CN103629293B - 臂架残余振动的抑制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种臂架残余振动的抑制方法及装置，应用于工程机械，所述工程机械包括：臂架和用于控制所述臂架的运动的执行机构，所述方法包括：获取反映所述臂架的振动幅度的指示信息；根据所述指示信息的变化趋势确定所述臂架的振动情况，其中，所述振动情况包括所述臂架的振动方向；在确定所述臂架停止运动后，且所述臂架开始残余振动的情况下，根据所述振动情况控制所述执行机构在所述臂架的当前振动方向上，向所述臂架施加用于减小所述臂架的振动幅度的干预力。应用本发明的技术方案，可以解决相关技术中臂架在稳定过程中存在的耗时长，残余振动幅度大等技术问题，从而能够使臂架在变幅运动停止时快速的进行稳定状态，提供工作效率。

Description

臂架残余振动的抑制方法及装置

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种臂架残余振动的抑制方法及装置。

背景技术

在一些工程机械中，有时会用到臂架结构，例如混凝土泵车和消防云梯车，以下以消防云梯车为例进行说明。消防云梯车是火灾抢险中的主力救援工具，但由于其臂架属于悬臂梁，其固有的柔性导致臂架由运动到停止时会产生很大的残余振动，而进行救援任务时，需等到末端的振动足够时间后才可以安全进行。这显然会延误消防云梯车进行救援的时间。

如图1所示，当消防云梯臂架需要从a点变幅运动到b点时，相关技术中提供了两种消除残余振动的方法：方法1，手柄接受到信号由中位至正向最大，臂架以最快速度运行，当到达b点时，在t1时刻手柄接受信号由正向最大回中位。这显然会使臂架在垂直面内产生很大的残余振动，需很长时间才能稳定下来；方法2：手柄接受到信号由中位至正向最大，当快达到b点时，在t2时刻手柄接受信号缓慢的由正向最大回到中位，在t3时刻到达b点，这种方法是提前减速，能使臂架停止时产生的残余振动变小，但显然会使t3大于t1。方法1能使臂架以最快速度由a点到达b点，但需要很长时间使臂架稳定下来。方法2提前减速，使臂架从a点到b点的时间变长。这两种方法耗时长，残余振动大，不利于救援任务。

针对相关技术中的上述问题，目前尚无有效地解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种臂架残余振动的抑制方法及装置，能够使得臂架在停止运动（变幅运动停止）后快速地减小或消除残余振动，从而快速到达稳定状态。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种臂架残余振动的抑制方法，应用于工程机械，所述工程机械包括：臂架和用于控制所述臂架的运动的执行机构，所述方法包括：获取反映所述臂架的振动幅度的指示信息；根据所述指示信息的变化趋势确定所述臂架的振动情况，其中，所述振动情况包括所述臂架的振动方向；在确定所述臂架停止运动后，且所述臂架开始残余振动的情况下，根据所述振动情况控制所述执行机构在所述臂架的当前振动方向上，向所述臂架施加用于减小所述臂架的振动幅度的干预力。

优选地，所述干预力的大小根据所述指示信息确定。

优选地，获取反映所述臂架的振动幅度的指示信息，包括：在所述执行机构为液压缸时，获取所述液压缸的压力值，将所述压力值作为所述指示信息。

优选地，通过以下方式确定所述臂架开始残余振动：判断所述振动幅度是否大于第一阈值；在所述振动幅度大于所述第一阈值的情况下，确定所述臂架开始残余振动。

优选地，通过以下方式确定所述臂架停止运动：监测所述臂架的角速度；在所述角速度小于第二阈值的情况下，判定所述臂架停止运动。

优选地，所述振动情况还包括所述臂架的振动周期；根据所述振动情况控制所述执行机构在所述臂架的当前振动方向上，向所述臂架施加用于减小所述臂架的振动幅度的干预力包括：根据所述振动方向、所述臂架开始残余振动的起始时刻以及所述振动周期，计算在所述臂架的残余振动过程中的平衡点时刻，并在该平衡点时刻控制所述执行机构向所述臂架施加所述干预力。

