WO1997019889A1 - Verfahren zum regeln des antriebs eines rechnergesteuerten fördergerätes - Google Patents

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WO1997019889A1
WO1997019889A1 PCT/EP1996/005343 EP9605343W WO9719889A1 WO 1997019889 A1 WO1997019889 A1 WO 1997019889A1 EP 9605343 W EP9605343 W EP 9605343W WO 9719889 A1 WO9719889 A1 WO 9719889A1
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conveyor
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PCT/EP1996/005343
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Inventor
Volker Rainer Schneider
Eckhard Schüll
Uwe Beewen
Original Assignee
Siemag Transplan Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F9/00—Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes
    • B66F9/06—Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes movable, with their loads, on wheels or the like, e.g. fork-lift trucks
    • B66F9/07—Floor-to-roof stacking devices, e.g. "stacker cranes", "retrievers"
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S706/00—Data processing: artificial intelligence
    • Y10S706/902—Application using ai with detail of the ai system
    • Y10S706/903—Control
    • Y10S706/905—Vehicle or aerospace

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the drive of computer-controlled conveyor devices, in particular crane systems with hoisting winches and at least one mast on a traveling frame with a stacker crane arranged thereon and provided with a lifting device, comprising a current control circuit, a drive control circuit including a speed control circuit, and one Position control loop.
  • a control method has become known from US Pat. No. 5,239,248, which has the control loops mentioned and which also takes into account the behavior of the device from an existing data base of a status and fault observer control module using existing measurement and control variables. The calculation is based on coefficients. Apart from the fact that only a limited number of measured and manipulated variables can be processed, this known method is also solely a position control.
  • the aforementioned storage and retrieval machines or conveyors fulfill the transport task, for example in logistic systems which comprise a high-bay warehouse as an essential component, in fully automatic or manual mode of operation, that is to say the transfer of a loading unit from the storage location to the storage bin and from there to the retrieval location.
  • the spectrum of goods to be stored extends from small containers weighing only a few kilograms to coils weighing around 40 tons, for example metal strips wound into bundles.
  • the storage heights and, depending on this, the height of the storage and retrieval machines are in a range from approx. 6 m to 45 m.
  • the respective storage dimensions are determined by the freely movable or guided rail-mounted storage and retrieval machine by its travel drive in the horizontal X direction, by the lifting drive on the vertical mast vertically movable lift drive for the lifting platform in the vertical Y direction and through the load suspension device drive in the Z direction.
  • the tall, slender masts on which the already mentioned, sometimes quite large loads are moved up and down are flexible, extremely vibratory systems with variable dynamic properties, which can be excited, for example, by motor acceleration and deceleration, road impacts, brake application and controller influence.
  • the controllers of the drives have been used as starting points for solving the optimization problem thus present with contradicting objectives, since the geometrical shape of the storage and retrieval machine can hardly be changed due to the logistical tasks and the dimensioning required for reasons of strength.
  • Drive controllers for lifting and travel drives with interfaces to different variable-speed electrical drives used for this purpose are servomotors with servo drive amplifiers, DC motors with converters and three-phase asynchronous motors with frequency converters.
  • the interfaces mentioned delimit the controller hierarchically downwards;
  • the interface upwards is specified by the device controller, which informs the controller of the target points of the travel movements and is responsible for safety functions, limit switches, coordination tasks, error diagnosis, communication with the warehouse management computer, etc.
  • the so-called “3-point position controller” and the “cascade controller”, which are formed from initially three different, cascade-shaped controller circuits, are furthermore state-of-the-art controller concepts: the current control loop as the inner loop, the speed control loop and the position control loop as the outer loop .
  • the "3- Point-position controller "strictly speaking does not represent a position controller, but a path-dependent speed control, with the result that a multi-stage delay process involving time losses occurs. Since there is no continuous comparison between the actual position value and the setpoint value, the cumulative position differences can only be achieved at the end Compensate for the deceleration process during slow speed travel at reduced speed.
  • the multi-stage positioning entails multiple changes in speed and thus also changes in acceleration and deceleration, which favors vibrations of the mast or rope of the device.
  • the "cascade controller" from the fact that a continuous comparison of the actual position and setpoint takes place and positional differences are actively compensated for by adjusting the speed setpoint. This concept results in fewer starting points for vibration excitation.
  • a passive method is therefore used in both controller concepts by limiting the change in acceleration over time or the jerk associated with it by specifying a suitable guide size. Accordingly, a sudden change in acceleration changes to a linearly increasing or to a sinusoidal rounding.
