CN103940398A - 回转角度测量方法、装置、系统及工程机械 - Google Patents

回转角度测量方法、装置、系统及工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工程机械测控技术领域,公开了一种回转角度测量方法、装置、系统及一种工程机械,以提高回转角度测量的精确性。回转角度测量系统,包括:用于检测液压泵转速的转速传感器;至少一个接近开关,每一个接近开关在感应到回转机构感应齿轮的齿时发出感应脉冲;控制器,与液压泵、转速传感器和每一个接近开关信号连接,用于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值;根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量;根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。

Description

回转角度测量方法、装置、系统及工程机械
技术领域
本发明涉及工程机械测控技术领域,特别是涉及一种回转角度测量方法、装置、系统及一种工程机械。
背景技术
回转机构广泛存在于各类工程机械中(例如塔机、泵车等),回转角度的测量对于工程机械动作的控制及安全性至关重要,因此,工程机械需要装备可靠性和准确度较高的回转角度测量设备。
当今,市面上有很多类回转编码器,其测量精度较高,但耐冲击能力较差,不能适用于工程机械恶劣的工作环境中。现有技术中还存在另一种回转角度测量设备,如图1所示,包括控制器(图中未示出)以及两个接近开关1,每个接近开关1可在感应到回转机构感应齿轮2旋转靠近的齿时发出感应脉冲给控制器,控制器根据两个接近开关感应脉冲(如图2所示)的相位差来区分回转机构的顺时针回转和逆时针回转,根据感应脉冲计数换算得到回转机构的回转角度。由于接近开关1无需与感应齿轮2直接机械接触,因此,耐冲击能力较高,能够很好的适应工程机械的作业环境。设回转机构回转一圈时,两个接近开关产生的感应脉冲个数为Npulse,则检测精度为360°/Npulse
上述回转角度测量设备存在的缺陷在于,受感应齿轮齿数的限制,回转机构回转一圈时两个接近开关产生的感应脉冲数目有限,检测精度较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种回转角度测量方法、装置、系统及一种工程机械,以提高回转角度测量的精确性。
本发明实施例所提供的回转角度测量系统,包括:
用于检测液压泵转速的转速传感器;
至少一个接近开关,每一个接近开关在感应到回转机构感应齿轮的齿时发出感应脉冲;
控制器,与液压泵、转速传感器和每一个接近开关信号连接,用于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值;根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量;根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。
在本发明技术方案中,控制器根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量,根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。该精测值相比于现有技术的粗测值,检测精度大大提高,有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。
可选的,所述接近开关至少为两个,所述控制器用于根据所述至少两个接近开关的脉冲相位差确定回转机构的回转方向;或者,
所述回转角度测量系统还包括分别设置于回转马达的进油口和出油口的第一压力传感器和第二压力传感器;所述控制器,分别与第一压力传感器和第二压力传感器信号连接,用于根据回转马达的进油口和出油口的压差确定回转机构的回转方向。
具体的,所述控制器,用于当回转机构正向回转时,将前一感应脉冲计数增加一个计数单位得到当前感应脉冲计数;当回转机构逆向回转时,将前一感应脉冲计数减去一个计数单位得到当前感应脉冲计数;当回转机构正向回转时,将所述回转角度的粗测值加上回转角度的变化量,得到回转角度的精测值;当回转机构逆向回转时,将所述回转角度的粗测值减去回转角度的变化量,得到回转角度的精测值。
本发明实施例还提供了一种工程机械,包括前述任一技术方案所述的回转角度测量系统,可对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。
本发明实施例还提供了一种应用前述技术方案所述回转角度测量系统的回转角度测量方法,包括:
根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值;
根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量;
根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。