优选地，所述平衡点时刻为距离所述起始时刻最近的平衡点时刻。

根据本发明的另一个方面，提供了一种臂架残余振动的抑制装置，应用于工程机械，所述工程机械包括：臂架和用于控制所述臂架的运动的执行机构，所述装置包括：获取模块，用于获取反映所述臂架的振动幅度的指示信息；第一确定模块，用于根据所述指示信息的变化趋势确定所述臂架的振动情况，其中，所述振动情况包括所述臂架的振动方向；判断模块，用于判断所述臂架的是否停止运动以及判断所述臂架是否开始残余振动；控制模块，用于在所述判断模块输出结果为是的情况下，根据所述振动情况控制所述执行机构在所述臂架的当前振动方向上，向所述臂架施加用于减小所述臂架的振动幅度的干预力。

优选地，所述获取模块，还用于在所述执行机构为液压缸时，获取所述液压缸的压力值，将所述压力值作为所述指示信息。

优选地，所述控制模块包括：计算单元，用于在所述振动情况包括所述臂架的振动周期的情况下，根据所述振动方向、所述臂架开始残余振动的起始时刻以及所述振动周期，计算在所述臂架的残余振动过程中的平衡点时刻；控制单元，用于在所述平衡点时刻控制所述执行机构向所述臂架施加所述干预力。

应用本发明的技术方案，由于可以在确定臂架停止运动以及臂架开始残余振动时，根据臂架的振动情况控制执行机构向臂架施加用于减小臂架的振动幅度的干预力，因此，可以解决相关技术中臂架在稳定过程中存在的耗时长，残余振动幅度大等技术问题，从而能够使臂架在变幅运动停止时快速的进行稳定状态，提供工作效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书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为根据相关技术的消除臂架残余运动的原理示意图；

图2为根据本发明实施例的臂架残余振动的抑制方法的流程图；

图3为根据相关技术的臂架变幅运动的驱动原理框图；

图4为根据本发明优选实施例的变幅液压驱动原理示意图；

图5为根据本发明优选实施例的臂架残余振动的抑制原理示意图；

图6为根据本发明优选实施例的采用臂架残余振动的抑制方法与相关技术中的残余振动抑制方法的效果对比图；

图7为根据本发明优选实施例的控制器输出信号示意图；

图8为根据本发明优选实施例的液压缸的压力值变化示意图；

图9为根据本发明优选实施例的臂架残余振动的抑制方法的流程图；

图10为根据本发明实施例的臂架残余振动的抑制装置的结构框图；

图11为根据本发明优选实施例的臂架残余振动的抑制装置的另一结构框图。

具体实施方式

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

本实施例示出了一种臂架残余振动的抑制方法，该方法应用于工程机械，该工程机械包括：臂架和用于控制臂架的运动的执行机构，其中，上述工程机械可以为消防云梯车、混凝土泵车等，但不限于此，该执行机构可以为液压缸或者回转马达（或称为液压马达）。图2为根据本发明实施例的臂架残余振动的抑制方法的流程图。如图2所示，该方法包括步骤S202-S206，具体如下：

步骤S202，获取反映臂架的振动幅度的指示信息；

正如上面所述，上述执行机构可以包括：液压缸或回转马达；在执行结构为液压缸时，由于臂架的振动情况会反映到液压缸的压力值上，即压力值的波动情况能够完全反映臂架的振动情况，因此可以获取上述液压缸的压力值，将上述压力值作为上述指示信息；当然也可以采用其它方式反映上述振动幅度，例如在臂架末端安装加速度传感器，通过加速度传感器测得的加速度来反映上述振动幅度。当执行机构为液压马达时，其振动的抑制方法和液压缸相同，此处不再赘述。

步骤S204，根据上述指示信息变化趋势确定臂架的振动情况，其中，该振动情况包括臂架的振动方向；例如在执行机构为液压缸时，可以根据液压缸压力值的变化趋势确定振动方向；

