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1、(10)申请公布号 CN 103303797 A (43)申请公布日 2013.09.18 CN 103303797 A *CN103303797A* (21)申请号 201310076824.2 (22)申请日 2013.03.11 102012004803.3 2012.03.09 DE B66C 13/18(2006.01) (71)申请人 利勃海尔 - 韦尔克 嫩青有限公司 地址 奥地利嫩青 (72)发明人 克劳斯施奈德尔 埃卡德阿诺德 塞巴斯蒂安库奇勒 奥利弗萨沃德尼 (74)专利代理机构 北京康信知识产权代理有限 责任公司 11240 代理人 余刚 吴孟秋 (54) 发明名称 具有。
2、驱动约束的起重机控制器 (57) 摘要 本发明示出了具有驱动约束的起重机控制 器。该起重机控制器用于包括用于提升挂在缆绳 上的负载的提升机构的起重机。该重机控制器具 有主动升沉补偿， 主动升沉补偿通过驱动所述提 升机构来至少部分地补偿由于升沉引起的缆绳悬 挂点和 / 或负载沉积点的移动， 其中当计算所述 提升机构的驱动时， 所述升沉补偿考虑所述提升 机构的至少一个约束。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 17 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书17页 附图5页 (10)申请公布号 CN 10。
3、3303797 A CN 103303797 A *CN103303797A* 1/2 页 2 1. 一种用于起重机的起重机控制器， 所述起重机包括用于提升挂在缆绳上的负载的提 升机构， 所述起重机控制器包括 主动升沉补偿， 通过驱动所述提升机构来至少部分地补偿由于升沉引起的缆绳悬挂点 和 / 或负载沉积点的移动， 其特征在于， 当计算所述提升机构的所述驱动时， 所述升沉补偿考虑所述提升机构的至少一个约 束。 2.根据权利要求1所述的起重机控制器， 其中， 所述升沉补偿考虑最大容许急拉和/或 最大可用加速度和 / 或最大可用速度和 / 或最大可用功率， 和 / 或其中所述起重机控制器 包括计算。
4、功能， 所述计算功能计算所述提升机构的至少一个约束， 特别地， 计算所述提升机 构的所述最大可用速度和 / 或加速度和 / 或功率， 其中所述计算功能有利地考虑退绕缆绳 的长度和 / 或缆绳力和 / 或用于驱动所述提升机构的可用功率。 3.根据权利要求1或2所述的起重机控制器， 其中， 所述提升机构的驱动器与蓄能器连 接。 4. 根据前述权利要求中任一项所述的起重机控制器， 具有路径规划模块， 所述路径规 划模块参考所述缆绳悬挂点和 / 或负载沉积点的预测移动并通过考虑所述提升机构的约 束来确定轨迹， 其中， 所述路径规划模块有利地包括最优化功能， 所述最优化功能参考所述 缆绳悬挂点和 / 或。
5、负载沉积点的所述预测移动并通过考虑所述提升机构的约束来确定轨 迹， 这最小化由于所述缆绳悬挂点和 / 或负载沉积点的移动引起的负载的残余移动。 5. 一种用于起重机的起重机控制器， 所述起重机包括用于提升挂在缆绳上的负载的提 升机构， 特别地根据权利要求 1 至 4 中任一项所述的所述起重机控制器， 包括 主动升沉补偿， 通过驱动所述提升机构来至少部分地补偿由于升沉引起的所述缆绳悬 挂点和 / 或负载沉积点的移动， 其特征在于， 所述升沉补偿包括路径规划模块， 所述路径规划模块参考所述缆绳悬挂点和 / 或负载 沉积点的预测移动来计算所述提升机构的位置和 / 或速度和 / 或加速度的轨迹， 其包。
6、括在 用于所述提升机构的随后控制的设定点值中。 6. 根据权利要求 5 所述的起重机控制器， 其中， 所述提升机构的所述控制器有利地将 测量值反馈回提升绞盘的位置和 / 或速度， 和 / 或通过先导控制考虑所述提升绞盘的驱动 器的动态。 7. 根据前述权利要求中任一项所述的起重机控制器， 操作员参考操作员规范控制所 述起重机控制器来驱动所述提升机构， 其中所述控制器有利地包括两个分开的路径规划模 块， 经由所述两个分开的路径规划模块， 所述升沉补偿的轨迹和所述操作员控制的轨迹彼 此分开计算， 其中， 此外更有利地， 由所述两个分开的路径规划模块指定的轨迹被加起来， 并作为所述提升机构的控制和 。
