CN102591221B - 控制器、多节臂架设备的控制系统和方法、工程机械设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制器、多节臂架设备的控制系统和方法、工程机械设备，其中控制器包括：状态判断单元，接收操作命令，并判断其对应的操作臂架的实时操作状态；命令判断单元，判断操作命令是否将使得操作臂架的实时操作状态发生改变；信号生成单元，在判断结果为是的情况下，生成对应的启动信号或停止信号；信号发送单元，将启动信号或停止信号发送至与操作臂架对应的电比例阀；角度检测单元，若操作臂架的数目小于臂架总数目，获取其它的非操作臂架的运动角度；以及微调单元，使非操作臂架的运动角度低于预设的角度阈值。通过本发明的技术方案，可以避免臂架在启动和停止操作时的振动，并保持操作臂架的匀速运动和非操作臂架的稳定性。

Description

控制器、多节臂架设备的控制系统和方法、工程机械设备

技术领域

本发明涉及机械控制领域，具体而言，涉及一种控制器、一种多节臂架设备的控制系统和方法、一种工程机械设备。

背景技术

在相关技术中，混凝土泵车通过遥控器操作单节臂架动作时，主要的控制方式是根据遥控器手柄开度，控制器向操作臂的多路阀电比例阀输出一定大小的电流，通过调整臂架多路阀开度，使臂架泵油液推动操作臂油缸活塞使臂架产生绕定点转动的动作。因为臂架结构限制，油缸匀速运动时，臂架展开或者收回的速度并不匀速而是有较大的速度变化。采用上述的控制方法，会引起臂架速度忽快忽慢无法控制，且会引起臂架运动过程中的大幅振动。

更为先进一些的是，通过计算臂架连杆机构几何关系，向臂架多路阀电比例阀输出变化的电流，油缸变速运动来保证臂架绕定点匀速转动。该种方式的主要缺陷在于，不同尺寸臂架就需要一次重新的计算设定，过于繁琐。而且一旦泵车连杆机构出现了一点尺寸上的偏差，就无法形成平稳运动，甚至可能起到反作用。

因此，需要一种新的多节臂架设备的控制技术，可以避免臂架在启动和停止操作时的振动，并保持操作臂架的匀速运动和非操作臂架的稳定性。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种新的多节臂架设备的控制技术，可以避免臂架在启动和停止操作时的振动，并保持操作臂架的匀速运动和非操作臂架的稳定性。

有鉴于此，本发明提出了一种控制器，用于多节臂架设备的控制系统，包括：状态判断单元，接收来自操作装置的操作命令，并判断所述操作命令对应的操作臂架的实时操作状态为运动状态或静止状态；命令判断单元，判断所述操作命令是否将使得所述操作臂架的所述实时操作状态发生改变；信号生成单元，在所述命令判断单元的判断结果为是的情况下，若所述实时操作状态为静止状态，则生成启动信号，若所述实时操作状态为运动状态，则生成停止信号；信号发送单元，将来自所述信号生成单元的所述启动信号或所述停止信号，发送至与所述操作臂架对应的电比例阀；角度检测单元，在所述操作臂架的臂架数目小于所述多节臂架设备的臂架总数目的情况下，获取其它的非操作臂架的运动角度；以及微调单元，在所述非操作臂架的运动角度达到预设的角度阈值的情况下，向所述非操作臂架对应的电比例阀发送微调信号，使所述运动角度低于所述角度阈值。

在该技术方案中，在臂架启动和停止的过程中，由于其状态在运动与停止之间发生变化，若变化过快，则容易造成臂架的振动，影响工作的精准性和工作效率。而通过在臂架启动或停止时，控制对应的电比例阀输出的电流，便可以使得在启动时，不马上输出大电流，在停止时，不马上停止电流输出，避免了臂架的振动。同时，除了对操作臂架进行控制外，对于非操作臂架，也要尽可能地使其不进行任何动作，从而保证对操作臂架的操作更为精准。这里通过对非操作臂架与相邻的臂架之间的角度变化，来检测其是否发生运动以及运动情况。

在上述技术方案中，优选地，所述启动信号或所述停止信号中包括变化比例信号，所述变化比例信号使得所述电比例阀输出的控制电流按照预设比例进行变化。在该技术方案中，通过使用变化比例信号，使得在启动信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由小变大地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳启动，避免发生振动，同时使得在停止信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由大变小地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳停止，避免发生振动。

这里的变化比例信号包含使用的比例数值，且比例数值与臂架的重量、油缸的负载能力、油缸对电流的敏感程度等相关，可以按照一定的公式，在每次进行实时计算，以求精确，也可以根据臂架、油缸等的型号采用固定值。

在上述技术方案中，优选地，还包括：姿态检测单元，实时获取所述操作臂架的运动速度，若所述运动速度在预设时间间隔内的变化量达到预设的变化量阈值，则发出调节命令；校正单元，接收来自所述姿态检测单元的所述调节命令，并根据所述调节命令向所述操作臂架对应的电比例阀发送校正信号，使所述变化量低于所述变化量阈值。在该技术方案中，通过对操作臂架的运动速度进行检测，保证操作臂架的运动速度的变化量在一定范围内，当发生运动速度变化较大的情况时，通过输出校正电流，如速度过快时，降低输出电流，速度过慢时，提升输出电流，从而使臂架尽量保持匀速运动。

在上述技术方案中，优选地，所述姿态检测单元和所述角度检测单元分别包括：角速度传感器和/或倾角传感器。在该技术方案中，在测量运动速度时，即为角速度，可以用角速度传感器直接进行测量，也可以用倾角传感器测量得到实时角度后，进一步计算得到角速度。