  • a disadvantage of this vibration minimization is that the rounding reduces the mean acceleration while maintaining the maximum acceleration value, which inevitably involves loss of time.
  • the invention is therefore based on the object of providing a generic control method which makes it possible to decisively expand the possibilities of intervention and narrow technical limits which are restricted in the known controller concepts.
  • This object is achieved in that the instantaneous dynamic behavior of the conveyor from an existing data base of a state and fault observer controller module using information about the device dynamics including measurement and control variables and on the basis of coefficient maps, the maps being constructive details or Include dynamic properties of the conveyor and, based on a basic setting of the device-dynamic parameters of the conveyor and an iterative estimation algorithm, is determined by a controller module that carries out an automatic self-learning coefficient identification and actively dampens vibrations of the conveyor on the basis of the mathematical equations of the dynamic behavior.
  • the control procedure integrates further information, such as the mast deflection and relative speed of the mast tip and the position deviation in the case of positive toothed belt drives, which provides information about the dynamic behavior of the storage and retrieval machine.
  • This additional information or device-dynamic variables for describing the device dynamics are not obtained by measurement technology, but rather are calculated from existing data with the aid of a mathematical model of the state and fault observer controller module, for example the mast deflection and relative speed from the existing current signal.
  • controller coefficients of the different control loops in the known controller concepts are constant quantities and each are set optimally only for a dynamic state
  • the control method according to the invention does not have constant coefficients, but instead special coefficient maps which are decisive from those which are very common in control engineering, for example by DE-Z "Automation Technology, Vol. 43, No. 8, August 1, 1995, pages 363 to 367 known maps differ, namely include structural details or dynamic properties of the conveyor, for example, the number of masts present (one or two), the rigidity of the mast, the load position (height of the Lifting platform or rope length) and the weight of the payload, so that no control parameters are stored, but rather data from which the control parameters are always calculated.
  • the controller module carries out an automatic self-learning coefficient identification by determining the characteristic fields on the basis of a basic setting with the aid of the mathematical model of the storage and retrieval machine and an iterative estimation algorithm.
  • the learning mode of the controller module takes place in the form that a test run is carried out automatically and an additional current test signal is applied as a reference variable in the constant travel phase.
  • the estimation algorithm calculates the parameters of the transfer function, which in turn lead to the coefficient maps using the mathematical model. Due to this regulation, any swinging is ideally avoided.
  • a preferred embodiment of the invention provides that a current wheel pressure of the conveyor from the status and Fault monitor module calculates and in the drive or speed control loop the drive torque or the motor current is limited to the currently possible or, in the case of measurement, the expected maximum is limited. This enables the effects of the dynamics of the delivery device on the wheel pressures between the running or drive wheels and the rail or the foundation to be taken into account. When the wheel pressures drop, the driven wheels transmit lower frictional forces, which can lead to slippage in the acceleration or deceleration phases and thus to the wheel spinning or locking. Although the active vibration damping already counteracts this influence significantly, the torque monitoring enables the elimination of this influence in the drive control circuit on the basis of a corresponding controller module.
  • the current wheel pressure is continuously calculated and the drive torque or the motor current are adjusted accordingly.
  • the advantage of the torque monitoring controller module is consequently that the instantaneous maximum acceleration or braking torque is always transmitted in accordance with the dynamic behavior of the delivery device.
  • the torque or motor current regulator loop is superimposed by a continuous comparison of the drive speed and the absolute speed of the conveyor device, taking into account the distance actually traveled, determined by an absolute position measuring system, and the motor is corrected in the event of differences.
  • differences caused by slip cause the controller to correct the motor current.
  • the influences can be compensated for due to the construction-related eccentric lift platform.
  • the eccentricity under the influence of its own weight and payload, leads to a static deflection depending on the current lift platform height and thus to a positional deviation from the position determined by the position measuring system. There is therefore no need for a fine positioning that increases the throughput problem and requires additional time, which also requires a considerable installation outlay for sensors and orientation marks.
  • the energy consumption of the conveyor is regulated depending on the current load.
  • the control method according to the invention thus includes a strategy controller module which makes it possible to select the energy-efficient operating strategy or mode of operation in accordance with the current utilization situation of the conveyor device. If the throughput required is high, the stroke and travel drives are time-synchronized, ie the faster axis is adapted by reducing the acceleration or deceleration of the slower axis. If the throughput to be provided is rather low, the maximum energy consumption in the form of acceleration and Delay limit values specified.
