專利名稱：用于控制懸掛于起重機(jī)的貨物的運(yùn)動的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制通過線纜懸掛于提升機(jī)的貨物(load)的運(yùn)動的裝置和方法，該提升機(jī)能夠以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動驅(qū)動貨物。
背景技術(shù)：
所談及的提升機(jī)特別涉及多種不同類型的塔式起重機(jī)或懸臂起重機(jī)。這些起重機(jī)包括附接至垂直支架的頂部的懸臂。懸臂具有懸掛點(或吊鉤點)，從懸掛點通過懸掛線纜懸掛貨物。這些起重機(jī)的一個具體特征是作為懸臂繞大體居中于起重機(jī)支架的垂直旋轉(zhuǎn)軸線Z的旋轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動的第一運(yùn)動。此外，這些起重機(jī)還進(jìn)行第二運(yùn)動，該第二運(yùn)動是沿懸臂從懸掛點開始的直線運(yùn)動，該第二運(yùn)動在本文中被稱為平移運(yùn)動。在某些起重機(jī)中，貨物的懸掛點是能夠在導(dǎo)軌上做平移運(yùn)動的臺車，平移運(yùn)動(臺車運(yùn)動)是沿懸臂的水平軸線X進(jìn)行的。另一些起重機(jī)包括升降懸臂或鉸接而成的懸臂(折合刀懸臂)，并且在其端部處設(shè)置貨物的懸掛點。懸臂的升降或樞轉(zhuǎn)(articulation)于是生成懸掛點的平移運(yùn)動。另外，起重機(jī)總是包括用于提升與懸掛線纜相關(guān)聯(lián)的貨物的裝置，懸掛線纜的長度是可變的，以允許貨物在被稱為提升運(yùn)動的第三運(yùn)動中發(fā)生垂直位移。提升機(jī)對貨物的處理導(dǎo)致該貨物的搖擺運(yùn)動，這顯然是希望消減的，以便在盡可能短的時間內(nèi)完全安全且平滑地轉(zhuǎn)移貨物。在起重機(jī)的情況下，第一搖擺運(yùn)動由繞垂直旋轉(zhuǎn)軸線Z的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動生成。第二搖擺運(yùn)動也由沿平移軸線X的平移運(yùn)動的加速/減速而生成。與因直線運(yùn)動而形成的搖擺運(yùn)動相比，因旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而形成的搖擺運(yùn)動的特別之處是該運(yùn)動具有在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動期間由貨物的離心力生成的分力，該離心力趨于將貨物甩出旋轉(zhuǎn)區(qū)域。因此，不能通過僅僅作用于控制該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來消除第一搖擺運(yùn)動。此外，第一搖擺運(yùn)動的一個特征是，即使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的加速或減速度為零，但是只要旋轉(zhuǎn)速度不為零它就保持存在。若干解決方案已經(jīng)存在，以用于自動減小被懸貨物沿水平軸線的平移運(yùn)動所生成的搖擺角度，特別是在文獻(xiàn)FR2698344、FR2775678、US5443566中。然而，這些文獻(xiàn)中沒有一個涉及能夠自動控制由貨物繞垂直旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動所生成的搖擺角度的抗搖擺裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是通過簡單、快速且易于實施的裝置和方法來控制懸掛于起重機(jī)的貨物的擺動。它使實施對貨物搖擺的控制所必需的測量或信息取樣最小化。為此目的，本發(fā)明描述了一種控制裝置，用于控制從提升機(jī)的懸掛點被懸掛線纜懸掛的貨物的運(yùn)動，所述懸掛點能夠進(jìn)行繞垂直旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和沿平移軸線的平移運(yùn)動，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動生成貨物沿平移軸線的第一搖擺角度。所述控制裝置包括計算器件，用于計算第一搖擺角度和第一搖擺角度的速度，作為唯一輸入變量使用的是代表懸掛線纜的長度的信息、代表旋轉(zhuǎn)軸線與懸掛點之間的距離的信息、和代表懸掛點的旋轉(zhuǎn)速度的信息， 而作為內(nèi)變量使用的是第一搖擺角度的加速度。所述計算器件通過使用第一搖擺角度的加速度的迭代過程，來確定第一搖擺角度和第一搖擺角度的速度。根據(jù)一個特征，所述計算器件還通過考慮由懸掛點沿平移軸線所做的平移運(yùn)動來確定貨物的第一搖擺角度。根據(jù)另一特征，代表懸掛點的旋轉(zhuǎn)速度的信息利用向控制懸掛點的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的變速驅(qū)動器供給的基準(zhǔn)速度得到確定。