DE3513007A1

DE3513007A1 - Verfahren und anordnung zur automatischen steuerung eines krans

Info

Publication number: DE3513007A1
Application number: DE19853513007
Authority: DE
Inventors: Katsumi Fuchu Tokio/Tokyo Kawano; Shoji Kawasaki Kanagawa Miyamoto; Hiroaki Hikari Yamaguchi Yabu; Seiji Yokohama Kanagawa Yasunobu
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-04-11
Filing date: 1985-04-11
Publication date: 1985-12-19
Also published as: DE3513007C2

Description

VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR AUTOMATISCHEN STEUERUNG
EINES KRANS Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Steuerung eines Krans zum Transport von Lasten in Häfen oder dergleichen.
Stand der Technik und Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die schematische Darstellung eines Krans, Fig. 2 im Diagramm den Geschwindigkeitsverlauf bei einer bekannten Anordnung zur automatischen Steuerung eines Krans, Fig. 3 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der Berechnung von Gewichtungs- oder Bewertungswerten, Fig. 6 ein Fließbild zur Erläuterung der Verarbeitung, Fig. 7 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung des Vorgehens zur Berechnung der Bewertungswerte, Fig. 9 ein Phasendiagramm zur Erläuterung des Prinzips zum Anhalten der Pendelbewegung, Fig. 10 im Diagramm das Prinzip der Berechnung der Rest-Pendelbewegung, Fig. 11 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zum automatischen Betreiben und Steuern des Krans nach einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 12 im Diagramm die Form einer unterteilten Funktion, Fig. 13 ein Fließbild zur Erläuterung des Verarbeitungsablaufs, Fig. 14 ein schematisches Modelldiagramm eines Krans, für den sich die vorliegende Erfindung eignet, Fig. 15 das Diagramm der Laufkatzengeschwindigkeit, Fig. 16 ein Phasendiagramm der Winkelgeschwindigkeit und des Pendelwinkels des Seils, Fig. 17 das Diagramm einer unterteilten Funktion, die zur Ermittlung der Bewertunaswerte verwendet wird, Fig. 18 das Blockschaltbild einer Anordnung zum automatischen Betreiben und Steuern eines Krans, Fig. 19 ein Fließbild zur Erläuterung des Vorgehens beim Auf- oder Abwickeln des Seils gemäß der Erfindung, Fig. 20 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung zur Unterdrückung der Pendelbewegung des Seils und Fig. 21 ein Fließbild zur Erläuterung der Steuerung der Länge des Seils gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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.
Der in Fig. 1 schematisch gezeigte Kran wird automatisch so betrieben daß: (1) die Laufkatze 11 innerhalb einer möglichst kurzen Zeitspanne zum Bestimmungsort bewegt wird und (2) der Kran so gesteuert wird, daß die Last 13 am Bestimmungsort aufhört zu schwingen.
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 die Laufkatze 11 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.
Bei herkömmlichen Anordnungen zum automatischen Steuern des Krans wird zunächst ein Geschwindigkeitsmuster festgelegt, dem die Laufkatze 11 folgen sollte. 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 ist durch eine derartige Berechnung ermittelt, daß der Pendelwinkel des Seil systems am Ende der Bewegung gleich Null ist.
Bei der bekannten Anordnung zum automatischen Betreiben und Steuern eines Krans wird der Geschwindigkeitsverlauf der Laufkatze zur Erzielung der erwähnten Steueroperation zuvor gemäß Fig. 2 durch ein geometrisches Verfahren oder ein Optimalsteuerverfahren vermittelt. Das Servosystem ist so ausgelegt, daß die Laufkatze dem vorgegebenen Geschwindigkeitsmuster folgt. Die größte Schwierigkeit bei dieser Anordnung ist, 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.
Bisher wurde der automatische Betrieb bei laufendem Kran so gesteuert, daß die Geschwindigkeit der Laufkatze automatisch derart eingestellt wurde, daß sie genau einem vorgegebenen Geschwindigkeitsmuster folgt, beispielsweise dem der Fig. 15. 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.
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 gespart werden.
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 verloren geht. Insbesondere müssen die Last darstellende Container genau positioniert werden, so daß die Rest-Pendelbewegung eine ernste Schwierigkeit darstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Steuerung eines Krans anzugeben, bei deren Anwendung Pendelbewegungen der Last unterdrückt werden, so daß sie trotz unerwarteter Einflüsse, beispielsweise Anfangs-Pendelbewegung oder Windstöße, genau positioniert werden kann.
Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, die erforderliche Zeit zum Aufnehmen und Absetzen einer Last mittels eines Krans durch Einstellung der Seillänge bei laufender Laufkatze zu vermindern. Insbesondere soll die Last bei bewegter Laufkatze angehoben oder abgesenkt werden; die Pendelbewegung des Seils soll schnell unterdrückt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung zur Steuerung eines Krans mit einer Laufkatze, einem von der Laufkatze herabhängenden Seil und Einrichtungen zur Steuerung der Bewegung der Laufkatze umfaßt: - die Ermittlung eines Parameters, der das gesteuerte Ergebnis der Laufkatzenanordnung darstellt, - die Ermittlung eines Parameters, der das gesteuerte Ergebnis des Seilsystems darstellt, - die Vorausberechnung oder Schätzung wenigstens eines Parameters, der das gesteuerte Ergebnis darstellt, wenn ein Steuerbefehlswert der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den ermittelten Parametern geändert wird, und - die Bestimmung eines gewünschten Steuerbefehls aus dem geschätzten Ergebnis.
Erfindungsgemäß kann der Kran stabiler und mit hoher Geschwindigkeit automatisch in einer bisher nicht auszuführenden Art gesteuert werden. Die oben erwähnten Parameter und deren Ermittlung können vorzugsweise als Bewertungswerte behandelt werden.
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung zur automatischen Steuerung eines Krans. Die Anordnung enthält eine Einrichtung 1 zur Messung des Pendelwinkels des Seilsystems, eine Einrichtung 2 zur Berechnung des vorhandenen Pendelwinkels e(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.
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 «(t) der Laufkatze 11 in der gleichen Weise wie mittels der Recheneinrichtung 5, 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, eine Steuereinrichtung 9 dient zur Steuerung der Laufkatze 11.
Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Berechnung von auf die Laufkatzengeschwindigkeit bezogenen Bewertungswerte.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Berechnung von auf die Pendelbewegung des Seil systems bezogenen Bewertungswerten("fuzzy values").
Der Mikro-Computer 8 arbeitet nach dem in Fig. 6 gezeigten Programm, das in vorbestimmten Intervallen, z.B.
100 ms gestartet wird.
Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 wird anhand der Fig. 3 bis 6 erläutert.
Beim Start des Programms werden die von den Meßeinrichtungen 2 bis 6 ermittelten Werte des Seil systems, nämlich der Pendelwinkel 8(t), die Winkelgeschwindigkeit e(t), die Laufkatzengeschwindigkeit V(t), die Beschleunigung c(t) und das von der Meßeinrichtung 7 gemessene Gewicht der Last eingegeben (Schritt 21). Darauf wird eine Geschwindigkeit Vz berechnet, wobei der gegenwärtige Steuerbefehl u(t) für T Sekunden beibehalten wird. Geschwindigkeiten Vp und VN werden bei umu erhöhtem Steuerbefehl (Schritt 22) nach den folgenden Gleichungen berechnet: VZ = V(t) + u(t) x #T .... (1) u(t) + #u Vp = V(t) + x #T....(2) M u(t) - #u VN = V(t) + x #T....(3) M Darauf wird die Laufgeschwindigkeit der Laufkatze als Bewertungswert ermittelt. Hier wird angenommen, daß die Laufkatzengeschwindigkeit aus zwei Bewertungstermen besteht, nämlich einem Bewertungswert (µVl) in einem Bereich von Toleranzgeschwindigkeiten und einem Bewertungsterm (pV2) der mit einer Sollgeschwindigkeit übereinstimmt.
Eine den Bewertungsterm darstellendes, 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: Wenn x< -0.5, Wenn -0.5 # x # 0.5, Wenn 0.5<x,

