CN103422527A - 自适应控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应控制方法及装置。其中，自适应控制方法包括：采集主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间；判断当前工况是否与预存工作模式相匹配；根据判断结果，执行如下的预存模式调用或新工作模式生成。新增工作模式和预存工作模式的集合将作为供工程机械可调用的已有预存工作模式。本发明使诸如挖掘机的工程机械可以根据实际负载自动调整工作模式，即，自动调整发动机转速和主泵排量输出，减少人工调整模式带来的不便，降低不必要能量损失。

Description

自适应控制方法及装置

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种用于工程机械的自适应控制方法及装置。

背景技术

目前，挖掘机的工作模式和档位选择方式为：工人根据挖掘机的具体工况，从挖掘机出厂时预先设定好的工作模式中选择最为贴近的模式和档位。例如，可以从运动模式、经济模式或爬坡模式中选择一个相对而言与工况最匹配的模式，当工况发生改变时，再由工人根据变化了的工况，从预定的模式中重新进行选择和调整。

从上述说明可以看出，挖掘机的工作依赖挖机出厂时模式种类的设定以及工人根据实际工况的不同人为的去调整工作模式，这种控制方式的不足在于：挖掘机的工况千差万别，当发动机功率利用不足或者不够，操作人员无法及时准确地根据实际情况选择匹配的模式，这势必会造成动力不足或能量不必要的损失。

当然，其他工程机械，例如起重机等也存在上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种自适应控制方法及装置，以解决诸如挖掘机的工程机械无法根据实际负载自动调整工作模式的问题。

一方面，本发明提供了一种自适应控制方法，用于工程机械不同工作模式转换控制，包括参数采集步骤、判断步骤、预存模式调用步骤和新工作模式生成步骤。其中参数采集步骤为，在第一单位时间段内，采集主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间；判断步骤为，根据所述主控制泵压力变化区间和所述先导压力变化区间，判断当前工况是否与预存工作模式相匹配；根据判断结果，执行如下的预存模式调用步骤或新工作模式生成步骤；所述预存模式调用步骤为，若当前工况与其中一个预存工作模式相匹配，则调用匹配的预存工作模式；所述新工作模式生成步骤为，若当前工况与任何一个预存工作模式都不匹配，则调整发动机和主控制泵工作参数，并将该工况下发动机的转速变化区间、代表主控制泵排量的电流变化区间以及档位信息作为一个记忆单元进行存储，该记忆单元为工程机械的一个新增工作模式；所述预存工作模式和所述新增工作模式的集合将作为第二单位时间段可供工程机械调用的已有预存工作模式。

进一步地，上述自适应控制方法中，所述参数采集步骤，以及，所述新工作模式生成步骤中对于发动机和主控制泵工作参数的调整都是通过所述工程机械的主控制器完成。

进一步地，上述自适应控制方法中，所述判断步骤中，在进行当前工况是否与预存工作模式相匹配的判断前，还包括：判断所述主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间是否为无规律数据，若是，则舍弃该数据；若不是，则继续进行当前工况是否与预存工作模式相匹配的判断。

进一步地，上述自适应控制方法中，若新的工作模式生成后，在设定时间内没有被调用，则删除该新工作模式。

进一步地，上述自适应控制方法中，在所述新工作模式生成后，还包括将该新工作模式发送至远程服务器进行参数分析的步骤。

另一方面，本发明还提供一种自适应控制装置，用于工程机械不同工作模式转换控制，包括参数采集模块、判断模块、预存模式调用模块和新工作模式生成模块。其中，参数采集模块用于在第一单位时间段内，采集主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间；判断模块用于根据所述主控制泵压力变化区间和所述先导压力变化区间，判断当前工况是否与预存工作模式相匹配；所述预存模式调用模块用于，若当前工况与其中一个预存工作模式相匹配，则调用匹配的预存工作模式；所述新工作模式生成模块用于，当前工况与任何一个预存工作模式都不匹配时，调整发动机和主控制泵工作参数，并将该工况下发动机的转速变化区间、代表主控制泵排量的电流变化区间以及档位信息作为一个记忆单元进行存储，该记忆单元为工程机械的一个新增工作模式；所述预存工作模式和所述新增工作模式的集合将作为第二单位时间可供工程机械调用的已有预存工作模式。