在上述技术方案中，优选地，还包括：存储单元，用于存储历史数据，所述历史数据中包含对应于每节臂架的历史初始电流；初始电流设置单元，读取所述存储单元中存储的对应于所述操作臂架的历史数据，并将对应的历史初始电流作为所述操作臂架的实时初始电流。在该技术方案中，使臂架进行运动时，对应的电比例阀输出的电流必须大于一定阈值，才能够足以驱动臂架运动，而臂架进行不同动作时，需要的电流也不同，因此，为了使得每次都能够平稳启动，需要确定一个初始电流，然后按照预设的变化比例，进行电流的变化输出，使得臂架稳定运动。

在上述技术方案中，优选地，还包括：初始速度获取单元，获取所述操作臂架的初始运动速度；处理单元，在所述初始运动速度超过预设的速度范围的情况下，调节所述实时初始电流，使得所述操作臂架的实时运动速度不超过所述速度范围，并将调节后的实时电流作为所述历史初始电流存储至所述存储单元。

在该技术方案中，实现了一种“自学习”的策略：通过对臂架运动时的初始速度的检测，若速度过小，则说明现在的历史初始电流过小，会导致操作延迟，若速度过大，则说明现在的历史初始电流过大，会导致臂架不稳定，因而可以根据实际情况对历史初始电流进行变化，从而臂架在进行一些较为相近的动作时，则对历史初始电流进行一次设置后，接下来便能够以较为合适的电流进行初始运动。

在上述技术方案中，优选地，调节所述实时初始电流的过程具体包括：在所述初始运动速度小于最小速度阈值时，增大所述实时初始电流，使所述操作臂架的实时运动速度不小于所述最小速度阈值，以及在所述初始运动速度大于最大速度阈值时，减小所述实时初始电流，使所述操作臂架的实时运动速度不大于所述最大速度阈值。

根据本发明的又一方面，还提出了一种多节臂架设备的控制系统，包括：如上述技术方案所述的控制器；以及操作装置，在感应到用户的操作动作的情况下，向所述控制器发送对应于所述操作动作的操作命令。在该技术方案中，在臂架启动和停止的过程中，由于其状态在运动与停止之间发生变化，若变化过快，则容易造成臂架的振动，影响工作的精准性和工作效率。而通过在臂架启动或停止时，控制对应的电比例阀输出的电流，便可以使得在启动时，不马上输出大电流，在停止时，不马上停止电流输出，避免了臂架的振动。这里的操作装置包括操作杆、操作手柄、控制台等，可以由用户输入操作命令。

根据本发明的又一方面，还提出了一种工程机械设备，包括如上述技术方案所述的多节臂架设备的控制系统。在该技术方案中，在臂架启动和停止的过程中，由于其状态在运动与停止之间发生变化，若变化过快，则容易造成臂架的振动，影响工作的精准性和工作效率。而通过在臂架启动或停止时，控制对应的电比例阀输出的电流，便可以使得在启动时，不马上输出大电流，在停止时，不马上停止电流输出，避免了臂架的振动。这里的操作装置包括操作杆、操作手柄、控制台等，可以由用户输入操作命令。

根据本发明的又一方面，还提出了一种多节臂架设备的控制方法，包括：步骤402，根据感应到的用户的操作动作，向控制器发送对应于所述操作动作的操作命令；步骤404，所述控制器确认所述操作命令对应的操作臂架，以及判断所述操作命令是否将使得所述操作臂架的实时操作状态发生变化；步骤406，若判断结果为是，则当所述实时操作状态为静止状态时，生成启动信号，以及当所述实时操作状态为运动状态时，生成停止信号；步骤408，所述控制器将所述启动信号或所述停止信号发送至所述操作臂架对应的电比例阀；步骤410，判断所述操作臂架的臂架数目是否小于所述多节臂架设备的臂架总数目，若是，则所述控制器利用所述角度传感器获取其它的非操作臂架的运动角度；以及步骤412，判断所述非操作臂架的运动角度是否达到预设的角度阈值，若是，则所述控制器向所述非操作臂架对应的电比例阀发送微调信号，使所述运动角度低于所述角度阈值。

在该技术方案中，在臂架启动和停止的过程中，由于其状态在运动与停止之间发生变化，若变化过快，则容易造成臂架的振动，影响工作的精准性和工作效率。而通过在臂架启动或停止时，控制对应的电比例阀输出的电流，便可以使得在启动时，不马上输出大电流，在停止时，不马上停止电流输出，避免了臂架的振动。同时，除了对操作臂架进行控制外，对于非操作臂架，也要尽可能地使其不进行任何动作，从而保证对操作臂架的操作更为精准。这里通过对非操作臂架与相邻的臂架之间的角度变化，来检测其是否发生运动以及运动情况。

在上述技术方案中，优选地，所述启动信号或所述停止信号中包括变化比例信号，所述变化比例信号使得所述电比例阀输出的控制电流按照预设比例进行变化。在该技术方案中，通过使用变化比例信号，使得在启动信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由小变大地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳启动，避免发生振动，同时使得在停止信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由大变小地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳停止，避免发生振动。

在上述技术方案中，优选地，在所述步骤402之前，还包括：获取所述多节臂架设备的特性，包括臂架的重量、所述臂架对应的液压油缸的负载能力、所述液压油缸对应的电比例阀的电流输出与液压油量的对应关系；以及根据所述多节臂架设备的特性，设置所述预设比例。在该技术方案中，这里的变化比例信号包含使用的比例数值，且比例数值与臂架的重量、油缸的负载能力、油缸对电流的敏感程度等相关，可以按照一定的公式，在每次进行实时计算，以求精确，也可以根据臂架、油缸等的型号采用固定值。