µV1 (x) = -0.5/x

µV1 (x) = 1.0 # ... (4)

Ilvl (x) = 0.5/x

Die Funktion µV2 (x) des mit der Sollgeschwindigkeit übereinstimmenden Bewertungsterms kann folgendermaßen definiert werden: Wenn x< -0.1, Wenn -0.1 # x # 0.1, Wenn 0.1< x,

µV2 (x) = -0.1/x

µV2 (x) = 1.0 # ... (5)

µV2 (x) = 0.1/x

Der Bewertungswert CV für die laufende oder gegenwärtige Geschwindigkeit kann daher durch das Paar der beiden Funktionen µV1(x) und µV2(x) wiedergegeben werden.
Wird der Steuerbefehl beibehalten oder um du erhöht, so können die Bewertungswerte CVZ' CVP und CVN für die Geschwindigkeit aus den skalaren Größen VZ, VP und VN der laufenden Geschwindigkeit folgendermaßen (Schritt 23) gefunden werden, nachdem #T Sekunden abgelaufen sind, wie nach den Gleichungen (1) und (2) berechnet:

CVZ = {CVZ1, CVZ2}

= l Uvi (Vz 1 µV2(VZ) )

= { i CVP1. CVP2 } ... (6)

= {µV1(VP), µV2(VP)}

CVN ={CN1, CVN2}

= {µV1(VN), µV2(VN)}

Darauf werden ähnlich wie die Laufkatzengeschwindigkeit der Pendelwinkel e und die Winkelgeschwindigkeit #Z aus dem Pendelwinkel #(t) und der Winkelgeschwindigkeit e(t) des Seil systems ermittelt, wenn der gegenwärtige Steuerbefehl u(t) für T Sekunden aufrechterhalten wird. Die Pendelwinkel ep, #N und die Winkelgeschwindigkeiten ep und eN werden ermittelt, wenn der Steuerbefehl umdu erhöht wird.
Die Bewegung des Seilsystems ergibt sich aus folgender Gleichung: ë + g/l (l + m/M) # = u/lM ...(7) Darin sind ë die Winkelbeschleunigung des Pendelwinkels, g die Erdbeschleunigung, 1 die Länge des Seils und m das Gewicht des Seilsystems.
Sind g' = g(1 + m/M) und u' = u/M, dann ergibt sich aus Gleichung (7): ë + g'/l # = u'/l ...(8) Hierin ist eine natürliche Frequenz w. #z und ergeben sich somit aus folgenden Gleichungen: #Z = u'/g' - R cos (w#T + αO) .... (9) #Z = Rw sin (w#T + αO) .... (10) Darin sind: Die Pendelwinkel ep und #N und die Winkelgeschwindig keiten #P und #N können ebenfalls in der oben beschriebonen Weise ermittelt werden.
Aus den oben ermittelten Werten e und é lassen sich die Rest-Pendelbewegungen γZ, γP und γN nach folgenden Gleichungen ermitteln: Ferner kann die gegenwärtige Rest-Pendelbewegung raus der folgenden Gleichung ermittelt werden (Schritt 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 γ1), der annähernd der gleiche ist wie die gegenwärtige oder Ist-Größe und (p 2) der kleiner als die Ist-Größe ist. Das die Bewertungsterme darstellende Gleichungssystem kann beispielsweise in folgender Weise definiert werden. Bezeichnet man die Rest-Pendel bewegung mit r und beträgt die Toleranz 0,005 rad, so kann die in Abschnitte unterteilte Funktion µ γ1(γ) des Bewertungsterms ähnlich der oben erwähnten Größe definiert werden: Wenn γ # γT + 0.005, Wenn yT + 0.005< Y,

