DE4208717A1

DE4208717A1 - Steuerungsverfahren fuer einen kran

Info

Publication number: DE4208717A1
Application number: DE4208717A
Authority: DE
Inventors: Tapani Kiiski; Juha Mailisto
Original assignee: Kone Corp
Current assignee: Kone Corp
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1992-10-22
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: FI91058B; FI920751A0; SE514522C2; FI920751A; SE9200842D0; US5219420A; FI91058C; SE9200842L; DE4208717C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe griff des Hauptanspruchs zum Steuern des Transportmotors eines Krans derart, daß die Schwingung der Last elimi niert wird.

Das Schwingen einer an einem Hubseil hängenden, sich bewegenden Last ist ein bedeutendes Problem beim Einsatz eines Kranes. Während der Transportbewegung rufen die Veränderungen der Transportgeschwindigkeit immer Last schwingungen hervor, deren Größe von der Länge des Hub seils und der horizontalen Komponente der Beschleunigung eines Laufwagens, Brücke oder des Kranfahrwerks abhängt. Das Eliminieren der Lastschwingungen wurde viel unter sucht und es sind automatisch arbeitende Lösungen ent wickelt worden. Als Beispiel dazu wird auf das FI-Patent 44 036 (B66c 13/06) und die Konferenzschrift Electric Energy Conference 1987, Adelaide, S. 135 . . . 140 hinge wiesen. Beiden Lösungen ist gemeinsam, daß der Zielpunkt der Transportbewegung des Krans schon zum Anfangszeit punkt bekannt ist. Für die Transportbewegung wird ein optimales Geschwindigkeitsprofil errechnet, bei dessen Einhaltung am Ende der Bewegung keine Schwingung auf tritt und die aufgewandte Zeit minimiert ist.

Bei Kranantrieben, bei denen der Bediener des Krans die Transportbewegung steuert, ist das Dämpfen der Schwin gungen mit aus den in Betracht gezogenen Druckschriften bekannten Verfahren nur möglich, sofern der Bediener bestimmte Bedingungen einhält:

- beim Start ändert der Bediener den Geschwindigkeits sollwert schrittweise auf die gewünschte Geschwin digkeit,
- der Bediener hält die Geschwindigkeit wenigstens für die von der Höhe der Last abhängige Mindestzeit auf dem demselben Sollwert,
- der Bediener ändert den Geschwindigkeitssollwert beim Wechseln der Zielgeschwindigkeit schrittweise und
- der Bediener führt keine neuen Steuerbewegungen durch bevor das System den schwingungsfreien Zustand erreicht hat.

Es ist bekannt, die Transportbewegung des Krans so zu steuern, daß sich die Kranlast nach Eingabe eines neuen Geschwindigkeitssollwerts in schwingungsfreiem Zustand befindet. Die Transportgeschwindigkeit wird durch zwei gleich lange symmetrische Beschleunigungsperioden geän dert, die eine halbe Schwingungsperiode auseinander liegen.

Das oben erwähnte Prinzip kann auch in der Weise verbes sert werden, daß es mit einem willkürlichen Geschwindig keitssollwert arbeitet. Sofern die Steuerbewegungen des Bedieners es zulassen, d. h. die genannten Bedingungen erfüllt werden, wird eine die Schwingungen minimierende "natürliche Fahrkurve" befolgt, die in der in Betracht gezogenen Druckschrift in an sich bekannter Weise definiert ist. Sollte der Bediener jedoch willkürliche Steuerbewegungen machen, hat der Kran diese zu befolgen, weil der Bediener das Gerät auf bestmögliche Weise in der Gewalt haben soll. Infolge willkürlicher Steuerbewegungen in Betriebssituationen, in denen die genannten Bedin gungen nicht erfüllt werden, kann die "natürliche Fahrkurve" nicht befolgt werden. Damit können die durch die Steuerung der Transportbewegung verursachten Schwingungen nicht kompensiert werden.

Wird der Kran in der Weise gesteuert, daß dem Transport wagen ein Geschwindigkeitssollwert gegeben wird, besteht die schnellste Art die gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen darin, daß der Motor so lange mit maximaler Beschleunigung gesteuert wird, bis die Geschwindigkeit erreicht ist. Ein schwingungsfreier Transport gemäß den in Betracht gezogenen Druckschriften setzt jedoch voraus, daß der Beschleunigung eine halbe Schwingungsperiode später eine entsprechende Beschleunigung folgt, was die Stoppzeit und -strecke verlängert. Die Beschleuni gung des Transportwagens ist proportional zum Motor moment des Transportwagens und weiter zum Strom. Wegen der Strombegrenzungen des Motors kann eine bestimmte Beschleunigung nicht überschritten werden. Das Steue rungssystem und das Betriebsumfeld setzen oft auch ande re Grenzen, wie z. B. begrenzte Maximalgeschwindigkeit.