作為一個替代，代表懸掛點的旋轉(zhuǎn)速度的信息通過控制懸掛點的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的變速驅(qū)動器所生成的速度估值得到確定。根據(jù)另一特征，所述控制裝置計算作為懸掛點的旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)的第一搖擺角度的偏移值，并供給考慮到所述偏移值的用于懸掛點的平移運(yùn)動的速度的第一修正信號。第一修正信號與第一搖擺角度與偏移值之間的差值成比例，并且與第一搖擺角度的速度成比例。根據(jù)另一特征，第一修正信號加入速度設(shè)定值以便供給用于懸掛點的平移運(yùn)動的速度基準(zhǔn)，所述第一修正信號是通過向第一搖擺角度(Θχ)與偏移值之間的差值以及向第一搖擺角度的速度施加修正系數(shù)而算出的。修正系數(shù)可作為懸掛線纜的長度的函數(shù)而發(fā)生變化。根據(jù)另一特征，所述計算器件計算貨物沿垂直于平移軸線的正切軸線的第二搖擺角度和第二搖擺角度的速度，方法是通過迭代過程，并且作為唯一輸入變量使用的是代表長度的信息、代表距離的信息和代表旋轉(zhuǎn)速度的信息，而作為內(nèi)變量使用的是第二搖擺角度的加速度。本發(fā)明還涉及一種自動控制系統(tǒng)，其設(shè)計成控制從提升機(jī)的懸掛點被懸掛線纜懸掛的貨物的運(yùn)動，并包括上述控制裝置。相似地，本發(fā)明還涉及一種控制方法，用于控制被懸貨物的運(yùn)動，并在上述這種控制裝置內(nèi)實施。


其它特征和優(yōu)點將參考下面以示例方式給出并通過附圖表示出來的一個實施例在下面的詳細(xì)描述中變得清楚明了，附圖中圖1示出了包括有繞垂直軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的、起重機(jī)類型的提升機(jī)的一個示例；圖2示出了在這種提升機(jī)中懸掛于懸掛點的貨物的搖擺角度的示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于控制貨物的運(yùn)動的裝置的簡圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的用于控制所懸貨物的運(yùn)動的裝置能夠?qū)嵤榘ㄘ浳锏男D(zhuǎn)運(yùn)動的提升機(jī)，例如起重機(jī)等。圖1中的示例示出了包括垂直支架和大致水平的懸臂6的起重機(jī)5。懸臂6包括懸掛點10，其可以是例如圖1中的示例中那樣的可動臺車。懸臂6能夠繞貫穿起重機(jī)5的垂直支架的垂直旋轉(zhuǎn)軸線Z進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。懸掛點10沿懸臂6是可動的，以便沿平移軸線X進(jìn)行平移運(yùn)動。平移軸線X因此與旋轉(zhuǎn)軸線Z相交在點0(見圖2)， 并通過懸掛點10。在所示示例中，平移軸線X是水平的，但是一些起重機(jī)包括相對于水平面角度不為零的懸臂6。
此外，起重機(jī)5能夠進(jìn)行垂直提升運(yùn)動，以升降被一條或多條懸掛線纜14懸掛的貨物15，所述一條或多條懸掛線纜14經(jīng)過懸掛點10、并且其端部關(guān)聯(lián)有用于懸掛待運(yùn)動貨物15的機(jī)構(gòu)。參考圖2，懸掛點10定位在與旋轉(zhuǎn)軸線Z (在圖2中表示為點0)距離為R的位置， 當(dāng)懸掛點10沿平移軸線X運(yùn)動時，該距離R發(fā)生變化。在提升運(yùn)動的作用下，貨物15必然呈現(xiàn)出作為懸掛線纜14的長度L的函數(shù)的懸掛高度。以下，貨物的該懸掛高度將被視為相當(dāng)于線纜L的長度，對此可增加一個偏移量，代表線纜14的下端與貨物15 (以例如其重心做代表)之間的距離。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動期間，貨物15因此沿以垂直軸線Z為中心且半徑為R的虛擬垂直圓柱體運(yùn)動，忽略搖擺。在任一給定時刻，懸掛點10的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動因此沿一可動水平正切軸線Y發(fā)生，該正切軸線Y總是垂直于平移軸線X、并正切于所述垂直圓柱體。當(dāng)懸掛點10進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，貨物15描繪出一鐘擺型運(yùn)動，稱為搖擺，由具有兩個正交分量的搖擺角度限定出。第一分量形成表示為Θχ的第一搖擺角度，并對應(yīng)于搖擺向平移軸線X上的投影。第二分量形成表示為 y的第二搖擺角度，并對應(yīng)于搖擺向正切軸線Y上的投影。此外，當(dāng)懸掛點10進(jìn)行平移運(yùn)動時，貨物15也描繪出一鐘擺型運(yùn)動，但其搖擺角度只是沿著平移軸線X，加入以上限定出的第一搖擺角度Θχ。沿軸線X的平移運(yùn)動是通過平移馬達(dá)Mx進(jìn)行的，平移馬達(dá)Mx受控于一接收速度基準(zhǔn)Vxaa的變速驅(qū)動器Dx(見圖幻。