  • the invention further provides that the positioning accuracy of the conveyor is adjusted to the different transport units or stored goods differently.
  • the respective positioning tolerance can be freely selected depending on the respective transport unit. This makes it possible to take into account the wide range of goods to be stored in terms of weight, dimensions and load carriers.
  • the different transport units require different position tolerances for safe transfer, for example from the storage and retrieval unit into the storage compartment of a high-bay warehouse, whereby the positioning controller module can ensure that the positioning accuracy is not higher than absolutely necessary in order to keep the running times as short as possible.
  • the controller 1 comprises a reference variable generator 3, a cascade controller 4 with a position controller 5 and a speed controller 6, as well as one Current controllers 7. These are linked via appropriate control loops both to the storage and retrieval unit 2 and to a status and fault observer controller module 8, which uses a mathematical model to calculate the additional information required to describe the device dynamics from existing data.
  • controller 1 combines the advantages of active vibration damping to eliminate vibrations and shorten the decay time, the position control means that the target point is approached as quickly as possible, optimum control loop-through and less drag error, anti-slip control and because there is no vibration excitation - higher acceleration values .
  • control parameters can be optimized taking into account different loads, lifting heights and geometries, a design-related dynamic behavior, different drives and types of power transmission and different static and dynamic deformations.
  • freely selectable and, if necessary, combinable operating strategies can be carried out.

Abstract

Ein Verfahren zum Regeln des Antriebs von rechnergesteuerten, fördertechnischen Geräten, insbesondere Krananlagen mit Hubwinden und auf einem Fahrrahmen einen Mast mit einer daran angeordneten, mit einem Lastaufnahmemittel versehenen Hubbühne aufweisende Regalbediengeräte, umfassend einen Stromregelkreis (7), einen einen Drehzahlregelkreis (6) einschliessenden Antriebsregelkreis und einen Lageregelkreis (5), erweitert die Eingriffmöglichkeiten, wenn das momentane dynamische Verhalten des Fördergerätes (2) aus einem vorhandenen Datenstamm eines Zustands- und Störbeobachterreglermoduls (8) unter Nutzung von bereits vorhandenen Meß- und Stellgrößen, die Informationen über die Gerätedynamik beinhalten, und anhand von Koeffizienten-Kennfeldern errechnet wird, wobei die Kennfelder konstruktive Einzelheiten bzw. dynamische Eigenschaften des Fördergerätes einbeziehen und ausgehend von einer Basiseinstellung der Größen des Regalbediengerätes und einem iterativen Schätzalgorithmus (10) von einem eine automatische selbstlernende Koeffizientenidentifikation durchführenden Reglermodul (9) ermittelt und auf der Grundlage der mathematischen Gleichungen des dynamischen Verhaltens Schwingungen des Fördergerätes aktiv gedämpft werden.

Description

Verfahren zum Regeln des Antriebs eines rechnergesteuerten Fördergerätes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Antriebs von rechnergesteuerten fördertechnischen Geräten, insbesondere Krananlagen mit Hubwinden und auf einem Fahrrahmen mindestens einen Mast mit einer daran angeordneten, mit einem Lastaufnahmemittel versehenen Hubbühne aufweisende Regalbediengeräte, umfassend einen Stromregel-, einen einen Drehzahlregelkreis einschließenden Antriebsregelkreis und einen Lageregelkreis.
Durch die US-A-5 239 248 ist ein Regelverfahren bekanntgeworden, das die genannten Regelkreise aufweist und zudem das Verhalten des Gerätes aus einem vorhandenen Datenstamm eines Zustands¬ und Störbeobachterreglermoduls unter Nutzung von bereits vorhandenen Meß- und Stellgrößen berücksichtigt. Die Berechnung erfolgt anhand von Koeffizienten. Abgesehen davon, daß sich lediglich eine begrenzte Anzahl von Meß- und Stellgrößen verarbeiten läßt, handelt es sich bei diesem bekannten Verfahren zudem ausschließlich um eine reine Positionsregelung.