Beim Transport der Last mit einem Kran muß der Kran bediener immer einen guten Kontakt zum System haben. Geschwindigkeitsänderungen und die Schwingungsdämpfung müssen schnell erfolgen. Überschreitungen der Last geschwindigkeit sollten klein bleiben und die Last oder Kranteile wie Brücke oder Wagen sollten sich nicht in entgegengesetzter Richtung zur Steuerung bewegen. Bei einer Sollwertänderung der Geschwindigkeit muß die Last geschwindigkeit sofort der Sollwertänderung folgen, insbesondere bei einer Senkung des Sollwertes.

Die Stoppstrecke der Last sollte nur von der Lastge schwindigkeit abhängig sein und sie sollte nicht gemäß den zum Zeitpunkt des Stoppwunsches vorliegenden Schwin gungen variieren. Nachdem der Sollwert auf Null gesetzt ist, sollte der von der Last zurückzulegende Weg mini miert sein.

Im allgemeinen, willkürlichen Fall lassen sich die Schwingungen zu einem zufälligen Zeitpunkt während der Transportbewegung nicht kompensiert halten. Deshalb wird erfindungsgemäß angestrebt, ein Steuerungssystem für die Transportbewegung eines Krans zu schaffen, das die Schwingungen auf kontrollierte Weise dämpft. Diese Aufgabe wird bei der Erfindung im wesentlichen durch die im Kennzeichungsteil des Hauptanspruchs genannten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird der momentane Bewegungszustand der Last bestimmt, aufgrunddessen die Transportbewegung des Krans in einen schwingungsfreien Bewegungszustand gesteu ert wird, der einem neuen Sollwert, z. B. einer neuen Geschwindigkeit entspricht. Damit im Normalfall das im Moment der Änderung des Geschwindigkeitssollwerts erfolgende Schwingen kompensiert werden kann, muß eine Steuerung gegeben werden, die proportional zur Pende lungsamplitude ist. Zugleich muß die Geschwindigkeit des Wagens auf die Größe des Sollwerts geändert werden, wobei eine Bahn zu benutzen ist, die keine Schwingungen hervorruft.

Der Bewegungszustand wird entweder durch Messung des Schwingungswinkels der Last und der Winkelgeschwindigkeit der Schwingung oder aufgrund von vorherigen Steuerungs maßnahmen des Transportwagens mit Hilfe der Beschleuni gungsperioden und der Länge des Lastseils bestimmt, wie in einem Teil der weiter unten folgenden Beschreibung genauer erläutert wird. Weiterhin kann die Zugkraftkom ponente der Last parallel zur Bewegungsrichtung des Wagens gemessen werden, um die aktuelle Schwingungsphase zu ermitteln. Im ersten Fall werden die Schwingungen der Last durch eine Gleichung ausgedrückt, aus der der momentane Bewegungszustand und die erforderliche schwingungskompensierende Steuerung definiert wird.

In bestimmten Fällen können vereinfachende Annahmen ge troffen werden, mit denen direkt aus der Gleichung der Schwingungswinkel und die Winkelgeschwindigkeit der Schwingung errechnet werden können. Sind Annahmen nicht möglich, werden die betreffenden Größen numerisch ermittelt. Im anderen Fall wird die schwingungskom pensierende Steuerung direkt aufgrund vorher durchge führter Steuerungen bestimmt und die erforderliche Steuerung gebildet.

Weitere Ausführungen der Erfindung sind in den unselb ständigen Unteransprüchen dargestellt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Krankonstruk tion,

Fig. 2 die Beschleunigung eines Transportwagens und die hierdurch hervorgerufenen Schwingungen als Funktion der Zeit,

Fig. 3 die Stoppsteuerung des Wagens, die Schwingung der Last und die Geschwindigkeit des Wagens als Funktion der Zeit,

Fig. 4 Beschleunigungsperioden im Verfahren der zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens in der zweiten Ausführungsform,