相似地，繞垂直軸線Z的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過旋轉(zhuǎn)馬達(dá) My進(jìn)行的，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)My受控于一接收角速度基準(zhǔn)Vyaa的變速驅(qū)動器Dy。沿軸線Z的提升運(yùn)動是通過提升馬達(dá)(圖中未示出)進(jìn)行的，提升馬達(dá)使懸掛線纜纏繞和松開。該提升馬達(dá)可安置在懸掛點10上。平移運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動分別受控于起重機(jī)5的驅(qū)動器，該驅(qū)動器分別通過例如如圖 3所示的操縱桿型的一個或多個開關(guān)桿來供給平移速度設(shè)定值信號Vcx和旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定值信號Vcy。然而，在提升機(jī)受自動控制的某些應(yīng)用中，還可構(gòu)思到的是速度設(shè)定值Vex、Vcy 直接來于自動控制單元。此外，與直線運(yùn)動相比，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動生成一種搖擺，其角度呈現(xiàn)出分別在兩個垂直軸線X和Y上不為零的分量Θχ和 y。沿軸線Y的第二分量 y由懸掛點的加速/減速生成，并且能夠通過作用于控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而得到克服。另一方面，沿軸線X的第一分量Θχ由離心力生成，該離心力引起貨物15的不是在共切平面TL中取向而是沿垂直平面)(Ζ取向的運(yùn)動。因此，該第一分量Θ χ不能通過作用于控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而得到克服，但是還涉及作用于控制沿軸線X的平移運(yùn)動。另外，即使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動以恒定速度發(fā)生(即沒有加速/減速)，離心力也引起貨物15 沿軸線X的運(yùn)動。因此，本發(fā)明的目的是協(xié)助控制能夠進(jìn)行懸掛點10的平移運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的提升機(jī)5，這兩個運(yùn)動當(dāng)然能夠同時進(jìn)行。相似地，平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動能夠與貨物15沿軸線Z的提升運(yùn)動同時進(jìn)行。由旋轉(zhuǎn)所生成的搖擺的性質(zhì)以及多種不同運(yùn)動之間的相互關(guān)系使對搖擺的控制和對所懸貨物15的運(yùn)動的控制復(fù)雜化。本發(fā)明能實現(xiàn)在貨物15的運(yùn)動期間沿軸線X和沿軸線Y以簡單和自動的方式、并且以對機(jī)器的驅(qū)動者透明的方式消減搖擺。有利地，本發(fā)明不需要任何學(xué)習(xí)過程，也不需要可能變得成本高且難以實施的、對馬達(dá)電流或馬達(dá)扭矩的搖擺角度 1和/或 y的任何測量。參考圖3，控制裝置20的目標(biāo)是在貨物15發(fā)生旋轉(zhuǎn)和/或平移運(yùn)動時消減貨物 15的擺動動作，其中所述旋轉(zhuǎn)和/或平移運(yùn)動當(dāng)然能夠與貨物15的提升運(yùn)動同時進(jìn)行。控制裝置20包括用于確定代表懸掛線纜的長度L的信息的器件(means)。這些確定器件包括例如與提升馬達(dá)的軸或線纜的纏繞鼓相關(guān)聯(lián)的傳感器或編碼器。也可以想到用于確定長度L的另一些器件例如，沿線纜的整個行程分布的若干限制開關(guān)傳感器，長度L 于是通過根據(jù)這些限制開關(guān)傳感器的觸發(fā)而變化的預(yù)定水平值得到確定。然而，該解決方案當(dāng)然是較不精確的?？刂蒲b置20包括用于確定代表懸掛點10與旋轉(zhuǎn)軸Z之間的距離R的信息的器件。 多種不同的確定器件是可能的-根據(jù)第一變型，距離R通過以下傳感器獲得可以是與平移馬達(dá)Mx的軸或線纜的纏繞鼓相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)編碼器、或者可以是例如沿著懸臂6的電位計型直線編碼器等絕對編碼器。-根據(jù)第二變型，距離R通過以下方式獲得從平移運(yùn)動的基準(zhǔn)速度Vxaa的測量開始積分(integration)，然后對該基準(zhǔn)速度積分?；鶞?zhǔn)速度容易獲得的，因為它實際上被負(fù)責(zé)控制平移馬達(dá)Mx的變速驅(qū)動器Dx使用?？深~外地使用限制開關(guān)型或近程檢測器型的一個或多個檢測器來提供用于R的復(fù)位值。-根據(jù)第三變型，距離R也可通過沿在懸臂6上的整個行程分布的若干檢測器來獲得，然后通過隨這些限制開關(guān)傳感器的觸發(fā)而發(fā)生變化的預(yù)定水平值來確定距離R。