步骤S206，在确定臂架停止运动后，且臂架开始残余振动的情况下，根据振动情况控制执行机构在臂架的当前振动方向上，向臂架施加用于减小臂架的振动幅度的干预力。

在本实施例中，步骤S204中的振动情况还可以包括臂架的振动周期；此时，步骤S206可以表现为以下实现形式：

根据上述振动方向、臂架开始残余振动的起始时刻以及上述振动周期，计算在臂架的残余振动过程中的平衡点时刻，并在该平衡点时刻控制执行机构向臂架施加上述干预力。其中，上述平衡点时刻可以理解为上述指示信息变化趋势中取中位值的时刻：例如上述指示信息在变化过程中取最大值和最小值之间的中位值时刻，以液压缸为例，可以在其压力值取中位值时，将此时的时间点作为上述平衡点时刻。当然，为了使残余振动尽快得到一致，上述平衡点时刻可以为距离上述起始时刻最近的平衡点时刻。

在本实施例中，判断臂架开始残余振动的方法有多种，例如，可以直接检测臂架在到达目标点（或者停止运动）后的角速度，如果角速度不为0，判断其开始残余振动。在实际应用中，可以允许其有一定的冗余，例如：可以判断上述振动幅度是否大于第一阈值，在上述振动幅度大于第一阈值的情况下，确定臂架开始残余振动。

对于确定臂架停止运动的步骤，可以通过以下方式实现：监测上述臂架的角速度，在该角速度小于第二阈值的情况下，判定上述臂架停止运动，例如在角速度为0时判断为停止运动。该第二阈值的取值可以根据实际需要设定。

在本实施例中，可以根据上述指示信息确定干预力的大小，例如可以根据实验确定上述指示信息与干预力大小的对应关系，从而根据该对应关系确定干预力大小，当然并不限于此。

以下以消防云梯车为例详细说明残余振动的抑制过程。在说明残余振动的抑制过程之前，先说明一下相关技术中消防云梯车的臂架控制原理。如图3所示，手柄30发出信号给控制器32，控制器32接受到手柄30发送的信号后，经信号转换，把电信号转发给电液比例阀34，然后使液压缸36输出运动，作用于臂架系统38，使臂架进行变幅运动。

本发明实施例对消防云梯车的臂架控制过程进行了改进，如图4所示，需要实时采集臂架的变幅角度（角速度）和液压缸36的压力反馈给控制器32。

如图5所示，当臂架需从a点变幅运动到b点时，手柄接受信号，从中位至正向最大，臂架以最快速度运行，到达b点时，即在t4时刻时（此t4时刻无需确定，是臂架到达目的b点的时刻），手柄接受信号从正向最大回到中位，在臂架的残余振动阶段，在t5时刻时，控制器通过反馈回来的变幅角度和压力信号进行计算，输出一电信号，该电信号由控制器输出，直接作用于电液比例阀，控制电液比例阀阀口的开度，进而控制液压缸的输出。然后在t6时刻，控制器通过反馈回来的压力信号进行计算，使电信号回复到中位，即使比例阀阀口关闭（例如，电信号是0-1000，500是中位，即阀关闭，0是阀反向开度最大，1000是阀正向开度最大）。达到的效果如图6中实线曲线所示，它能保证在t4约等于t1的前提下，臂架到达b点后，臂架末端A点残余振动很快被大幅度衰减，同时只会偏离b点一个非常小的距离（实际工程应用中，完全可以忽略），从而缩短臂架的稳定时间，提高消防云梯车的救援效率。

为了更好地理解上述实施例，以下结合优选实施例和相关附图详细说明。以下实施例以图3和图4中所示消防云梯车为例进行说明，但并不限于此。

本实施例提供的臂架残余振动的抑制方法如下：在臂架的残余振动过程中，在t5-t6之间控制器输出一个尖峰信号，如图7所示，经过液压系统，从而让液压缸对臂架施加一个干预力，以此来大幅度衰减臂架的残余振动。在残余振动过程中，控制器中的算法首先需判断臂架是否停止运动，这通过反馈回来的变幅角度来判断，当反馈回来的变幅角度在某一段时间内的变化率（即角速度）小于某一特定值时，便可认为臂架停止运动（实际上就是计算变幅运动的角速度，当角速度小于某一值时，并可认为停止运动）。这是为了保证臂架在变幅运动过程中，抑振算法不会起作用。臂架停止运动后产生的残余振动会反映到液压缸的压力值上，也就是压力值的波动能够完全反映臂架的振动形态。

