Reducing the Mast Vibration of Single-Mast Stacker Cranes by Gain-Scheduled Control

In the frame structure of stacker cranes harmful mast vibrations may appear due to the inertial forces of acceleration or the braking movement phase. This effect may reduce the stability and positioning accuracy of these machines. Unfortunately, their dynamic properties also vary with the lifted load magnitude and position. The purpose of the paper is to present a controller design method which can handle the effect of a varying lifted load magnitude and position in a dynamic model and at the same time reveals good reference signal tracking and mast vibration reducing properties. A controller design case study is presented step by step from dynamic modeling through to the validation of the resulting controller. In the paper the dynamic modeling possibilities of single-mast stacker cranes are summarized. The handling of varying dynamical behavior is realized via the polytopic LPV modeling approach. Based on this modeling technique, a gain-scheduled controller design method is proposed, which is suitable for achieving the goals set. Finally, controller validation is presented by means of time domain simulations

Measuring the Dynamic Characteristics of Electric Motors

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Battery Measurement Methods and Artificial Intelligence Applied in Energy Management Systems

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Kinematical simulation methods for Stewart Platform in medical equipments

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Querschwingungskompensation von Regalbediengeräten durch Regelung des Teleskopantriebs

Regalbediengeräte (RBG) sind schienengebundene Regalförderzeuge, die zum Ein- und Auslagern von Ladeeinheiten in automatisierten Kleinteile- und Hochregallagern eingesetzt werden. Die Effizienz dieser Lagersysteme wird in erster Linie durch kurze Spielzeiten des RBG bestimmt. Aus diesem Grund wird versucht, die Spielzeit eines RBG durch hohe Beschleunigungen zu verkürzen. Die daraus resultierenden hohen Massenkräfte regen unter anderem Querschwingungen im RBG an. Die Querschwingungen sind vor allem bei Einmast-Paletten-RBG mit schlanken Mastkonstruktionen bis zu 45 m und Ladeeinheiten bis zu 1 t besonders kritisch, weil eine nicht zu vernachlässigende Zeit vergeht, ehe nach Ein- bzw. Ausfahrt des Lastaufnahmemittels (LAM) die Strukturschwingungen unter ein zulässiges Toleranzband abklingen. Erst dann kann das RBG verfahren bzw. die Ladeeinheit abgesetzt werden. Das Auftreten von Querschwingungen trägt somit zur Reduzierung der Materialflussleistung dieser Geräte bei. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Querschwingungskompensation von Regalbediengeräten durch Regelung des Teleskopantriebs. Mit dem vorgestellten Regelungskonzept konnte eine Reduzierung der Schwingungsamplitude nach dem Ein- bzw. Ausfahrvorgang bis zu 95 % am Versuchsstand nachgewiesen werden. Für die sensortechnische Ausstattung wurde dabei lediglich ein 1-Achs-Beschleunigungssensor benötigt, was eine günstige praktische Umsetzung an realen RBG ermöglicht. Des Weiteren konnte bei simulativen Untersuchungen an einem Referenz-RBG eine Verkürzung der durchschnittlichen LAM-Spielzeit um ca. 42 % erreicht werden. Im Rahmen der Arbeit wurde anhand eines hybriden, analytischen Modells mittels des Konzeptes der Flachheit eine Trajektorie für die nachschwingungsfreie Überführung zwischen einer Start- und einer Endruhelage des Lastaufnahmemittels entworfen. Eine minimale, sensortechnische Ausstattung ermöglicht dabei eine vollständige Zustandsschätzung mittels Kalman-Filter und den Einsatz eines flachheitsbasierten Folgereglers. Die Wirksamkeit dieses Regelungskonzepts wurde an einem Versuchsstand an der Technischen Universität Dresden nachgewiesen. Die simulativen Untersuchungen an einem Referenz-RBG zeigen eine signifikante Verbesserung der LAM-Spielzeit im Vergleich zur konventionellen LAM-Steuerung mittels 7-Phasen-Bewegung. Die vorliegende Arbeit leistet somit einen Beitrag zur Steigerung der Materialflussleistung von RBG.:Abbildungsverzeichnis xiii Tabellenverzeichnis xv Abkürzungsverzeichnis xvi Symbolenverzeichnis xvii 1 Einleitung 1 1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Problemstellung und Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.3 Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 Stand der Technik 5 2.1 Allgemeiner Aufbau eines Hochregallagers . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Regalbediengeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2.1 Definition und Klassifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2.2 Aufbau von Einmast-Regalbediengeräten . . . . . . . . . . . . 7 2.2.3 Bewegungsablauf beim Ein-/Auslagerungsvorgang . . . . . . . 10 2.3 Stand der Forschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3 Modellbildung 15 3.1 Mechanisches Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1.1 Modellparameter des Referenzsystems . . . . . . . . . . . . . . 17 3.1.2 Annahmen für das Balkenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.2 Mathematische Formulierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.2.1 Biege-Torsionsschwingungsverhalten des homogenen Systems . 21 3.2.2 Biege-Torsionsschwingungsverhalten des inhomogenen Systems 30 3.3 Modalanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.3.1 Eigenfrequenzen und Eigenformen . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.3.2 Modale Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3.3 Modale Dämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4 Modellierung des Lastaufnahmemittels . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.5 Zustandsraumdarstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.6 Modellordnungsreduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.6.1 Grundbegriffe der Modellordnungsreduktion . . . . . . . . . . 59 3.6.2 Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit des Balkensystems . . . . . 62 3.6.3 Modellreduktion durch balanciertes Abschneiden . . . . . . . . 62 3.7 Validierung des Modells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4 Regelungsentwurf 73 4.1 Vorsteuerungsentwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.1.1 Konventionelle Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.1.2 Beruhigungszeit beim Ein-/Auslagerungsvorgang . . . . . . . 75 4.1.3 Flachheitsbasierte Vorsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.2 Folgereglerentwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.2.1 Flachheitsbasierter Ausgangsfolgeregler . . . . . . . . . . . . . 82 4.2.2 Sensorplatzierung und Beobachterentwurf . . . . . . . . . . . 84 5 Experimentelle Untersuchungen 89 5.1 Versuchsstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.1.1 Modell des Versuchsstands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.2 Parametrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.2.1 Parametrierung des Beobachters . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.2.2 Parametrierung des Folgereglers . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.3 Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 5.3.1 Einfluss der LE-Schwerpunkthöhe . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6 Konzeptübertragung 111 6.1 LAM-Spielzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.2 RBG-Spielzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.3 Auslegungskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 7 Zusammenfassung und Ausblick 125 A Orthogonalitätsbedingungen für Balkenstrukturen 128 A.1 Biegeschwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 A.2 Torsionsschwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 B Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit 133 B.1 Steuerbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 B.2 Beobachtbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 C Trajektorie für 7-Phasen-Bewegung des LAM 140 D Trajektorienoptimierung 144 E Versuchsergebnisse 147 F Verbesserungspotential LAM-Steuerung 154 Literatur 158Automated storage and retrieval machines (AS/RS) are rail-bound storage and retrieval vehicles used for material handling in automated small parts and high-bay warehouses. The efficiency of these storage systems is primarily determined by short cycle times of the AS/RS. For this reason, attempts are made to shorten the cycle time of AS/RS by applying high accelerations. The resulting high inertia forces stimulate, among other things, transverse vibrations in the AS/RS. The transverse vibrations are particularly critical in the case of single-mast pallet AS/RS with slim mast constructions of up to 45 m and load units of up to 1 t. A considerable amount of time elapses before the structural vibrations decay below a permissible tolerance band after the load handling device (LHD) has moved in or out. Only then can the AS/RS be moved or the loading unit placed. The occurrence of transverse vibrations thus contributes to the reduction of the throughput of these devices. This thesis addresses the compensation of transverse vibrations of AS/RS by controlling the telescopic drive of the LHD. With the presented control concept, a reduction of the vibration amplitude after the retraction or extension process up to 95 % was proven on the test rig. For the sensor technology configuration, only one 1-axis acceleration sensor was required, which enables the cost-effective practical implementation on real AS/RS. Furthermore, a reduction of the average LHD cycle time by approx. 42 % could be achieved in simulative studies on a reference AS/RS. Within the scope of the thesis, a trajectory for the vibration-free transition between a start and a final rest position of the load handling device was designed on the basis of a hybrid analytical model using the concept of flatness. A minimal sensor equipment provides a complete state estimation by means of Kalman-filter and the application of a flatness-based follow-up controller. The effectiveness of this control concept was demonstrated on a test rig at the Technische Universität Dresden. The simulative studies on a reference AS/RS show a significant improvement of the LHD cycle time compared to the conventional LHD control by means of 7-phase motion. The present thesis thus makes a contribution to increasing the throughput of AS/RS.:Abbildungsverzeichnis xiii Tabellenverzeichnis xv Abkürzungsverzeichnis xvi Symbolenverzeichnis xvii 1 Einleitung 1 1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Problemstellung und Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.3 Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 Stand der Technik 5 2.1 Allgemeiner Aufbau eines Hochregallagers . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Regalbediengeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2.1 Definition und Klassifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2.2 Aufbau von Einmast-Regalbediengeräten . . . . . . . . . . . . 7 2.2.3 Bewegungsablauf beim Ein-/Auslagerungsvorgang . . . . . . . 10 2.3 Stand der Forschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3 Modellbildung 15 3.1 Mechanisches Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1.1 Modellparameter des Referenzsystems . . . . . . . . . . . . . . 17 3.1.2 Annahmen für das Balkenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.2 Mathematische Formulierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.2.1 Biege-Torsionsschwingungsverhalten des homogenen Systems . 21 3.2.2 Biege-Torsionsschwingungsverhalten des inhomogenen Systems 30 3.3 Modalanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.3.1 Eigenfrequenzen und Eigenformen . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.3.2 Modale Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3.3 Modale Dämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4 Modellierung des Lastaufnahmemittels . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.5 Zustandsraumdarstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.6 Modellordnungsreduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.6.1 Grundbegriffe der Modellordnungsreduktion . . . . . . . . . . 59 3.6.2 Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit des Balkensystems . . . . . 62 3.6.3 Modellreduktion durch balanciertes Abschneiden . . . . . . . . 62 3.7 Validierung des Modells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4 Regelungsentwurf 73 4.1 Vorsteuerungsentwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.1.1 Konventionelle Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.1.2 Beruhigungszeit beim Ein-/Auslagerungsvorgang . . . . . . . 75 4.1.3 Flachheitsbasierte Vorsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.2 Folgereglerentwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.2.1 Flachheitsbasierter Ausgangsfolgeregler . . . . . . . . . . . . . 82 4.2.2 Sensorplatzierung und Beobachterentwurf . . . . . . . . . . . 84 5 Experimentelle Untersuchungen 89 5.1 Versuchsstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.1.1 Modell des Versuchsstands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.2 Parametrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.2.1 Parametrierung des Beobachters . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.2.2 Parametrierung des Folgereglers . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.3 Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 5.3.1 Einfluss der LE-Schwerpunkthöhe . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6 Konzeptübertragung 111 6.1 LAM-Spielzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.2 RBG-Spielzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.3 Auslegungskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 7 Zusammenfassung und Ausblick 125 A Orthogonalitätsbedingungen für Balkenstrukturen 128 A.1 Biegeschwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 A.2 Torsionsschwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 B Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit 133 B.1 Steuerbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 B.2 Beobachtbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 C Trajektorie für 7-Phasen-Bewegung des LAM 140 D Trajektorienoptimierung 144 E Versuchsergebnisse 147 F Verbesserungspotential LAM-Steuerung 154 Literatur 15