µγ(γ) = 1.0

# ...(15)

0.005

µγ(γ) =

γ - 0.005

Die in Abschnitte unterteilte Funktion µγ2(γ) des Bewertungsterms, der kleiner ist als die gegenwärtige Größe, kann definiert werden als: Wenn y< y/2.0, Wenn

py2(Y) = 1.0 ) (16)

µγ2(γ) = ######

Daher kann der Bewertungswert Cr der Rest-Pendelbewegung durch ein Paar zweier in Abschnitte unterteilter Funktionen µγ1(γ) und µγ2(γ) dargestellt werden. Wird der Steuerbefehl aufrechterhalten oder um #u erhöht, so lassen sich die Bewertungswerte CγZ, CγP und CγN für die Rest-Pendelbewegung folgendermaßen (Schritt 25) aus den skalaren Größen γZ, γP und γN für die Rest-Pendelbewegung nach T Sekunden nach den Gleichungen (11) bis (13) ermitteln: CγZ = {CγZ1, CγZ2} ={µγ1(γZ), µγ2(γZ)} CγP = {CγP1, CγP2} ={µγ1(γp), µγ2(γP)} CγN = {CγN1, CγN2} ={µγ1(γN), µγ2(γN)} Die Steuerregel wird'gestützt auf die Bewertungsschätzung, in folgender Weise gewählt: (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; (2) Erhöhung des Steuerbefehls um bu, wenn die Pendelbewegung abnimmt, während die Laufkatze innerhalb zulässiger Grenzen unter einem Steuerbefehl läuft, der um au erhöht wurde; (3) Verminderung des Steuerbefehls um du, wenn die Pendelbewegung abnimmt, während die Laufkatze innerhalb zulässiger Grenzen unter einem Steuerbefehl läuft, der um btu vermindert wurde, (4) Erhöhung des Steuerbefehls um du, wenn die Pendelbewegung sich nicht ändert, während die Laufkatze in Übereinstimmung mit einer Soll-Geschwindigkeit unter einem Steuerbefehl läuft, der um zu erhöht wurde, (5) Verminderung des Steuerbefehls um au, wenn sich die Pendelbewegung nicht ändert, während die Laufkatze in Übereinstimmung mit einer Soll-Geschwindigkeit unter einem Steuerbefehl läuft, der um au vermindert wurde.
Die Bewertungsherleitung wird durch Wahl einer Steuerregel berechnet, die einen Maximalwert hat aus: (1) min (Cvzil C yZl (2) min (CVP1, CγP2) (3) min (CvN1 CyN2) (4) min (CVP2, CγP1) (5) min (CVN2, CγN1) Darauf wird ein nach dieser Regel bestimmter Steuerbefehl erzeugt (Schritt 26).
Mit der beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, den Kran so zu steuern, daß die Rest-Pendelbewegung des Seil systems vermindert wird, während eine konstante Laufgeschwindigkeit des Laufkatzensystems beibehalten wird.
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.
Fig. 7 zeigt das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum automatischen Betreiben und Steuern eines Kranes. Darin sind mit 31 eine im folgenden als Mustergenerator bezeichnete Einrichtung, die die Soll-Geschwindigkeit VT, eine Soll-Beschleunigung XT, einen Soll-Pendelwinkel #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 Funktionen der Einheiten 5 und 6 der Fig. 3 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. 3 bezeichnet, die die geschätzten oder vorausberechneten Werte e, é des Ist-Pendelwinkels und der Ist-Geschwindigkeit aus dem gemessenen Pendelwinkel e des Seils berechnet.
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 #V zwischen der Laufkatzengeschwindigkeit V und einem Sollwert VT, mit 51, 52, 53 Einrichtungen zur Berechnung von Bewertungswerten wie "Beschleunigungsabweichung positiv (αP)", "Beschleunigungsabweichung ist gleich Null (αZ)" und " "Beschleunigungsabweichung negativ (αN)" aus einer Differenz #α zwischen der Laufkatzenbeschleunigung ox und der Soll-Beschleunigung αT, mit 61, 62, 63 Einrichtungen zur Berechnung von Bewertungswerten wie "Pendelwinkelabweichung positiv (#P)", "Pendelwinkelabweichung gleich Null (#z)" und "Pendelwinkelabweichung negativ (#N)" aus einer Differenz be zwischen dem Pendelwinkel e des Seils und einem Soll-Pendelwinkel #T , und mit 71, 72, 73 Einrichtungen zur Berechnung von Bewertungswerten wie "Winkelgeschwindigkeitsabweichung positiv (eP)", "Winkelgeschwindigkeitsabweichung gleich Null (eZ)" und "Winkelgeschwindigkeitsabweichung negativ (eN)" aus der Differenz be zwischen Winkelgeschwindigkeit é des Seils und einer Soll-Winkelgeschwindigkeit #T bezeichnet.
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 Xnderungsbetrag u im Steuerbefehl u schätzt oder ermittelt, mit 35 eine Steuerbefehls-Integrationseinrichtung, die den Betrag der Änderung tu 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.
Fig. 8 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.
Die Berechnung der Bewertungs- oder Schätzwerte VP, VZ und VN des Geschwindigkeitsfehlers #V wird anhand Fig. 8 beschrieben. Wenn der Geschwindigkeitsfehler #V eingegeben wird, erzeugt die VP-Recheneinheit 41 gemäß Fig. 8 einen Bewertungswert von 0,0, wenn - 0, einen Bewertungswert, der sich von 0,0 bis 1,0 linear ändert, wenn 0 < #V < 0,4, und einen Bewertungswert von 1,0, wenn 0,4 ## V.