在上述技术方案中，优选地，还包括：所述控制器利用角度传感器实时获取所述操作臂架的运动速度，并判断所述运动速度在预设的时间间隔内的变化量是否达到预设的变化量阈值，若是，则生成调节命令；以及根据所述调节命令向所述操作臂架对应的电比例阀发送校正信号，使所述变化量低于所述变化量阈值。在该技术方案中，通过对操作臂架的运动速度进行检测，保证操作臂架的运动速度的变化量在一定范围内，当发生运动速度变化较大的情况时，通过输出校正电流，如速度过快时，降低输出电流，速度过慢时，提升输出电流，从而使臂架尽量保持匀速运动。

在上述技术方案中，优选地，所述角度传感器包括：角速度传感器和/或倾角传感器。在该技术方案中，在测量运动速度时，即为角速度，可以用角速度传感器直接进行测量，也可以用倾角传感器测量得到实时角度后，进一步计算得到角速度。

在上述技术方案中，优选地，还包括：存储历史数据，所述历史数据中包含对应于每节臂架的历史初始电流；以及在对所述操作臂架进行操作时，读取存储的所述历史数据，并将对应的历史初始电流作为所述操作臂架的实时初始电流。在该技术方案中，使臂架进行运动时，对应的电比例阀输出的电流必须大于一定阈值，才能够足以驱动臂架运动，而臂架进行不同动作时，需要的电流也不同，因此，为了使得每次都能够平稳启动，需要确定一个初始电流，然后按照预设的变化比例，进行电流的变化输出，使得臂架稳定运动。

在上述技术方案中，优选地，还包括：利用所述角度传感器获取所述操作臂架的初始运动速度；以及在所述初始运动速度超过预设的速度范围的情况下，调节所述实时初始电流，使得所述操作臂架的实时运动速度不超过所述速度范围，并将调节后的实时电流作为所述历史初始电流进行存储。

在该技术方案中，实现了一种“自学习”的策略：通过对臂架运动时的初始速度的检测，若速度过小，则说明现在的历史初始电流过小，会导致操作延迟，若速度过大，则说明现在的历史初始电流过大，会导致臂架不稳定，因而可以根据实际情况对历史初始电流进行变化，从而臂架在进行一些较为相近的动作时，则对历史初始电流进行一次设置后，接下来便能够以较为合适的电流进行初始运动。

在上述技术方案中，优选地，调节所述实时初始电流的过程具体包括：在所述初始运动速度小于最小速度阈值时，增大所述实时初始电流，使所述操作臂架的实时运动速度不小于所述最小速度阈值，以及在所述初始运动速度大于最大速度阈值时，减小所述实时初始电流，使所述操作臂架的实时运动速度不大于所述最大速度阈值。

通过以上技术方案，可以避免臂架在启动和停止操作时的振动，并保持操作臂架的匀速运动和非操作臂架的稳定性。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的控制器的框图；

图2示出了根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制系统的框图；

图3示出了根据本发明的实施例的工程机械设备的框图；

图4示出了根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制方法的流程图；

图5示出了根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制系统的结构示意图；

图6示出了根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的实施例的控制器的框图。

如图1所示，根据本发明的实施例的控制器100，用于多节臂架设备的控制系统，包括：状态判断单元102，接收来自操作装置的操作命令，并判断操作命令对应的操作臂架的实时操作状态为运动状态或静止状态；命令判断单元104，判断操作命令是否将使得操作臂架的实时操作状态发生改变；信号生成单元106，在命令判断单元104的判断结果为是的情况下，若实时操作状态为静止状态，则生成启动信号，若实时操作状态为运动状态，则生成停止信号；信号发送单元108，将来自信号生成单元106的启动信号或停止信号，发送至与操作臂架对应的电比例阀；角度检测单元114，在操作臂架的臂架数目小于多节臂架设备的臂架总数目的情况下，获取其它的非操作臂架的运动角度；以及微调单元116，在非操作臂架的运动角度达到预设的角度阈值的情况下，向非操作臂架对应的电比例阀发送微调信号，使运动角度低于角度阈值。

在该技术方案中，在臂架启动和停止的过程中，由于其状态在运动与停止之间发生变化，若变化过快，则容易造成臂架的振动，影响工作的精准性和工作效率。而通过在臂架启动或停止时，控制对应的电比例阀输出的电流，便可以使得在启动时，不马上输出大电流，在停止时，不马上停止电流输出，避免了臂架的振动。同时，除了对操作臂架进行控制外，对于非操作臂架，也要尽可能地使其不进行任何动作，从而保证对操作臂架的操作更为精准。这里通过对非操作臂架与相邻的臂架之间的角度变化，来检测其是否发生运动以及运动情况。

在上述技术方案中，启动信号或停止信号中包括变化比例信号，变化比例信号使得电比例阀输出的控制电流按照预设比例进行变化。在该技术方案中，通过使用变化比例信号，使得在启动信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由小变大地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳启动，避免发生振动，同时使得在停止信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由大变小地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳停止，避免发生振动。

这里的变化比例信号包含使用的比例数值，且比例数值与臂架的重量、油缸的负载能力、油缸对电流的敏感程度等相关，可以按照一定的公式，在每次进行实时计算，以求精确，也可以根据臂架、油缸等的型号采用固定值。