Proceedings of the Conference on Problem-based Learning in Engineering Education: 12nd October 2018

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The Fourteenth Scandinavian International Conference on Fluid Power, SICFP15: Abstracts

At this time the conference includes various themes like hybrids, drives, digital hydraulics and pneumatics. Special attention in the program is given for energy efficiency, renewable energy production and energy recovery. They are reflecting well the situation, where environmental issues and energy saving are increasingly important issues

Federal Register

Daily publication of the U.S. Office of the Federal Register contains rules and regulations, proposed legislation and rule changes, and other notices, including "Presidential proclamations and Executive Orders, Federal agency documents having general applicability and legal effect, documents required to be published by act of Congress, and other Federal agency documents of public interest" (p. ii). Table of Contents starts on page iii

The Great Northern Paper Company, Chapter 18: Mill No. 1

A history of the Great Northern Paper Company completed in 1978 by long-time employee John E. McLeod of Calais, Maine. This section includes Chapter 18: Mill No. 1

XVIII International Coal Preparation Congress

Changes in economic and market conditions of mineral raw materials in recent years have greatly increased demands on the ef fi ciency of mining production. This is certainly true of the coal industry. World coal consumption is growing faster than other types of fuel and in the past year it exceeded 7.6 billion tons. Coal extraction and processing technology are continuously evolving, becoming more economical and environmentally friendly. “ Clean coal ” technology is becoming increasingly popular. Coal chemistry, production of new materials and pharmacology are now added to the traditional use areas — power industry and metallurgy. The leading role in the development of new areas of coal use belongs to preparation technology and advanced coal processing. Hi-tech modern technology and the increasing interna- tional demand for its effectiveness and ef fi ciency put completely new goals for the University. Our main task is to develop a new generation of workforce capacity and research in line with global trends in the development of science and technology to address critical industry issues. Today Russia, like the rest of the world faces rapid and profound changes affecting all spheres of life. The de fi ning feature of modern era has been a rapid development of high technology, intellectual capital being its main asset and resource. The dynamics of scienti fi c and technological development requires acti- vation of University research activities. The University must be a generator of ideas to meet the needs of the economy and national development. Due to the high intellectual potential, University expert mission becomes more and more called for and is capable of providing professional assessment and building science-based predictions in various fi elds. Coal industry, as well as the whole fuel and energy sector of the global economy is growing fast. Global multinational energy companies are less likely to be under state in fl uence and will soon become the main mechanism for the rapid spread of technologies based on new knowledge. Mineral resources will have an even greater impact on the stability of the economies of many countries. Current progress in the technology of coal-based gas synthesis is not just a change in the traditional energy markets, but the emergence of new products of direct consumption, obtained from coal, such as synthetic fuels, chemicals and agrochemical products. All this requires a revision of the value of coal in the modern world economy