如图8所示为液压缸的压力信号的波动情况，在确认臂架停止运动后，还需确认臂架是否振动，即需判断E点与A点的差值是否大于某一值（相邻波峰和波谷的差值），当大于等于该值时，认为臂架开始振动，只有满足臂架停止运动和臂架开始振动这两个条件后，控制器才开始抑制振动，首先控制器在t5时刻输出一电信号，根据压力值波动的大小（反映了臂架振动的大小）确定电信号的大小，然后在t6时刻使电信号回到中位值，完成了一次抑振操作，最后判断臂架是否稳定了，如果压力信号相邻波峰和波谷的差值小于或等于某一值时，则认为臂架稳定，停止抑振操作，否则按上述步骤重复进行。

控制器中算法具体的实现流程如图9所示。根据反馈过来的压力值，确定t5时刻是图8中的B点，t6时刻是图中的C点，图8中的虚线为压力值波动的中位线。图9所示的流程如下：

步骤S902，计算传感器反馈过来的数据，包括角速度传感器采集的臂架的角速度，以及液压缸的压力信号等；

步骤S904，判断臂架是否停止运动，如果是，转步骤S906，否则，转步骤S902；

步骤S906，判断臂架是否开始振动，如果是，转步骤S908，否则，转步骤S902；

步骤S908，根据压力信号在t5时刻输出一电信号；

步骤S910，根据振动的强弱决定输出电信号的大小，进而决定输出干预力的大小；

步骤S912，根据压力信号在t6时刻使电信号回中位；

步骤S914，判断臂架是否稳定，如果是，转步骤S916，否则转步骤S902；

步骤S916，结束。

需要指出的是，臂架在变幅运动过程中也会产生振动，控制器在变幅运动过程中通过反馈回来的液压缸压力信号可实时计算出臂架的振动周期，为在后面抑振阶段预测t5，t6提供依据。当控制器通过变幅角度信号判断臂架停止后，通过相邻的波峰和波谷差值，便可判断臂架是否振动，若臂架开始振动，则根据臂架的振动周期（臂架变幅角度对臂架的自振周期影响很小，完全可忽略）和波谷点预测t5时间点和t6时间点（只要预测误差在可控范围内，对效果影响不大）。

根据图8中确定的t5，t6时刻，控制器使液压缸输出的为一向上的干预力。当然，如果根据波峰点预测的t5时刻为图8中的D点，t6时刻为图8中的A点，则控制器使液压缸输出的为一向下的干预力，可以得到同样地效果。

可以看出t5、t6仅为一个振动周期的四分之一时间，也就是说仅仅需要四分之一个振动周期的时间，便可使臂架的振动大幅度衰减，且一般仅需一次抑振操作，便可使臂架达到稳定。一般而言，按照相关技术中方法1的操作臂架，在到达b点后，需要5个以上周期时间，才能使臂架的稳定状态达到救援要求。

需要指出的是，本实施例公开了针对臂架变幅运动停止时的快速稳定的技术方案，对于操作臂架的回转运动时，采取同样地策略也可以实现，只是需将执行机构变化回转马达即可。

在本实施例中还提供了一种臂架残余振动的抑制装置，该装置应用于工程机械，该工程机械包括：臂架和用于控制上述臂架的运动的执行机构；上述装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述，下面对该装置中涉及到模块进行说明。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图10为根据本发明实施例的臂架残余振动的抑制装置的结构框图。如图10所示，该装置包括：