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kompensa tion der Schwingung,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Änderung der Endgeschwindigkeit.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Krankonstruktion bei der der Wagen 1 mit dem Seil 2 eine Last 3 trägt. Der Wagen wird mit einem Transportmotor 4 bewegt, dessen Geschwin digkeit mit einer Steuervorrichtung 5 gesteuert wird, die z. B. ein Umformer sein kann. Der Kranbediener gibt über ein Bedienteil den Geschwindigkeitssollwert in die Steuerungseinheit 6, wo die durch den Sollwert bedingte Steuerung geschaffen wird, indem Beschleunigungsperioden definiert werden, die von der Steuervorrichtung 5 zu befolgen sind. Die Länge des Seils 2 wird z. B. in der an sich bekannten Weise nach PS-FI 44 036 bestimmt oder mit einer geeigneten Meßvorrichtung in an sich bekannter Weise gemessen. Die Daten über die Länge des Seils wer den zur Steuerungseinheit 6 gesendet. Obwohl hier nur die Transportbewegung des Wagens beschrieben wird, gilt die Darstellung auch für die entsprechenden Bewegungen einer Brücke und die dadurch hervorgerufenen Lastschwin gungen und deren Kompensation. Die Schwingungsphase kann auch über eine parallel zur Laufrichtung des Wagens gemessene Zugkraftkomponente ermittelt werden.

Im folgenden wird die Bestimmung des Bewegungszustandes der Last an Hand von Fig. 1 erläutert. Infolge der Ge schwindigkeitsänderung der Transportbewegung des Wagens 1 schwingt die Last 3 aus der Vertikalebene in den Win kel 0. Die Schwingung wird aus der Länge L, der Längenände rung L′ des Hubseils 2 sowie aus der Beschleunigung des Wagens, d. h. des Aufhängepunkts des Seils, bestimmt. Bei der Annahme, daß die Schwingungswinkel klein sind und daß die Dämpfung der Schwingung vernachlässigt wer den kann, kann die Schwingung mit ausreichender Genauig keit mathematisch durch die Schwingungsgleichung ausge drückt werden

l · R′′ = - u - 2 · R′ · l′ - g · R (1)

in der l die Länge des Hubseils, l′ das 1. Differential der Länge des Hubseils, d. h. die Anhebe- oder Absenkgeschwindigkeit der Last, R der Schwingungswinkel der Last, d. h. die Abweichung des Seils von der Vertikalebene, R′ das 1. Differential des Schwingungswinkels, d. h. die Winkel geschwindigkeit, R′′ das 2. Differential des Schwingungs winkels, d. h. die Winkelgeschwindigkeit, u die Beschleu nigung des Aufhängepunkts in horizontaler Richtung und g die Fallbeschleunigung ist.

Aus Gleichung (1) kann der momentane Schwingungswinkel und die Schwingungsgeschwindigkeit bei verschiedenen Fahrweisen bestimmt werden, wenn die Beschleunigung u des Wagens und die Länge l des Hubseils willkürliche, konti nuierliche und dauernd derivierende Funktionen der Zeit sind. Erfolgt gleichzeitig mit der Transportbewegung auch ein Heben oder Senken der Last, ist die Gleichung (1) nicht immer in geschlossener Form lösbar, sie kann aber mit numerischen Verfahren gelöst werden.

Wenn die Längenänderung (= Hebegeschwindigkeit) l′ klein ist, kann die Schwingungsgleichung (1) zu der Form vereinfacht werden

l · R′′ = - u - g · R (2)

Aufgrund der Hubseillänge und der Beschleunigung des Transportwagens können die Schwingungszeit T sowie der Schwingungswinkel R und die Schwingungsgeschwindigkeit R′ als Funktion der Zeit t bestimmt werden. Bei konstanter Hubseilgeschwindigkeit l ergeben sich dafür folgende Werte:

Wird der Schwingungswinkel R(t) für verschiedene Fahr situationen, d. h. für verschiedene Wagenbeschleunigungen u und Hubseillängen l bestimmt, wird erkennbar, daß der Schwingungswinkel durch die kumulative Wirkung der Be schleunigungsänderungen bestimmt wird. Das beruht darauf, daß R und R′ von keinem Anfangswert (R₀) abhängig sind, d. h. die durch die Änderungen verschiedener us verur sachten Rs sind voneinander unabhängig. Die Länge des Hubseils ist auf mehrere verschiedene an sich bekannte Weisen meßbar.

