Methoden zur aktiven Schwingungsdämpfung für Feuerwehrdrehleitern mit Gelenkarm

Von:

Alexander Pertsch

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Moderne Feuerwehrdrehleitern mit Leiterlängen von mehr als 30 Metern, und insbesondere Modelle mit einem Gelenkarm an der Leiterspitze, sind anfällig für niederfrequente Schwingungen des Leitersatzes, die eine genaue und zügige Positionierung erschweren. Als Gegenmaßnahme werden in dieser Arbeit modellbasierte Methoden zur Verringerung der Schwingungsanregung bei aktiven Bewegungen sowie zur aktiven Dämpfung von Schwingungen mittels einer geeigneten Ansteuerung der hydraulischen Aktoren untersucht. Ein wesentlicher Aspekt hierbei ist die Möglichkeit der echtzeitfähigen Implementierung der betrachteten Methoden als Teil der Fahrzeugsteuerung. Bei großen Leiterlängen sind neben der Grundschwingung auch Oberschwingungen zu berücksichtigen. Hierzu wird die örtliche Ausdehnung des Leitersatzes in einem verteiltparametrischen Modell eines - in Anlehnung an die teleskopische Struktur - gestuften Balkens abgebildet. Das Hauptaugenmerk der Arbeit liegt dabei auf den mit der Drehbewegung verbundenen, verkoppelten Biege-Torsionsschwingungen. Aufbauend auf einer modalen Darstellung des Modells werden Methoden zur Verringerung der Anregung von Schwingungen bei gesteuerten Verfahrbewegungen untersucht. Hierzu wird sowohl die Planung einer geeigneten Referenztrajektorie zu den Handhebel-Vorgaben des Benutzers als auch der Entwurf einer dynamischen Vorsteuerung betrachtet. Zur aktiven Dämpfung der Schwingungen über die hydraulischen Antriebe wird aufbauend auf einer beobachterbasierten Rekonstruktion des Schwingungszustandes eine Zustandsrückführung entworfen. Die untersuchten Ansätze werden auf einem Experimentalsystem und teilweise auch auf dem Fahrzeugsteuergerät einer Magirus M42L-AS implementiert und in Versuchen validiert.