进一步地，所述的自适应控制装置中，所述参数采集模块，以及，所述新工作模式生成模块设置于所述工程机械的主控制器内。

进一步地，所述的自适应控制装置中，所述判断模块还连接：参数规律判断模块，其用于判断所述主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间是否为无规律数据，若是，则舍弃该数据；若不是，则继续进行当前工况是否与预存工作模式相匹配的判断。

进一步地，所述的自适应控制装置中，所述判断模块和所述新工作模式生成模块还连接有新工作模式删除模块，其用于在设定时间内，若所述新的工作模式生成后一直没有被调用，则删除该新工作模式。

进一步地，所述的自适应控制装置中，所述新工作模式生成模块还连接有发送模块，其用于在所述新工作模式生成后，将所述新工作模式发送至远程服务器进行参数分析。

本发明基于如下原理进行工作：将检测到诸如挖掘机等工程机械的工作参数（包括主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间）与预先定制好的工作模式相比较，若可以匹配，则调用预先设定好的预存工作模式，对工程机械进行转速和主控制泵排量的控制；若工作参数与预先定制好的工作模式无法匹配，则依靠人为经验进行发动机和主控制泵排量的控制，然后，将当前工况下的工作参数记录下来，作为一个新工作模式，加入到预存工作模式中，这样，在进行新一轮单位时间段的工作时，之前预存的工作模式以及新工作模式的集合整体作为其候选待匹配工作模式。不断重复上述过程。

从上述分析可以看出，本发明使诸如挖掘机的工程机械不必受限于其出厂时的工作模式的设定，随着实际操作经历的增加，可供匹配的工作模式也在增加，因此，对诸如挖掘机的工程机械的发动机的转速控制、主控制泵排量控制页将越来越贴合其实际工况，即，可以根据实际负载自动调整工作模式，实现自动调整发动机转速和主泵排量输出，进而，减少人工调整模式带来的不便，降低不必要能量损失。并且，随着工作模式的扩充，控制效率会越来越高。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明自适应控制方法实施例的步骤流程图；

图2为本发明自适应控制装置实施例的结构框图；

图3为本发明自适应控制装置优选实施例的结构框图；

图4为本发明自适应控制装置优选实施例的结构框图；

图5为本发明自适应控制装置优选实施例的结构框图；

图6为包含本发明自适应控制装置实施例的液压挖掘机控制系统的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

首先，对挖掘机的工作模式做一个简单的介绍。

现有技术中的挖掘机在出厂时，一般具有几个常见的工作模式，例如运动模式、经济模式和爬坡模式等。其中，挖掘机对应不同的工况，会选择不同的工作模式，各个模式之间差别的本质在于发动机的转速和主控制泵的排量。

但存在的问题是，挖掘机工作的实际工况往往不仅仅是上面这个工作模式所能够很好匹配的，例如，经济模式可以适用挖土，但土质又会有不同，例如，有松软的土，有比较坚固的土，如果都选择“经济模式”进行处理的话，势必会出现动力不足或能量不必要的损失的问题。

基于上述情况，本发明提供了一种自适应控制方法的实施例，用于液压挖掘机不同工作模式转换控制，参照图1，具体包括如下步骤：

步骤S110，在第一单位时间段内，采集主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间；

步骤S120，根据主控制泵压力变化区间和先导压力变化区间，判断当前工况是否与预存工作模式相匹配；根据判断结果，执行如下的步骤S130A和S140A，或，步骤S130B和S140B，其中：

步骤S130A为，若当前工况与其中一个预存工作模式相匹配，则调用匹配的预存工作模式；

步骤S140A为，根据预存的工作模式对发动机和住控制泵的排量进行控制。

另一方面，步骤S130B为，若当前工况与任何一个预存工作模式都不匹配，则调整发动机和主控制泵工作参数，并将该工况下发动机的转速变化区间、代表主控制泵排量的电流变化区间以及档位信息作为一个记忆单元进行存储，该记忆单元为工程机械的一个新增工作模式。