Die VZ-Recheneinheit 42 erzeugt einen Bewertungswert 0,0, wenn #-0,5 und 0,5 # av, einen Bewertungswert, der sich von 0,0 bis 1,0 linear ändert, wenn -0,5) dV < -0,1 und 0,14 bV V < 0,5 und einen Bewertungswert von 1 , 0, wenn -0.1 # #V # 0,1.
Die VN-Recheneinheit 43 erzeugt Bewertungs- oder Annäherungswerte, die zu den von der VP-Recheneinheit 41 erzeugten symmetrisch liegen.
Wenn eine Geschwindigkeitsabweichung tV vorliegt, werden die Werte VP, VZ und VN aus den Recheneinheiten 41, 42, 43 erhalten, die die Bewertungswerte für die Geschwindigkeitsabweichung berechnen. Ist beispielsweise #V gleich 0,2 m/s, so ergeben sich Bewertungswerte VN = 0,5, VZ = 0,75 und VP = 0,0.
In gleicher Weise werden Bewertungswerte αP, αZ und αN der Beschleunigungsabweichung #α, Bewertungswerte #P, #Z und eN der Pendelwinkelabweichung ## und Bewertungswerte #P, #Z, #N der Winkelgeschwindigkeitsabweichung ## ermittelt. Auf der Grundlage dieser Bewertungswerte wird die Größe der Änderung du des Steuerbefehls durch die Recheneinrichtung 34 ermittelt oder geschätzt. Die Ermittlungsregel ist: (1) Sind die Geschwindigkeitsabweichung und die Beschleunigungsabweichung (VZ bzw. ocZ) gleich Null, wird der Steuerbefehl unverändert beibehalten, d.h.
Zu = O; (2) Sind die Geschwindigkeitsabweichung und die Beschleunigungsabweichung positiv (VP bzw. ocP), so steigt der Steuerbefehl schwach d.h.
au = + 0,1 m/s; (3) Sind Geschwindigkeitsabweichung und Beschleunigungsabweichung negativ (VN bzw. αN), so wird der Steuerbefehl schwach verringert, d.h.
= = - 0,1 m/s; (4) Sind Pendelwinkelahweichung und Winkelgeschwindigkeitsabweichung gleich Null (#Z bzw. #Z), so wird der Steuerbefehl unverändert beibehalten, d.h.
= = O; (5) Sind Pendelwinkelabweichung und Winkelgeschwindigkeitsabweichung positiv (eP bzw. eP), so wird der Steuerbefehl um einen geringen Betrag erhöht, d.h.
zu = + 0,1 m/s; (6) Sind @endelwinkelabweichung und Winkelgeschwindigkeitsabweichung negativ (eN bzw. eN), so wird der Steuerbefehl um einen geringen Betrag vermindert, d.h = = - 0,1 m/s.
Genauer, die obigen Schätzungen oder Vorausberechnungen werden aus den Gewichtungswerten der Regeln errechnet, d.h.
(1) R1 = min (VZ, aZ) (2) R2 = min (VP, aP) (3) R3 = min (VN, αN) (4) R4 = min (eZ, 6Z) (5) R5 = min (#P, eP) (6) R6 = min (eN, eN) Aus diesen Regeln wird die Regel mit dem höchsten Bewertungswert gewählt und es wird die Änderungsanzeige als vorausberechnetes Ergebnis du für die Steuerbefehls-Inte- grationseinrichtung 35 erzeugt, der durch die Regel bestimmt ist.
Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ermöglicht es auch, den Kran so zu steuern, daß die Rest-Pendelbewegung des Seil systems in gleichem Maße wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform vermindert wird.
Statt der hier beschriebenen unabhängigen Recheneinheiten können ein Teil oder sämtliche Recheneinheiten in Form eine Mikro-Computers aufgebaut werden. Das Programm kann zu vorbestimmten Zeitintervallen zur Erzeugung des Steuerbefehls gestartet werden.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung eine dritte und vierte Ausführungsform beschrieben, bei denen einem vorbestimmten Steuerablauf oder -muster gefolgt wird.
Die Dynamik des Krans kann unterteilt werden in (1) das Seilsystem und (2) das Laufkatzensystem.
Durch Analysieren jedes dieser Systeme können die Bedingungen zur Ausführung der Pendel regelung gemäß folgender Beschreibung gefunden werden.
(1) Seilsystem Ist die Beschleunigung u der Laufkatze konstant und bezeichnet man den Pendelwinkel des Seil systems mit e und die Winkelgeschwindigkeit mit e, so ergibt sich auf einer Phasenebene eine 1 als Seillänge) mit einem Punkt u/g (g ist die Erdbeschleunigung) auf der e-Achsc als Zentrum eine im Gegcznuhrzeigersinn gerichtete kreisförmige Trajektorie.
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. 9(a) oder mit negativer Beschleunigung u im vierten Quadranten - (2) der Fig. 9(a).
Wenn aber die Pendelbewegung unter Abbremsung (uz 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.
Liegt die Trajektorie zur Zeit t im vierten Quadranten, wie in Fig. 9(b) gezeigt, so ergibt sich für die Beschleunigung u= u(1), um (#0/#, #0) in den Ursprung zu bringen: Ferner eraeben sich und als Zeit T (1) zur Ankunft am Ursprung m(1) = # T = Wie beschrieben, wird das Seilsystem nach der Zeit T(1) zu schwingen auf, wenn man die Laufkatze für die Zeit T(1) mit der Beschleunigung u@@ laufen läßt.
(2) Laufkatzensystem Die Position der Laufkatze sei mit x, ihre Geschwindigkeit mit x und die Soll-Lage mit xM bezeichnet. Damit ergibt sich, um die Laufkatze mit einer konstanten Beschleuniaung an der gewünschten Stelle stillzusetzen: aus