然而， 該解決方案當(dāng)然是較不精確的?？刂蒲b置20還包括用于確定代表懸掛點10的旋轉(zhuǎn)速度Vy的信息的器件。多種不同的確定器件是可能的-根據(jù)第一變型，旋轉(zhuǎn)速度Vy通過測量懸掛點10的真實旋轉(zhuǎn)速度而獲得。然而該解決方案需要使用速度或運(yùn)動傳感器。-根據(jù)第二變型，旋轉(zhuǎn)速度Vy直接通過速度基準(zhǔn)Vy^^而獲得，速度基準(zhǔn)Vy ■供給至負(fù)責(zé)控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)My的變速驅(qū)動器Dy的輸入。在該情況下，假定的是變速驅(qū)動器Dy 能夠非?？焖俚馗S速度基準(zhǔn)。該解決方案非常易于實施，因為速度基準(zhǔn)Vyaa是容易獲得的。-根據(jù)第三變型，旋轉(zhuǎn)速度Vy通過在負(fù)責(zé)控制馬達(dá)My的變速驅(qū)動器Dy中生成的速度估算值獲得。在一些情況下，該速度估算值實際上比速度基準(zhǔn)Vyaa更接近真實速度， 原因是例如傾斜隨動誤差等現(xiàn)象或機(jī)械現(xiàn)象造成的。因此，該解決方案能夠特別有利于使用圓錐馬達(dá)的應(yīng)用場合。變速驅(qū)動器內(nèi)在的速度估值參數(shù)通常能夠以變速驅(qū)動器的模擬輸出獲得?？刂蒲b置20包括連接至修正器模塊22的估算器模塊21。估算器模塊21作為輸入接收的是代表線纜的長度L、距離R、旋轉(zhuǎn)速度Vy的信息，并包括計算器件，所述計算器件實時計算第一搖擺角度 χ和該第一角度 Χ的速度(或變型) ‘ χ、以及第二搖擺角度 Θ y和該第二角度 y的速度(或變型)Θ ‘ y。估算器模塊21然后將這些計算值傳至修正器模塊22，修正器模塊22計算并作為輸出而傳輸加入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動用速度設(shè)定值Vcy的第一修正信號Δ Vy、以及加入平移運(yùn)動用速度設(shè)定值Vcx的第二修正信號AVx。為了計算搖擺角度ΘΧ、 y和速度θ' χ、θ' y，估算器模塊21使用具有減振的鐘擺數(shù)學(xué)模型，其滿足以下兩個方程式a) L* Θ 〃 χ = _g氺sin Θ χ-V ‘ χ氺cos Θ x+Vy2* (R+L*sin Θ χ)氺cos Θ χ+ (Vz-Kf) * θ ' χb) L* Θ " y = -g*sin y-V' y氺R氺cos Θ y+Vy2氺L氺sin Θ y氺cos Θ y+(Vz_Kf)氺 Θ ' y其中-θ χ表示貨物沿軸線X的第一搖擺角度，-Θ ‘ χ表示搖擺角度θχ的速度，-θ 〃 χ表示搖擺角度θχ的加速度，_ y表示貨物沿軸線Y的第二搖擺角度，-Θ ‘ y表示搖擺角度 y的速度，-Θ 〃 y表示搖擺角度 y的加速度，-L表示線纜的長度，-R表示線纜的懸掛點與旋轉(zhuǎn)軸線Z之間的距離，-Vz表示提升運(yùn)動的速度，作為長度L的導(dǎo)數(shù)而算出，-Vx表示沿軸線X的平移運(yùn)動的線速度，優(yōu)選作為距離R的導(dǎo)數(shù)算出，或者使用在負(fù)責(zé)控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)Mx的變速驅(qū)動器Dx的輸入處供給的基準(zhǔn)速度Vxaa而測出(見圖3中的虛線箭頭)，-V' χ表示沿軸線X的平移運(yùn)動的加速度，作為速度Vx的導(dǎo)數(shù)算出，-Vy表示懸掛點10的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的角速度，-V' y表示旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的角加速度，作為速度Vy的導(dǎo)數(shù)算出，-Kf表示固定摩擦系數(shù)，_g表示因重力產(chǎn)生的作用力。方程式a)表明控制裝置使用角度Θ χ的加速度Θ “ χ作為內(nèi)變量，并且供給至估算器模塊21的唯一輸入變量是線纜L的長度、距離R和角旋轉(zhuǎn)速度Vy。第一搖擺角度Θχ 和速度Θ ‘ χ是通過一段時間內(nèi)的迭代過程算出的，換言之在每個時刻t周期性地算出結(jié)果，特別是使用時刻t-Ι處獲得的結(jié)果。該迭代過程使用加速度Θ “ X，并可在任一時刻t 表示為以下方式■ Vxt = (Rt-IV1) /At■ V' xt = (Vxt-Vxt^1) /At■ Vzt = (Lt-Lw) /At■ Θ “ xt = (-g*sin xt-V' xt*cos Θ xt+Vyt2* (Rt+Lt*sin Θ xt) *cos Θ xt+ (Vzt-Kf) * θ ' xt) /Lt■ Θ ' xt = Θ ' Xh+ Θ ‘‘ X^1 * Δ t■ Θ xt = Θ Xh+ Θ ' Xw* Δ t其中， &和Oi^1分別表示在時刻t處和前一時刻t_l處的第一搖擺角度， Θ ‘ ^ct和θ ‘ Xt^1分別表示時刻t和t_l處的搖擺角度 χ的速度，θ “ xt和θ “ Xt^1分別表示時刻t和t-Ι處的搖擺角度 χ的加速度，V' Xt表示時刻t處的平移運(yùn)動的加速度，^ct和Vxw分別表示時刻t和t-Ι處的平移運(yùn)動的速度，Vzt表示時刻t處的提升速度，Rt和IV1分別表示時刻t和t-Ι處的距離R，Vyt表示時刻t處的旋轉(zhuǎn)速度，Lt和Lh分別表示時刻t和t-Ι處的線纜長度，而At表示時刻t與時刻t-Ι之間的時間差。