Die genannten Regalbediengeräte bzw. -förderzeuge, wie beispielsweise durch die DE-C 38 03 626 bekanntgeworden, erfüllen beispielsweise in logistischen Systemen, die als eine wesentliche Komponente ein Hochregallager umfassen, in vollautomatischer oder manueller Bedienungsweise die Transportaufgabe, d.h. den Transfer einer Ladeeinheit vom Einlagerungsort zum Lagerplatz und von dort zum Auslagerungsort. Das Spektrum der einzulagernden Güter erstreckt sich vom Kleingebinde mit einem Gewicht von nur wenigen Kilogramm bis zu ca. 40 Tonnen schweren Coils, beispielsweise zu Bunden gewickelte Metallbänder . Die Lagerhöhen und davon abhängig die Höhe der Regalbediengeräte bewegen sich in einem Bereich von ca. 6 m bis 45 m. Die jeweiligen Lagerdimensionen werden von dem frei verfahrbaren oder auf Schienen geführten Regalbediengerät durch dessen Fahrantrieb in horizontaler X-Richtung, durch den Hubantrieb des an dem senkrechten Mast vertikal verfahrbaren Hubantriebes für die Hubbühne in vertikaler Y-Richtung und durch den Lastaufnahmemittelantrieb in Z-Richtung erschlossen. Die hohen, schlanken Mäste, an denen die bereits erwähnten, mitunter recht großen Lasten auf- und abbewegt werden, sind biegeweiche, extrem schwingungsfähige Systeme mit variablen dynamischen Eigenschaften, die z.B. durch motorische Beschleunigung und Verzögerung, Fahrbahnstöße , Bremseneinfall und Reglereinfluß angeregt werden können.
Unter Kosten-, Leistungs- und Zuverlässigkeitsaspekten kommt im Zuge einer technisch-wirtschaftlichen Optimierung von Regalbediengeräten und Krananlagen insbesondere den Fahr- und Hubantrieben einschließlich deren Regelungen eine große Bedeutung zu, da diese neben rein mechanischen Parametern maßgeblich das dynamische Verhalten prägen. Die Ziele der bekannten Steuerungs¬ und Regelungsstrategien sind die Minimierung der Zeiten zur Ein- bzw. Auslagerung der Lasten (Transporteinheiten bzw. Lagergüter) sowie die Reduzierung der dynamischen Belastung der Struktur und mechanischen Komponenten des Regalbediengerätes bzw. der Krananlage. Hierbei ist zu beachten, daß sich die Spielzeiten von Hub- und Fahrantrieb aus reinen Bewegungszeiten und aus Abklingzeiten für die z.B. durch Beschleunigen oder Bremsen angeregten Schwingungen von Hubmast oder -bühne bzw. Lastseilen zusammensetzen. Bei einem schwingenden Mast kann die Lastübergabe von der Hubbühne auf den Regalstellplatz wegen einer möglichen Beschädigungsgefahr zunächst nicht durchgeführt werden; es muß vielmehr das Abklingen der Amplitude auf einen Grenzwert abgewartet werden. Hieraus läßt sich entnehmen, daß nicht zuletzt das dynamische Verhalten maßgeblich den Durchsatz und damit die Wirtschaftlichkeit eines ein Hochregallager einschließenden logistischen Systems beeinflußt.
Der Forderung nach einer Durchsatzsteigerung durch höhere Beschleunigungen und Geschwindigkeiten steht somit entgegen, daß hierdurch größere Schwingungsamplituden und längere Abklingzeiten unvermeidlich sind; im Ergebnis erhöht sich somit die Spielzeit trotz Verringerung der Bewegungszeit. Als Ansatzpunkte zur Lösung des somit vorliegenden Optimierungsproblems mit widersprüchlichen Zielsetzungen sind die Regler der Antriebe herangezogen worden, da aufgrund der logistischen Aufgabenstellungen und der aus Festigkeitsgründen erforderlichen Dimensionierung die geometrische Gestalt des Regalbediengerätes nur schwerlich verändert werden kann. Zu diesem Zweck eingesetzte Antriebsregler für Hub- und Fahrantrieb mit Schnittstellen zu unterschiedlichen drehzahlveränderlichen elektrischen Antrieben sind Servomotoren mit Servoantriebsverstärkern, Gleichstrommotoren mit Stromrichtern und Drehstrom-Asynchronmotoren mit Frequenzumrichtern. Die genannten Schnittstellen grenzen den Regler hierarchisch gesehen nach unten hin ab; die Schnittstelle nach oben wird durch die Geräte-Steuerung vorgegeben, die dem Regler die Zielpunkte der Fahrbewegungen mitteilt und für Sicherheitsfunktionen, Endabschaltungen, Koordinierungsaufgaben, Fehlerdiagnose, Kommunikation zum Lagerverwaltungsrechner, etc. zuständig ist. Hinzu kommt eine externe Schnittstelle zu einem Wegmeßsystem, das dem Regler über Absolut- oder indirekte Messung die momentane Lageposition des Gerätes übermittelt. Diese Meßsysteme sind in formschlüssiger schlupffreier Ausführung und in reibschlüssiger schlupfbehafteter Ausführung mit anschließender Fachfeinpositionierung üblich.