在上述技术方案中，还包括：姿态检测单元110，实时获取操作臂架的运动速度，若运动速度在预设时间间隔内的变化量达到预设的变化量阈值，则发出调节命令；校正单元112，接收来自姿态检测单元110的调节命令，并根据调节命令向操作臂架对应的电比例阀发送校正信号，使变化量低于变化量阈值。在该技术方案中，通过对操作臂架的运动速度进行检测，保证操作臂架的运动速度的变化量在一定范围内，当发生运动速度变化较大的情况时，通过输出校正电流，如速度过快时，降低输出电流，速度过慢时，提升输出电流，从而使臂架尽量保持匀速运动。

在上述技术方案中，姿态检测单元110和角度检测单元114分别包括：角速度传感器和/或倾角传感器。在该技术方案中，在测量运动速度时，即为角速度，可以用角速度传感器直接进行测量，也可以用倾角传感器测量得到实时角度后，进一步计算得到角速度。

在上述技术方案中，还包括：存储单元118，用于存储历史数据，历史数据中包含对应于每节臂架的历史初始电流；初始电流设置单元120，读取存储单元118中存储的对应于操作臂架的历史数据，并将对应的历史初始电流作为操作臂架的实时初始电流。在该技术方案中，使臂架进行运动时，对应的电比例阀输出的电流必须大于一定阈值，才能够足以驱动臂架运动，而臂架进行不同动作时，需要的电流也不同，因此，为了使得每次都能够平稳启动，需要确定一个初始电流，然后按照预设的变化比例，进行电流的变化输出，使得臂架稳定运动。

在上述技术方案中，还包括：初始速度获取单元122，获取操作臂架的初始运动速度；处理单元124，在初始运动速度超过预设的速度范围的情况下，调节实时初始电流，使得操作臂架的实时运动速度不超过速度范围，并将调节后的实时电流作为历史初始电流存储至存储单元118。

在该技术方案中，实现了一种“自学习”的策略：通过对臂架运动时的初始速度的检测，若速度过小，则说明现在的历史初始电流过小，会导致操作延迟，若速度过大，则说明现在的历史初始电流过大，会导致臂架不稳定，因而可以根据实际情况对历史初始电流进行变化，从而臂架在进行一些较为相近的动作时，则对历史初始电流进行一次设置后，接下来便能够以较为合适的电流进行初始运动。

在上述技术方案中，调节实时初始电流的过程具体包括：在初始运动速度小于最小速度阈值时，增大实时初始电流，使操作臂架的实时运动速度不小于最小速度阈值，以及在初始运动速度大于最大速度阈值时，减小实时初始电流，使操作臂架的实时运动速度不大于最大速度阈值。

图2示出了根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制系统的框图。

如图2所示，根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制系统200，包括：如图1所示的控制器100；以及操作装置202，在感应到用户的操作动作的情况下，向控制器100发送对应于操作动作的操作命令。

在上述技术方案中，控制器100，包括：状态判断单元102，接收来自操作装置202的操作命令，并判断操作命令对应的操作臂架的实时操作状态为运动状态或静止状态；命令判断单元104，判断操作命令是否将使得操作臂架的实时操作状态发生改变；信号生成单元106，在命令判断单元104的判断结果为是的情况下，若实时操作状态为静止状态，则生成启动信号，若实时操作状态为运动状态，则生成停止信号；信号发送单元108，将来自信号生成单元106的启动信号或停止信号，发送至与操作臂架对应的电比例阀；角度检测单元114，在操作臂架的臂架数目小于多节臂架设备的臂架总数目的情况下，获取其它的非操作臂架的运动角度；以及微调单元116，在非操作臂架的运动角度达到预设的角度阈值的情况下，向非操作臂架对应的电比例阀发送微调信号，使运动角度低于角度阈值。

在该技术方案中，在臂架启动和停止的过程中，由于其状态在运动与停止之间发生变化，若变化过快，则容易造成臂架的振动，影响工作的精准性和工作效率。而通过在臂架启动或停止时，控制对应的电比例阀输出的电流，便可以使得在启动时，不马上输出大电流，在停止时，不马上停止电流输出，避免了臂架的振动。同时，除了对操作臂架进行控制外，对于非操作臂架，也要尽可能地使其不进行任何动作，从而保证对操作臂架的操作更为精准。这里通过对非操作臂架与相邻的臂架之间的角度变化，来检测其是否发生运动以及运动情况。

在上述技术方案中，启动信号或停止信号中包括变化比例信号，变化比例信号使得电比例阀输出的控制电流按照预设比例进行变化。在该技术方案中，通过使用变化比例信号，使得在启动信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由小变大地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳启动，避免发生振动，同时使得在停止信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由大变小地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳停止，避免发生振动。

这里的变化比例信号包含使用的比例数值，且比例数值与臂架的重量、油缸的负载能力、油缸对电流的敏感程度等相关，可以按照一定的公式，在每次进行实时计算，以求精确，也可以根据臂架、油缸等的型号采用固定值。

在上述技术方案中，还包括：姿态检测单元110，实时获取操作臂架的运动速度，若运动速度在预设时间间隔内的变化量达到预设的变化量阈值，则发出调节命令；校正单元112，接收来自姿态检测单元110的调节命令，并根据调节命令向操作臂架对应的电比例阀发送校正信号，使变化量低于变化量阈值。在该技术方案中，通过对操作臂架的运动速度进行检测，保证操作臂架的运动速度的变化量在一定范围内，当发生运动速度变化较大的情况时，通过输出校正电流，如速度过快时，降低输出电流，速度过慢时，提升输出电流，从而使臂架尽量保持匀速运动。

