CN102633215B - 工作斗调平方法、装置、系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工作斗调平方法、装置、系统及工程机械；该方法包括：接收工作斗相对于水平面的偏移角，根据所述偏移角计算得到初步调平输出结果Y₁；接收工作斗的载重量，根据所述工作斗载重量修正所述初步调平输出结果Y₁，得到控制信号Y；输出所述控制信号Y用于工作斗调平。本发明将载重量变化引起的负载变化引入到调平中，修正输出的调平控制信号，使调平动作更快、更平稳、准确，减小载重量变化对工作斗调平系统造成的冲击作用。

Description

工作斗调平方法、装置、系统及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种工作斗调平方法、装置、系统及工程机械。

背景技术

在高空作业车、高空消防车及自动走高空车等具有载人工作平台(亦称工作斗)的特种车辆产品中，由于在臂架升降、变幅或有风等情况下工作斗会发生一定的倾斜，产生偏移角，因此需要调平系统使工作斗保持或回到水平状态。调平系统至关重要，一旦调平系统失灵或调平失败，则可能造成工作平台倾翻，人员跌落的安全事故。目前，一般通过倾角传感器反馈偏移角，通过开关阀、比例阀并结合PID(比例(P)-积分(I)-微分(D)控制)等闭环控制方法实现工作斗自动调平。

现有工作斗调平方法，以倾角偏差值为反馈输入，在PLC控制器里实现PID算法，并通过PLC的IO模块直接输出电流，控制电磁阀开度，使油缸伸缩，工作上、下翻，最终实现调平。这是一种完整的闭环控制系统。PID算法是一种较常见的非线性调节方法，有比例放大(P)、积分(I)、微分(D)等环节组成，可消除调平稳态误差，使调平速度有一定自适应性，即电流的变化速度与倾角变化相适应，有更好的跟随效应。

上述常规的PID调节方法完全依赖倾角反馈来计算输出的电流，控制电磁阀的开度。因此，会造成调平系统反应不够及时、不够准确，造成工作斗的振动或跟随性不好的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的缺陷，提供一种工作斗调平方法、装置、系统及工程机械，使调平动作更快、更平稳、准确，减小负载重量变化对工作斗调平系统造成的冲击。

本发明提供一种工作斗调平方法，包括：

接收工作斗相对于水平面的偏移角，根据所述偏移角计算得到初步调平输出结果Y₁；

接收工作斗的载重量，根据所述工作斗载重量修正所述初步调平输出结果Y₁，得到控制信号Y；

输出所述控制信号Y用于工作斗调平。

本发明提供一种工作斗调平装置，包括：

偏移角接收模块，用于接收工作斗相对于水平面的偏移角；

初步调平模块，用于根据所述工作斗相对于水平面的偏移角计算得到初步调平输出结果；

载重量接收模块，用于接收工作斗的载重量；

修正模块，用于根据所述工作斗载重量修正所述初步调平输出结果，得到控制信号。

本发明提供一种工作斗调平系统，包括：

倾角传感器，用于检测工作斗相对于水平面的偏移角；

称重传感器，用于检测工作斗的载重量；

控制器，包括上述工作斗调平装置；

水平调节机构，用于根据所述工作斗调平装置的控制信号调平工作斗。

本发明提供一种工程机械，包括上述工作斗调平系统。

本发明提供一种优化的工作斗调平方法、装置、系统及工程机械，将载重量变化引起的负载变化引入到调平系统中，修正输出的调平控制信号，使调平动作更快、更平稳、准确，减小载重量变化对工作斗调平系统造成的冲击作用。

附图说明

图1为本发明实施例中工作斗调平方法的流程图；

图2为本发明实施例中初步调平输出结果修正方法的流程图；

图3为本发明实施例中工作斗调平装置的结构图；

图4为本发明实施例中工作斗调平系统的结构图；

图5为本发明另一实施例中工作斗调平方法的流程图；

图6为调平油缸工作示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更清楚地理解本发明，下面结合附图做更详细的说明，但这些说明并不用于限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例所述的工作斗调平方法，包括：