Zum Stand der Technik zählende Reglerkonzepte sind weiterhin der sogenannte "3-Punkt-Lageregler" und der "Kaskadenregler", die ausgehend von zunächst drei unterschiedlichen, kaskadenförmig geschalteten Reglerkreisen gebildet werden: Dem Stromregelkreis als inneren Kreis, dem Drehzahlregelkreis und dem Lageregelkreis als äußeren Kreis. Von diesen Reglerkonzepten stellt der "3- Punkt-Lageregler" streng genommen keinen Lageregler, sondern eine wegabhängige Drehzahlsteuerung dar, mit der Folge, daß ein mehrstufiger, mit Zeitverlusten behafteter Verzogerungsvorgang entsteht. Da kein kontinuierlicher Abgleich zwischen Lage-Ist- und Sollwert stattfindet, lassen sich die kumulierten Lagedifferenzen erst am Ende des Verzogerungsvorgangs während einer Schleichfahrt mit reduzierter Geschwindigkeit ausgleichen. Die somit mehrstufige Positionierung bringt aber mehrfache Drehzahländerungen und damit auch Änderungen von Beschleunigung und Verzögerung mit sich, was es begünstigt, Schwingungen des Mastes bzw. Seiles des Gerätes anzuregen. Im Gegensatz dazu zeichnet den "Kaskadenregler" aus, daß ein kontinuierlicher Vergleich von Lage-Ist- und Sollwert stattfindet und Lagedifferenzen aktiv durch Anpassung des Drehzahlsollwertes ausgeglichen werden. Aufgrund dieses Konzeptes ergeben sich weniger Ansatzpunkte für eine Schwingungsanregung.
Zur Schwingungsminimierung wird daher bei beiden Reglerkonzepten ein passives Verfahren genutzt, indem die zeitliche Änderung der Beschleunigung bzw. der damit einhergehende Ruck durch Vorgabe einer geeigneten Fuhrungsgroße begrenzt wird. Es wird demnach von einer sprunghaften Beschleunigungsanderung zu einer linear ansteigenden oder zu einer sinusförmigen Verrundung übergegangen. Nachteilig bei dieser Schwingungsminimierung ist allerdings, daß durch die Verrundung bei Beibehaltung des Beschleunigungsmaximalwertes die mittlere Beschleunigung sinkt, was unvermeidlich mit Zeitverlusten einhergeht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Regelverfahren zu schaffen, das es ermöglicht, die bei den bekannten Reglerkonzepten beschrankten Eingriffsmoglichkeiten und engen technischen Grenzen entscheidend zu erweitern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das momentane dynamische Verhalten des Fördergerätes aus einem vorhandenen Datenstamm eines Zustands- und Störbeobachterreglermoduls unter Nutzung von Informationen über die Gerätedynamik beinhaltenden Meß- und Regelgrößen und anhand von Koeffizienten-Kennfeldern errechnet wird, wobei die Kennfelder konstruktive Einzelheiten bzw. dynamische Eigenschaften des Fördergerätes einbeziehen und ausgehend von einer Basiseinstellung der gerätedynamischen Größen des Fördergerätes und einem iterativen Schätzalgorithmus von einem eine automatische selbstlernende Koeffizienten-Identifikation durchführenden Reglermodul ermittelt und auf der Grundlage der mathematischen Gleichungen des dynamischen Verhaltens Schwingungen des Fördergerätes aktiv gedämpft werden. Es liegt damit ein durch eine aktive, den aktuellen dynamischen Zustand des Regalbediengerätes berücksichtigende Schwingungsdämpfung erweiterter, selbstlernender adaptiver Zustandsregler vor, wodurch sich ein erheblich breiteres Spektrum der Optimierungsmöglichkeiten ergibt. Das Regelverfahren integriert neben dem internen Stromregelkreis, dem Drehzahlregelkreis und dem Lageregelkreis weitere, Aufschluß über das momentane dynamische Verhalten des Regalbediengerätes beinhaltende Informationen, z.B. die Mastauslenkung und relative Geschwindigkeit der Mastspitze und die Lageabweichung bei formschlüssigen Zahnriemenantrieben. Diese zusätzlichen Informationen bzw. gerätedynamischen Größen zur Beschreibung der Gerätedynamik werden nicht meßtechnisch gewonnen, sondern mit Hilfe eines mathematischen Modells des Zustands- und Störbeobachterreglermoduls aus vorhandenen Daten errechnet, beispielsweise die Mastauslenkung und -relativgeschwindigkeit aus dem vorhandenen Stromsignal.