迭代過程從以下假設(shè)開始，即開始時，ΘΧ、θ ‘ χ和θ〃 χ的值為零，換言之，在時刻 t = 0 時θ =θ ‘ χ0 = Θ “ =0。相似地，方程式b)表明控制裝置使用角度 y的加速度Θ “ y作為內(nèi)變量，并且供給至估算器模塊21的唯一輸入變量是線纜L的長度、距離R和角旋轉(zhuǎn)速度Vy。第二搖擺角度 y和速度Θ' y是通過一段時間內(nèi)的迭代過程算出的，換言之在每個時刻t周期性地重新計算結(jié)果，特別是使用前一時刻t_l處獲得的結(jié)果。該迭代過程使用加速度Θ “ y， 并可在任一時刻t表示為以下方式■ V' Yt=(Vyt-VyH)Mt■ Vzt = (Lt-Lw) /At■ Θ “ yt = (-g*sin yt-V' yt*R*cos Θ yt+Vyt2*Lt*sin Θ yt*cos Θ yt+ (Vzt-Kf) * Θ ’ yt)/Lt■ Θ ' yt = Θ ‘ Y^1+ Θ “ y^ Δ t■ yt = y^+Θ ' yt_^At其中， yt和Qyw分別表示在時刻t處和前一時刻t_l處的第二搖擺角度， θ ‘ yt和θ ‘ yt_i分別表示時刻t和t_l處的搖擺角度 y的速度，θ “ yt和θ “ y^分別表示時刻t和t_l處角度 y的加速度，V' yt表示時刻t的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的角加速度，Vzt 表示時刻t的提升速度，Vyt和Vyw分別表示時刻t和t-Ι處的角旋轉(zhuǎn)速度，Lt和I^1分別表示時刻t和t-Ι處的線纜長度，而At表示時刻t與時刻t-Ι之間的時間差。迭代過程從以下假設(shè)開始，即開始時， y、θ' y和θ" y的值為零，換言之，在時刻 t = 0 時 yQ = θ ‘ y0 = Θ “ yQ = 0。方程式a)包括一特定項“Vy2*R*C0S x”，其在旋轉(zhuǎn)速度Vy不為零時總為正。這對應(yīng)于離心力的影響，其意味著一旦發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(即使加速度V' y等于零)，就在垂直于正切軸線Y的方向X生成第一搖擺角度ΘΧ。因此，控制的目標(biāo)不是在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動期間抵銷該搖擺，而是只需達(dá)到平衡位置，使貨物15的不為零搖擺對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)期間的不為零平衡角度，然后在旋轉(zhuǎn)速度Vy等于零時，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動結(jié)束時返回為零的搖擺角度θχ。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動期間，該平衡角度因此對應(yīng)于一偏移值，表示為θχ平衡。當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動在進(jìn)行中時，想法不是抵銷該偏移值 χ〒《，而是使貨物穩(wěn)定，沒有具有對應(yīng)于偏移值 χ〒《的傾斜度的擺動。近似處理后，偏移值 χ〒《可由以下方程式確定( χ〒《表示為弧度)θ χ 平衡=R*Vy2/ (g_L*Vy2)該方程式清楚地表明偏移值與旋轉(zhuǎn)速度Vy成比例，并且在旋轉(zhuǎn)速度Vy等于零時也等于零。修正器模塊22接收作為輸入的來自估算器模塊21的θχ、 y、θ ‘ χ、θ ‘ y的估算值，并分別對它們施加修正系數(shù)K0和K' 0，以便根據(jù)以下方程式供給修正信號Δνχ 禾口 Δ Vy AVx = ΚΘχ*(θχ-θχ 平衡)+Κ' 0Χ*Θ' χ
AVy = K0y* y+K' 0y* ' y其中，K0x和K0y是分別施加至用于平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的搖擺角度θΧ和 y的修正系數(shù)，K' 0!￡和1(' 0y是分別施加至用于平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的搖擺角度θ ‘ X和Θ' y的速度的修正系數(shù)，Δ Vx和Δ Vy是分別施加至速度設(shè)定值Vcx和Vcy的修正信號，而θ χ平衡是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動期間角度 X的偏移值。因此，第一修正信號Δ Vx不直接取決于第一搖擺角度θ χ，而是取決于第一搖擺角度θχ與偏移值θχ〒《之間的差異。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動在進(jìn)行中(速度Vyaa不為零)時， 偏移值Θ 不為零，因此控制裝置20供給將離心力對搖擺角度Θ χ所生成的偏移值納入考量的修正信號Δνχ。