在上述技术方案中，姿态检测单元110和角度检测单元114分别包括：角速度传感器和/或倾角传感器。在该技术方案中，在测量运动速度时，即为角速度，可以用角速度传感器直接进行测量，也可以用倾角传感器测量得到实时角度后，进一步计算得到角速度。

在上述技术方案中，还包括：存储单元118，用于存储历史数据，历史数据中包含对应于每节臂架的历史初始电流；初始电流设置单元120，读取存储单元118中存储的对应于操作臂架的历史数据，并将对应的历史初始电流作为操作臂架的实时初始电流。在该技术方案中，使臂架进行运动时，对应的电比例阀输出的电流必须大于一定阈值，才能够足以驱动臂架运动，而臂架进行不同动作时，需要的电流也不同，因此，为了使得每次都能够平稳启动，需要确定一个初始电流，然后按照预设的变化比例，进行电流的变化输出，使得臂架稳定运动。

在上述技术方案中，还包括：初始速度获取单元122，获取操作臂架的初始运动速度；处理单元124，在初始运动速度超过预设的速度范围的情况下，调节实时初始电流，使得操作臂架的实时运动速度不超过速度范围，并将调节后的实时电流作为历史初始电流存储至存储单元118。

在该技术方案中，实现了一种“自学习”的策略：通过对臂架运动时的初始速度的检测，若速度过小，则说明现在的历史初始电流过小，会导致操作延迟，若速度过大，则说明现在的历史初始电流过大，会导致臂架不稳定，因而可以根据实际情况对历史初始电流进行变化，从而臂架在进行一些较为相近的动作时，则对历史初始电流进行一次设置后，接下来便能够以较为合适的电流进行初始运动。

在上述技术方案中，调节实时初始电流的过程具体包括：在初始运动速度小于最小速度阈值时，增大实时初始电流，使操作臂架的实时运动速度不小于最小速度阈值，以及在初始运动速度大于最大速度阈值时，减小实时初始电流，使操作臂架的实时运动速度不大于最大速度阈值。

图3示出了根据本发明的实施例的工程机械设备的框图。

如图3所示，根据本发明的实施例的工程机械设备300，包括图2所示的多节臂架设备的控制系统200。

在上述技术方案中，多节臂架设备的控制系统200，包括：如图1所示的控制器100；以及操作装置202，在感应到用户的操作动作的情况下，向控制器100发送对应于操作动作的操作命令。

在上述技术方案中，控制器100，包括：状态判断单元102，接收来自操作装置202的操作命令，并判断操作命令对应的操作臂架的实时操作状态为运动状态或静止状态；命令判断单元104，判断操作命令是否将使得操作臂架的实时操作状态发生改变；信号生成单元106，在命令判断单元104的判断结果为是的情况下，若实时操作状态为静止状态，则生成启动信号，若实时操作状态为运动状态，则生成停止信号；信号发送单元108，将来自信号生成单元106的启动信号或停止信号，发送至与操作臂架对应的电比例阀；角度检测单元114，在操作臂架的臂架数目小于多节臂架设备的臂架总数目的情况下，获取其它的非操作臂架的运动角度；以及微调单元116，在非操作臂架的运动角度达到预设的角度阈值的情况下，向非操作臂架对应的电比例阀发送微调信号，使运动角度低于角度阈值。

在该技术方案中，在臂架启动和停止的过程中，由于其状态在运动与停止之间发生变化，若变化过快，则容易造成臂架的振动，影响工作的精准性和工作效率。而通过在臂架启动或停止时，控制对应的电比例阀输出的电流，便可以使得在启动时，不马上输出大电流，在停止时，不马上停止电流输出，避免了臂架的振动。同时，除了对操作臂架进行控制外，对于非操作臂架，也要尽可能地使其不进行任何动作，从而保证对操作臂架的操作更为精准。这里通过对非操作臂架与相邻的臂架之间的角度变化，来检测其是否发生运动以及运动情况。

在上述技术方案中，启动信号或停止信号中包括变化比例信号，变化比例信号使得电比例阀输出的控制电流按照预设比例进行变化。在该技术方案中，通过使用变化比例信号，使得在启动信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由小变大地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳启动，避免发生振动，同时使得在停止信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由大变小地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳停止，避免发生振动。

这里的变化比例信号包含使用的比例数值，且比例数值与臂架的重量、油缸的负载能力、油缸对电流的敏感程度等相关，可以按照一定的公式，在每次进行实时计算，以求精确，也可以根据臂架、油缸等的型号采用固定值。

在上述技术方案中，还包括：姿态检测单元110，实时获取操作臂架的运动速度，若运动速度在预设时间间隔内的变化量达到预设的变化量阈值，则发出调节命令；校正单元112，接收来自姿态检测单元110的调节命令，并根据调节命令向操作臂架对应的电比例阀发送校正信号，使变化量低于变化量阈值。在该技术方案中，通过对操作臂架的运动速度进行检测，保证操作臂架的运动速度的变化量在一定范围内，当发生运动速度变化较大的情况时，通过输出校正电流，如速度过快时，降低输出电流，速度过慢时，提升输出电流，从而使臂架尽量保持匀速运动。

在上述技术方案中，姿态检测单元110和角度检测单元114分别包括：角速度传感器和/或倾角传感器。在该技术方案中，在测量运动速度时，即为角速度，可以用角速度传感器直接进行测量，也可以用倾角传感器测量得到实时角度后，进一步计算得到角速度。

