten Koordinate, bei der dem Antrieb für die waagerechte Bewegung des Seilaufhängepunktes ein Regelkreis zugeordnet ist, in den zusätzlich eine von der Winkelgeschwindigkeit der Pendelbewegung abgeleitete Größe eingeführt wird. gemäß der Erfindung dadurch, daß die Lastgeschwindigkeit als Regelgröße eingeführt ist.The solution to the above problem is achieved on the basis of an arrangement for automatic suppression of oscillations by means of a rope on one Cable suspension point movable in a horizontal plane, suspended load when moving of the rope suspension point in at least one horizontal coordinate where the A control circuit is assigned to the drive for the horizontal movement of the rope suspension point is, in which an additional one derived from the angular velocity of the pendulum motion Size is introduced. according to the invention in that the load speed is introduced as a controlled variable.

Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Laufkatze mit anhängender Last zur Erläuterung der Kräfte und wirksamen Größen, F i g. 2 einen Regelkreis nach der Erfindung mit der- Greifergeschwindigkeit als Regelgröße und F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden umgeformten Regelkreis.The invention is explained using the exemplary embodiments shown in the drawing. It shows F i g. 1 is a schematic representation of a trolley with attached load to explain the forces and effective quantities, FIG. 2 a control loop according to the invention with the gripper speed as the controlled variable and F i g. 3 one of the F i g. 2 corresponding transformed control loop.

Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Verladebrücke, auf der eine Laufkatze bewegt wird, an der an einem Seil ein Greifer hängt. Die diesbezüglichen Ausführungen können ohne weiteres auf andere ähnlich gelagerte Anwendungsfälle übertragen werden.The exemplary embodiments relate to a loading bridge that moves a trolley with a gripper attached to a rope. The related Explanations can easily be transferred to other similar applications will.

Gemäß F i g. 1 ist der Greifer mit seinem Seil als an der Laufkatze angehängtes Pendel variabler Länge 1 anzusehen, dessen Masse m punktförmig am Ende des Seils angenommen wird. Die Wirkung eines Hub- und/oder Schließwerksantriebs wird durch den Vektor der Kraft P2 symbolisiert. Im Falle konstanter Seillänge muß die Kraft P2 nicht elektrisch aufgebracht werden, sondern sie kann eine mechanische Zwangskraft im System darstellen. Die Laufkatze wird ihrerseits durch einen Fahrmotor horizontal an-,getrieben, symbolisiert durch den Vektor der Kraft Pl. Hub- und Schließwerksantrieb sowie der Fahrmotor für die Laufkatze können entweder auf der Laufkatze oder an einem anderen Ort angeordnet sein. Auf der Laufkatze mit der Masse m, wirken daher die Kräfte P, und P, Der Auslenkungswinkel des Seils gegen das Erdlot ist mit a bezeichnet; b ist die Beschleunigung der Laufkatze, VK ist - ihre Geschwindigkeit, g ist die Erdbeschleunigung. Mit diesen Bezeichnungen lautet eine wesentliche Bewegungsgleichung des Systems: P, = ni, b + P2 sin a . (1) Erfindungsgemäß wird in diesem Beispiel die Horizontalkomponente der Greifer- bzw. Lastgeschwindigkeit vG als Regelgröße angesehen. Da vG bei den gegebenen äußeren Umständen unmittelbar praktisch nicht gemessen werden kann, wird % mittelbar erfaßt. Es gilt die Gleichung: VG # VK+VP, worin v, die Horizontalgeschwindigkeit der reinen Pendelbewegung ist. Die Gleichung (2) kann in der Form VG # VK - ä 1 COS (,t (3) geschrieben werden. Demnach müßten Möglichkeiten zur Messung von VK, 1, a und (I vorgesehen werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß a im praktischen Betrieb relativ klein ist (Größenanordnung maximal lO'); man kann daher mit guter Nährung den Faktor cos a als konstant ansehen, also cos a = 1. Somit kann die Bestimmung von a selbst entfallen, und der Regelkreis erhält eine Ausbildung nach F i g. 2.According to FIG. 1 , the grab with its rope is to be seen as a pendulum of variable length 1 attached to the trolley, the mass of which is assumed to be m point at the end of the rope. The effect of a lifting and / or closing mechanism drive is symbolized by the vector of the force P2. In the case of a constant rope length, the force P2 does not have to be applied electrically, but can represent a mechanical constraining force in the system. The trolley is in turn driven horizontally by a traction motor, symbolized by the vector of the force Pl. Lifting and closing mechanism drive and the traction motor for the trolley can either be arranged on the trolley or at another location. The forces P, and P, therefore act on the trolley with the mass m. b is the acceleration of the trolley, VK is - its speed, g is the acceleration due to gravity. With these designations, an essential equation of motion of the system reads: P, = ni, b + P2 sin a . (1) According to the invention, in this example, the horizontal component of the gripper or load speed vG is viewed as a controlled variable. Since vG can practically not be measured directly in the given external circumstances,% is recorded indirectly. The following equation applies: VG # VK + VP, where v is the horizontal speed of the pure pendulum movement. Equation (2) can be written in the form VG # VK - ä 1 COS (, t (3) . Accordingly, possibilities for measuring VK, 1, a and (I. It has been shown, however, that a is relatively small in practical operation (size order no more than 10 '); one can therefore, with good approximation, consider the factor cos a to be constant, i.e. cos a = 1 i g. 2.