7、/ 或调控的设定点值。 8. 根据权利要求 7 所述的起重机控制器， 其中升沉补偿和操作员控制之间的至少一个 运动学约束量的分割是可调节的， 其中所述调节有利地通过至少一个加权因子实现， 通过 所述至少一个加权因子， 在所述升沉补偿和所述操作员控制之间分割所述提升机构的最大 可用功率和 / 或速度和 / 或加速度。 权 利 要 求 书 CN 103303797 A 2 2/2 页 3 9. 根据前述权利要求中任一项所述的起重机控制器， 其中， 所述升沉补偿的所述最优 化功能确定包括在所述提升机构的所述控制和 / 或调控中的目标轨迹， 其中， 所述最优化可在所述缆绳悬挂点的移动的更新预测基础上在。
8、每个时间步上实 现， 和 / 或 其中， 所述目标轨迹的第一值均用于所述控制和 / 或调控， 和 / 或 其中， 所述最优化功能以比控制更大的扫描时间工作， 和 / 或 其中， 在没有发现有效解决方案时， 所述最优化功能利用紧急轨迹规划。 10. 根据前述权利要求中任一项所述的起重机控制器， 具有根据传感器数据确定当前 升沉移动的测量装置， 和参考所确定的当前升沉移动和所述升沉移动的模型来预测所述缆 绳悬挂点和 / 或负载沉积点的未来移动的预测装置， 其中， 如在所述预测装置中使用的所 述升沉移动的所述模型有利地独立于属性， 且特别独立于所述起重机和 / 或所述负载沉积 点布置于其上的浮舟的动。
9、态。 11. 根据权利要求 10 所述的起重机控制器， 其中， 所述预测装置由所述测量装置的数 据特别地经由频率分析来确定所述升沉移动的占优模式， 并参考所确定的所述占优模式创 建升沉的模型， 其中所述预测装置有利地参考所述测量装置的数据连续参数化所述模型， 其中特别地参数化观测器， 其中特别地参数化所述模式的幅度和相位和 / 或在升沉的所述 占优模式改变的情况下更新所述模型。 12. 一种起重机， 所述起重机具有根据前述权利要求中任一项所述的起重机控制器。 13. 一种起重机控制方法， 所述起重机包括用于提升挂在缆绳上的负载的提升机构， 其中升沉补偿通过所述提升机构的自动驱动至少部分地补偿由。
10、于所述升沉引起的缆 绳悬挂点和 / 或负载沉积点的移动， 其特征在于， 当计算所述提升机构的驱动时， 所述升沉补偿考虑所述提升机构的至少一个约束， 和 / 或所述升沉补偿参考所述缆绳悬挂点和 / 或负载沉积点的预测移动来计算所述提升机构 的位置和 / 或速度和 / 或加速度的轨迹， 其包括在用于所述提升机构的随后控制的设定点 值中。 14.根据权利要求13所述的方法， 借助于根据权利要求1至11中任一项所述的起重机 控制器。 15. 具有执行根据权利要求 13 或 14 所述的方法的代码的软件。 权 利 要 求 书 CN 103303797 A 3 1/17 页 4 具有驱动约束的起重机控制器。
11、 技术领域 0001 本发明涉及起重机的起重机控制器， 该起重机包括用于提升挂在缆绳上的负载的 提升机构。该起重机控制器包括主动升沉补偿， 其通过驱动提升机构来至少部分地补偿由 于升沉引起的缆绳悬挂点和 / 或负载沉积点的移动。 背景技术 0002 从 DE102008024513A1 中已知这种起重机控制器。本发明提供了一种参考所确定 的当前升沉移动和升沉移动模型来预测缆绳悬挂点的未来移动的预测装置， 其中负载的路 径控制器至少部分地补偿缆绳悬挂点的预测移动。 0003 对于驱动提升机构， DE102008024513A1 创建了液压操作的绞盘和挂在缆绳上的负 载的动态模型， 并通过倒置由其。
12、创建序列控制单元。 为了实现状态控制， 经由观测器根据力 值测量来重建负载的未知状态。 0004 本发明的目的是提供一种改进的起重机控制器。 发明内容 0005 根据本发明， 这个目的在根据第一方面的起重机控制器的和根据第二方面的起重 机控制器中得以解决。 0006 在第一方面中， 本发明示出用于起重机的起重机控制器， 该起重机包括用于提升 挂在缆绳上的负载。该起重机控制器包括主动升沉补偿， 其通过驱动提升机构来至少部分 地补偿由于升沉引起的缆绳悬挂点和 / 或负载沉积点的移动。根据本发明， 提供了当计算 提升机构的驱动时， 升沉补偿考虑提升机构的至少一个约束。 通过考虑提升机构的约束， 确 。
