CN103046748A - 抑制泵车臂架振动的控制设备、方法、系统以及泵车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了抑制泵车臂架振动的控制设备、方法、系统以及包含该系统的泵车，该设备可在接收所述减振控制指令之后，在减振控制开启的第一泵送周期期间，根据当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制减振控制执行机构；及在所述第一泵送周期之后的泵送周期期间，根据所述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度之差以及该当前臂架末端振动位移量与所述臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制所述减振控制执行机构。本发明可使得臂架减振控制稳定。

Description

抑制泵车臂架振动的控制设备、方法、系统以及泵车
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于抑制泵车臂架振动的控制设备、方法、系统以及包含该系统的泵车。
背景技术
混凝土泵车是一种用于输送和浇筑混凝土的专用机械，逐步成为建筑施工中不可缺少的关键设备。混凝土泵车的臂架系统复杂，其振动性能容易受工况、泵送排量和臂架姿态等多方面影响。目前，多臂节、长臂架、大排量成为混凝土泵车的发展趋势，这对臂架振动特性提出了更加苛刻的要求，如何减小泵车工作过程中的臂架振动是近几年来混凝土机械技术领域急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于抑制泵车臂架振动的控制设备、方法、系统以及包含该系统的泵车，其可对臂架的振动进行稳定抑制。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于抑制泵车臂架振动的控制设备，该设备包括：接收装置，接收减振控制指令及臂架末端振动位移量；以及控制装置，用于接收所述减振控制指令之后，在减振控制开启的第一泵送周期期间，根据当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制减振控制执行机构；及在所述第一泵送周期之后的泵送周期期间，根据所述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度之差以及该当前臂架末端振动位移量与所述臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制所述减振控制执行机构。
相应的，本发明还提供一种用于抑制泵车臂架振动的系统，该系统包括：位移量检测装置，用于臂架末端振动位移量；以及上述控制设备。
相应的，本发明还提供一种泵车，该泵车包含上述用于抑制泵车臂架振动的系统。
相应的，本发明还提供一种用于抑制泵车臂架振动的控制方法，该方法包括：接收减振控制指令及臂架末端振动位移量；以及接收所述减振控制指令之后，在减振控制开启的第一泵送周期期间，根据当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制减振控制执行机构；及在所述第一泵送周期之后的泵送周期期间，根据所述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度之差以及该当前臂架末端振动位移量与所述臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制所述减振控制执行机构。
通过上述技术方案，可第一泵送周期之后的多个泵送周期期间，同时考虑振动的激励源及振动变化量，以避免单纯考虑振动变化量之时臂架振动变小之后再变大的情形，使得臂架减振控制稳定且控制效果好。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为混凝土泵车的结构示意图；
图2为本发明提供的用于抑制泵车臂架振动的控制设备的结构示意图；
图3A为在减振控制开启的第一泵送周期期间的控制示意图；
图3B为所述第一泵送周期之后的泵送周期期间的控制示意图；
图4A为执行开环控制时，臂架末端位移量以及减振控制输出电流之间的曲线关系示意图；
图4B为本发明的减振控制过程中臂架末端位移量以及减振控制输出电流之间的曲线关系示意图；以及
图5为本发明提供的用于抑制泵车臂架振动的系统的结构示意图。
附图标记说明
1、2、3、4、5 臂节            10、20、30、40、50   臂架油缸
100           底架            200                  转台
300           接收装置        400                  控制装置
500           位移量检测装置
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
首先，以混凝土泵车臂架为例来对本发明的控制对象“臂架”进行说明。图1为混凝土泵车的结构示意图，如图1所示，混凝土泵车包含底架100；转台200；臂节1、臂节2、臂节3、臂节4及臂节5；分别用于驱动该臂节1、臂节2、臂节3、臂节4及臂节5的臂架油缸10、臂架油缸20、臂架油缸30、臂架油缸40及臂架油缸50。虽然此处以5节臂泵车为例进行说明，但本发明并不限于此，亦可为其他臂节数目的泵车或其他含有臂架的工程机械。
在本发明中，减振执行机构可为臂架油缸，主要包括臂架油缸20、臂架油缸30、臂架油缸40（臂架油缸10及臂架油缸50因动作时会牵涉过多臂节或过少臂节而不予考虑），通过实时监测泵车工作过程中臂架末端振动情况，运用减振控制方法计算控制电流控制臂架油缸两腔进泄高压油来实现抑制控制。本发明的要点主要在于该减振控制方法。