Sind der Schwingungswinkel, die Schwingungsgeschwindig keit und die Beschleunigung des Wagens bekannt, kann zu jedem Zeitpunkt der Zeit t der momentane Schwingungs zustand in der Form ausgedrückt werden

R = A · cos (σ + 2 · π · t/T) + B (6),

worin σ die durch die Beschleunigungssteuerungen des Wa gens verursachte kumulative Phasen-Differenz und B eine der Beschleunigung des Wagens proportionale Konstante ist.

Erfindungsgemäß wird die Schwingung nach Gleichung (6) so schnell wie möglich auf Null begrenzt nachdem der Geschwindigkeitssollwert geändert ist oder wenn die Schwingung oder eine andere im voraus festgelegte Größe den zulässigen Wert überschreitet. Wenn der Bediener den Sollwert ändert, wird der Transportmotor so gesteuert, daß die vorhandene Schwingung eliminiert oder der Sollwert erreicht wird. Der neue Geschwindigkeitssollwert wird zur Steuerungseinheit gegeben, wo aufgrund von vorherigen Steuerungen Beschleunigungssollwerte für die Motorgeschwindigkeit in der so definierten Weise auf den Sollwert steuert. Die die Beschleunigung des Transport motors bestimmende Steuerung wird auf weiter unten beschriebene Weise gebildet.

Zur Eliminierung der zum Zeitpunkt der Geschwindigkeits sollwertänderung vorhandenen Schwingung muß eine Steue rung gegeben werden, die proportional zur Amplitude A der Schwingung ist. Außerdem muß die Transportgeschwindigkeit des Wagens auf die Größe des Geschwindigkeitssollwerts geändert werden, so daß keine Schwingung hervorgerufen wird.

Dies kann z. B. auf folgende Weise realisiert werden:

- Der Zeitpunkt der erstem Inbewegungsetzung während der betreffenden Transportbewegung wird für die Zeit als Nullpunkt gewählt. Damit kann aus Gleichung (6) die Schwingungsphase berechnet werden.
- Nach Eingabe des neuen Geschwindigkeitssollwerts wählt die Anlage innerhalb der vorhandenen Grenzen, d. h. innerhalb der zulässigen Beschleunigungs-, Momenten- und Geschwindigkeitsgrenzen, von zwei zur Beendigung der Schwingung führenden Steuerungsalternativen dieje nige, die zur kürzeren Geschwindigkeitsänderungszeit führt:
- - die Transportwagengeschwindigkeit des Krans wird durch eine Beschleunigung
  der Größe A·g zum Zeitpunkt t′ = (2 n + 1) · T/2 - σ · T/(2 · π)geändert oder
- - die Transportwagengeschwindigkeit des Krans wird durch eine Beschleunigung der Größe -A·g zum Zeitpunkt t′′ = n · T - σ T/(2 · π)geändert, wobei n=0, 1, 2, 3, . . . so daß t′ und t′′ größer sind als der vorliegende Zeitpunkt der Zeit.
- Zum Annullieren der zum Aufheben der Schwingung durch geführten Beschleunigungen werden Beschleunigungen der Größe -A·g/2 (oder A·g/2) zu den Zeitpunkten t′ (oder (t′) und t′+t/2 (oder t′′+T/2) vorgenommen.
- Zusätzlich werden gleichzeitig mit den schwingungskom pensierenden Steuerungen solche Beschleunigungen durchgeführt, die keine Schwingungen hervorrufen und die zur Transportgeschwindig keitsänderung gemäß dem neuen Sollwert führen.

Das Beschleunigungsprofil während der Verzögerungsperiode wird als Summe der genannten Beschleunigungssteuerungen erhalten und aus diesen ist weiter das Geschwindigkeits profil der Verzögerungsperiode des Wagens als Funktion der Zeit v=v(t) erhältlich.

Fig. 2 und 3 zeigen das Dämpfen der Schwingung mit der erfindungsgemäßen Steuerung bei Eingabe des Geschwindig keitssollwerts v=0 bzw. Stoppbefehls. Die Wagenge schwindigkeit zum Zeitpunkt des Stoppbefehls t1 ist v1 und die Last pendelt infolge der durchgeführten Steuer bewegungen. In Fig. 2a ist als Funktion der Zeit die während der Transportbewegung entstandene Gesamtschwin gung so gezeigt, wie sie ohne irgendwelche Steuermaß nahmen nach dem Stoppbefehlszeitpunkt t1 wäre. Im Fall nach Fig. 2a erfolgen nach dem Zeitpunkt t1 keine neuen Beschleunigungen.