13、保提升机构实际上可以遵循由于升沉补偿而计算的控制命令， 和 / 或确保提升机构或起重 机不被所述驱动损坏。 0007 根据本发明， 升沉补偿考虑最大容许急拉。 因此， 可确保起重机的提升机构或结构 不被由于升沉补偿引起的提升机构的驱动损坏。除了最大容许急拉， 还可请求稳定过程的 急拉。 0008 替代地或另外地， 升沉补偿可考虑最大可用功率。 0009 替代地或另外地， 升沉补偿可考虑最大可用加速度。该最大可用加速度例如可由 以下因素引起 ： 提升机构的驱动器的最大功率和 / 或还未退绕的缆绳的长度和从而作用于 提升机构和 / 或由于要被提升的重力引起的提升机构的负载引起的缆绳的重力。 001。
14、0 此外替代地或另外， 升沉补偿可考虑最大可用速度。也可以如上关于最大可用加 速度描述来获得升沉补偿的最大可用速度。 0011 此外， 起重机控制器可包括计算功能， 其计算提升机构的至少一个约束。为此目 的， 计算功能可特别评估传感器数据和 / 或驱动信号。借助于计算功能， 提升机构的当前适 用的约束均可被通信至升沉补偿。 0012 特别地， 提升机构的约束可在提升期间改变， 其可通过根据本发明的升沉补偿而 说 明 书 CN 103303797 A 4 2/17 页 5 被考虑。 0013 计算功能 （function， 函数） 均可准确地计算提升机构的当前可用的至少一个运动 约束量， 特别是。
15、提升机构的最大可用功率和 / 或速度和 / 或加速度。有利的是， 计算功能考 虑未退绕的缆绳的长度和 / 或缆绳力和 / 或用于驱动提升机构的可用功率。 0014 根据本发明， 起重机控制器可用于驱动提升机构， 该提升机构的驱动器与蓄能器 连接。存储在蓄能器中的能量实现用于驱动提升机构的可用功率。有利的是， 存储在蓄能 器中的能量的量或因此用于驱动提升机构的可用功率包括在根据本发明的计算功能中。 0015 特别地， 根据本发明的提升机构可被液压驱动， 其中液压蓄能器被设置在用于驱 动提升机构的提升绞盘的液压回路中。 0016 可替代地， 可以使用电力驱动器。其同样也可与蓄能器连接。 0017 。
16、有利的是， 起重机控制器还包括路径规划模块， 路径规划模块参考缆绳悬挂点和 / 或负载沉积点的预测移动并通过考虑提升机构的约束来确定轨迹。根据本发明， 在规划轨 迹时， 可明确地考虑驱动器约束， 特别是关于功率、 速度、 加速度和 / 或急拉方面的驱动器 约束。特别地， 轨迹可以是提升机构的位置和 / 或速度和 / 或加速度的轨迹。 0018 有利的是， 路径规划模块包括优化功能， 优化功能参考缆绳悬挂点和 / 或负载沉 积点的预测移动并通过考虑提升机构的约束来确定轨迹， 这最小化由于缆绳悬挂点的移动 和 / 或由于负载沉积点的移动所产生的负载与负载沉积点之间差动移动引起的残余移动。 根据本发。
17、明， 因此， 所述至少一个驱动器约束可被考虑到最优控制问题中。 在最优控制问题 中， 特别地关于功率和 / 或速度和 / 或加速度和 / 或急拉方面考虑了驱动器的约束。 0019 优化功能参考缆绳悬挂点和/或负载沉积点的预测垂直位置和/或垂直速度来有 利地计算最佳路径， 其中通过考虑移动约束来最小化负载的残余移动和 / 或差动移动。 0020 在第二方面中， 本发明包括用于起重机的起重机控制器， 该起重机提升挂在缆绳 上的负载的提升机构。起重机控制器包括主动升沉补偿， 主动升沉补偿通过驱动提升机构 来至少部分地补偿由于升沉引起的缆绳悬挂点和 / 或负载沉积点的移动。根据本发明， 升 沉补偿包括。
18、 ： 路径规划模块， 其参考缆绳悬挂点和 / 或负载沉积点的预测移动来计算提升 机构的位置和 / 或速度和 / 或加速度的轨迹， 其包括在用于提升机构的随后控制的设定点 值中。由于升沉补偿的该结构， 可获得特别稳定和容易实现的提升机构的驱动。特别地， 未 知负载位置不再必须通过极大的努力来重构。 0021 根据本发明， 提升机构的控制器可将测量值反馈至提升绞盘的位置和 / 或速度。 因此， 路径规划模块将提升绞盘的位置和 / 或速度指定为设定值， 其在随后的控制器中与 实际值相匹配。 0022 此外， 可提供 ： 提升机构的控制器通过先导控制考虑提升绞盘的驱动器的动态。 特 别地， 先导控制可。