在上述技术方案中，还包括：存储单元118，用于存储历史数据，历史数据中包含对应于每节臂架的历史初始电流；初始电流设置单元120，读取存储单元118中存储的对应于操作臂架的历史数据，并将对应的历史初始电流作为操作臂架的实时初始电流。在该技术方案中，使臂架进行运动时，对应的电比例阀输出的电流必须大于一定阈值，才能够足以驱动臂架运动，而臂架进行不同动作时，需要的电流也不同，因此，为了使得每次都能够平稳启动，需要确定一个初始电流，然后按照预设的变化比例，进行电流的变化输出，使得臂架稳定运动。

在上述技术方案中，还包括：初始速度获取单元122，获取操作臂架的初始运动速度；处理单元124，在初始运动速度超过预设的速度范围的情况下，调节实时初始电流，使得操作臂架的实时运动速度不超过速度范围，并将调节后的实时电流作为历史初始电流存储至存储单元118。

在该技术方案中，实现了一种“自学习”的策略：通过对臂架运动时的初始速度的检测，若速度过小，则说明现在的历史初始电流过小，会导致操作延迟，若速度过大，则说明现在的历史初始电流过大，会导致臂架不稳定，因而可以根据实际情况对历史初始电流进行变化，从而臂架在进行一些较为相近的动作时，则对历史初始电流进行一次设置后，接下来便能够以较为合适的电流进行初始运动。

在上述技术方案中，调节实时初始电流的过程具体包括：在初始运动速度小于最小速度阈值时，增大实时初始电流，使操作臂架的实时运动速度不小于最小速度阈值，以及在初始运动速度大于最大速度阈值时，减小实时初始电流，使操作臂架的实时运动速度不大于最大速度阈值。

图4示出了根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制方法的流程图。

如图4所示，根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制方法，包括：步骤402，根据感应到的用户的操作动作，向控制器发送对应于操作动作的操作命令；步骤404，控制器确认操作命令对应的操作臂架，以及判断操作命令是否将使得操作臂架的实时操作状态发生变化；步骤406，若判断结果为是，则当实时操作状态为静止状态时，生成启动信号，以及当实时操作状态为运动状态时，生成停止信号；步骤408，控制器将启动信号或停止信号发送至操作臂架对应的电比例阀；步骤410，判断操作臂架的臂架数目是否小于多节臂架设备的臂架总数目，若是，则控制器利用角度传感器获取其它的非操作臂架的运动角度；以及步骤412，判断非操作臂架的运动角度是否达到预设的角度阈值，若是，则控制器向非操作臂架对应的电比例阀发送微调信号，使运动角度低于角度阈值。

在该技术方案中，在臂架启动和停止的过程中，由于其状态在运动与停止之间发生变化，若变化过快，则容易造成臂架的振动，影响工作的精准性和工作效率。而通过在臂架启动或停止时，控制对应的电比例阀输出的电流，便可以使得在启动时，不马上输出大电流，在停止时，不马上停止电流输出，避免了臂架的振动。同时，除了对操作臂架进行控制外，对于非操作臂架，也要尽可能地使其不进行任何动作，从而保证对操作臂架的操作更为精准。这里通过对非操作臂架与相邻的臂架之间的角度变化，来检测其是否发生运动以及运动情况。

在上述技术方案中，启动信号或停止信号中包括变化比例信号，变化比例信号使得电比例阀输出的控制电流按照预设比例进行变化。在该技术方案中，通过使用变化比例信号，使得在启动信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由小变大地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳启动，避免发生振动，同时使得在停止信号的作用下，电比例阀按照一定比例、由大变小地将电流输出至液压油缸，从而使臂架能够平稳停止，避免发生振动。

在上述技术方案中，在步骤402之前，还包括：获取多节臂架设备的特性，包括臂架的重量、臂架对应的液压油缸的负载能力、液压油缸对应的电比例阀的电流输出与液压油量的对应关系；以及根据多节臂架设备的特性，设置预设比例。在该技术方案中，这里的变化比例信号包含使用的比例数值，且比例数值与臂架的重量、油缸的负载能力、油缸对电流的敏感程度等相关，可以按照一定的公式，在每次进行实时计算，以求精确，也可以根据臂架、油缸等的型号采用固定值。

在上述技术方案中，还包括：控制器利用角度传感器实时获取操作臂架的运动速度，并判断运动速度在预设的时间间隔内的变化量是否达到预设的变化量阈值，若是，则生成调节命令；以及根据调节命令向操作臂架对应的电比例阀发送校正信号，使变化量低于变化量阈值。在该技术方案中，通过对操作臂架的运动速度进行检测，保证操作臂架的运动速度的变化量在一定范围内，当发生运动速度变化较大的情况时，通过输出校正电流，如速度过快时，降低输出电流，速度过慢时，提升输出电流，从而使臂架尽量保持匀速运动。

在上述技术方案中，角度传感器包括：角速度传感器和/或倾角传感器。在该技术方案中，在测量运动速度时，即为角速度，可以用角速度传感器直接进行测量，也可以用倾角传感器测量得到实时角度后，进一步计算得到角速度。

在上述技术方案中，还包括：存储历史数据，历史数据中包含对应于每节臂架的历史初始电流；以及在对操作臂架进行操作时，读取存储的历史数据，并将对应的历史初始电流作为操作臂架的实时初始电流。在该技术方案中，使臂架进行运动时，对应的电比例阀输出的电流必须大于一定阈值，才能够足以驱动臂架运动，而臂架进行不同动作时，需要的电流也不同，因此，为了使得每次都能够平稳启动，需要确定一个初始电流，然后按照预设的变化比例，进行电流的变化输出，使得臂架稳定运动。

