Modellierung und pendeldämpfende Regelung obendrehender Turmkrane mit elastischer Struktur

Die Bedienung obendrehender Turmkrane erfordert aufgrund der großen Dimensionen, schweren Lasten und nahezu ungedämpften Pendelschwingungen viel Übung, Vorsicht und Geschick. Um die Bedienbarkeit zu vereinfachen, die Umschlagsleistung zu verbessern und Gefährdungsrisiken zu verringern, eignen sich Assistenzsysteme mit geschlossenen Regelkreisen, die eine aktive Pendeldämpfung sowie automatisierte Transportvorgänge ermöglichen. Eine wesentliche Herausforderung hierbei ist die Elastizität der Kranstruktur, die beim Regelungsentwurf aus Stabilitätsgründen zu berücksichtigen ist, um eine unerwünschte Anregung von Strukturschwingungen zu verhindern.

In der vorliegenden Arbeit wird ein Regelungskonzept für obendrehende Turmkrane erarbeitet und erstmals prototypisch an einem industriellen Kran umgesetzt. Dazu wird ein dynamisches Modell unter Berücksichtigung der Strukturelastizität von Turm und Ausleger hergeleitet. Für eine effiziente und flexible Parametrierbarkeit des Modells wird hierzu ein Modellierungsansatz mit parametrischer Ritz-Diskretisierung der Ortsabhängigkeiten entwickelt. Auf Basis des Modells wird eine Regelung mit flachheitsbasierter Trajektorienplanung und Vorsteuerung entworfen.

Damit werden Assistenzfunktionen realisiert, die eine manuelle Steuerung per Handhebel mit unterlagerter Pendeldämpfung erlaubt sowie automatisierte Transportvorgänge der Last entlang vorgegebener Wegpunkte mit Positionierung am Ziel. Durch die prototypische Umsetzung an einem industriellen Turmdrehkran wird das Regelungskonzept experimentell validiert und gezeigt, dass das Modell die wesentliche Krandynamik in ausreichender Detaillierungstiefe beschreibt. Die Arbeit legt damit eine wichtige Grundlage für die Automatisierung von Turmdrehkranen.