1/2 x T(2) = xM - x

# x + uT = 0

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.
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(l) = 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 (u f u*) und der Zeit T (T # T*) als Fehlerfaktoren, wenn das endgültige Ende erreicht ist.
Im folgenden werden der Fehler, die Rest-Pendelbewegung des Seil systems und der Stoppstellungsfehler des Laufkatzensystems zu dem Zeitpunkt beschrieben, zu dem das endgültige Ende erreicht wird, wenn u # u* und T # T*. Hier wird jedoch angenommen, daß das Laufkatzensystem nach einer Zeit T zum Stillstand kommt, d.h.
x + uT = 0.
(1) Seilsystem (siehe Fig. 10) Sind # = #T # = = tan 1 G/w # - u/g dann #(tf) = u/g + γ cos (# #(tf)/# = γ sin (# + #) wenn tf = t + T, wenn das endgültige Ende erreicht ist.
Hier ist jedoch und die Rest-Pendelbewegung J(1) ist gegeben durch (2) Laufkatzensystem Der Fehler J(2) in der Stoppstellung ergibt sich aus J(2) = xM 0 1/2 xT .....(18) Fig. 11 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung 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.
Es läßt sich sagen, daß die Fehler J(1) und 3(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, x, e, e) gegeben wird. Der Steuerbefehl wird durch die Bewertungsherleitung unter Zugrundelegung der geschätzten Bewertungswerte bestimmt. Die Schätzungsregeln sind z.B.: (1) Beibehaltung des gegenwärtigen Wertes, wenn die Laufkatze bei der vorliegenden Beschleunigung richtig stillgesetzt und die Pendelbewegung zum Stillstand gebracht werden kann.
(2) Leichte Erhöhung der Beschleunigung, wenn die Laufkatze durch schwache Beschleunigung richtig stillgesetzt und die Pendelbewegung richtig zum Stillstand gebracht werden kann.
Die Bewertungsindizes wie "hält zufriedenstellend" und 'Pendelbewegung wird richtig stillgesetzt", die zur Bestimmung (Bewertungshcrleitung) des Steuerbefehls unter Anwendung der zuvor erwähnten Steuerregeln notwendig sind, werden unter Anwendung in Abschnitte unterteilter Funktionen definiert. Beispiele sind in Fig. 12 gezeigt.
Fig. 12(a) bestimmt in Abschnitte unterteilte Funktionen µGG' pGA von Bewertungsvariablen, GG (stoppt zufriedenstellend), GA (stoppt richtig), und Fig. 12(b) bestimmt die in Abschnitte unterteilten Funktionen µSG, µSA der Bewertungsvariablen, SG (stoppt die Pendelbewegung zufriedenstellend), SA (stoppt die Pendelbewegung richtig).
Unter Anwendung der obigen Parameter können die Schätz-oder Vorausberechnungsregeln z.B. folgendermaßen aufgeschrieben werden: (1) Wenn G = GA und S = SA, dann #u - 0,0 (2) Wenn G = GA und S = SA, dann tu = +0,1 (3) Wenn G = GA und S = SA, dann au = -0,1.
(n) Nun wird die durch die UND" "UND"-Verbindung des "WENN-Teils" der ersten Regel vorgegebene Bewertungs- oder veränderlichen Gruppe ausgedrückt als P1 = GA SA worin eine Gruppe von Produkten bezeichnet.
Im folgenden wird betrachtet, welche Werte durch G und S angenommen werden, wenn die Steuerung zur Zeit t durch eine Größe au korrigiert wird. Es ergibt sich folgende Bewertungsgruppe: P1(t) = (GA#G (J(2), t)) # (SA#S (J(1), t)) ...(19) Darin ist r1(t) = sup µp1 (t) .... (20) ein Gewichtungswert der ersten Regel.
Die Prozedur wird in der gleichen Weise ausgeführt, um die zuverlässigste Steuerregel aus den n-Regeln zu ermitteln: r(t) = max ri(t) ...(21) Fig. 13 zeigt den Hergang des oben beschriebenen Prozesses.
Die obige Ausführungsform basiert auf dem Pendelwinkel e des Seil systems und seiner Winkelgeschwindigkeit e. Werden die Daten für die Winkelgeschwindigkeit nicht erhalten, so lassen sie sich aus folgender Beziehung ermitteln: #(tK) = {#(tK) - #(tK-1)}/ (tK - tK-1) Im folgenden wird eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben. Dabei wird die Vorausberechnungsregel Ri folgendermaßen ausgedrückt: Wenn fi (X = Aix, X = Aix, # = Ai#), dann y = gi (X, X, e) = PiO + PixX + Pi## worin Aix, Aix und Ai# Gruppen von Gewichtungswerten darstellen, die die variablen Bereiche von X, X und e bestimmen. fi ist eine den Zustand der Vorausberechnungsregel Ri ausdrückende logische Funktion und gi eine Funktion, die y aus X, X und e bestimmt und in diesem Fall eine lineare Funktion ist.
Nimmt man an, daß es eine Gesamtheit von n Schätz- oder Vorausberechnungsregeln gibt, so wird der Wahrheitswert bestimmt durch worin / / die Wahrheitswerte bezeichnet.
Aus den praktischen Steuerdaten wird der Parameter P der linearen Funktion gi in der folgenden Weise auf der Grundlage des Verfahrens der kleinsten Quadrate bestimmt.
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, X, ) 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