An einer Summierungsstelle I wird die Regelabweichung gebildet, die auf den Regler einwirkt. Der Regler selbst beeinflußt über den Fahrmotor der Laufkatze die Regelstrecke, aus der die Größen "K, 1, it zur Bildung des Istwertes der Greifergeschwindigkeit entnommen werden. In einem Multiplikator wird zunächst das Produkt 1 - d gebildet, das an der Summierungsstelle II von dem Wert der Katzgeschwindigkeit VK subtrahiert wird, wodurch gemäß Gleichung (3) der Wert VG gebildet wird.The control deviation that acts on the controller is formed at a summation point I. The controller itself influenced by the traction motor of the trolley, the controlled system from which the values "K, 1, it for forming the actual value of the gripper speed are taken in a multiplier first is the product. 1 - formed d which at the summation point II on the Value of the trolley speed VK is subtracted, whereby the value VG is formed according to equation (3).

Bei der Erprobung auf dem Analogrechner hat sich gezeigt, daß beim Aufbau der Regelung nach F i g. 2 das System ein ungünstiges dynamisches Verhalten hat. Stabilität wird nur erreicht, wenn man den Regelkreis sehr langsam arbeitend ausbildet. Das liegt daran, daß der Anteil 1 - ä von VG am Sollwert-Istwert-Vergleichsglied, nämlich der Summierungsstelle 1, mit positivem Vorzeichen auftritt. Die Stabilität des Regelkreises läßt sich erhöhen, wenn der Einfluß 1 - (i kompensiert bzw. nach Möglichkeit überkompensiert wird, durch eine Größe k - ä mit k > 1. Auf die stationäre Genauigkeit der Regelung hat dies keinen Einfluß, da k - a stationär keinen Beitrag zur Regelung liefert. Mit anderen Worten: Die Dynamik des Regelkreises auf VG läßt sich durch Einführung einer Störgrößenaufschaltung k - # im gewünschten Sinne beeinflussen.During testing on the analog computer it has been shown that when setting up the control system according to FIG. 2 the system has an unfavorable dynamic behavior. Stability is only achieved if the control loop is designed to work very slowly. This is due to the fact that the component 1 - ä of VG at the setpoint / actual value comparator, namely the summation point 1, occurs with a positive sign. The stability of the control loop can be increased if the influence 1 - (i is compensated or, if possible, overcompensated by a variable k - ä with k > 1. This has no influence on the steady-state accuracy of the control, since k - a is stationary In other words: The dynamics of the control loop on VG can be influenced in the desired sense by introducing a disturbance variable k - #.

In der praktischen Ausführung kann man sich die Summierungsstelle 11 in F i g. 2 sparen, indem man sie mit der Summierungsstelle 1 in bekannter Weise zusammenlegt. Es ergibt sich dabei die vorteilhafte Anordnung nach F i g. 3. In the practical embodiment, the summation point 11 can be seen in FIG. Save 2 by merging them with summing point 1 in a known manner. This results in the advantageous arrangement according to FIG. 3.

Es hat sich gezeigt, daß die Seillänge 1 als konstant angenommen werden kann, weil ihr Einfluß auf die Güte der Ausregelung nicht ins Gewicht fällt. Für diesen einfachsten Fall wird der Multiplikator zu einem P-Glied (Proportionalglied). Es müssen dann nur noch vK und 4 gemessen werden. Der Wert von VK läßt sich auf einfache Weise durch eine Tachomaschine gewinnen.It has been shown that the rope length 1 can be assumed to be constant because its influence on the quality of the adjustment is irrelevant. In this simplest case, the multiplier becomes a P element (proportional element). Then only vK and 4 have to be measured. The value of VK can easily be obtained using a speedometer machine.