同理,通过该回转角度测量方法得到的精测值相比于现有技术的粗测值,检测精度大大提高,有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。
基于相同的发明构思,本发明实施例还提供了一种应用前述技术方案所述回转角度测量系统的回转角度测量装置,包括:
第一控制设备,用于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值;
第二控制设备,用于根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量;
第三控制设备,用于根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。
通过该回转角度测量装置得到的精测值相比于现有技术的粗测值,检测精度大大提高,有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。
附图说明
图1为现有的一种回转角度测量设备结构示意图;
图2为两个接近开关产生的感应脉冲示意图;
图3为本发明一实施例的回转角度测量系统结构示意图;
图4为本发明另一实施例的回转角度测量系统结构示意图;
图5为本发明一实施例的回转角度测量方法流程示意图;
图6为本发明一实施例的回转角度测量装置结构示意图。
具体实施方式
为了提高回转角度测量的精确性,本发明实施例提供了一种回转角度测量方法、装置、系统及一种工程机械。在本发明技术方案中,控制器根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量,根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。该精测值相比于现有技术的粗测值,检测精度大大提高,有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。下面以具体实施例并结合附图详细说明本发明。
如图3所示,本发明第一实施例所提供的回转角度测量系统,包括:
用于检测液压泵4转速的转速传感器3;
至少一个接近开关1,每一个接近开关1在感应到回转机构感应齿轮的齿时发出感应脉冲;
控制器5,与液压泵4、转速传感器3和每一个接近开关1信号连接,用于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值;根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量;根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。
转速传感器3的具体类型不限,例如可以为磁敏转速传感器、激光转速传感器等等。接近开关1的具体数量不限,例如可以为一个、两个、三个等等,接近开关1的数量越多,控制器5所接收的感应脉冲数量越多,回转角度测量的精确度越高。
如图3所示,当接近开关至少为两个(该实施例包含两个接近开关,分别为接近开关1a和接近开关1b)时,控制器5可根据至少两个接近开关的脉冲相位差确定回转机构的回转方向。例如,假定感应齿轮逆时针旋转时回转机构应顺时针回转,则当接近开关1a的脉冲发出时间先于接近开关1b的脉冲发出时间时,可确定回转机构顺时针回转,当接近开关1a的脉冲发出时间晚于接近开关1b的脉冲发出时间时,可确定回转机构逆时针回转。当然,回转机构回转方向的确定与两个接近开关的相对位置以及回转机构齿轮传动的具体结构有关,并不局限于上述确定方法。
此外,如图4所示,回转角度测量系统也可包括分别设置于回转马达的进油口和出油口的第一压力传感器6和第二压力传感器7;控制器5分别与第一压力传感器6和第二压力传感器7信号连接,可根据回转马达的进油口和出油口的压差确定回转机构的回转方向。例如,假定回转机构顺时针回转时,回转马达的进油口压力应大于出油口压力,则当回转马达的进油口和出油口的压差为正时,可确定回转机构顺时针回转,当回转马达的进油口和出油口的压差为负时,可确定回转机构逆时针回转。
具体的,控制器5用于当回转机构正向回转时,将前一感应脉冲计数增加一个计数单位得到当前感应脉冲计数;当回转机构逆向回转时,将前一感应脉冲计数减去一个计数单位得到当前感应脉冲计数;当回转机构正向回转时,将回转角度的粗测值加上回转角度的变化量,得到回转角度的精测值;当回转机构逆向回转时,将回转角度的粗测值减去回转角度的变化量,得到回转角度的精测值。
回转机构的正向回转和逆向回转可以根据经验或者实际情况具体定义。例如,可将回转机构的顺时针回转定义为正向回转,则回转机构的逆时针回转为逆向回转;也可将回转机构的逆时针回转定义为正向回转,则回转机构的顺时针回转为逆向回转。当回转机构正向回转时,感应脉冲计数依次增加,当回转机构逆向回转时,感应脉冲计数依次减小。
采样时间应位于当前感应脉冲产生之后,下一个感应脉冲产生之前。相邻两个感应脉冲之间采样时间点的具体数量不限,考虑到控制器5的运行处理能力,可将控制器5的程序运行周期设为采样时间间隔。