图2为本发明提供的用于抑制泵车臂架振动的控制设备的结构示意图。如图2所示，本发明提供了一种用于抑制泵车臂架振动的控制设备，该设备包括：接收装置300，接收减振控制指令及臂架末端振动位移量；以及控制装置400，用于接收所述减振控制指令之后，在减振控制开启的第一泵送周期期间，根据当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差，减振控制执行机构（例如，可通过输出一减振控制电流至所述减振控制执行机构来进行控制）；及在所述第一泵送周期之后的泵送周期期间，根据所述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度之差以及该当前臂架末端振动位移量与所述臂架末端振动控制阈值设定值之差（即，振动变化量），控制所述减振控制执行机构。藉此，可第一泵送周期之后的多个泵送周期期间，同时考虑振动的激励源（具体可体现为上述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度之差）及振动变化量，以避免单纯考虑振动变化量之时臂架振动变小之后再变大的情形，具体原理将在以下进行更为详细的解释。
需要说明的是，上述之所以考虑当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量，是因为减振控制一般存在一延时，这样当前臂架末端振动位移量与减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量实际上可能相差不大。另外，减振控制开启之前一泵送周期可指其后仅接减振控制开启的泵送周期的泵送周期，亦可指减振控制开启的泵送周期之前的多个泵送周期中的任一泵送周期。
具体而言，本发明的减振控制方法可分为两部分：第一部分为减振控制开启的第一泵送周期期间；第二部分为所述第一泵送周期之后的泵送周期期间。以下对本发明的减振控制方法进行详细描述。
图3A为在减振控制开启的第一泵送周期期间的控制示意图。在臂架减振开启的第一个泵送周期期间，以开环比例控制方法（只是相对于根据减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差输出减振控制电流至减振控制执行机构而言的，当根据前臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差输出减振控制电流至减振控制执行机构时，则为闭环比例控制方法。但由于当前臂架末端振动位移量与减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量实际上可能相差不大，故在此统称为“开环比例控制方法”，以简化说明）计算减振控制电流输出给减振控制执行机构。该部分的基本原理描述如下：
由于臂架主动减振控制技术很难将臂架振动降低到零，工程应用中若臂架末端振动在200mm左右即可认为是理想状态，因此设置了臂架末端振动控制阈值设定值。控制装置400将当前臂架末端振动位移量（该位移量可通过采集臂架末端垂向加速度信号进行滤波和两次积分处理而得到）或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量减去臂架末端振动控制阈值设定值，得到臂架末端减振控制位移量，即控制目标量；利用开环比例控制方法，将该控制目标量乘以一个开环比例系数，得到减振控制电流输出到减振控制执行机构，通过减振控制执行机构动作来降低臂架末端振动幅值。这样做的好处在于可根据臂架末端振动状态来计算减振控制电流作用于减振执行机构，其系统随动性、响应性好，且第一个周期控制平稳。但若只采用该开环比例控制，则在减振控制开启后臂架末端振动减小，由于开环比例控制系数固定从而导致减振控制电流变小，而臂架振动为强迫振动，其振动的激励源不变，所以减振控制电流变小会使得控制效果变差，会出现臂架振动又变大的情形。如此，减振控制陷入了一个振动变小又变大又变小的循环，导致减振控制效果差且控制不稳定，具体情形如图4A所示。
而本发明通过引入差量控制方法来解决这个现象的出现，其原理如图3B所示。控制装置400需记录并计算每一泵送周期的臂架末端振动幅度（取每一周期臂架末端位移量的最大值），包括减振控制开启之前一泵送周期、所述第一泵送周期及其后的泵送周期；之后，将第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度减去当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度，得到减振控制后臂架振动幅度差量；另外，将开启减振控制后臂架末端振动位移量减去臂架末端振动控制阈值，得到振动变化量，将该振动变化量加上所述幅度差量，得到目标控制量；将该控制目标量输入至综合比例控制方法，计算得到减振控制电流，并将该电流输出到减振控制执行机构，从而实现对臂架振动的主动减振控制。在减振控制开启第一泵送周期之后的每一泵送周期都按照图3B所示的原理进行循环，从而可以保证减振控制电流不会因为振动变化量的变小而变小，使得臂架减振控制稳定且控制效果好，不会出现减振控制后臂架振动时大时小的现象。
需要说明的是，上述图3A及图3B中涉及“第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度”均只显示了“减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度”，主要是为了简化表达，并非出于限定的目的。上述臂架末端振动位移量及臂架末端振动幅度可分别指垂向振动位移量及垂向振动幅度。
具体而言，在所述第一泵送周期期间输出的减振控制电流满足以下公式：
Q1=K*S；
在所述第一泵送周期之后的泵送周期期间输出的减振控制电流满足以下公式：
Q2=K*(S1+ΔL)
其中，K为比例控制参数，其可根据液压油缸内的压力变化及臂架姿态等，通过实验得出；S为第一泵送周期期间，当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差，即第一泵送周期期间的振动变化量；ΔL为所述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度L与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度L1之差；S1为所述第一泵送周期之后的泵送周期期间，当前臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差。