Während die Reglerkoeffizienten der unterschiedlichen Regelkreise bei den bekannten Reglerkonzepten konstante Größen und jeweils nur für einen dynamischen Zustand optimal gesetzt sind, weist das erfindungsgemäße Regelverfahren keine konstanten Koeffizienten, sondern spezielle Koeffizienten-Kennfelder auf, die entscheidend von den in der Regelungstechnik ganz allgemein üblichen, z.B. durch die DE-Z "Automatisierungstechnik, Bd. 43, Nr. 8, 1. August 1995, Seiten 363 bis 367 bekanntgewordenen Kennfelder abweichen, nämlich konstruktive Einzelheiten bzw. dynamische Eigenschaften des Fördergerätes einbeziehen. Hierzu zählen beispielsweise die Anzahl der vorhandenen Mäste (einer oder zwei), die Steifigkeit des Mastes, die Lastposition (Höhe der Hubbühne bzw. Seillänge) und das Gewicht der Nutzlast. Es werden somit keine Regelparameter abgelegt, sondern Daten, aus denen die Regelparameter stets berechnet werden. Es wird folglich erfindungsgemäß berücksichtigt, daß die Koeffizienten in der Praxis abhängig sind von beispielsweise der aktuellen Position der Hubbühne, der Größe der Nutzlast und weiteren Einflußgrößen, welche sämtlich von den Kennfeldern abgedeckt sind. Damit diese nicht in einem anspruchsvollen Prozeß zeitaufwendig ermittelt werden müssen, führt das Reglermodul eine automatische selbstlernende Koeffizientenidentifikation durch, indem es ausgehend von einer Basiseinstellung mit Hilfe des mathematischen Modells des Regalbediengerätes und einem iterativen Schätzalgorithmus die Kennfelder ermittelt. Der Lernmodus des Reglermoduls geschieht hierbei in der Form, daß automatisch eine Testfahrt abläuft und in der Konstantfahrtphase ein zusätzliches Stromtestsignal als Führungsgröße aufgebracht wird. Aus dem Soll-/Ist-Vergleich errechnet der Schätzalgorithmus die Parameter der Übertragungsfunktion, die wiederum mit Hilfe des mathematischen Modells zu den Koeffizienten-Kennfeldern führen. Aufgrund dieser Regelung wird im Idealfall ein jegliches Schwingen vermieden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß ein aktueller Raddruck des Fördergerätes von dem Zustands- und Störbeobachterreglermodul errechnet und im Antriebs- bzw. Drehzahlregelkreis das Antriebsmoment bzw. der Motorstrom auf das aktuell mögliche oder -bei meßtechnischer Erfassung - das zu erwartende mögliche Maximum begrenzt wird. Hiermit lassen sich die Auswirkungen der Dynamik des Fordergerates auf die Raddrucke zwischen den Lauf- bzw. Antriebsradern und der Schiene bzw. dem Fundament berücksichtigen. Bei sinkenden Raddrucken übertragen die angetriebenen Rader geringere Reibkräfte, was in Beschleunigungs- bzw. Verzogerungsphasen zu Schlupf- und damit zum Durchdrehen bzw. zum Blockieren der Rader führen kann. Wenngleich die verwirklichte aktive Schwingungsdampfung diesem Einfluß schon maßgeblich entgegenwirkt, ermöglicht die Drehmomentenuberwachung aufgrund eines entsprechenden Reglermoduls die Eliminierung dieses Einflusses im Antriebsregelkreis. Mit Hilfe des Zustands- und Störbeobachterreglermoduls wird namlich kontinuierlich der aktuelle Raddruck errechnet und das Antriebsmoment bzw. der Motorstrom entsprechend aktuell angepaßt. Der Vorteil des Drehmomenten-Überwachungsreglermoduls besteht folglich darin, daß stets entsprechend dem dynamischen Verhalten des Fordergerates das momentane Maximum an Beschleunigungs- bzw. Bremsmoment übertragen wird.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Momenten- bzw. Motorstromreglerschleife durch einen kontinuierlichen Vergleich von Antriebsdrehzahl und Absolutgeschwindigkeit des Fördergerates unter Berücksichtigung der tatsächlich zurückgelegten, von einem Absolut-Wegmeßsystem ermittelten Wegstrecke überlagert und bei auftretenden Differenzen der Motor korrigiert. Bei auftretenden, z.B. durch Schlupf hervorgerufenen Differenzen wird in diesem Fall der Regler zu einer Korrektur des Motorstromes veranlaßt.