y1 # x1, x1, #1

y2 X1 X2 e2

Y= # . #, X = # #

Ym xm, xm, #m

In diesem Fall wird weiter der Wahrheitswert w. der oben erwähnten Vorausberechnungsregel gegeben durch wi= / fi (xK = Aix, xK = Aix, #K = A / Daraus ergibt sich Aus dem obigen werden die Parameter y = P. + PixX + P + Pi## 10 ixX auf der Grundlage des Gewichtungsverfahrens der kleinsten Quadrate vorausberechnet oder geschätzt.
Bei dieser Ausführungsform werden die Parameter der bewerteten Steuerregeln zur Regelung des Kranes aus günstigen Ergebnissen 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.
Hier sei angemerkt, daß die Funktion g zur Bestimmung des Steuerbefehls y aus X, #, e nicht auf die im obigen Ausführungsbeispiel erwähnte lineare Funktion beschränkt ist.
Nach der ersten bis vierten Ausfühnungsform der Erfindung wird eine Anordnung zum automatischen Steuern eines Kranes realisiert, bei der 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 Genauigkeit gestoppt, wenn unerwartete Einflüsse wie Anfangs-Pendelbewegungen oder Windböen vorhanden sind.
Fig. 14 zeigt eine schematische Modelldarstellung eines Krans, für den sich die im folgenden beschriebene fünfte Ausführungsform der Anordnung 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 Laufikatze 101 bewegt. Die Laufkatze 101 wird durch ein in geeigneter Weise aufgebautes Servo-System nach einem vorberechneten Geschwindigkeitsmuster (z.B. Fig. 15) gesteuert, so daß sie sich innerhalb einer möglichst kurzen Zeit ünd derart zum Bestimmungsort bewegt, daß das Seil zu schwingen aufhört, wenn die Laufkatze am Bestimmungspunkt angelangt ist.
Bei der Anordnung der Fig. 14 wird die Beziehung zwischen dem Pendelwinkel e und der Winkelgeschwindigkeit é der Pendelbewegung ausgedrückt durch e = Ae + by worin

# 0 1 0

e , (g Q/Q o) , ( ° )