Die die Schwingung kompensierenden und die Bewegung stop penden Beschleunigungssteuerungen sind in Fig. 2b, 2d und 2f nach dem obigen Beispiel dargestellt. Dementsprechend sind die durch die Beschleunigungssteuerungen hervorgeru fenen Schwingungen der Last in Fig. 2c, 2e und 2g gezeigt. Erfindungsgemäß wird im Zeitpunkt t3 ein die Lastschwingungen kompensierendes Beschleunigungssignal u1 gegeben, das so groß ist, daß es die im Stoppzeitpunkt vorhandene Schwingung kompensiert. Dies ruft an der Last eine Schwingung als Funktion der Zeit nach Fig. 2c hervor. In den Zeitpunkten t3 und t6=t3+T/2 wird der Beschleunigungssollwert geändert, um die durch den Beschleunigungssollwert u1 hervorgerufene Beschleunigung gemäß Fig. 2d mit einem Beschleunigungssollwertsignal aufzuheben, dessen Änderungsgröße die Hälfte der Größe von u1 ist und auf dies bezogen mit umgekehrtem Vor zeichen versehen ist. In Fig. 2e sind die entsprechenden Schwingungen dargestellt.

Um die zum Zeitpunkt des Stoppbefehls vorhandene Wagenge schwindigkeit zu stoppen, wird eine vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 dauernde Beschleunigungsanweisung und eine zweite gleich große Beschleunigungsanweisung vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 gemäß Fig. 2f gegeben. Die den Beschleunigungsänderungen entsprechenden Schwingungskomponenten sind in Fig. 2g dargestellt.

Die kombinierte Gesamtwirkung der oben beschriebenen Steuersignale ist in Fig. 3 gezeigt. Dementsprechend wird der Wagen in der Beschleunigungsperiode nach Fig. 3a gesteuert. Die Schwingung nach Fig. 2a wird dabei nach Fig. 3b zwischen dem Stoppbefehl t1 und dem Stoppzeit punkt t6 gedämpft. Die Veränderungen der Transportwagen geschwindigkeit während des Stoppens gehen aus Fig. 3c hervor. Damit ist auch die Position von Wagen und Last zu verschiedenen Zeitpunkten leicht zu bestimmen.

Das Kompensieren der Schwingung wird in entsprechender Weise auch bei anderen Änderungen des Wagengeschwindig keitssollwerts durchgeführt. Das Kompensieren der Schwin gung kann auch auf andere Weise als zum Änderungszeit punkt des Geschwindigkeitssollwerts durchgeführt werden, wenn z. B. der Schwingungswinkel oder die Schwingungs geschwindigkeit den im voraus eingestellten Grenzwert überschreitet. In diesem Fall werden dem Motor Beschleu nigungsanweisungen gegeben, die die vorhandene Schwingung eliminiert, aber nicht die Geschwindigkeit der Transport bewegung verändert.

Fig. 4 zeigt die Beschleunigungsanweisungsperioden des Transportmotors des Krans für die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform, in der die durch vorhergehende Steuer maßnahmen bestimmten Beschleunigungsperioden im Speicher des Steuerungssystems gespeichert werden. Die schwin gungskompensierenden Beschleunigungsperioden werden direkt mit Hilfe der vorher durchgeführten Steuer bewegungen ohne Lösung der Schwingungsgleichung definiert.

Es wird eine Situation betrachtet, in der bei auf der Stelle stehendem Wagen im Zeitpunkt t₀ der Geschwindig keitssollwert v_soll=v_max gegeben wird, aufgrunddessen die Beschleunigungsperioden a1 und a2 des Motors gebildet werden. Die Beschleunigung ACC_max ist die größtmögliche (Fig. 4a).

Im Zeitpunkt t₁ wird der Geschwindigkeitssollwert v_soll =-v_max geändert. Aufgrund der Beschleunigungsperiode a11 hat sich die Geschwindigkeit inzwischen (t₀, t₁) auf den Wert v=v₁ geändert und der Schwingungswinkel der Last ist R₁. Zur Kompensation der Schwingung muß der Motor eine halbe Periode nach Beginn der Steuerung in der entsprechenden Beschleunigungsperiode a₂₂ nach Fig. 4b beschleunigt werden. Zur Realisierung des Geschwindig keitssollwerts wird der Motor in den Perioden a₃ und a₄, die eine halbe Periode auseinander liegen, in entgegen gesetzter Richtung beschleunigt. Die Gesamtsteuerung setzt sich dabei aus den Perioden nach Fig. 4d zusammen. Die Geschwindigkeit ändert sich entsprechend in der in Fig. 4e gezeigten Weise auf den Sollwert v=-v_max.

