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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.