在本发明技术方案中,控制器根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量,根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。该精测值相比于现有技术的粗测值,检测精度大大提高,有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。
本发明实施例还提供了一种工程机械,包括前述任一技术方案的回转角度测量系统,可对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。工程机械的具体类型不限,例如,可以为塔机、起重机、泵车等等。
如图5所示,基于同一发明构想,本发明实施例还提供了一种应用前述技术方案回转角度测量系统的回转角度测量方法,包括以下步骤:
步骤101、根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值;
步骤102、根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量;
步骤103、根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。
其中,步骤101和步骤102的顺序也可互换。当接近开关至少为两个时,回转机构的回转方向可根据至少两个接近开关的脉冲相位差确定;另外,可在回转马达的进油口和出油口分别设置第一压力传感器和第二压力传感器;回转机构的回转方向根据回转马达的进油口和出油口的压差确定。
步骤101中,根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,具体包括:当回转机构正向回转时,将前一感应脉冲计数增加一个计数单位得到当前感应脉冲计数;当回转机构逆向回转时,将前一感应脉冲计数减去一个计数单位得到当前感应脉冲计数。根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值,可具体通过以下函数关系式:
式(1)
其中,θCoarse为回转角度的粗测值,NPulse为回转机构回转一圈时的感应脉冲数,n为当前感应脉冲计数。
液压泵运转带动回转马达回转,回转马达经过减速机减速后驱动传动齿轮系带动感应齿轮旋转,接近开关用于在感应到感应齿轮的齿时发出感应脉冲。可根据液压泵的控制电流计算液压泵的排量,具体计算式为:
q Pump = I Ctrl - I Min I Max - I Min × q PumpMax 式(2)
其中,qPump为液压泵的排量,qPumpMax为液压泵的最大排量,Ictrl为液压泵的控制电流,IMin为液压泵的死区控制电流,IMax为液压泵的最大控制电流。
可根据液压泵的排量和液压泵的转速计算液压泵的流量,具体计算式为:
QPump=qPump×nPump  式(3)
其中,QPump为液压泵的流量,nPump为液压泵的转速。
工程机械的回转马达通常为定量马达,可根据液压泵的流量计算回转马达的流量,具体计算式为:
QMotor=α×QPump  式(4)
其中,QMotor为回转马达的流量,α为回转马达的流量损失系数。
可根据回转马达的流量计算回转马达的运转转速,具体计算式为:
n Motor = Q Motor q FixedMotor 式(5)
其中,nMotor为回转马达的运转转速,qFixedMotor为回转马达的固定排量。
回转马达驱动减速机,减速机带动传动齿轮系,传动齿轮系带动感应齿轮旋转,设减速机的减速比为β1,感应齿轮的传动系数为β2,则感应齿轮的转速nGear的计算式为:
nGear=β1×β2×nMotor  式(6)
结合式(2)至式(6)可以得出感应齿轮的转速:
n Gear = β 1 × β 2 × α × q PumpMax q FixedMotor × n Pump × I Ctrl - I Min I Max - I Min 式(7)
由于β1、β2、α、qPumpMax、qFixedMotor、IMax、IMin均为常值,因此,感应齿轮的转速nGear只与液压泵的转速nPump和液压泵的控制电流Ictrl有关,步骤102中,可根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速。
步骤102中,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量,可具体通过以下函数关系式:
式(8)
其中,△θ为回转角度的变化量,NPulse为回转机构回转一圈时的感应脉冲数,NPulseGear为感应齿轮旋转一圈时的感应脉冲数,T为采样时间,T0为当前感应脉冲产生时间。
步骤103中,根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值,具体包括:
当回转机构正向回转时,将回转角度的粗测值加上回转角度的变化量,得到回转角度的精测值θFine,即θFine=θCoarse+Δθ;
当回转机构逆向回转时,将回转角度的粗测值减去回转角度的变化量,得到回转角度的精测值θFine,即θFine=θCoarse-Δθ。