Darin sind 1 die Seillänge, i die Änderungsgeschwindigkeit der Seillänge, g die Erdbeschleunigung, die Beschleunigung der Laufkatze.
Löst man die obige Gleichung analytisch unter der Bedingung, daß 1 konstant ist, ist die Trajektorie der Lösung ein Kreis im Gegenuhrzeigersinn auf der Phasenebene von und # mit # gleich γ/g als Zentrum bildet (#=#g/l) . Unter Verwendung der Ergebnisse läßt sich das Geschwindigkeitsmuster der Fig. 15 errechnen und es kann eine Beziehung zwischen e und e/'> (Fig. 16) 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 Academic Lectures, Seiten 533-534, 1983). Nach Fig. 16 wird in den Abschnitten (3) und (9) im Geschwindigkeitsmuster der Fig. 15 ein maximaler Pendelwinkel (emax = + Irl/g) beobachtet. In dieser Bedingung wird stillgesetzt.
Betrachtet man das dynamische Verhalten des Seil systems in den Abschnitten (3) und (9), so ergibt sich aus obiger Gleichung, daß das System durch die Seillänge 1 oder die Seillängenänderung nicht beeinflußt wird. D.h., in diesen Abschnitten geht die Trajektorie der Lösung für e selbst dann nicht über den Stillstandspunkt hinaus, wenn sich die Seillänge 1 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 Ergebnissen von e oder e bestimmt werden.
D.h. im ausgeglichenen Schwingungszustand gilt é = 0.
Ob der ausgeglichene Schwingungszustand im Abschnitt (3) oder (9) vorliegt, kann in Abhängigkeit vom positiven oder negativen Vorzeichen der Beschleunigung x der Laufkatze bestimmt werden. Die Grundregeln der Steuerung sind folgendermaßen: (I) Sind x > 0 und # = 0, so wird das Seil eingeholt.
Die Einholgeschwindigkeit ist so eingestellt, daß das Seil zur Zeit tfa eine vorbestimmte Länge lm hat, wenn das Ende des Abschnittes (3) erreicht ist.
(II) Sind k < 0 und e = o, so wird Seil ausgegeben.
Die Ausgabegeschwindigkeit wird so eingestellt, daß das Seil zur Zeit tfd eine vorbestimmte Länge 1M hat, wenn das Ende des Abschnittes (9) erreicht ist. Ist es schwierig, die Winkelgeschwindigkeit # direkt zu messen, so wird e verwendet, das nach folgender Gleichung berechnet wird: ## = {# (tk) - # (tk-1)}/ #t ....(22) worin t = tk t k-1 Die Einhol- und Ausgabegeschwindigkeit werden in bestimmten Intervallen tK wiederholt eingestellt, so daß der geschätzte Fehler »1 der Seillänge schließlich gleich Null ist. Man geht mit folgender Gleichung vor: (I) Im Abschnitt (3): #l = {l(tk) + l(tk) (tfa - tk)} - lm ...(23) (II) Im Abschnitt (9): #l = {l(tk) + l(tk) (tfd - tk)} - lm ...(24) worin l(tk) die Seillänge zur Zeit tk und i(tk) die Änderungsgeschwindigkeit der Seillänge zur Zeit tk, d.h. die Einhol- oder Ausgabegeschwindigkeit sind.
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 é oderd8 und sind daher ebenfalls ungenau. Im folgenden wird daher ein Steuerverfahren zur Verarbeitung dieser Größen als Bewertungs- oder ungenaue bzw. Annäherungswerte beschrieben.
Unter Anwendung von dB der Gleichung (22) statt e werden die als Bewertungswerte behandelten Werte de und bl ausgedrückt als e und dl. 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, daß 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.
Im Abschnitt (3) sind die zum Auf- oder Abwickeln des Seils notwendigen Bewertungs-Bestimmungsregeln in jedem Moment tk folgende: (i) Wenn = = VS und #1(0) = G, dann i(tk) = 0 (ii) Wenn## = VS und #l(0) = G, dann i(tk) = α (i+l) Wenn je = VS und #l(iα) = G, dann l(tk) = (n+l) Wenn be = VS und al(ns) = G, dann l(tk) = Darin sind: #1(iα) : #l (i = 0 bis n), wenn l(tk) = iα in Gleichung (23); 0' : Minimaler steuerbarer Betrag der Seilgeschwindigkeit i.
Die Symbole VS und G bezeichnen Bewertungsvariablen mit der Bedeutung sehr klein" bzw. "gut"; sie werden durch die in Abschnitte unterteilten Funktionen pVS und pG für die Variablen gemäß Fig. 17(a) und 17(b) definiert.
Die Symbole ## und #l bezeichnen ebenfalls Gewichtungswerte, die durch ähnliche, nicht gezeigte, in Abschnitte unterteilte Funktionen µ## und µ#l definiert werden können, Die Bewertungs-Herleitung wird durch Überprüfung der Bedingungen der oben erwähnten Regeln (1) bis (n) zu jedem Moment tk und durch Bestimmung von l(tk) ausgeführt, durch das der Wert µ1(##)#µ2(##)... (25) maximal wird, worin sind: Die Berechnung einer Gruppe von Produkten, µ1(##) = µVS # µ## ...(26) µ2(##) = µG # µ## ...(27) µ1(##) und µ2(#1) stellen das Maß dar, in dem ## und #1 VS bzw. G sind.
Dasselbe gilt auch für den Abschnitt (9), wenn der Wert i(tk) mit negativem Vorzeichen und statt Gleichung (23) die Gleichung (24) verwendet wird.
Fig. 18 zeigt das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Anordnung zum automatischen Betreiben und Steuern eines Kranes. 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-Mbßeinrichtung 108 und bestimmt den Wert i(tk) durch Ausführung der Bewertungs-Herleitung unter Bezug auf die Daten der TJaufkatzenbeschleunigung, 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. 19 zeigt das Fließbild des vom Prozessor 109 der Fig. 18 ausgeführten Programms, wenn das Seil eingeholt und ausgegeben wird. Der Pendelwinkel #(tk) des Seils wird im Zeitmoment tk nach vorherbestimmten Zeitintervallen dt abgelesen und es wird die Pendel-Winkelgeschwindigkeit ##(tk) des Seils nach der Gleichung (22) berechnet.
Weiter wird aus der in diesem Moment eingeholten odc ausgegebenen Seillänge für diesen Moment die Seil länge l(tk) berechnet. Darauf wird in Abhängigkeit von den Daten für die Laufkatzenbeschleunigung vom Prozessor 106 des Systems zur Steuerung der Laufkatzenbeschleunigung der Fehler 1 der Seillänge für jedes 1 = #α , + ----, t no; (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 Bremsabschnz,tt befindet.
Darauf werden für jeden der berechneten Fehler dl die Grössen µ1(##) #) nach Gleichung (26) und dl) nach Gleichung (27) berechnet. In diesem Moment können die Funktionswerte auf der rechten Seite der beiden Gleichungen durch Exponentialfunktionsannäherung oder durch Faltl inienannäherung berechnet oder aus einer Tabelle abgelesen werden. Ferner kann die Gruppe der Produkte durch Wahl eines kleinere Wertes zwischen zwei Funktionswerten berechnet werden.
Weiter wird die Berechnung mit gewähltem kleinerem Wert nach Gleichung (25) für alle Seilgeschwindigkeiten i ausgeführt. Ein Maximalwert i wird als Operationsgröße i(tk) zum Betätigungsglied gesendet, das das Seil einholt oder ausgibt.
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. 20(a) zeigt schematisch den Mechanismus und Fis. 20(b) den vorgang, in dem die Pendelbewegung nach dem Mechanismus gede3mpit wird. Diese Operation entspricht der Ausbreitung einer Schwingung, wobei jedoch die Phase um 1800 geändert ist.
Diese Steuerung erfolgt vorzugsweise in dem Abschnitt ((6) in den Figuren 15 und 16), 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-Pendelbewegunq des Seils resultierende Pendelbewegung zu unterdrücken.
Daher können die Grundregeln der Steuerung wie folqt zusnmmcnqf-faßtr werden: (I) Wenn x = 0 und e = O: Aufwickeln des Seils, (II) Wenn x = 0 und e = O: Abwickeln des Seils.
Die Regelung nach diesen Regeln kann mit der in Fig. 18 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 strickte Erfüllung der Bedingungen der beiden Regeln. Es wird daher im folgenden auch der Fall beschrieben, in dem die Bewertungsregelung ausgeführt wird.
Die oben erwähnten Regeln lassen sich nach den Regeln der Bewertungsschätzung oder Annäherungsschätzung ausdrücken: (i) Wenn x = VS und e = vs, dann 1 = -s (ii) Wenn x = VS und e = vs, dann i = (iii) Wenn x = NVS, dann i = 0.
Die Symbole VS und NVS (nicht sehr klein) stellen Bewertungsvariablen dar, wobei VS als Funktion pVS für Variablen gemäß Fig. 17 und UNVS als 1 - VS bestimmt wird.
Läßt sich die Winkelgeschwindigkeit e nicht direkt mesen, so kanne von Gleichung (22) benutzt werden.
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:

(i') µVS (x) # µVS (#)

(ii') µVS (x) # µVS (#) ...(28)

