Die zunehmende Verflechtung der globalen Wirtschaft fühlt zu einem steigenden Warenumschlag und damit zu höheren Anforderungen an den Umschlagsprozess. Um diesen gerecht zu weiden, müssen unter anderen die Be- und Entladevorgänge mit Kransystemen effizienter gestaltet weiden. Da die Unterstützung der Kranführer durch Assistenz- und Automatisierungssysteme großes Potential zur Steigerung der Umschlagsleistung birgt, gewinnen diese Systeme mehr und mehr an Bedeutung Im Bereich der Brückenkrane sind solche Systeme bereits Stand der Technik. Für Drehkrane treten einige Probleme auf, die dazu fühlten, dass bislang nur das in der Kooperation von der Liebherr AG mit dem Institut für Systemdynamik entwickelte System in großen Stückzahlen auf dem Markt vertreten ist. Das Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung des Automatisierungssystems für Drehkrane, das in einer ersten Version im Jahr 2002 für Hafenmobilkrane der Firma Liebherr unter dem Namen Cycoptronic vorgestellt wurde. In dieser Arbeit werden die vollständige Entkopplung, die exakte Zustands-Linearisierung und die exakte Ein-/Ausgangs-Linearisierung angewendet, um Regelungen für die Bewegungsachsen des Krans zu entwerfen. Mit dieser Regelung kann die Kranlast auf einer vom Kranführer vorgegebenen Trajektorie schwingungsfrei im gesamten Arbeitsraum des Krans verfahien werden. Die Kranregelung basiert auf nichtlinearen, analytischen, dynamischen Modellen. Für den Reglerentwurf wird für alle dynamischen Modelle die differentialgeometrische Eigenschaft der Flachheit analysiert. Voraussetzung für die Trajektorienfolgeregelung sind hinreichend glatte Referenztrajektoiren. Diese müssen m Echtzeit aus den Vorgaben des Kranführers bestimmt werden. Dafür wird in dieser Arbeit ein modellprädiktiver Ansatz verwendet, bei dem die Generierung der Referenztrajektoiren als Optimalsteuerungsproblem formuliert und gelöst wird. Dabei werden Eingangs- und Zustandsbeschränklungen berücksichtigt. Zusätzlich bietet die modellprödiktive Trajektoriengenerierung die Möglichkeit, einen Automatik-Betrieb mit geringem Aufwand Umzusetzen. Das Automatisierungskonzept umfasst neben der aktiven Pendeldampfung und Trajektorienfolge für Dreh- und Wippwerk ein Regelungskonzept für das Schwenkwerk. Mit dem Schwenkwerk lasst sich die Orientierung der Kranlast verändern. Das Regelungskonzept besteht aus einer 2-Freiheitsgiade-Regelung und einem Algorithmus zur Parameterschätzung. Das in der vorliegenden Arbeit entwickelte Automatisierungskonzept für Hafenmobilkrane hat seine Leistungsfähigkeit im realen Kraneinsatz unter Beweis gestellt. Es wird von der Liebherr AG unter dem Namen Cycoptronic für die Hafenmobilkranserie LHM 120-600 weltweit vermarktet.
The increasing integration of the global economy leads to a rising cargo volume and therefore higher demands on the cargo handling process. To meet this demands, the loading and unloading of cargo with crane systems must be more efficient. Since supporting the crane operator through assistance and automation systems can increase the handling capacity significantly, these systems are becoming more vital. In the field of bridge cranes, such systems are wellestablished. For slewing cranes only one automation system is represented in large numbers on the market. This system was developed by the Liebherr AG in cooperation with the Institute of Systemdynamics. The aim of this work is to improve the automation system for slewing cranes, which was presented in its first version in 2002 for Harbor Mobile Cranes produced by Liebherr, under the name Cycoptronic. In this work the inverse dynamic control, the exact state linearization and the exact input/output linearization is used to design controllers for the crane's axes of motion. With this control concept, the payload follows a trajectory free of oscillations in the entire workspace of the crane. The control concept is based on nonlinear analytical dynamic models. For the controller design all dynamic models are analysed concerning differential flatness. For trajectory tracking control sufficiently smooth reference trajectories are required. These must be generated in real time from the inputs of the crane operator. For this task a model predictive control approach is used, in which the generation of reference trajectories is formulated and solved as an optimal control problem. In addition, input and state constraints are considered and an automatic operation mode is implemented. Besides anti-sway control and trajectory tracking control for slewing and luffing, the automation concept includes a controller for the rotation of the payload as well. With the so called rotator unit the crane operator can change the orientation of the load. The control concept involves a state space controller and an algorithm for parameter estimation. The developed automation concept for Harbour Mobile Cranes has demonstrated its effectiveness in crane operation. It is marketed by the Liebherr AG under the name Cycoptronic(R) for the Harbor Mobile Crane series LHM 120-600 worldwide.
Flachheitsbasierte Trajektorienfolgeregelung für Drehkrane mit modellprädiktiver Trajektoriengenerierung
Berichte aus dem Institut für Systemdynamik ; 9 ; 1-161
2011
161 Seiten, Bilder, Tabellen, 114 Quellen
Theses
German
Nichtlineare Trajektorienfolgeregelung für einen Laborhelikopter
Tema Archive | 2005
|Robuste Trajektorienfolgeregelung elektromagnetischer Shaker
Tema Archive | 2007
|Prädiktive flachheitsbasierte Vorsteuerung des Schlittensystems
Springer Verlag | 2020
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