步骤S101：接收工作斗相对于水平面的偏移角，根据所述偏移角计算得到初步调平输出结果Y₁；

在本步骤中，根据所述偏移角采用包括但不限于比例-积分-微分控制算法的闭环控制算法得到初步调平输出结果Y₁。

步骤S103：接收工作斗的载重量，根据所述工作斗载重量修正所述初步调平输出结果Y₁，得到控制信号Y；

在本步骤中，根据所述工作斗载重量修正所述初步调平输出结果Y₁的方法如图2所示，进一步包括：

步骤S201：根据所述工作斗载重量得到实际负载F；

步骤S203：计算负载偏差F_x：F_x＝F-F₀；其中，F₀为预先选定的标准负载；

所述比例-积分-微分控制算法的比例、积分及微分参数在所述标准负载F₀的条件下，经过调试确定。

步骤S205：根据所述负载偏差F_x修正所述初步调平输出结果Y₁得到控制信号Y。

在本步骤中，所述修正的修正公式包括但不限于：Y＝Y₁+K*F_x；其中K为调平修正系数。修正公式也可以用非线性的公式来替代，比如Y＝Y₁+K′*(F_x)²，其中K′为调平修正系数。

步骤S105：输出所述控制信号Y用于工作斗调平。

在本发明方法实施例中，将载重量变化引起的负载变化引入到调平中，修正输出的调平控制信号，使调平动作更快、更平稳、准确，减小载重量变化对工作斗调平系统造成的冲击作用。

如图3所示，本发明实施例所述的工作斗调平装置300，包括：偏移角接收模块307，用于接收工作斗相对于水平面的偏移角；初步调平模块301，用于根据所述工作斗相对于水平面的偏移角计算得到初步调平输出结果；载重量接收模块309，用于接收工作斗的载重量；修正模块303，用于根据所述工作斗载重量修正所述初步调平输出结果，得到控制信号。

在一些实施例中，所述工作斗调平装置还包括：控制信号输出模块305，用于输出控制信号。

如图4所示，本发明实施例所述的工作斗调平系统40，包括：倾角传感器42，用于检测工作斗相对于水平面的偏移角；称重传感器43，用于检测工作斗的载重量；控制器41，包括上述工作斗调平装置300；水平调节机构44，用于根据所述工作斗调平装置300的控制信号调平工作斗。

在本发明的一些实施例中，所述控制器41为PLC；所述水平调节机构44包括但不限于液压或气动调节；所述水平调节机构44采用液压调节时，包括电磁阀和调平油缸；通过控制器41的输出信号控制电磁阀的开度来使调平油缸伸缩，从而使工作斗上翻下翻，最终实现工作斗调平。

在本发明装置及系统中，通过修正模块将载重量变化引起的负载变化引入到调平系统中，修正输出的调平控制信号，使调平动作更快、更平稳、准确，减小载重量变化对工作斗调平系统造成的冲击作用。

在一具体实施例中，系统由倾角传感器、称重传感器、控制器、电磁比例阀、调平油缸等部件组成。

系统工作原理及过程如图5所示。

(1)为了实现可靠的调平安全检测及控制，系统安装了倾角传感器，通过倾角传感器反馈偏移角到控制器。在控制器中，PID(比例-积分-微分控制)等闭环控制算法以倾角偏差值为输入条件，经运算后得到输出结果Y₁。需要注意的是，PID控制算法的比例(P)、积分(I)及微分(D)参数需要在标准负载条件下，经过调试确定。

(2)修正工作斗载重量变化对调平系统的影响。如图6所示为调平油缸工作示意图，当载重量不同时，调平油缸内部负载F是不同的。载重量越大，调平伸缩油缸负载越大，内部压力P₂越大。