當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動停止(速度Vyaa等于零)時，偏移值自動變成零，控制裝置20于是施加與θχ和θ ‘ χ成比例的修正信號AVx。因此，施加至控制平移馬達(dá)Mx的變速驅(qū)動器Dx的輸入的速度基準(zhǔn)于來自起重機(jī)5的自動系統(tǒng)的用于平移運(yùn)動Vcx的速度設(shè)定值，被控制裝置20所供給的第一修正信號Δ Vx增大，換言之Vxs l= Vcx+AVx。相似地，施加至控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)My的變速驅(qū)動器Dy的輸入的速度基準(zhǔn)Vyaa等于來自起重機(jī)5的自動系統(tǒng)的用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動Vcy的速度設(shè)定值，被控制裝置20所供給的第二修正信號Δ Vy增大，換言之Vy基準(zhǔn)=Vcy+AVy。根據(jù)第一簡化實施例，修正系數(shù)K0和K' 0的值是固定的。根據(jù)第二優(yōu)選實施例， 修正系數(shù)K0、K' 0的值能夠作為由裝置20確定的線纜的長度L的函數(shù)而得到修正，以根據(jù)由貨物15形成的鐘擺的高度來使待施加的速度修正最佳化。在該情況下，修正器模塊22 接收作為輸入的代表長度L的信息，因此能夠根據(jù)長度L存儲若干K0、K' 0值。在第一情形下，假定的是起重機(jī)5的自動系統(tǒng)只控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，換言之它供給等于零的平移速度設(shè)定值Vex。因此，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動生成因離心力施加到貨物15而引起的沿著平移軸線X的第一搖擺角度Θχ、以及因旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的加速/減速而引起的沿著正切軸線Y的第二搖擺角度 y。如前所示，第一搖擺角度只能通過作用于平移運(yùn)動而得到抵銷。然而，如果自動系統(tǒng)沒有要求平移運(yùn)動，則懸掛點的最終位置必定與其初始位置相同，換言之旋轉(zhuǎn)運(yùn)動結(jié)束時的最終距離R必定等于運(yùn)動開始時的初始距離R，而不管在平移中施加的用于抵銷因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的第一搖擺角度Θ χ的修正值如何。因此，控制裝置20的修正器模塊22存儲初始距離R，并且在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動結(jié)束時，施加適當(dāng)?shù)男拚盘朅Vx，以將懸掛點10返回至其初始位置，使得Rss= R初始。在第二情形下，起重機(jī)5的自動系統(tǒng)還控制平移運(yùn)動，換言之它也供給不為零的平移速度設(shè)定值Vex。該平移運(yùn)動也生成因平移運(yùn)動的加速/減速引起的沿著軸線X的搖擺。第一搖擺角度Θχ于是表示由平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動生成的搖擺的集合。有利地，控制裝置不包括任何初步的建模步驟，所述步驟將要求測量其它物理參數(shù)，例如測量搖擺角度或測量馬達(dá)中流動的電流，以確定或細(xì)化特定的數(shù)學(xué)模型、或者建立傳感器對線纜的給定長度測得的搖擺角度與臺車速度之間的轉(zhuǎn)移函數(shù)。如此描述的控制裝置設(shè)計成安裝在起重機(jī)5的自動系統(tǒng)中，其特別負(fù)責(zé)控制和監(jiān)視貨物15的運(yùn)動。該自動系統(tǒng)特別包括用于平移運(yùn)動的變速驅(qū)動器Dx和用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的變速驅(qū)動器Dy。鑒于其簡單性，控制裝置能夠直接安裝在變速驅(qū)動器Dx和Dy中，例如通過變速驅(qū)動器的特定模塊。自動系統(tǒng)還可包括可編程邏輯控制器，其特別用于供給速度設(shè)定值Vcx和Vcy。在該情況下，控制裝置也可輕松地集成到可編程邏輯控制器的應(yīng)用程序中?？刂蒲b置實現(xiàn)根據(jù)可能與沿軸線X的平移運(yùn)動相關(guān)聯(lián)的繞軸線Z的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來控制貨物15的運(yùn)動的方法。控制方法包括計算步驟，由估算器模塊21進(jìn)行，允許第一搖擺角度θχ和該搖擺角度的速度θ ‘ χ得到確定。該計算步驟只使用長度L、距離R和懸掛點 10的旋轉(zhuǎn)速度Vy作為輸入變量、并使用加速度Θ “ χ作為內(nèi)變量。該計算步驟直接使用具有減振的鐘擺模型。該控制方法還包括由修正器模塊22進(jìn)行的修正步驟。該修正步驟計算與旋轉(zhuǎn)速度Vy成比例的用于角度θχ的偏移值θ ，并供給考慮到偏移值的用于平移速度的第一修正信號Δνχ。通過將修正系數(shù)K0x施加至第一搖擺角度θ χ與偏移值θ 之間的差異，以及將修正系數(shù)K' Θχ施加至速度Θ' X，而算出第一修正信號ΔΥχ。