步骤S140B为，将新工作模式与预存工作模式集合为新的预存工作模式（已有工作模式，供工程机械调用的已有预存工作模式。

可以看出，本发明的实施例基于如下原理进行工作：将检测到诸如挖掘机等工程机械的工作参数（包括主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间）与预先定制好的工作模式相比较，若可以匹配，则调用预先设定好的预存工作模式，对工程机械进行转速和主控制泵排量的控制；若工作参数与预先定制好的工作模式无法匹配，则依靠人为经验进行发动机和主控制泵排量的控制，然后，将当前工况下的工作参数记录下来，作为一个新工作模式，加入到预存工作模式中，这样，在进行新一轮单位时间段的工作时，之前预存的工作模式以及新工作模式的集合整体作为其候选待匹配工作模式。不断重复上述过程。

从上述分析可以看出，本实施例使诸如挖掘机的工程机械不必受限于其出厂时的工作模式的设定，随着实际操作经历的增加，可供匹配的工作模式也在增加，因此，对诸如挖掘机的工程机械的发动机的转速控制、主控制泵排量控制页将越来越贴合其实际工况，即，可以根据实际负载自动调整工作模式，实现自动调整发动机转速和主泵排量输出，进而，减少人工调整模式带来的不便，降低不必要能量损失。并且，随着工作模式的扩充，控制效率会越来越高。此外，本发明的实施例无需增加成本并且可靠性强。

优选地，上述自适应控制方法中，参数采集步骤，以及新工作模式生成步骤中对于发动机和主控制泵工作参数的调整都是通过挖掘机的主控制器完成。

另一个优选的实施例是，判断步骤中，在进行当前工况是否与预存工作模式相匹配的判断前，还包括：判断主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间是否为无规律数据，若是，则舍弃该数据；若不是，则继续进行当前工况是否与预存工作模式相匹配的判断。这样做的目的是，提前剔除明显不符合规律的数据，该数据对于后续的工作没有参考的价值。尽早舍弃也会释放资源。

另一个优选的实施例是，若新的工作模式生成后，在设定时间内，例如2000小时没有被调用，则删除该新工作模式。也就是说，生成的新工作模式没有重复的机会，对于后续的工作没有参考的价值，删除也会释放资源。

此外，在新工作模式生成后，还包括将该新工作模式发送至远程服务器进行参数分析的步骤。该步骤的作用是，用于以后设计和保存记录每台机器工况，方便公司对市场预测和售后故障分析处理。

在一个更为具体的实施例中，利用挖掘机预先设定的工作模式，通过主控制器采集挖掘机的工作参数，包括发动机转速变化范围、主控制泵压力变化范围及先导压力变化范围，感知挖掘机负荷变化和操作人员的操作习惯，设定一个从开机计时到工作100小时作为第一预定时间段，把该段单位时间内的转速变化范围、档位、代表主控制泵排量的电流变化区间为一个记忆单元记录并进行模式标记，在控制器中设置一定存储空间用于保存，如下一个单位时间段之内当检测到符合存储空间内编号的模式后，主控制器调用该编号下的发动机和主控制泵的工作参数，利用车载GPS等远程通信功能，还可以把存储模式及相关参数发回服务器，用于以后设计和保存记录每台机器工况，方便公司对市场预测和售后故障分析处理。

例如深挖掘模式，动臂提升和下降两个动作时间相对甩方工况相比较长一些，主控制泵工作在高压区的时间也长，控制器模糊控制认为需要发动机功率大，流量输出也要求大，可以通过控制器提升发动机转速，调整动臂优先阀开启时间和加大主泵排量电流的方式，提升挖掘效率，如果挖掘土方，负载较轻的工况，感知挖掘机压力变化范围，发动机失速大小，自动调整主泵功率，保证速度前提下从而降低油耗，如果操作人员还是想更快的挖掘速度，会适当增加档位，控制器通过调整挖掘机转速，根据发动机P-Q曲线（功率-流量曲线），选择在该转速下，表示主控制泵排量的电流。并将发动机的转速变化范围、表示主控制泵排量的电流变化范围、档位等信息记录并存储。由此，一个新的工作模式产生。