图4B示出了本发明的减振控制过程中臂架末端位移量、以及减振控制输出电流之间的曲线关系示意图。如图4B所示，从控制电流曲线可以看出，减振控制电流并不会因为臂架振动变小而导致减振控制电流变小。若臂架振动量变小，则ΔL会变大，而其振动位移量S1变小，由ΔL和S1的相辅变化来保证减振控制电流稳定从保证减振控制效果稳定。
相应的，本发明还提供了一种用于抑制泵车臂架振动的系统，该系统包括：位移量检测装置500，用于臂架末端振动位移量；以及上述控制设备。
相应的，本发明还提供了一种泵车，该泵车包含上述用于抑制泵车臂架振动的系统。
相应的，本发明还提供了一种用于抑制泵车臂架振动的控制方法，该方法包括：接收减振控制指令及臂架末端振动位移量；以及接收所述减振控制指令之后，在减振控制开启的第一泵送周期期间，根据当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制减振控制执行机构；及在所述第一泵送周期之后的泵送周期期间，根据所述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度之差以及该当前臂架末端振动位移量与所述臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制所述减振控制执行机构。有关该方法的具体细节及益处与上述控制设备的相同，于此不再赘述。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于抑制泵车臂架振动的控制设备，其特征在于，该设备包括：
接收装置，接收减振控制指令及臂架末端振动位移量；以及
控制装置，用于接收所述减振控制指令之后，
在减振控制开启的第一泵送周期期间，根据当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制减振控制执行机构；及
在所述第一泵送周期之后的泵送周期期间，根据所述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度之差以及该当前臂架末端振动位移量与所述臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制所述减振控制执行机构。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置通过输出一减振控制电流至所述减振控制执行机构来控制所述减振控制执行机构。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，
在所述第一泵送周期期间输出的减振控制电流满足以下公式：
Q1＝K*S
在所述第一泵送周期之后的泵送周期期间输出的减振控制电流满足以下公式：
Q2=K*(S1+△L)
其中，K为比例控制参数，S为第一泵送周期期间，当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差；△L为所述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度之差；S1为所述第一泵送周期之后的泵送周期期间，当前臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差。
4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述臂架末端振动位移量及臂架末端振动幅度分别指垂向振动位移量及垂向振动幅度。
5.一种用于抑制泵车臂架振动的系统，其特征在于，该系统包括：
位移量检测装置，用于臂架末端振动位移量；以及
根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的控制设备。
6.一种泵车，其特征在于，该泵车包含根据权利要求5所述的系统。
7.一种用于抑制泵车臂架振动的控制方法，该方法包括：
接收减振控制指令及臂架末端振动位移量；以及
接收所述减振控制指令之后，
在减振控制开启的第一泵送周期期间，根据当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制减振控制执行机构；及
在所述第一泵送周期之后的泵送周期期间，根据所述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度之差以及该当前臂架末端振动位移量与所述臂架末端振动控制阈值设定值之差，控制所述减振控制执行机构。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过输出一减振控制电流至所述减振控制执行机构来控制所述减振控制执行机构。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
在所述第一泵送周期期间输出的减振控制电流满足以下公式：
Q1=K*S
在所述第一泵送周期之后的泵送周期期间输出的减振控制电流满足以下公式：
Q2=K*(S1+△L)
其中，K为比例控制参数，S为第一泵送周期期间，当前臂架末端振动位移量或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差；△L为所述第一泵送周期的臂架末端振动幅度或减振控制开启之前一泵送周期的臂架末端振动幅度与当前泵送周期的前一泵送周期的臂架末端振动幅度之差；S1为所述第一泵送周期之后的泵送周期期间，当前臂架末端振动位移量与臂架末端振动控制阈值设定值之差。
10.根据权利要求7-9中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述臂架末端振动位移量及臂架末端振动幅度分别指垂向振动位移量及垂向振动幅度。
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