Aktive Pendeldämpfung und Geschwindigkeitsfolgeregelung von untendrehenden Turmdrehkranen mit elastischer Struktur

Von:

Matthias Thomas

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Obwohl die Regelung von Kranen schon seit Jahrzehnten erforscht wird, hat sich die aktive Pendeldämpfung bei Turmdrehkranen in der Industrie bisher nicht durchgesetzt. Aus verschiedenen Gründen können die existierenden Regelungskonzepte nicht für industrielle Turmdrehkrane verwendet werden. In dieser Arbeit wird daher ein modellbasiertes Regelungskonzept unter Berücksichtigung der elastischen Verformung der Kranstruktur entwickelt und anhand von industriellen Turmdrehkranen validiert. Es wird ein flexibles Mehrkörpermodell, welches das dynamische Verhalten von untendrehenden Turmdrehkranen beschreibt, hergeleitet und experimentell validiert. Auf Basis dieses dynamischen Modells wird eine lineare Zustandsregelung entworfen. Dazu wird ein neues, kostengünstiges Sensorkonzept und eine darauf aufbauende Strategie zur Schätzung der Pendelwinkel vorgestellt. Als zusätzliche Sensoren wird je eine inertiale Messeinheit an der Unterflasche und an der Kranstruktur angebracht. Neben der linearen Rückführung wird eine nichtlineare flachheitsbasierte Vorsteuerung und eine Optimalsteuerung eingesetzt, um ein gutes Geschwindigkeitsfolgeverhalten zu erreichen, wobei der Kranfahrer in der resultierenden Zweifreiheitsgraderegelung berücksichtigt wird. Alle relevanten Beschränkungen und die unsicheren Lastparameter werden in dieser Arbeit entweder bei der Synthese oder der Analyse der Regelung beachtet.