1權(quán)利要求
1.一種控制裝置，用于控制從提升機(jī)(5)的懸掛點(10)被懸掛線纜(14)懸掛的貨物 (15)的運(yùn)動，所述懸掛點(10)能夠進(jìn)行繞垂直旋轉(zhuǎn)軸線(Z)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和沿平移軸線(X) 的平移運(yùn)動，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動生成貨物(1 沿所述平移軸線(X)的第一搖擺角度(Θχ)，其特征在于，所述控制裝置00)包括計算器件，所述計算器件確定第一搖擺角度(Θχ)和第一搖擺角度(Θχ)的速度(Θ ‘ X)，作為唯一輸入變量使用的是代表所述懸掛線纜(14)的長度(L)的信息、代表所述旋轉(zhuǎn)軸線(Z)與所述懸掛點(10)之間的距離(R)的信息、和代表所述懸掛點(10)的旋轉(zhuǎn)速度(Vy)的信息，而作為內(nèi)變量使用的是所述第一搖擺角度(Θχ) 的加速度( " χ)。
2.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述計算器件通過使用所述第一搖擺角度(θχ)的加速度( " x)的迭代過程，來確定所述第一搖擺角度(θχ)和所述第一搖擺角度(θχ)的速度( ' X)。
3.如權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于，所述計算器件還通過考慮由所述懸掛點(10)沿所述平移軸線(X)所做的平移運(yùn)動來確定所述貨物(1 的第一搖擺角度(Θχ)。
4.如權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置00)計算作為所述懸掛點(10)的旋轉(zhuǎn)速度(Vy)的函數(shù)的、所述第一搖擺角度(Θχ)的偏移值(Θχ_)，并供給考慮到所述偏移值(ΘΧ〒《)的用于所述懸掛點(10)的平移運(yùn)動的速度的第一修正信號(Δ Vx)。
5.如權(quán)利要求4所述的控制裝置，其特征在于，所述第一修正信號(AVx)與所述第一搖擺角度(Θχ)和所述偏移值(ΘΧτ β)之間的差值成比例，并且與所述第一搖擺角度 ( X)的速度( ' X)成比例。
6.如權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述第一修正信號(AVx)加入速度設(shè)定值(Vcx)以便供給用于所述懸掛點(10)的平移運(yùn)動的速度基準(zhǔn)(Vxaa),所述第一修正信號(Δνχ)通過向所述第一搖擺角度(Θχ)與所述偏移值(θχ平衡)之間的差值、以及所述第一搖擺角度(θχ)的速度(θ ‘ χ)施加修正系數(shù)(ΚΘχ、Κ' Θχ)而被算出。
7.如權(quán)利要求6所述的控制裝置，其特征在于，所述修正系數(shù)(ΚΘχ、Κ'Θχ)是作為所述貨物(15)的懸掛線纜(14)的長度(L)的函數(shù)的變量。
8.如權(quán)利要求4所述的控制裝置，其特征在于，所述計算器件計算所述貨物(15)沿著垂直于所述平移軸線(X)的正切軸線(Y)的第二搖擺角度( y)和所述第二搖擺角度 (Θγ)的速度(Θ' y)，作為唯一輸入變量使用的是代表長度(L)的信息、代表距離(R)的信息和代表所述旋轉(zhuǎn)速度(Vy)的信息，而作為內(nèi)變量使用的是所述第二搖擺角度( y)的加速度( 〃 y)。
9.如權(quán)利要求8所述的控制裝置，其特征在于，所述計算器件通過使用所述第二搖擺角度( y)的加速度( " y)的迭代過程，來確定所述第二搖擺角度( y)和所述第二搖擺角度( y)的速度(θ ‘ y)。
10.如權(quán)利要求9所述的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置00)供給通過向所述第二搖擺角度( y)和所述第二搖擺角度的速度( ‘ y)施加修正系數(shù)(K0y、K' 0y)算出的旋轉(zhuǎn)速度用第二修正信號(AVy)。
11.一種自動系統(tǒng)，設(shè)計成控制從提升機(jī)(5)的懸掛點(10)被懸掛線纜(14)懸掛的貨物(15)的運(yùn)動，其特征在于，所述自動系統(tǒng)包括如上述權(quán)利要求中任一項所述的控制裝置。