Wenn vorteilhaft Lageabweichungen des Fordergerates aufgrund von belastungsbedingten Durchbiegungen gegenüber der durch das Absolut-Wegmeßsystem ermittelten Position automatisch korrigiert werden, lassen sich z.B. die Einflüsse aufgrund der konstruktionsbedingt exzentrisch am Hubmast geführten Hubbühne ausgleichen. Die Exzentrizität führt nämlich unter dem Einfluß von Eigengewicht und Nutzlast abhängig von der momentanen Hubbühnenhöhe zu einer statischen Durchbiegung und somit zu einer Lageabweichung gegenüber der durch das Wegmeßsystem ermittelten Position. Es bedarf damit keiner einen die Durchsatzproblematik erhöhenden, zusätzlichen Zeitaufwand erfordernden Feinpositionierung, die zudem einen erheblichen Installationsaufwand für Sensorik und Orientierungsmarken erfordert. Dieser Aufwand ist erfindungsgemäß nicht mehr notwendig, weil ein weiteres Reglermodul mit Hilfe des Zustands¬ und Störbeobachterreglermoduls unter Berücksichtigung von tatsächlicher Last und Hubbühnenhöhe sowie unter Einbeziehung des entsprechenden Verformungskennfeldes den Lagefehler kontinuierlich errechnet und eine automatische Korrektur des Lagesollwertes durchgeführt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Energieverbrauch des Fördergerätes abhängig von der aktuellen Auslastung geregelt. Energiekostensparend und im Sinne des gesteigerten Umweltbewußtseins beinhaltet das erfindungsgemäße Regelverfahren somit ein Strategiereglermodul, das es ermöglicht, entsprechend der aktuellen Auslastungssituation des Fördergerätes die jeweils energieminimale Betriebsstrategie bzw. -weise anzuwählen. Bei einer hohen erforderlichen Durchsatzleistung werden Hub- und Fahrantrieb zeitsynchronisiert, d.h. die schnellere Achse wird durch Reduzierung der Beschleunigung bzw. der Verzögerung der langsameren Achse angepaßt. Ist die zu erbringende Durchsatzleistung eher gering, wird entsprechend des tatsächlichen Durchsatzes und damit auftragsabhängig der maximale Energieverbrauch in Form von Beschleunigungs- und Verzögerungsgrenzwerten vorgegeben.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß die Positioniergenauigkeit des Fördergerätes an die unterschiedlichen Transporteinheiten bzw. Lagergüter angepaßt verschieden geregelt wird. Durch Integration eines Positionierreglermoduls in das erfindungsgemäße Regelverfahren läßt sich die jeweilige Positioniertoleranz abhängig von der jeweiligen Transporteinheit frei wählen. Hiermit ist es möglich, dem großen Spektrum der einzulagernden Güter hinsichtlich Gewicht, Dimension und Ladungsträger Rechnung zu tragen. Die unterschiedlichen Transporteinheiten erfordern zum sicheren Transfer, beispielsweise vom Regalbediengerät in das Lagerfach eines Hochregallagers, unterschiedliche Lagetoleranzen, wobei sich durch das Positionierreglermodul erreichen läßt, daß zur Einhaltung möglichst geringer Spielzeiten die Positioniergenauigkeit nicht höher ist als unbedingt nötig.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und dem in der Zeichnung dargestellten Reglschema eines selbsteinstellenden, adaptiven Zustandsreglers 1 für ein Regalbediengerät 2. Der Regler 1 umfaßt einen Führungsgrößengenerator 3, einen Kaskadenregler 4 mit einem Lageregler 5 und einem Drehzahlregler 6 sowie einen Stromregler 7. Diese sind über entsprechende Regelkreise sowohl mit dem Regalbediengerät 2 als auch einem Zustands- und Störbeobachterreglermodul 8 verknüpft, das mit Hilfe eines mathematischen Modells aus vorhandenen Daten die zur Beschreibung der Gerätedynamik erforderlichen zusätzlichen Informationen errechnet. Dabei wird nicht von konstanten Koeffizienten, sondern von Koeffizienten-Kennfeldern ausgegangen, die von einem eine automatische selbstlernende Koeffizientenidentifikation durchführenden Reglermodul 9 unter Zugrundelegung einer Basiseinstellung der Größen des Regalbediengerätes 2 und einem Modul 10 für einen iterativen Schätzalgorithmus ermittelt werden. Der Regler 