19、基于描述提升绞盘的驱动器的动态的物理模型的倒置 （inversion） 。 特别 地， 提升绞盘可以是液压操作的提升绞盘。 0023 本发明的第一和第二方面均单独受本申请的保护， 且均可在没有相应的其它方面 的情况下分开来实现。 0024 然而， 特别优选地， 根据本发明的两个方面彼此结合。 特别地， 可以提供 ： 当确定轨 迹时， 根据本发明的第二方面的路径规划模块考虑提升机构的至少一个约束。 0025 此外， 根据本发明的起重机控制器还可以包括参考操作员的规范来驱动提升机构 说 明 书 CN 103303797 A 5 3/17 页 6 的操作员控制。 0026 有利的是， 该控制器因此包。
20、括两个分开的路径规划模块， 经由该路径规划模块， 升 沉补偿和操作员控制的轨迹彼此分开计算。特别地， 这些轨迹可为提升机构的位置和 / 或 速度和 / 或加速度的轨迹。 0027 此外， 由两个分开的路径规划模块指定的轨迹可以相加并作为用于提升机构的控 制和 / 或调控的设定点值。 0028 此外， 可以根据本发明提供 ： 升沉补偿和操作员控制之间的至少一种运动约束量 的划分是可调节的， 其中调节例如可通过加权因子实现， 通过该加权因子， 在升沉补偿和操 作员控制之间分割 （split up） 提升机构的最大可用功率和 / 或速度和 / 或加速度。 0029 这样的划分很容易可能在根据本发明的。
21、升沉补偿中发生， 其无论如何会考虑提升 机构的约束。特别地， 至少一个运动约束量的划分被作为提升机构的约束来考虑。有利的 是， 操作员控制也考虑驱动器的至少一个约束， 特别是最高容许急拉和 / 或最大可用功率 和 / 或最大可用加速度和 / 或最大可用速度。 0030 根据本发明， 升沉补偿的优化功能可确定包括在提升机构的控制和 / 或调控中的 目标轨迹。特别地， 如上所述， 优化功能可计算提升机构的位置和 / 或速度和 / 或加速度的 目标轨迹， 其包括在用于提升机构的随后控制的设定点值中。优化可经由离散化来实现。 0031 根据本发明， 优化可在负载提升点的移动的更新预测的基础上在每个时间。
22、步上实 现。 0032 根据本发明， 目标轨迹的第一值均可用于控制提升机构。当更新目标轨迹然后是 可用时， 仅其第一值又可用于控制。 0033 根据本发明， 优化功能可以以比控制更低的扫描速度来工作。这提供了对于计算 密集型优化功能、 较小计算密集型控制选择更大扫描时间， 另一方面， 由于降低扫描时间而 使精度更高。 0034 此外， 可以提供 ： 当没有发现有效的解决方案时， 优化功能利用紧急轨迹规划。以 此方式， 当不能发现有效的解决方案时， 也可确保适当的操作。 0035 根据本发明的起重机控制可包括根据传感器数据确定当前升沉移动的测量装置。 例如， 陀螺仪和 / 或倾角传感器可以用作传。
23、感器。传感器可以布置于起重机或其上布置起 重机的浮舟， 例如在起重机基座和 / 或其上布置负载沉积位置的浮舟上。 0036 起重机控制器此外还可包括参考所确定的当前升沉移动和升沉移动的模型来预 测缆绳悬挂点和 / 或负载沉积点的未来移动的预测装置。 0037 有利的是， 如在预测装置中使用的升沉移动的模型有利地独立于 （independent of， 无关于） 属性， 且特别独立于浮舟的动态。起重机控制器从而可独立于起重机和 / 或负 载沉积位置布置在其上的浮舟而使用。 0038 预测装置可根据测量装置的数据确定升沉移动的当前模式。特别地， 这可经由频 率分析来实现。 0039 此外， 预测装。
24、置可参考所确定的当前模式创建升沉的模型。 参考这种模式， 然后可 预测未来升沉移动。 0040 有利的是， 预测装置参考测量装置的数据连续参数化模型。 特别地可使用观测器， 其可被连续参数化。特别优选的是， 模式的振幅和相位可被参数化。 说 明 书 CN 103303797 A 6 4/17 页 7 0041 此外， 可提供 ： 在升沉的占优模式变化的情况下更新模式。 0042 特别优选的是， 预测装置以及测量装置可以被构造为如在 DE102008024531A1 中 所描述， 其内容被充分作出本申请的主题。 0043 在根据本发明的控制构思中， 此外有利地， 由于缆绳的可延长能力， 负载的动。