如预定单位时间段内负载变化剧烈，转速或先导压力变化不规律，则主控制器不记忆转速和电流数值。也就是说，此时应舍弃该组工作参数作为新的工作模式。

在另一个实施例中，工人使用前，根据经验选择预定工作模式，操作挖掘机开始干活，主控制器开始不断采集先导压力和主控制泵压力的变化范围（也包括先导压力和主压在一个循环周期下持续在高压段的时间），发动机转速（掉速值大小）等参数，根据挖掘机工作到100小时，主控制器对采集到压力信号进行分析，例如主压在200-250KG区间变化，发动机转速在1800-1950rpm/min之间变化，电流在500-600mA区间变化以及先导压力变化范围，并通过逻辑运算，判断当前工作模式是否为最节能模式（通过与存储记录在控制器中相关工作模式进行比较，）调用匹配的工作模式，可以避免例如原负流量系统，如果工人选择固定档位和固定模式后，会造成挖掘机会一直一个固定排量输出，造成不必要能量损失。如上所述，如果控制器预置的工作模式与实际操控不符，同样会采集相关参数变化，在100小时内如果变化无规律，不保存数据，如果数据保存后一直没用到，在保存2000小时自动删除，不会造成控制器存储空间不够。该实施例中提到的数据都是示意性的说明。可以根据实际情况有所改变。本发明对此不做限定。

第二方面，本发明还公开了一种自适应控制装置的实施例，用于液压挖掘机不同工作模式转换控制，参照图2，包括：参数采集模块21、判断模块22、预存模式调用模块23A和新工作模式生成模块23B。其中：

参数采集模块21用于在第一单位时间段内，采集主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间；

判断模块22用于根据所述主控制泵压力变化区间和所述先导压力变化区间，判断当前工况是否与预存工作模式相匹配；

预存模式调用模块23A用于在当前工况与其中一个预存工作模式相匹配时，调用匹配的预存工作模式；

新工作模式生成模块23B用于在若当前工况与任何一个预存工作模式都不匹配时，调整发动机和主控制泵工作参数，并将该工况下发动机的转速变化区间、代表主控制泵排量的电流变化区间以及档位信息作为一个记忆单元进行存储，该记忆单元为工程机械的一个新增工作模式；所述预存工作模式和所述新增工作模式的集合将作为第二单位时间可供工程机械调用的已有预存工作模式。

可以看出，该实施例基于如下原理进行工作：将检测到诸如挖掘机等工程机械的工作参数（包括主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间）与预先定制好的工作模式相比较，若可以匹配，则调用预先设定好的预存工作模式，对工程机械进行转速和主控制泵排量的控制；若工作参数与预先定制好的工作模式无法匹配，则依靠人为经验进行发动机和主控制泵排量的控制，然后，将当前工况下的工作参数记录下来，作为一个新工作模式，加入到预存工作模式中，这样，在进行新一轮单位时间段的工作时，之前预存的工作模式以及新工作模式的集合整体作为其候选待匹配工作模式。不断重复上述过程。

从上述分析可以看出，本实施例使诸如挖掘机的工程机械不必受限于其出厂时的工作模式的设定，随着实际操作经历的增加，可供匹配的工作模式也在增加，因此，对诸如挖掘机的工程机械的发动机的转速控制、主控制泵排量控制页将越来越贴合其实际工况，即，可以根据实际负载自动调整工作模式，实现自动调整发动机转速和主泵排量输出，进而，减少人工调整模式带来的不便，降低不必要能量损失。并且，随着工作模式的扩充，控制效率会越来越高。此外，本发明的实施例无需增加成本并且可靠性强。

优选地，参照图3，上述自适应控制装置中，判断模22还连接参数规律判断模块24，其用于判断主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间是否为无规律数据，若是，则舍弃该数据；若不是，则继续进行当前工况是否与预存工作模式相匹配的判断。设置该模块的好处是，提前剔除明显不符合规律的数据，该数据对于后续的工作没有参考的价值。尽早舍弃也会释放资源。

优选地，参照图4，上述自适应控制装置中，判断模块22和新工作模式生成模块23B还连接有新工作模式删除模块25，其用于在设定时间（例如，2000小时）内，若新的工作模式生成后一直没有被调用，则删除该新工作模式。也就是说，生成的新工作模式没有重复的机会，对于后续的工作没有参考的价值，删除也会释放资源。