在上述技术方案中，还包括：利用角度传感器获取操作臂架的初始运动速度；以及在初始运动速度超过预设的速度范围的情况下，调节实时初始电流，使得操作臂架的实时运动速度不超过速度范围，并将调节后的实时电流作为历史初始电流进行存储。

在该技术方案中，实现了一种“自学习”的策略：通过对臂架运动时的初始速度的检测，若速度过小，则说明现在的历史初始电流过小，会导致操作延迟，若速度过大，则说明现在的历史初始电流过大，会导致臂架不稳定，因而可以根据实际情况对历史初始电流进行变化，从而臂架在进行一些较为相近的动作时，则对历史初始电流进行一次设置后，接下来便能够以较为合适的电流进行初始运动。

在上述技术方案中，调节实时初始电流的过程具体包括：在初始运动速度小于最小速度阈值时，增大实时初始电流，使操作臂架的实时运动速度不小于最小速度阈值，以及在初始运动速度大于最大速度阈值时，减小实时初始电流，使操作臂架的实时运动速度不大于最大速度阈值。

图5示出了根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制系统的结构示意图。

如图5所示，根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制系统，包括：

控制器502，向电比例阀504发送控制命令，使得电比例阀504在该控制命令的控制下，向臂架油缸506发送电流信号。

这里的控制器502包括处理装置如CPU以及外围的RAM、ROM等必要的辅助性部件，实现对于数据的获取、处理、输出等工作，以及对于整个系统的控制。

控制器502生成的控制命令是以接收到的用户的操作命令为基础生成的。用户通过操纵杆、操作台、遥控器手柄等操作装置做出操作动作，则控制器502根据用户点击的按键、按钮或是将操纵杆等推动的距离、幅度等，使得控制器502获取针对该操作动作的操作命令。

假定用户通过推动操纵杆来发出操作命令，则控制器502根据操纵杆被推动的距离，得出用户期望对应的臂架508进行运动的角度、速度等；而臂架508的运动状况与臂架508对应的液压油缸506输入的液压油的量和输入速度相关，而液压油缸506对液压油的输出，又受到电比例阀输出的电流信号的控制，如电流越大，对应的液压油流量越大，则比较的运动速度越快，反之则电流越小，流量越小，运动速度越慢。

因此，控制器502通过对电比例阀504输出控制命令，直至最后对臂架508的运动进行控制。

但是由于臂架508实际的运动情况可能并不能够跟控制命令或是电流信号一致，则可以通过传感器510对臂架508的姿态进行获取，即从臂架508处获取姿态信号。

这里，将臂架508分为两种，一种为用户进行控制、希望进行运动的臂架，称为操作臂架，另一种为用户不希望其进行运动的臂架，称为非操作臂架。用户通过传感器510对操作臂架的运动角速度进行获取，并生成相应的反馈信号，发送至控制器502；同时利用传感器510(可以与对操作臂架进行数据采集的传感器相同，也可以不同)对非操作臂架的运动角度进行获取，也生成对应的反馈信号，发送至控制器502。

控制器502接收到反馈信号后，对于操作臂架，利用闭环控制，将其运动速度控制在一定的预设范围内，使其更为稳定；对于非操作臂架，利用闭环控制，检测其运动角度，若超过了预设的角度阈值，则由控制器502向电比例阀504发送校正信号，使得运动角度低于角度阈值。

另外，控制器502还用于通过传感器510，获知操作臂架是否为将要启动或将要停止，若将要启动，则希望电比例阀504输出的电流信号为逐渐增大，则对应的操作臂架可以缓缓启动，若将要停止，则希望电比例阀504输出的电流信号为逐步减小，则对应的操作臂架可以缓缓停止，则避免了突然启动或突然停止导致操作臂架的振动。

图6示出了根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制系统的结构示意图。

如图6所示，根据本发明的实施例的多节臂架设备的控制系统中，传感器信号处理单元614，主要对被操作臂传感器采集的信号进行滤波并转换为角速度、对非被操作臂传感器采集的信号进行滤波并转换为相对位置，然后根据得到的相应的角速度和相对位置，对于被操作臂，使其速度保持平稳，否则通过被操作臂电流调整单元606进行校正输出，即控制被操作臂多路阀电比例阀608的输出；而对非被操作臂，在一定的范围内保持其姿态尽量不变化，否则通过非被操作臂电流调整单元616进行微调输出，即控制非被操作臂多路阀电比例阀618的输出。

被操作臂目标速度计算单元602，主要根据遥控器手柄的开度计算用户希望被操作臂进行运行的速度，并输出对应的目标速度值至速度和电流对应列表604，该列表存储各臂不同速度对应的初始电流，并以此作为臂架运动时，输出的初始电流，以期在该电流下，可以使臂架直接进行平稳启动，而不会由于电流过小而延迟或电流过大而不稳定。具体可以记录每次臂架刚好可以进行运动时，对应的电流大小，然后用于替换之前记录的初始电流。当然，也可以在同一数值范围内的电流数值出现的次数超过一定数目时，再进行替换。被操作臂电流调整单元606，在计算得出被操作臂目标速度的基础上，根据被操作臂传感器信号处理单元614得出的当前角速度，对被操作臂多路阀电比例阀608进行闭环调节，使被操作臂速度趋于平稳。