25、态可 被忽略。这会使得控制器的结构明显变得更简单。 0044 本发明还包括具有如上面已经描述的起重机控制器的起重机。 0045 具体地， 起重机可以被布置在浮舟上。 特别地， 起重机可以是甲板起重机。 可选地， 其也可以是海上起重机、 港口起重机或缆绳挖掘机。 0046 本发明还包括具有根据本发明的起重机的浮舟， 特别是具有根据本发明的起重机 的船。 0047 此外， 本发明包括使用根据本发明的起重机和用于提升和 / 或降低位于水中的负 载的根据本发明的起重机控制器的使用， 和 / 或根据本发明的起重机和用于提升和 / 或降 低来自水中的负载和/或位于水中 （例如船舶上） 的负载沉积位置的根据。
26、本发明的起重机控 制器的使用。特别地， 本发明包括根据本发明的起重机和用于深海提升和 / 或用于装载和 / 或卸载船舶的根据本发明的起重机控制器的使用。 0048 此外， 本发明还包括起重机控制方法， 该起重机包括用于提升挂在缆绳上的负载 的提升机构。 升沉补偿通过提升机构的自动驱动来至少部分地补偿由于升沉引起的缆绳悬 挂点和 / 或负载沉积点的移动。根据本发明， 根据第一方面， 提供 ： 当计算提升机构的驱动 时， 升沉补偿会考虑提升机构的至少一个约束。 根据第二方面， 另一方面， 提供 ： 升沉补偿参 考缆绳悬挂点的预测移动来计算提升机构的位置和 / 或速度和 / 或加速度的轨迹， 其包括。
27、 在用于提升机构的随后控制的设定点值中。 根据本发明的方法具有已经关于起重机控制器 描述了的相同优点。 0049 此外， 也可已如上所述来执行所述方法。 特别地， 根据本发明的两个方面也可以被 结合在该方法中。 0050 此外， 可借助于以如上所述的起重机控制器优选地实现根据本发明的方法。 0051 本发明还包括具有用于进行根据本发明的方法的代码的软件。特别地， 软件可以 被存储在机器可读的数据载体中。有利的是， 可通过将软件安装在起重机控制器上来实现 根据本发明的起重机控制器。 0052 有利的是， 根据本发明的起重机控制器以电子方式实现， 特别地， 通过电子控制计 算机实现。控制计算机有利。
28、地与传感器连接。特别地， 控制计算机可与测定装置连接。有 利的是， 控制计算机产生用于驱动提升机构的控制信号。 0053 提升机构优选地可为液压驱动的提升机构。根据本发明， 根据本发明的起重机控 制器的控制计算机可驱动液压驱动系统的至少一个液压移位机器和 / 或液压驱动系统的 至少一个阀的旋转角度。 0054 优选地， 液压蓄能器设置在液压驱动系统中， 当降低负载时， 可经由该液压蓄能器 来存储能量， 然后当提升负载时， 其可作为额外的功率。 0055 优选地， 液压蓄能器的驱动由根据本发明的提升机构的驱动分开实现。 0056 可替代地， 也可使用电动驱动器。其同样也可以包括蓄能器。 说 明 。
29、书 CN 103303797 A 7 5/17 页 8 附图说明 0057 现在将参考示例性实施例和附图详细说明本发明。 0058 在附图中 ： 0059 图 1 ： 示出布置在浮舟 （pontoon） 上的根据本发明的起重机， 0060 图 2 ： 示出了用于升沉补偿和操作员控制的分开的轨迹规划的结构， 0061 图 3 ： 示出了具有稳定急拉的规划轨迹的四阶积分链， 0062 图 4 ： 示出了轨迹规划的非等距离离散， 其在时程结束部分使用比时程的开始更 大的距离， 0063 图 5 ： 示出了使用速度的实例在时程结束部分如何首先考虑改变约束， 0064 图 6 ： 示出了用于操作员控制的。
30、轨迹规划的三阶积分链， 其参考急拉相加来工作， 0065 图 7 ： 示出了操作员控制的路径规划的结构， 其考虑驱动的约束， 0066 图 8 ： 示出了与切换时间相关联的示例性急拉属性， 根据该属性， 可参考路径规划 来计算提升机构的位置和 / 或速度和 / 或加速度的轨迹， 0067 图 9 ： 示出了由急拉增加产生的轨迹的速度和加速度的过程， 0068 图10 ： 示出了主动升沉补偿和目标力模式 （在这里被称为恒张力模式） 的驱动概念 的概述， 0069 图 11 ： 示出了用于主动升沉补偿的驱动的电路框图， 以及 0070 图 12 ： 示出了用于目标力模式的驱动的电路框图。 具体实施。
