Methoden zur aktiven Schwingungsdämpfung bei Hubgeräten

Für moderne Hubgeräte wie der Schubmaststapler STILL FM-X und die Feuerwehrdrehleiter IVECO Magirus DLK 55 CS werden immer größere Arbeitshöhen bei gleichzeitiger Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeiten gefordert. Dies lässt sich nur durch konsequenten Leichtbau der bewegten Strukturen also des Mastes bzw. des Leitersatzes erreichen. Durch die Leichtbauweise sind die Konstruktionen in ihrer Steifigkeit begrenzt und neigen vermehrt zu Biegeschwingungen. Diese werden während der Bewegungen des Mastes bzw. der Leiter durch die eigenen Antriebe angeregt. Auch Angriffe äußerer Kräfte wie Wind oder wechselnde Beladungszustände regen Schwingungen der Struktur an. In dieser Arbeit werden Regelungskonzepte behandelt, die die Biegeschwingungen im gesamten Arbeitsraum der Hubgeräte aktiv bedämpfen. Die Biegeschwingungen werden über gezielte Ansteuerung der Antriebsachsen des Systems kompensiert und damit die Dämpfung des Systems erhöht. Dafür wird eine Trajektorienfolgeregelung mit aktiver Schwingungsdämpfung in Zwei-Freiheitsgrade-Struktur entworfen. Durch den modellbasierten Entwurf und die analytische Beschreibung der Regelgesetze kann der Entwurf über die Anpassung der Modellparameter auf verschiedene Bauformen übertragen werden. Eine flachheitsbasierte Vorsteuerung stellt die Trajektorienfolge sicher und reduziert die Anregungen der Biegeschwingungen durch die Antriebe. Durch äußere Störeinflüsse verursachte und verbleibende Restschwingungen werden über eine Rückführung kompensiert. Mehrkörpermodelle mit Feder-Dämpfer-Elementen werden genutzt, um die Biegeschwingungen zu beschreiben und die aktive Schwingungsdämpfung für die Hubgeräte zu entwerfen. Im Fall der Feuerwehrdrehleiter müssen aufgrund der großen Länge zusätzlich Schwingungsmoden höherer Ordnung berücksichtigt werden. Ein Modell des Leitersatzes als abschnittsweiser Euler-Bernoulli-Balken wird erstellt und dient als Basis für die Sensordatenfusion und die Dimensionierung der Rückführung. Mit den in der vorliegenden Arbeit gezeigten Methoden ist es möglich, die Biegeschwingungen im Mast des Gabelstaplers bzw. im Leitersatz der Drehleiter aktiv zu dämpfen und damit die Positionier- und Bewegungsgeschwindigkeit des Gesamtsystems zu erhöhen.