Der Wert von (i wird durch Differenzieren des Wertes von a gewonnen, der Winkel a wiederum läßt sich unmittelbar durch einen an der Katze angebrachten Winkelgeber, z. B. ein Selsynsystem, messen oder mittelbar gemäß Gleichung (1) aus P" b und P, ermitteln. Es gilt nämlich und, da a relativ klein ist und man daher den sin durch das Bogenmaß ersetzen kann, P2 ergibt sich aus den resultierenden Ankerströmen der Hubeinrichtung, P, aus dem Ankerstrom des Fahrmotors und b durch Differenzieren der Katzgeschwindigkeit vK, die ohnehin gemessen werden muß.The value of (i is obtained by differentiating the value of a, the angle a, in turn, can be measured directly by an angle sensor attached to the trolley, e.g. a Selsyn system, or indirectly from P ″ b and P according to equation (1) , because it applies and, since a is relatively small and one can therefore replace sin with radians, P2 results from the resulting armature currents of the lifting device, P, from the armature current of the traction motor and b by differentiating the trolley speed vK, which has to be measured anyway.

Der Aufbau der Rechenschaltung ergibt sich dabei nach Gleichung (5), wobei Vereinfachungen infolge spezieller Vereinbarungen über den Faktor I#, möglich sind (P2 ist lastabhängig, aber für jedes Arbeitsspiel eine Konstante). Letztere mittelbare Möglichkeit zur Messung von a hat den Vorteil, daß kein Meßsystem für den Winkel a an der Seilaufhängung angebracht zu werden braucht.The structure of the computing circuit results from equation (5), whereby simplifications are possible as a result of special agreements on the factor I # (P2 is load-dependent, but a constant for each working cycle). The latter indirect possibility of measuring a has the advantage that no measuring system for the angle a needs to be attached to the rope suspension.

Die bisherigen Betrachtungen beschänkten sich auf eine Bewegung der Laufkatze in einer Koordinate. Die Erfindung kann auch bei solchen Anordnungen Anwendung finden, bei denen die Laufkatze Bewegungen in zwei Koordinaten ausführt, wie es z. B. bei Portalkränen der Fall ist. Bei einem derartigen Anwendungsfall wird daher zweckmäßig für jede Koordinate eine Anordnung gemäß der Erfindung vorgesehen, die auf die jeweiligen Antriebsmotoren einwirkt.The previous considerations have been limited to a movement of the Trolley in a coordinate. The invention can also be used in such arrangements where the trolley makes movements in two coordinates, like it z. B. is the case with gantry cranes. In such an application, therefore an arrangement according to the invention is expediently provided for each coordinate, which acts on the respective drive motors.

Dem Geschwindigkeitsregelkreis nach F i g. 2 bzw. 3 wird im automatischen Betrieb ein Lageregelkreis überlagert. Die Einstellung dieses Regelkreises ist dabei mit Vorteil nicht durch die Komponente für die Pendelungsunterdrückung belastet. Außerdem dürfte das dynamische Verhalten des Systems durch die Störgrößenaufschaltung von k - (i besser als das der bekannten Anordnung sein, weil der Ortsregelkreis unbeeinflußt bleibt, womit man auch den Hochlauf und die Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit dauernd unter Kontrolle hat und nicht nur den Bremsvorgang wie bei der bekannten Anordnung. So erfolgt z. B. bei der bekannten Anordnung immer dann, wenn ein Auslenkwinkel auftritt (a + 0), ein Eingriff in die Geschwindigkeitsregelung der Laufkatze, selbst dann, wenn sich keine Pendelung sondern ein stationärer Auslenkwinkel ausbild8n würde (a soll auf den Wert Null ausgeregelt werden). Bei der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt dagegen kein Eingriff, d. h. mit Vorteil keine Abbremsung der Laufkatze, wenn der Auslenkwinkel stationär, d. h. (i = 0 ist.The speed control loop according to FIG. 2 or 3 , a position control loop is superimposed in automatic operation. The setting of this control loop is advantageously not burdened by the component for sway suppression. In addition, the dynamic behavior of the system should be better than that of the known arrangement due to the disturbance variable feed-in of k - (i, because the position control loop remains unaffected, which means that the acceleration and travel at constant speed are constantly under control and not just the braking process like Thus takes place in the known arrangement.. as in the known arrangement, for whenever a deflection angle occurs (a + 0), an intervention in the speed control of the trolley, even if no oscillation but a stationary deflection would ausbild8n ( a should be adjusted to the value zero.) In the arrangement according to the invention, on the other hand, there is no intervention, i.e. advantageously no braking of the trolley when the deflection angle is stationary, i.e. (i = 0 .