31、方式 0071 图 1 示出了根据本发明的用于驱动提升机构 （hoisting gear） 5 的起重机控制器 的起重机 1 的示例性实施例。提升机构 5 包括移动缆绳 4 的提升绞盘。缆绳 4 通过缆绳悬 挂点 2（在该示例性实施例中， 通过起重机起重臂端部的转向滑轮） 被引导。通过移动缆绳 4， 挂在缆绳上的负载 3 可以被提升或降低。 0072 可以设置至少一个传感器， 其测量提升机构的位置和 / 或速度， 并将相应的信号 发送到起重机控制器。 0073 此外， 可以设置至少一个传感器， 其测量缆绳力并将相应的信号发送到起重机控 制器。传感器可以被布置在起重机主体区域内， 特别地布置在绞。
32、盘 5 的范围和 / 或缆绳轮 2 的范围内。 0074 在示例性实施例中， 起重机 1 被布置在浮舟 6 （这里为船） 上。如同样如图 1 所示， 由于升沉， 浮舟 6 绕其六个自由度移动。布置在浮舟 6 以及缆绳悬挂点 2 上的起重机 1 也 因此被移动。 0075 根据本发明的起重机控制器可包括主动升沉补偿， 其通过驱动提升机构来至少部 分地补偿由于升沉引起的缆绳悬挂点 2 的移动。特别地， 至少部分地补偿由于升沉引起的 缆绳悬挂点的垂直移动。 0076 升沉补偿可以包括根据传感器数据确定当前升沉移动的测量装置。 测量装置可包 括布置在起重机基地的传感器。特别地， 其可为陀螺仪和 / 或。
33、倾角传感器。特别优选的是， 设置三个陀螺仪和三个倾角传感器。 0077 此外， 可以设置预测装置， 其参考所确定的升沉移动和升沉移动的模型来预测缆 说 明 书 CN 103303797 A 8 6/17 页 9 绳悬挂点 2 的未来移动。特别地， 预测装置仅预测缆绳悬挂点的垂直移动。与测量和 / 或 预测装置相关， 在测量装置的传感器的点处的船的移动会被转换成缆绳悬挂点的移动。 0078 预测装置和测量装置有利地被构造为如在 DE102008024513A1 中被更详细地描 述。 0079 可替代地， 根据本发明的起重机也可能为起重机， 其用于将负载提升和 / 或降低 自或至布置在浮舟上从而随。
34、起重机移动的负载沉积点。在这种情况下， 预测装置必须预测 负载沉积点的未来移动。 这可以类似于上面描述的过程而受影响， 其中， 测量装置的传感器 被布置在负载沉积点的浮舟上。 起重机例如可以是港口起重机、 海上起重机或缆绳挖掘机。 0080 在示例性实施例中， 提升机构 5 的提升绞盘被液压驱动。特别地， 设置液压泵和液 压马达的液压回路， 通过该液压回路来驱动提升绞盘。优选地， 可以设置液压蓄能器， 经由 该液压蓄能器可将能量存储在降低的负载， 所以当提升负载时该能量可用。 0081 可选地， 可以使用电驱动器。同样也可能与蓄能器连接。 0082 在下文中， 本发明的示例性实施例现在将被示出。
35、， 其中本发明的多个方面被共同 实现。然而， 也可以分别单独使用各个方面， 用于改进本发明的实施例， 如本申请中的一般 部分中所描述。 0083 1 参考轨迹的规划 0084 为了实现主动升沉补偿的所需预测行为， 采用由以两个自由度的结构的形式的先 导控制和反馈组成的顺序控制。 先导控制通过微分参数化来计算并需要参考轨迹稳定地二 次可微。 0085 对于规划， 决定性的是 ： 驱动可以跟随指定的轨迹。因此， 也必须考虑提升机构的 约束。考虑的起点是缆绳悬挂点和的垂直位置和 / 或速度， 其可在固定的时程内经由 在 DE102008024513 中所描述的算法来预测。此外， 起重机操作员的手柄信。
36、号 （通过该信号， 该操作员可在惯性坐标系中移动负载） 也包括在轨迹规划中。 0086 出于安全的原因， 必要的是 ： 在主动升沉补偿发生故障的情况下， 绞盘也仍然可以 经由手柄信号来移动。通过使用轨迹规划的概念， 从而实现补偿移动的参考轨迹的规划与 手柄信号产生的轨迹规划之间的分离， 如图 2 中所示。 0087 在图中，和指定为补偿规划的位置、 速度和加速度， 以及和 指定如在手柄信号的基础上规划的叠加退绕或卷绕的缆绳的位置、 速度和加速度。在执行 的其它过程中， 用于提升绞盘的移动的规划参考轨迹常常分别由 y*、 和指定， 因为它们 作为驱动动力学的系统输出的参考。 0088 由于分离的。
37、轨迹规划， 在升沉补偿被关闭或在手动操作中针对手动杆控制的升沉 补偿完全失效的情况下 （例如， 由于 IMU 故障） ， 可使用相同的轨迹规划和相同的顺序控制 器， 并由此在打开升沉补偿的情况下产生相同的操作行为。 0089 为了不违反速度 Vmax和加速度 amax的给定约束， 尽管完全独立规划， Vmax和 amax借 助于加权因子 0 kl 1（参考图 2） 来分割。其同样由起重机操作员来指定， 并因此提供 单独分割可用于补偿和 / 或用于移动负载的电源。因此， 补偿移动的最大速度和加速度是 （1-kl） vmax和 （1-kl） amax， 且缆绳的叠加退绕和卷绕的轨迹 klvmax和。