Ziel ist im allgemeinen, den Geschwindigkeitssollwert nach der Steuerung so schnell wie möglich zu erreichen, was den Einsatz der größtmöglichen Beschleunigung voraussetzt. Im Betrieb können jedoch Situationen eintreten, in denen z. B. wegen einer Strombegrenzung nicht möglich ist, die durch den vom Bediener einge gebenen neuen Geschwindigkeitssollwert bedingte Beschleu nigung unmittelbar zu verwirklichen. In diesem Fall muß die Durchführung der Steuerung zeitlich aufgeschoben werden.

Bei dieser Ausführung der Erfindung ist die Steuerung des Kranwagens mit Hilfe von Mikroprozessoren realisiert, so daß die durch die Steuerungsmaßnahmen hervorgerufenen Beschleunigungsperioden nach Eingabe des Geschwindig keitssollwerts in dem Speicher der Steuereinheit einge speichert werden. Die Steuereinheit gibt der Motorsteuer vorrichtung Anweisung, nach der diese die Motorgeschwin digkeit auf den Sollwert steuert. Mit Ausgabe einer neuen Anweisung werden die auf alten Anweisungen beruhenden Perioden in geeigneter Weise gelöscht und erforderliche neue Perioden gemäß der in den beigefügten Ablaufdia grammen beschriebenen Weise ergänzt.

Die erfindungsgemäße Steuerung wird derart ausgeführt, daß die Geschwindigkeitssollwerte und die Beschleuni gungsperioden im Steuerungssystem in bestimmten Probe nahmeintervallen datiert werden. Die Steuerung erfolgt nach dem Ablaufdiagramm gemäß Fig. 5. In den Blöcken 50 und 51 wird die Seillänge l gemessen und nach Gleichung (3) die der Länge l entsprechende Dauer T der Schwin gungsperiode berechnet. Der Probenahmezeitpunkt i₂ wird, einskaliert auf die benutzte Seillänge, bestimmt nach der Gleichung i₂=T_ref/T, worin T_ref die der Referenzseil länge entsprechende Schwingungszeit ist. In den Blöcken 52 und 53 wird der Geschwindigkeitssollwert im Speicher abgelesen und der momentane Wert der Seillänge gemessen. Die Schwingungszeit T wird mit der Gleichung (3) errechnet und als Ausgangszeitpunkt i₁ der Betrachtung wird der vorherige Probenahmezeitpunkt i₂ gewählt. Der neue Probenahmezeitpunkt i₂ wird errechnet, indem zum vorherigen Wert das Probenahmeintervall h, multipliziert mit dem Faktor T_ref/T, addiert wird.

In Wahlblock 54 wird getestet, ob sich der Geschwindig keitssollwert nach dem vorherigen Probenahmezeitpunkt verändert hat. Wenn sich der Probenahmezeitpunkt verändert hat, werden die schwingungskompensierenden Beschleunigungsperioden generiert (Block 55), mit denen solche Beschleunigungsperioden (Block 56) kombiniert werden, die keine Schwingung hervorrufen und die den Geschwindigkeitssollwert gemäß den Ablaufdiagrammen nach Fig. 6 und 7 entsprechend ändern. Danach und auch wenn sich der Sollwert in den Blöcken 57-59 nicht verändert hat, wird die Geschwindigkeit im Zeitpunkt i₂ berechnet und die errechnete Geschwindigkeit als Leitwert zum Motor antrieb gegeben.

Die schwingungskompensierende Beschleunigungsperiode wird in der im Ablaufdiagramn nach Fig. 6 dargestellten Weise generiert. Gemäß der angewandten Steuerung setzen sich die Beschleunigungsleitperioden aus einer Sequenz zusammen, die sich aus zwei Beschleunigungsperioden ACC1 und ACC2 zusammensetzt, die in ihrer Dauer und Größe einander gleich sind und die eine halbe Pendelperiode auseinander liegen, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Die Sequenzen sind als Elemente im Speicher gespeichert, die Daten über den Anfangszeitpunkt und Art (ACC1/ACC2) und Wert (0 oder max) der in diesen enthaltenen Beschleu nigungsperioden sowie über die Adresse des nächsten Elements der Sequenz beinhalten. Wenn die Schwingung kompensiert werden soll, werden alle Elemente der Sequenz entfernt, deren Wert des Zeitfelds größer ist als i₁ + T_ref/2 (Block 60). Die Sequenz wird durch ein Element er gänzt, dessen ACC1=0 und ACC2=0 und Wert des Zeitfelds i₂ + T_ref/2 ist, womit die den unrealisierten ersten Beschleunigungsperioden der Sequenz entsprechenden zweiten Beschleunigungsperioden entfernt werden (Block 61). Zum Schluß wird ACC1 aller Elemente der Sequenz = 0 gesetzt, womit alle vorhandenen unrealisierten ersten Beschleu nigungsperioden entfernt werden (Block 62). Erfindungs gemäß wird die in dieser Weise steuerungsbedingte Schwingung kompensiert, weil der Beschleu nigungsperiode immer eine gleich große zweite Beschleuni gungsperiode entspricht, die sich im Abstand von einer halben Beschleunigungsperiode von der schon realisierten befindet.