1 vereint als Vorteile eine aktive Schwingungsdämpfung zur Eliminierung von Schwingungen und Verkürzung der Abklingzeit, durch die Lageregelung eine schnellstmögliche Annäherung an den Zielpunkt, einen optimalen Reglerdurchgriff und einen geringeren Schleppfehler, eine Anti-Schlupf-Regelung sowie da keine Schwingungsanregung vorliegt - höhere Beschleunigungswerte. Außerdem ergeben sich eine geringere dynamische Belastung der gesamten Konstruktion und des Antriebsstranges sowie - auch unter Berücksichtigung von statischen und dynamischen Verformungen des Regalbediengerätes 2 - ein verbessertes Positionierverhalten sowie eine verkürzte Inbetriebnahme und Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen durch den Lernmodus des Moduls. Die Regelparameter lassen sich unter Berücksichtigung von unterschiedlichen Lasten, Hubhöhen und Geometrien, einem konstruktionsbedingt unterschiedlichen dynamischen Verhalten, unterschiedlicher Antriebe und Art der Kraftübertragung und unterschiedlicher statischer und dynamischer Veformungen optimieren. Darüber hinaus können frei wählbare, gegebenenfalls kombinierbare Betriebsstrategien durchgeführt werden .

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Regeln des Antriebs von rechnergesteuerten fördertechnischen Geräten (2), insbesondere Krananlagen mit Hubwinden und auf einem Fahrrahmen mindestens einen Mast mit einer daran angeordneten, mit einem Lastaufnahmemittel versehenen Hubbühne aufweisende Regalbediengeräte, umfassend einen Stromregelkreis (7), einen einen Drehzahlregelkreis (6) einschließenden Antriebsregelkreis und einen Lageregelkreis (5), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das momentane dynamische Verhalten des Fördergerätes (2) aus einem vorhandenen Datenstamm eines Zustands- und Störbeobachterreglermoduls (8) unter Nutzung von Informationen über die Gerätedynamik beinhaltenden Meß- und Stellgrößen und anhand von Koeffizienten-Kennfeldern errechnet wird, wobei die Kennfelder konstruktive Einzelheiten bzw. dynamische Eigenschaften des Fördergerätes einbeziehen und ausgehend von einer Basiseinstellung der gerätedynamischen Größen des Fördergerätes und einem iterativen Schätzalgorithmus (10) von einem eine automatische selbstlernende Koeffizientenidentifikation durchführenden Reglermodul (9) ermittelt und auf der Grundlage der mathematischen Gleichungen des dynamischen Verhaltens Schwingungen des Fördergerätes aktiv gedämpft werden.
2. Regelverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein aktueller Raddruck des Fördergerätes (2) von dem Zustands- und Störbeobachterreglermodul (8) errechnet und im Antriebs- bzw. Drehzahlregelkreis das Antriebsmoment bzw. der Motorstrom auf das aktuell mögliche Maximum begrenzt wird .
3. Regel ver fahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Momenten- bzw. Motorstromreglerschleife durch einen kontinuierlichen Vergleich von Antriebsdrehzahl und Absolutgeschwindigkeit des Fordergerates (2) unter Berücksichtigung der tatsachlich zurückgelegten, von einem Absolut-Wegmeßsystem ermittelten Wegstrecke überlagert und bei auftretenden Differenzen der Motorstrom korrigiert wird.
4. Regel ver fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Lageabweichungen des Fordergerates (2) aufgrund von belastungsbedingten Durchbiegungen gegenüber der durch das Absolut-Wegmeßsystem ermittelten Position automatisch korrigiert werden.
5. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Energieverbrauch des Fordergerates (2) abhängig von der aktuellen Auslastung geregelt wird.
6. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Positioniergenauigkeit des Fordergerates (2) an die unterschiedlichen Transporteinheiten bzw. Lagerguter angepaßt verschieden geregelt wird.
PCT/EP1996/005343 1995-11-30 1996-12-02 Verfahren zum regeln des antriebs eines rechnergesteuerten fördergerätes WO1997019889A1 (de)

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