38、 klamax。 0090 可在操作过程中进行 kl的变化。由于最大可能的行驶速度和加速度依取决于缆 说 明 书 CN 103303797 A 9 7/17 页 10 绳和负载的总质量， 所以 Vmax和 amax也可以在操作中改变。因此， 各自适用值同样被转移至 轨迹规划。 0091 通过分割电源， 控制变量约束可能不会被完全利用， 但是起重机操作员可以很容 易地且直观地调整主动升沉补偿的影响。 0092 kl=1 的加权等于关闭主动升沉补偿， 由此补偿接通和关闭之间的平滑过渡成为可 能。 0093 该章节的第一部分最初解释了用于补偿缆绳悬挂点的垂直移动的参考轨迹 y*、 和的生成。这里的重。
39、要方面是， 利用规划的轨迹尽可能补偿垂直移动， 由于由 kl设置的 给定约束。 0094 因 此， 借 助 于 在 完 整 的 时 程 上 预 测 的 缆 绳 悬 挂 点 的 垂 直 位 置 和 速 度 和从而构想出 （formulate， 用公式表示出） 最佳控制问题， 该问题周期性地得以解决， 其中 Kp指定预测时 间步的数目。随后将讨论相关的数字解决方案和实施。 0095 该章节的第二部分论述移动负载的轨迹的规划和轨迹的规划直接由 起重机操作员 whh的手柄信号产生。该计算通过最大容许急拉相加实现。 0096 1.1 补偿的参考轨迹 0097 在提升绞盘的补偿移动的轨迹规划中， 考虑到有。
40、效驱动器约束， 必须由缆绳悬挂 点的预测垂直位置和速度产生足够光滑的轨迹。此任务随后被视为受约束的优化问题， 其 可以在每个时间步在线解决。 因此， 这种方法类似于模型预测控制的草案， 虽然在模型预测 的轨迹生成的意义上。 0098 作 为 优 化 的 设 定 点 值 或 参 考，使 用 缆 绳 悬 挂 点 的 垂 直 位 置 和 率 和其在时间 步为 Kp的完整的时程内在时间 tk时进行预测， 并用对应的预测时间计算， 例如借助于在 DE102008024513 中所描述的算法。 0099 通过 kl、 vmax和 amax考虑约束有效， 于是可针对补偿移动确定最佳时间序列。 0100 然而。
41、， 类似于模型预测控制， 仅由此计算的轨迹的第一值用于随后的控制。在接 下来的时间步中， 通过缆绳悬挂点的垂直位置和速度的更新和因此更准确的预测来重复优 化。 0101 一方面， 与经典的模型预测控制相比， 具有连续控制的模型预测轨迹生成的优点 在于 ： 可以以与轨迹生成相比更长的扫描时间来计算控制部分和相关的稳定。 因此， 计算密 集优化可以被转移到较慢的任务中。 0102 另一方面， 在这个概念中， 对于最优化不会求得有效接的情况， 紧急功能可以独立 于控制而实现。其由其中控制依赖于在这样的紧急情况下的简化轨迹规划组成， 并进一步 驱动绞盘。 0103 1.1.1 规划补偿移动的系统模型 。
42、0104 为了满足补偿移动的参考轨迹的稳定性的要求， 其最早的三阶导数可以视为跳 说 明 书 CN 103303797 A 10 8/17 页 11 跃能力。然而， 关于绞盘寿命， 应在补偿移动中避免急拉中的跳跃， 由此仅四阶导数可以 视为跳跃能力。 0105 因此， 急拉必须至少被稳定规划， 且参考图 3 中所示的四阶积分链实现补偿移 动的轨迹生成。在优化中， 其相同作为系统模型， 并在状态空间中可以表示为 0106 0107 在这里， 输出包括补偿移动的规划轨迹。为了构想出最优控制 问题， 以及关于未来实现， 该时间连续模型在晶格上被最初离散 0108 0109 其中， Kp表示缆绳悬挂点。
43、的垂直移动的预测的预测步的数目。为了区分轨迹生成 中的离散时间表示与离散系统时间 tk， 其被指定为 k=k ， 其中 k=0,Kp， 以及 是用于轨迹生成的时域 Kp的离散间隔。 0110 图 4 示出所选择的晶格是非等距离的， 所以在时域上的必要支撑点的数量减少。 因此， 能够保持最优控制问题的尺寸被解决为小。在时域结束时的粗略离散的影响对于规 划的轨迹没有不利的影响， 因为垂直位置和速度的预测在预测时域的结束时更加不准确。 0111 可以参考解析解来精确计算对于该晶格有效的时间离散系统表示 0112 0113 对于图 3 的积分链， 其如下 ： 0114 xa(0) xa， 0， 011。