Die die Endgeschwindigkeit ändernden Beschleunigungspe rioden werden gemäß dem Ablaufdiagramm nach Fig. 7 gebil det. In den Blöcken 70 . . . 74 ist als erstes mit P1 die Ele mentadresse bezeichnet, die zum Zeitpunkt i₁ in Kraft ist, und der Zeitfeldwert (ZEIT) des mit P1 bezeichneten Elements definiert. Als nächstes wird die größtmögliche Beschleunigung ACC_mögl berechnet, die anwendbar ist. Dazu wird mit der Näherungswertgleichung die Seillänge l_min berechnet, die erreicht werden würde, wenn die Last mit Maximalhubgeschwindigkeit HS angehoben würde. Darauf wird die dieser Seillänge entsprechende Mindestpendelzeit T_min mit der Gleichung (3) berechnet. ACC_mögl ergibt sich als Ver hältnis der Mindest- und Referenzschwingungszeiten aus der tatsächlichen Maximalbeschleunigung ACC_max des Wagens/der Brücke.

Im Wahlblock 75 wird untersucht, ob zur Stelle des mit P1 bezeichneten Elements ein neuer Beschleunigungsimpuls ge wünschter Größe gebracht werden kann, so daß die größt mögliche Beschleunigung ACC_mögl nicht überschritten wird. Ist das nicht möglich, wird zum nächsten auf P1 folgenden Element gegangen. Wenn die größtmögliche Beschleunigung eingehalten werden kann, wird im Block 76 die größtmög liche Breite W des neuen Beschleunigungsleitimpulses als Zeitfelddifferenz des auf P1 folgenden und der mit P1 bezeichneten Elemente definiert. Sind nach P1 keine Elemente vorhanden, ist die Impulslänge T_ref/2. Im Block 77 wird der größtmögliche Wert des zu ergänzenden Beschleunigungsleitimpulses definiert, so daß der Eigen wert der Sumne des alten und des zu ergänzenden Beschleu nigungsleitwerts an keiner Stelle den Wert ACC_mögl über schreitet. Die Länge der Anweisung wird so geregelt, daß die gewünschte Endgeschwindigkeit nicht überschritten wird (Blöcke 78, 79). Der erste Impuls der neuen Beschleu nigungsanweisung ACC1 wird zum Zeitpunkt ZEIT und der zweite Impuls ACC2 zum Zeitpunkt ZEIT+T_ref/2 begonnen (Block 80). Wird die gewünschte Geschwindigkeit immer noch nicht erreicht, wird zum nächsten Element über gegangen (Blöcke 81 und 82).

Die Gesamtschwingung kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf mehrere verschiedene Weisen kompensiert und die Geschwindigkeit der Transportbewegung geändert werden. Diese verschiedenen Weisen unterscheiden sich hinsichtlich der zeitlichen Anordnung und der Größe der Beschleunigungsänderungen. Mögliche Bedingungen dafür sind z. B.:

- der Stoppweg von der Stelle der Last zum Zeitpunkt, in dem der Geschwindigkeitssollwert v=0 gegeben wird, bis zur Endstelle der Last soll minimiert werden,
- das Überschwingen beim Stoppen oder bei Richtungsänderung der Last soll minimiert werden,
- die Stoppstrecke soll unabhängig von der Geschwin digkeit und vom Pendelungswinkel konstant gehalten werden zu einem Zeitpunkt, in dem der Geschwindig keitssollwert v=0 oder ein Geschwindigkeitssollwert gegeben wird, der eine Richtungsänderung voraus setzt,
- die Stoppstrecke soll vom Schwingungswinkel unabhängig sein zu einem Zeitpunkt, in dem der Geschwindigkeitssollwert v=0 gegeben wird (eindeutige Funktion der Anfangsgeschwindigkeit).

