Optimal motion compensation for suspended loads

Abstract

Offshore kranoperasjoner er ofte kritiske operasjoner under krevende forhold som krever mye av kranoperatøren. Dette gjør at behovet for teknologiske løsninger er svært høy. Svingende laster er en sikkerhetsbekymring som kan skade både materiell og i verste fall personell. Med et anti-sleng kontrollsystem dempes denne uønskede svingingen, og kranoperatøren blir avskåret fra avgjørende roller, noe som resulterer i en mye mer effektiv operasjon.

I denne avhandlingen blir en matematisk modell av den hengende lasten presentert, og dens bevegelseslikninger blir funnet ved bruk av Euler-Lagranges metode. En ulineær anti-sleng kontroller er utviklet basert på Lyapunov analyse og det er bevist at den gjør systemet eksponentielt stabilt. I tillegg til anti-sleng kontrolleren blir det brukt en PID-kontroller for å flytte kranen som styrt av kranoperatøren samt opprettholde ønsket posisjon.

Anti-sleng Kontrolleren er testet i simuleringer for ulike utfordrende scenarioer med og uten operatør involvert, og den viser seg å være svært effektiv for å dempe uønskede svingninger i lasten.

As offshore crane operations often are critical operations under tough condition demanding a lot from the crane operator, the need for technological solutions are very high. Swaying loads is a safety concerns that can damage both material and in worst case personnel. With an anti-sway control system, this unwanted swaying is dampened and the crane operator is deprived from crucial roles resulting in a much more effective operation.

In this thesis, a mathematical model of the suspended load is presented and its equations of motion is found using the Euler-Lagrange method. A nonlinear anti-sway controller is found based on Lyapunov analysis and proven to make the system exponentially stable. In addition to the anti-sway controller, a PID controller is used to moved the crane as steered by the crane operator.

The controller is put to the test under simulations for different challenging scenarios with and without the operator in the loop, and it proves to be very effective in damping unwanted sway of the load.