12.—種控制方法，用于控制從提升機(jī)(5)的懸掛點(10)被懸掛線纜(14)懸掛的貨物 (15)的運(yùn)動，所述懸掛點(10)能夠進(jìn)行繞垂直旋轉(zhuǎn)軸線(Z)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和沿平移軸線(X) 的平移運(yùn)動，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動生成貨物(1 沿所述平移軸線(X)的第一搖擺角度(Θχ)，其特征在于，所述方法包括計算步驟，所述計算步驟確定第一搖擺角度(Θχ)和第一搖擺角度 (Θχ)的速度(Θ' X)，作為唯一輸入變量使用的是代表所述懸掛線纜(14)的長度(L)的信息、代表所述旋轉(zhuǎn)軸線(Z)與所述懸掛點(10)之間的距離(R)的信息、和代表所述懸掛點(10)的旋轉(zhuǎn)速度(Vy)的信息，而作為內(nèi)變量使用的是所述第一搖擺角度(Θχ)的加速度( 〃 χ)。
13.如權(quán)利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述計算步驟通過使用所述第一搖擺角度(θχ)的加速度(θ" χ)的迭代過程，來確定所述第一搖擺角度(θχ)和所述第一搖擺角度(θχ)的速度( ' X)。
14.如權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述計算步驟還通過考慮由所述懸掛點(10)沿所述平移軸線(X)所做的平移運(yùn)動來確定所述貨物(1 的第一搖擺角度(θχ)。
15.如權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括修正步驟，該修正步驟計算與所述懸掛點(10)的旋轉(zhuǎn)速度(Vy)成比例的、所述第一搖擺角度(ΘΧ)的偏移值 (ΘΧιρΛ)，并供給考慮到所述偏移值(ΘΧτ β)的用于所述懸掛點(10)的平移運(yùn)動的速度的第一修正信號(Δνχ)。
16.如權(quán)利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述第一修正信號(AVx)與所述第一搖擺角度(Θχ)和所述偏移值(ΘΧτ β)之間的差值成比例，并且與所述第一搖擺角度 ( X)的速度( ' X)成比例。
17.如權(quán)利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述第一修正信號(AVx)加入速度設(shè)定值(Vcx)以便供給用于所述懸掛點(10)的平移運(yùn)動的速度基準(zhǔn)(Vxaa),所述第一修正信號(AVx)通過向所述第一搖擺角度(Θχ)與所述偏移值(ΘΧτ β)之間的差值、以及所述第一搖擺角度( X)的速度( ‘ X)施加修正系數(shù)(ΚΘχ、Κ' Θχ)而被算出。
18.如權(quán)利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述修正系數(shù)(ΚΘχ、K'Θχ)是作為所述貨物(15)的懸掛線纜(14)的長度(L)的函數(shù)的變量。
19.如權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述計算步驟確定所述貨物(15)沿著垂直于所述平移軸線(X)的正切軸線(Y)的第二搖擺角度( y)和所述第二搖擺角度 (Θγ)的速度(Θ ‘ y)，作為唯一輸入變量使用的是代表長度(L)的信息、代表距離(R)的信息和代表所述旋轉(zhuǎn)速度(Vy)的信息，而作為內(nèi)變量使用的是所述第二搖擺角度( y)的加速度( 〃 y)。
20.如權(quán)利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述計算步驟通過使用所述第二搖擺角度( y)的加速度( " y)的迭代過程，來確定所述第二搖擺角度( y)和所述第二搖擺角度( y)的速度(θ ‘ y)。
21.如權(quán)利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括修正步驟，該修正步驟供給通過向所述第二搖擺角度( y)和所述第二搖擺角度的速度( ‘ y)施加修正系數(shù) (K0y, K' 0y)算出的旋轉(zhuǎn)速度用第二修正信號(AVy)。
22.如權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述計算步驟使用具有減振的鐘擺數(shù)學(xué)模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制裝置(20)，用于控制從懸掛點(10)被線纜(14)懸掛的貨物(15)的運(yùn)動，所述懸掛點能夠繞垂直軸線(Z)旋轉(zhuǎn)、并且能夠沿平移軸線(X)平移運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動使貨物(15)相對于平移軸線(X)生成第一或搖擺角度(Θx)。所述裝置計算所述第一或搖擺角度(Θx)和第一或搖擺角度(Θx)的速度(Θ′x)，使用的唯一輸入變量是線纜(14)的長度、旋轉(zhuǎn)軸線(Z)與懸掛點(10)之間的距離(R)、和懸掛點(10)的旋轉(zhuǎn)速度(Vy)，而作為內(nèi)變量使用的是第一或搖擺角度(Θx)的加速度(Θ″x)。
文檔編號B66C23/02GK102245490SQ200980148930
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者多布羅米爾.瓦拉切夫, 潘特喬.斯坦特切夫 申請人:施耐德東芝換流器歐洲公司