获取模块100，用于获取反映臂架的振动幅度的指示信息；

第一确定模块102，连接至获取模块100，用于根据上述指示信息的变化趋势确定臂架的振动情况，其中，该振动情况包括臂架的振动方向；

判断模块104，用于判断臂架的是否停止运动以及判断臂架是否开始残余振动；

控制模块106，连接至第一确定模块102和判断模块104，用于在判断模块104输出结果为是的情况下，根据上述振动情况控制执行机构在臂架的当前振动方向上，向臂架施加用于减小臂架的振动幅度的干预力。

获取模块100，还用于在执行机构为液压缸时，获取液压缸的压力值，将该压力值作为上述指示信息。

在本实施例中，如图11所示，控制模块106可以包括但不限于以下处理单元：计算单元1060，用于在上述振动情况包括臂架的振动周期的情况下，根据上述振动方向、臂架开始残余振动的起始时刻以及上述振动周期，计算在臂架的残余振动过程中的平衡点时刻；控制单元1062，连接至计算单元1060，用于在上述平衡点时刻控制执行机构向臂架施加上述干预力。

需要说明的是，上述各个模块所完成的功能并不限于此，其可以包括上述方法实施例中的相应功能，此处不再赘述。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

综上所述，本发明实施例实现了以下有益效果：方法简单可靠，且能快速地使臂架稳定；通过分析确定了时间点的选择，且时间点的选取具有很大的柔性，即在一定的减振区间内取值均可，而不是一定要固定在某一点，对误差的容忍度较大。

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)

1.一种臂架残余振动的抑制方法，应用于工程机械，所述工程机械包括：臂架和用于控制所述臂架的运动的执行机构，其特征在于，所述方法包括：

获取反映所述臂架的振动幅度的指示信息；

根据所述指示信息的变化趋势确定所述臂架的振动情况，其中，所述振动情况包括所述臂架的振动方向；

在确定所述臂架停止运动后，且所述臂架开始残余振动的情况下，根据所述振动情况控制所述执行机构在所述臂架的当前振动方向上，向所述臂架施加用于减小所述臂架的振动幅度的干预力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干预力的大小根据所述指示信息确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取反映所述臂架的振动幅度的指示信息，包括：

在所述执行机构为液压缸时，获取所述液压缸的压力值，将所述压力值作为所述指示信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定所述臂架开始残余振动：

判断所述振动幅度是否大于第一阈值；

在所述振动幅度大于所述第一阈值的情况下，确定所述臂架开始残余振动。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定所述臂架停止运动：

监测所述臂架的角速度；

在所述角速度小于第二阈值的情况下，判定所述臂架停止运动。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述振动情况还包括所述臂架的振动周期；根据所述振动情况控制所述执行机构在所述臂架的当前振动方向上，向所述臂架施加用于减小所述臂架的振动幅度的干预力包括：

根据所述振动方向、所述臂架开始残余振动的起始时刻以及所述振动周期，计算在所述臂架的残余振动过程中的平衡点时刻，并在该平衡点时刻控制所述执行机构向所述臂架施加所述干预力。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述平衡点时刻为距离所述起始时刻最近的平衡点时刻。

8.一种臂架残余振动的抑制装置，应用于工程机械，所述工程机械包括：臂架和用于控制所述臂架的运动的执行机构，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取反映所述臂架的振动幅度的指示信息；

第一确定模块，用于根据所述指示信息的变化趋势确定所述臂架的振动情况，其中，所述振动情况包括所述臂架的振动方向；

判断模块，用于判断所述臂架的是否停止运动以及判断所述臂架是否开始残余振动；

控制模块，用于在所述判断模块输出结果为是的情况下，根据所述振动情况控制所述执行机构在所述臂架的当前振动方向上，向所述臂架施加用于减小所述臂架的振动幅度的干预力。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述获取模块，还用于在所述执行机构为液压缸时，获取所述液压缸的压力值，将所述压力值作为所述指示信息。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括：

计算单元，用于在所述振动情况包括所述臂架的振动周期的情况下，根据所述振动方向、所述臂架开始残余振动的起始时刻以及所述振动周期，计算在所述臂架的残余振动过程中的平衡点时刻；

控制单元，用于在所述平衡点时刻控制所述执行机构向所述臂架施加所述干预力。