Dem Fachnann ist klar, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt ist, sondern in dem in den Patentansprüchen angeführten Umfang variieren kann.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines mit einer horizon talen Richtungskomponente bewegbaren Lastaufhängepunktes (1) eines Krans, z. B. eines Laufwagens oder einer Brücke, unter Dämpfung einer Kranlastschwingung, mit Hilfe eines den Antriebsmotor (4) für die Bewegung des Aufhängepunk tes (1) steuernden Leitsignals, wobei in dem Verfahren die Länge des Hubseils (2) zur Berechnung der Schwin gungsperiode der Kranlastschwingung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Eingabe eines neuen Geschwindigkeitssollwertes für die Bewegung des Lastaufhängepunktes (1) ein erstes Steuersignal (u₁, u₂; a₂₂) zur Kompensation der Kranlastschwingung sowie ein zweites Steuersignal (u₃; a₃, a₄) zur Beschleu nigung des Lastaufhängepunktes auf den Geschwindigkeits sollwert generiert werden, und daß aus beiden Steuersi gnalen das Leitsignal gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß aus der Lastschwingungsgleichung die Länge des Hubseils (2) und mit Hilfe von aus vorherigen Leitsignalen abgeleiteten Beschleunigungs änderungen des Wagens die im jeweiligen Zeitpunkt anliegende, durch vorherige Steuerungsmaßnahnen hervor gerufene momentane Gesamtschwingung bestimmt wird, wobei die die Schwingung (R) kompensierende Steuerung eine erste Beschleunigungsanweisung (u₁), deren Beschleuni gungsgröße, -richtung und -anfangszeitpunkt aus dem zum Eingabezeitpunkt des neuen Leitsignals anliegenden Schwingungswinkel (R) und der Schwingungsgeschwindigkeit (R′) bestimmt werden, sowie eine durch die erste Beschleunigungsanweisung hervorgerufene, die Endbe schleunigung kompensierende zweite Beschleunigungs anweisung (u₂) umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweiten Beschleunigungs anweisungen (u₂) aus zwei untereinander gleich großen Änderungen der Beschleunigungsanweisungen gebildet werden, deren gemeinsamer zeitlicher Abstand die Hälfte der Schwingungszeit (T/2) beträgt und deren Größe die Hälfte der Größe der die Beschleunigungsschwingung kompensierenden Beschleunigungsanweisung (u₁) beträgt, und daß die Richtung entgegengesetzt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die die Geschwindigkeit der Transportbewegung ändernde Steuerung (u₃) aus zwei gleich langen und gleich großen Beschleunigungsperioden gebildet wird, wobei die Zeit zwischen deren Anfangszeiten die Hälfte der Schwingungsperiode (T/2) beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekenn zeichnet, daß, sofern die momentane Gesamtschwin gung (R) vor Eingabe des neuen Geschwindigkeitssollwerts während der Transportbewegung den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, eine Kompensation der Schwingung durch geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei den zum Erreichen des Geschwindigkeitssollwerts erste Motorbeschleunigungs perioden (a₁) und entsprechende zweite Motorbeschleuni gungsperioden (a₂) gebildet werden, die im Abstand einer halben Schwingungsperiode von den ersten Perioden (a₁) anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Eliminieren der zum Eingabezeitpunkt (t₁) des neuen Ge schwindigkeitssollwerts anliegenden Schwingung alle ersten Beschleunigungsperioden (a₁) und diejenigen zweiten Beschleunigungsperioden, die sich im Abstand von mehr als einer halben Schwingungsperiode vom Eingabe zeitpunkt des neuen Sollwerts befinden, entfernt werden und zur Erzielung der Endgeschwindigkeit eine erste (a₃) neue und eine zweite neue Beschleunigungsperiode (a₄) gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Beschleunigungsperioden (a₁ . . . a₄) nach Eingabe des jeweiligen Geschwindigkeits sollwerts bis zum Erreichen des Geschwindigkeitssollwerts gebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuerdaten in vorausbestimmten Zeitintervallen ständig datiert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die die Schwingung kompensierende Steuerung und die die Geschwindigkeit ändernde Steuerung in einer Steuereinheit zu einer Gesamtsteuerung vereint werden, mit der die Motorsteu erung durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die für den Motor zulässigen Strom- und Geschwindigkeitsgrenzen nicht überschritten werden.