44、5 ya(k) xa(k)， k 0， .， Kp-1， (1.4) 0116 其中 k=k+1-k描述了有效用于各自时间步的离散化步长。 0117 1.1.2 最优控制问题的制定和解决方案 0118 通过解决最优控制问题， 将规划轨迹， 其尽可能密切地跟随缆绳悬挂点的预测的 垂直移动， 并在同一时间满足给定的约束。 0119 为了满足该要求， 其优值函数如下 ： 0120 说 明 书 CN 103303797 A 11 9/17 页 12 0121 其中 wa(k) 指定在各个时间步的参考有效。由于在本文中仅缆绳悬挂点的预测 位置和速度可用， 所以相关联的加速度和急拉被设置为零。然而， 通过。
45、加速度和急拉偏差的相应加权， 可使这种不一致规格的影响保持为较小。因此 ： 0122 0123 在优值函数中正半定对角线矩阵与 0124 0125 参考的偏差被加权。标量因子 ru评估校正效果。虽然 ru、 qw,3和 qw,4在整个预测 时域是恒定的， 但是依赖于时间步 k来选择 qw,1和 qw,2。因此预测时域开始时的参考值可 以进行比结束时更强地加权。 随着预测时间的增加而减小的垂直移动预测的精度可以在优 值函数中描述。由于不存在加速度和急拉的参考， 所以权重 qw,3和 qw,4仅惩罚与零的偏差， 这就是为什么选择它们小于 qw,2(k) 的位置和速度的权重。 0126 最优控制问题。
46、的相关联的约束按照驱动器的可用功率和当前选择的加权因子 kl （参考图 2） 。因此， 其适用于 （1.4） 的系统模型的状态 ： 0127 0128 和输入 ： 0129 0130 在这里， a(k) 表示被选择为使得各自的约束在时域结束时占时域开始时的 95的减缩因子。对于中间时间步， a(k) 由线性内插产生。沿着时域的约束的减少增 加了方法相对于容许的解决方案的存在的稳定性。 0131 虽然可以在操作中速度和加速度约束可以改变， 但是急拉 jmax和急拉的导 数的约束是恒定的。为了增加提升绞盘和整个起重机的使用寿命， 在最大允许冲击负载的 方面来选择它们。对于位置状态， 没有可适用的约。
47、束。 0132 由于在操作中最大速度 Vmax和加速度 amax以及功率 kl的加权因子由外部确定， 所 以， 对于最优控制问题， 速度和加速度约束也必然被改变。 所提出的概念考虑如下相关的随 时间变化的约束 ： 只要约束改变了， 首先会仅在时间步 k的预测时域结束时考虑更新值。 随着时间推移， 然后其被推到预测时域的开始。 0133 图 5 示出参考速度约束的此过程。当减少约束时， 此外还应考虑其符合其最大容 许导数。这意味着， 例如， 速度约束 （1-kl） vmax最大可与当前加速度约束 （1-kl） amax所允许 的一样快地减小。因为更新后的约束被努力完成 （push through。
48、） ， 所以总是存在约束中存 在的初始条件 xa(0) 的解决方案， 这又不会违反更新后的约束。然而， 其将占完整的预测 说 明 书 CN 103303797 A 12 10/17 页 13 时域， 直到改变的约束最终影响时域开始的规划轨迹。 0134 因此， 最优控制问题完全由二次优值函数 （1.5） 最小化， 系统模型 （1.4） 和不等式 由 （1.8） 和 （1.9） 以线性二次优化问题 （二次规划问题的 QP 问题） 的形式约束。当首次进 行优化时， 初始条件被选择为 xa(0)=0,0,0,0T。接着， 最后的优化步骤中在针对时间步 计算的值 xa(1) 用作初始条件。 0135 在每个时间步， QP 问题的实际解决方案的计算经由被称为 QP 求解方程的数值方 法而实现。 0136 由于优化的计算工作， 补偿移动的轨迹规划的扫描时间大于主动升沉补偿的所有 剩余分量的离散时间 ； 所以 ： t。 0137 为了确保参考轨迹可用于以更快的速度控制， 图 3 的积分链的模拟在优化以外以 更快的扫描时间 t 发生。只要新值可通过优化而可用， 状态 xa(0) 用作模拟的初始条 件， 且在预测时域 ua(0) 开始时的校正变量被写入积分链上， 作为常数输入。 0138 1.2 移动负载的参考轨迹 0139 类似于补。