(iii') µNVS

(iv') µNVS (#) # µNVS (#)

und es wird ein durch eine Regel mit dem größten Wert bestimmter Wert i gewählt.
Die obige Steuerung kann nach dem Programm der Fig 21 auch mit der Steueranordnung der Fig. 18 ausgeführt werden. Der Prozessor 109 lieste(t) und e(tk) ab, die durch die Seil-Pendelwinkel-Meßeinrichtung 108 (oder e(tk) wird berechnet) sowie vom Prozessor 106 x(tk) zu vorbestimmten Zeitpunkten k in vorbestimmten Intervallen #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 l(t@), wodurch das Betätigungsglied 1010 gesteuert wird, das das Seil einholt oder ausgibt.
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.
nci der beschriebenen fünften und sechsten Ausführungsform der Erfindung wird bei laufender Laufkatze die Sei]-länge derart gesteuert, daß die Last als Teil der Lastbewegung angehoben oder abgesenkt wird. Ferner können unerwartete Pendel bewegungen des Seils verhindert werden, die oft bei laufender Laufkatze entstehen. Demzufolge läßt sich die Effizienz der Lastbewegung beträchtlich verbessern.

Claims

Verfahren und Anordnung zur automatischen Steuerung eines Krans Patentansprüche: 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), dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß ein Parameter gewonnen wird, der das gesteuerte Ergebnis des Laufkatzensystems darstellt, daß ein Parameter gewonnen wird, der das gesteuerte Ergebnis des Seil systems darstellt, daß zumindest ein Parameter geschätzt oder vorausberechnet wird, der das gesteuerte Ergebnis darstellt, wenn ein Steuerbefehlswert der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den erhaltenen Parametern geändert wird, und daß aus dem geschätzten Ergebnis ein Soll-Steuerbefehl bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das geschätzte Ergebnis als Bcwrrtungswcrt zu jedem Moment ermittelt und der Soll-Steuerbefehl in Abhängigkeit von der Schätzung bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der das gesteuerte Ergebnis des Laufkatzensystems darstellende Parameter die Laufkatzengeschwindigkeit und der das gesteuerte Ergebnis des Seilsystems darstellende Parameter den Pendelwinkel des Seils enthalten.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k c n n -z e i ch n e t , daß die das gesteuerte Ergebnis darstellenden Parameter als Gewichtungswerte erhalten werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß Erzeugungsregeln zur Ermittlung des geschätzten Ergebnisses auf der Grundlage des Bewertungswertindex und zur Bestimmung eines Soll-Steuerbefehls auf der Grundlage dieses Index verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß Laufkatze (11) und Seil (12) so gesteuert werden, daß sie sich entsprechend einem vorherbestimmten Muster bewegen.
7. Verfahren zur automatischen Steuerung der Seillänge eines Krans, mit einem Betätigungsglied (107) zur Einstellung der Laufkatzengeschwindigkeit, einem Betätigungsglied (1010) zur Einstellung der Länge des Seils, und mit einem automatischen Steuermechanismus (106, 109) zur Steuerung der beiden Betätigungsglieder (107, 1010), dadurch g e k b n n z e i c h n e t , daß das Betätigungsglied (1010) zur Einstellung der Seillänge gesteuert wird, wenn festgestellt wird, daß der Laufzustand der Laufkatze und der Pendel zustand des Seils eine vorbestimmte Beziehung bilden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Betätigungsglied (1010) unter Beibehaltung eines vorbestimmten Zeitintervalls so gesteuert wird, daß das Seil auf- und abgewickelt wird, wenn festgestellt wird, daß die Pendel-Winkelgeschwindigkeit des Seils innerhalb eines Null umfassenden vorbestimmten Bereichs liegt, während die Laufkatze beschleunigt oder abgebremst wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Betätigungsglied (1010) unter Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Zeitintervalls so gesteuert wird, daß das Seil auf- und abgewickelt wird, wenn festgestellt wird, daß entweder der Pendelwinkel des Seils oder die Winkelgeschwindigkeit des Seils innerhalb eines Null umfassenden vorbestimmten Bereichs liegt, während die Beschleunigung der Laufkatze innerhalb eines Null umfassenden vorbestimmten Bereichs liegt.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bestimmung und der Steuerbefehl auf der Grundlage der Bewertungs-Herleitung ausgegeben werden.
11. Anordnung zum automatischen Steuern eines Krans mit einer Laufkatze (11), einem von der Laufkatze (11) herabhängenden Seil (12) und Einrichtungen zum Steuern der Bewegung der Laufkatze (11), g e k e n n -z e i c h n e t durch Einrichtungen zur Messung der Geschwindigkeit der Laufkatze (11), durch Einrichtungen zur Berechnung der Beschleunigung der Laufkatze aus der Geschwindigkeit, durch Einrichtungen zur Messung des Pendelwinkels des Seils und seiner Winkelgeschwindigkeit, durch Einrichtungen zur Schätzung der Geschwindigkeit der Laufkatze und/oder des Pendelwinkels des Seils auf der Grundlage der gemessenen Ergebnisse und des berechneten Ergebnisses, wenn der vorliegende Steuerbefehl geändert wird, und durch Einrichtungen zur Bestimmung eines optimalen Steuerbefehlswerts auf der Grundlage des geschätzten Ergebnisses.
12. Anordnung nach Anspruch 11, g e k e n n z e i c h -n e t durch Einrichtungen zur Ermittlung der Geschwindigkeit und Beschleunigung der Laufkatze (11) sowie des Pendelwinkels und der Winkel geschwindigkeit des Seils (12) als Gewichtungswerte.
13. Anordnung nach Anspruch 11, g e k e n n z e i c h -n e t durch Einrichtungen zur Ermittlung des geschätzten Ergebnisses auf der Grundlage des Index der Bewertungswerte, und zur Bestimmung eines optimalen Steuerbefehlswertes.