优选地，参照图5，上述自适应控制装置中，新工作模式生成模块23B还连接有发送模块26，其用于在新工作模式生成后，将新工作模式发送至远程服务器进行参数分析，例如，通过GPRS网络发送。其作用是，用于以后设计和保存记录每台机器工况，方便公司对市场预测和售后故障分析处理。

参照图6，图6示出了液压挖掘机包括发动机在内的控制系统一个的结构示意图。

该控制系统包括主控制阀、主控制器、转速传感器、多个压力传感器、发动机，油门旋钮、油门执行机构、多个比例阀等。其中，主控制器内设置有上述的自适应控制装置。由于自适应控制装置已经做了较为详细的说明，本发明在此不进行详细说明。相关之处互相参照即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种自适应控制方法，用于工程机械不同工作模式转换控制，其特征在于，包括如下步骤：

参数采集步骤，采集主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间；

判断步骤，根据所述主控制泵压力变化区间和所述先导压力变化区间，判断当前工况是否与预存工作模式相匹配；根据判断结果，执行如下的预存模式调用步骤或新工作模式生成步骤，其中：

所述预存模式调用步骤为，若当前工况与其中一个预存工作模式相匹配，则调用匹配的预存工作模式；

所述新工作模式生成步骤为，若当前工况与任何一个预存工作模式都不匹配，则调整发动机和主控制泵工作参数，并将该工况下发动机的转速变化区间、代表主控制泵排量的电流变化区间以及档位信息作为一个记忆单元进行存储，该记忆单元为工程机械的一个新增工作模式；所述预存工作模式和所述新增工作模式的集合将作为供工程机械可调用的已有预存工作模式。

2.根据权利要求1所述的自适应控制方法，其特征在于，

所述参数采集步骤，以及，所述新工作模式生成步骤中对于发动机和主控制泵工作参数的调整都是通过所述工程机械的主控制器完成。

3.根据权利要求1所述的自适应控制方法，其特征在于，

所述判断步骤在进行当前工况是否与预存工作模式相匹配的判断前，还包括：

判断所述主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间是否为无规律数据，若是，则舍弃该数据；若不是，则继续进行当前工况是否与预存工作模式相匹配的判断。

4.根据权利要求1所述的自适应控制方法，其特征在于，

若新的工作模式生成后，在设定时间内没有被调用，则删除该新工作模式。

5.根据权利要求1所述的自适应控制方法，其特征在于，

在所述新工作模式生成后，还包括将该新工作模式发送至远程服务器进行参数分析的步骤。

6.一种自适应控制装置，用于工程机械不同工作模式转换控制，其特征在于，包括：

参数采集模块，用于在第一单位时间段内，采集主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间；

判断模块，用于根据所述主控制泵压力变化区间和所述先导压力变化区间，判断当前工况是否与预存工作模式相匹配；

预存模式调用模块，用于在当前工况与其中一个预存工作模式相匹配时，调用匹配的预存工作模式；

新工作模式生成模块，用于在若当前工况与任何一个预存工作模式都不匹配时，调整发动机和主控制泵工作参数，并将该工况下发动机的转速变化区间、代表主控制泵排量的电流变化区间以及档位信息作为一个记忆单元进行存储，该记忆单元为工程机械的一个新增工作模式；所述预存工作模式和所述新增工作模式的集合将作为供工程机械可调用的已有预存工作模式。

7.根据权利要求6所述的自适应控制装置，其特征在于，

所述参数采集模块，以及，所述新工作模式生成模块设置于所述工程机械的主控制器内。

8.根据权利要求6所述的自适应控制装置，其特征在于，

所述判断模块还连接：

参数规律判断模块，用于判断所述主控制泵压力变化区间、先导压力变化区间、发动机的转速变化区间、以及，代表主控制泵排量的电流变化区间是否为无规律数据，若是，则舍弃该数据；若不是，则继续进行当前工况是否与预存工作模式相匹配的判断。

9.根据权利要求6所述的自适应控制装置，其特征在于，所述判断模块和所述新工作模式生成模块还连接有：

新工作模式删除模块，用于在设定时间内，若所述新的工作模式生成后一直没有被调用，则删除该新工作模式。

10.根据权利要求6所述的自适应控制装置，其特征在于，所述新工作模式生成模块还连接有：

发送模块，用于在所述新工作模式生成后，将所述新工作模式发送至远程服务器进行参数分析。

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