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Anordnung zur selbsttätigen Unterdrückung von Pendelungen einer mittels eines Seileslan einem in waagerechter Ebene bewegbaren Seilaufhängepunkt hängenden Last bei Bewegung des Seilaufhängepunktes in mindestens einer waagerechten Koordinate, bei der dem Antrieb flür die waagerechte Bewegung des Seilaufhängepunktes ein Regelkreis zugeordnet ist, in den zusätzlich eine von der Winkelgeschwindigkeit der Pendelbewegung abgeleitete Größe eingeführt wird, d a - durch gekennzeichnet, daß die Lastgeschwindigkeit (t",) als Regelgröße eingeführt ist. Claims: 1. Arrangement for the automatic suppression of oscillations of a load suspended by means of a rope lane on a rope suspension point movable in a horizontal plane when the rope suspension point is moved in at least one horizontal coordinate, in which the drive for the horizontal movement of the rope suspension point is assigned a control loop, in the additional is introduced a group derived from the angular velocity of the oscillating motion size, since - characterized by that the load speed (t ") is introduced as a control variable. 2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der in einem Multiplikator aus dem Istwert der Winkelgeschwindigkeit und der Länge der Aufhängung der Last das Produkt beider Größen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Produkt (1 - ji) in einer Summierungsstelle (II) von dem Istwert der Bewegungsgeschwindigkeit (VK) der Laufkatze in der waagerechten Koordinate subtrahiert wird, wobei die Ausgangsgröße dieser Summierungsstelle (11) als Istwert des Re'gelkreises auf eine zweite, die Regelabweichung bildende Summierungsstelle (I) am Reglereingang geschaltet ist (F i g. 2). 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße (1 - 7t) des Multiplikators oder eine davon abgeleitete Größe (k - (i) mit umgekehrten Vorzeichen zusätzlich an der die Regelabweichung bildenden Summierungsstelle (1) eingespeist wird (F i g. 2). 4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert der Bewegungsgeschwindigkeit (VK) der Laufkatze und eine von der Ausgangsgröße (1 - #) des Multiplikators abgeleitete Größe (k - #) an der die Regelabweichung bildenden Summierungsstelle von dem Sollwert subtrahiert werden (F i g. 3). 5. Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikator ein Proportionalglied ist, wenn die Länge (1) der Aufhängung der Last als konstant angenommen wird. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rechenschaltung zur mittelbaren Bestimmung des Auslenkwinkels (a) der Pendelung aus den Antriebskräften (P1) an der Laufkatze und aus der Beschleunigung (b) der Laufkatze vorgesehen ist, deren Ausgangsgröße differenziert die Winkelgeschwindigkeit (#) ergibt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1 172 413; USA.-Patentschrift Nr. 2 806 610, Zeitschrift: »BBC-Nachrichten«, Juli 1962, S. 294.2. Arrangement according to claim 1, in which in a multiplier from the actual value of the angular velocity and the length of the suspension of the load, the product of both sizes is formed, characterized in that this product (1 - ji) in a summing point (II) of the The actual value of the movement speed (VK) of the trolley is subtracted in the horizontal coordinate, the output variable of this summation point (11) being switched as the actual value of the control loop to a second summation point (I) at the controller input that forms the control deviation (Fig . 2 ). 3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the output (1 - 7t) - is fed (i) with the opposite sign in addition to which the control deviation forming summing means (1) (F i g of the multiplier or a quantity derived therefrom (k . 4. arrangement 2) according to claim 2 and 3, characterized in that the actual value of the movement speed (VK) and one of the output variable (1 of the trolley -. the multiplier derived #) size (k - #) on the forming the control deviation The summation point can be subtracted from the nominal value ( Fig. 3). 5. Arrangement according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the multiplier is a proportional term if the length (1) of the suspension of the load is assumed to be constant. 6. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that a computing circuit for the indirect determination of the deflection angle (a) of the pendulum from the driving forces (P1) on the trolley and from the Besc acceleration (b) of the trolley is provided, the output variable of which gives the angular velocity (#) differentiated. Documents considered: German Patent No. 1 172 413; USA.-Patent No. 2,806,610, magazine: "BBC-Nachrichten", July 1962, p. 294.