被操作臂电流斜坡上升输出单元610，在被操作臂运动初始阶段，控制被操作臂多路阀电比例阀608输出斜坡向上的电流，也就是使得输出的电流越来越大，被操作臂电流斜坡下降输出单元612，在被操作臂运动终止阶段，控制被操作臂多路阀电比例阀电流608输出斜坡向下的电流，也就是使得输出的电流越来越小，通过上述对电流的控制，使得被操作臂在启动和停止时，不会由于突然启动或突然停止而产生振动，确保安全生产，以及工作的顺利进行。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中，对于部分臂架操作时，可能导致不稳定，因此，本发明提供了一种控制器、一种多节臂架设备的控制系统和方法、一种工程机械设备，可以避免臂架在启动和停止操作时的振动，并保持操作臂架的匀速运动和非操作臂架的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制器（100），用于多节臂架设备的控制系统，其特征在于，包括：

状态判断单元（102），接收来自操作装置的操作命令，并判断所述操作命令对应的操作臂架的实时操作状态为运动状态或静止状态；

命令判断单元（104），判断所述操作命令是否将使得所述操作臂架的所述实时操作状态发生改变；

信号生成单元（106），在所述命令判断单元（104）的判断结果为是的情况下，若所述实时操作状态为静止状态，则生成启动信号，若所述实时操作状态为运动状态，则生成停止信号；

信号发送单元（108），将来自所述信号生成单元（106）的所述启动信号或所述停止信号，发送至与所述操作臂架对应的电比例阀，其中，所述启动信号或所述停止信号包括变化比例信号，所述启动信号或所述停止信号使所述电比例阀按照预设比例、由小变大或由大变小地将电流输出至液压油缸；

角度检测单元（114），在所述操作臂架的臂架数目小于所述多节臂架设备的臂架总数目的情况下，获取其它的非操作臂架的运动角度；以及

微调单元（116），在所述非操作臂架的运动角度达到预设的角度阈值的情况下，向所述非操作臂架对应的电比例阀发送微调信号，使所述运动角度低于所述角度阈值；

姿态检测单元（110），实时获取所述操作臂架的运动速度，若所述运动速度在预设时间间隔内的变化量达到预设的变化量阈值，则发出调节命令；

校正单元（112），接收来自所述姿态检测单元（110）的所述调节命令，并根据所述调节命令向所述操作臂架对应的电比例阀发送校正信号，使所述变化量低于所述变化量阈值。

2.根据权利要求1所述的控制器（100），其特征在于，所述姿态检测单元（110）和所述角度检测单元（114）分别包括：角速度传感器和/或倾角传感器。

3.根据权利要求1所述的控制器（100），其特征在于，还包括：

存储单元（118），用于存储历史数据，所述历史数据中包含对应于每节臂架的历史初始电流；

初始电流设置单元（120），读取所述存储单元（118）中存储的对应于所述操作臂架的历史数据，并将对应的历史初始电流作为所述操作臂架的实时初始电流。

4.根据权利要求3所述的控制器（100），其特征在于，还包括：

初始速度获取单元（122），获取所述操作臂架的初始运动速度；

处理单元（124），在所述初始运动速度超过预设的速度范围的情况下，调节所述实时初始电流，使得所述操作臂架的实时运动速度不超过所述速度范围，并将调节后的实时电流作为所述历史初始电流存储至所述存储单元（118）。

5.一种多节臂架设备的控制系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至4中任一项所述的控制器（100）；以及

操作装置，在感应到用户的操作动作的情况下，向所述控制器（100）发送对应于所述操作动作的操作命令。

6.一种工程机械设备，其特征在于，包括如权利要求5所述的多节臂架设备的控制系统。

7.一种多节臂架设备的控制方法，其特征在于，包括：

步骤402，根据感应到的用户的操作动作，向控制器发送对应于所述操作动作的操作命令；

步骤404，所述控制器确认所述操作命令对应的操作臂架，以及判断所述操作命令是否将使得所述操作臂架的实时操作状态发生变化；

步骤406，若判断结果为是，则当所述实时操作状态为静止状态时，生成启动信号，以及当所述实时操作状态为运动状态时，生成停止信号；

步骤408，所述控制器将所述启动信号或所述停止信号发送至所述操作臂架对应的电比例阀，其中，所述启动信号或所述停止信号包括变化比例信号，所述启动信号或所述停止信号使所述电比例阀按照预设比例、由小变大或由大变小地将电流输出至液压油缸；

步骤410，判断所述操作臂架的臂架数目是否小于所述多节臂架设备的臂架总数目，若是，则所述控制器利用角度传感器获取其它的非操作臂架的运动角度；以及

步骤412，判断所述非操作臂架的运动角度是否达到预设的角度阈值，若是，则所述控制器向所述非操作臂架对应的电比例阀发送微调信号，使所述运动角度低于所述角度阈值；以及

所述控制器利用角度传感器实时获取所述操作臂架的运动速度，并判断所述运动速度在预设时间间隔内的变化量是否达到预设的变化量阈值，若是，则生成调节命令；以及

根据所述调节命令向所述操作臂架对应的电比例阀发送校正信号，使所述变化量低于所述变化量阈值。

8.根据权利要求7所述的多节臂架设备的控制方法，其特征在于，所述角度传感器包括：角速度传感器和/或倾角传感器。

9.根据权利要求7所述的多节臂架设备的控制方法，其特征在于，还包括：

存储历史数据，所述历史数据中包含对应于每节臂架的历史初始电流；以及

在对所述操作臂架进行操作时，读取存储的所述历史数据，并将对应的历史初始电流作为所述操作臂架的实时初始电流。

10.根据权利要求9所述的多节臂架设备的控制方法，其特征在于，还包括：

利用所述角度传感器获取所述操作臂架的初始运动速度；以及

在所述初始运动速度超过预设的速度范围的情况下，调节所述实时初始电流，使得所述操作臂架的实时运动速度不超过所述速度范围，并将调节后的实时电流作为所述历史初始电流进行存储。

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