在调平速度不变时，简化一些次要因素，根据作用力平衡原理有：

$P_1*S_1=P_1*\frac{{\mathrm{\πD}}^2}{4}=P2*S2=F---\left(1\right)$

式(1)中，P₁、D、S₁分别为电磁阀进油口压强、阀门开度及当前开度下通流面积；P₂、S₂为调平油缸进油端压力及活塞面积；F为调平油缸当前负载。

因此，在调平电磁比例阀进油口压力P₁一定的情况下，如果希望保持一定的调平速度，就需要增大电磁阀的开度使作用力平衡，式(1)成立。

具体做法是：

a.选择一个标准负载F₀，选定后，该值一般恒定不变；

b.根据工作斗载重量计算得到实际负载F；

c.计算实际负载与标准负载偏差：F_x＝F-F₀；

d用以下公式修正PID算法输出：Y＝Y₁+K*F_x

其中，K为调平修正系数，需要在调试中确定。Y为最终输出给电磁阀的电流。

(3)最后，通过PLC的I/O口输出电流Y，控制电磁阀(开关阀或比例阀)开度，来使调平油缸伸缩，工作斗上翻下翻，最终实现工作斗自动/手动调平。

本发明实施例提供的工程机械，包括上述工作斗调平系统；比如高空作业车、高空消防车及自动走高空车等具有载人工作平台的特种车辆产品。

本发明实施例与现有技术相比，有以下优点：

现有技术只考虑工作斗倾角反馈，而没有考虑工作斗载重量对调平的影响。当载重量变化时，调平速度可能出现不稳定，时延增大等情况。

在本发明中，将载重量变化引起的负载变化引入到调平中，修正输出的调平控制信号，使调平动作更快、更平稳、准确，减小载重量变化对工作斗调平系统造成的冲击作用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种工作斗调平方法，其特征在于，包括：

接收工作斗相对于水平面的偏移角，根据所述偏移角计算得到初步调平输出结果Y₁；

接收工作斗的载重量，根据所述工作斗载重量修正所述初步调平输出结果Y₁，得到控制信号Y；根据所述工作斗载重量修正所述初步调平输出结果Y₁的方法包括，根据所述工作斗载重量得到实际负载F；根据所述实际负载F和预先选定的标准负载F₀计算负载偏差F_x：F_x=F-F₀；根据所述负载偏差F_x修正所述初步调平输出结果Y₁得到控制信号Y；

输出所述控制信号Y用于工作斗调平。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述偏移角采用比例-积分-微分控制算法的闭环控制算法得到初步调平输出结果Y₁。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修正的修正公式为：Y=Y₁+K*F_x或Y=Y1+K＇*(F_x)²；其中K和K＇为调平修正系数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述比例-积分-微分控制算法的比例、积分及微分参数在所述标准负载F₀的条件下，经过调试确定。

5.一种工作斗调平装置，其特征在于，包括：

偏移角接收模块，用于接收工作斗相对于水平面的偏移角；

初步调平模块，用于根据所述工作斗相对于水平面的偏移角计算得到初步调平输出结果；

载重量接收模块，用于接收工作斗的载重量；

修正模块，用于根据所述工作斗载重量修正所述初步调平输出结果，得到控制信号，根据所述工作斗载重量修正所述初步调平输出结果的方法包括，根据所述工作斗载重量得到实际负载F；根据所述实际负载F和预先选定的标准负载F₀计算负载偏差F_x：F_x=F-F₀；根据所述负载偏差F_x修正所述初步调平输出结果得到控制信号。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

控制信号输出模块，用于输出控制信号。

7.一种工作斗调平系统，其特征在于，包括：

倾角传感器，用于检测工作斗相对于水平面的偏移角；

称重传感器，用于检测工作斗的载重量；

控制器，包括如权利要求5或6所述的工作斗调平装置；

水平调节机构，用于根据所述工作斗调平装置的控制信号调平工作斗。

8.一种工程机械，其特征在于，包括如权利要求7所述的工作斗调平系统。