通过该回转角度测量方法得到的精测值相比于现有技术的粗测值,检测精度大大提高,有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。
如图6所示,基于相同的发明构思,本发明实施例还提供了一种应用前述技术方案回转角度测量系统的回转角度测量装置,包括:
第一控制设备8,用于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值;
第二控制设备9,用于根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量;
第三控制设备10,用于根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。
通过该回转角度测量装置得到的精测值相比于现有技术的粗测值,检测精度大大提高,有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。
第二控制设备9,具体用于通过以下函数关系式得到感应齿轮的转速:
n Gear = β 1 × β 2 × α × q PumpMax q FixedMotor × n Pump × I Ctrl - I Min I Max - I Min ;
第二控制设备9,具体用于通过以下函数关系式得到回转角度的变化量:
其中,nGear为感应齿轮的转速,β1为减速机的减速比,β2为感应齿轮的传动系数,α为回转马达的流量损失系数,qPumpMax为液压泵的最大排量,qFixedMotor为回转马达的固定排量,nPump为液压泵的转速,Ictrl为液压泵的控制电流,IMax为液压泵的最大控制电流,IMin为液压泵的死区控制电流,△θ为回转角度的变化量,NPulse为回转机构回转一圈时的感应脉冲数,NPulseGear为感应齿轮旋转一圈时的感应脉冲数。
当接近开关至少为两个时,第一控制设备8,具体用于根据至少两个接近开关的脉冲相位差确定回转机构的回转方向;或者,
当回转角度测量系统还包括分别设置于回转马达的进油口和出油口的第一压力传感器和第二压力传感器时;第一控制设备8,具体用于根据回转马达的进油口和出油口的压差确定回转机构的回转方向。
第一控制设备8,具体用于当回转机构正向回转时,将前一感应脉冲计数增加一个计数单位得到当前感应脉冲计数;当回转机构逆向回转时,将前一感应脉冲计数减去一个计数单位得到当前感应脉冲计数;
第三控制设备10,具体用于当回转机构正向回转时,将回转角度的粗测值加上回转角度的变化量,得到回转角度的精测值;当回转机构逆向回转时,将回转角度的粗测值减去回转角度的变化量,得到回转角度的精测值。
通过该回转角度测量装置得到的精测值相比于现有技术的粗测值,检测精度大大提高,有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。
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 (12)

1.一种回转角度测量系统,其特征在于,包括:
用于检测液压泵转速的转速传感器;
至少一个接近开关,每一个接近开关在感应到回转机构感应齿轮的齿时发出感应脉冲;
控制器,与液压泵、转速传感器和每一个接近开关信号连接,用于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值;根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量;根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。
2.如权利要求1所述的回转角度测量系统,其特征在于,
所述接近开关至少为两个,所述控制器用于根据所述至少两个接近开关的脉冲相位差确定回转机构的回转方向;或者,
所述回转角度测量系统还包括分别设置于回转马达的进油口和出油口的第一压力传感器和第二压力传感器;所述控制器,分别与第一压力传感器和第二压力传感器信号连接,用于根据回转马达的进油口和出油口的压差确定回转机构的回转方向。
3.如权利要求1或2所述的回转角度测量系统,其特征在于,
所述控制器,具体用于当回转机构正向回转时,将前一感应脉冲计数增加一个计数单位得到当前感应脉冲计数;当回转机构逆向回转时,将前一感应脉冲计数减去一个计数单位得到当前感应脉冲计数;当回转机构正向回转时,将所述回转角度的粗测值加上回转角度的变化量,得到回转角度的精测值;当回转机构逆向回转时,将所述回转角度的粗测值减去回转角度的变化量,得到回转角度的精测值。
4.一种工程机械,其特征在于,包括如权利要求1~3任一项所述的回转角度测量系统。
5.一种应用权利要求1所述回转角度测量系统的回转角度测量方法,其特征在于,包括:
根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值;
根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量;
根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。
6.如权利要求5所述的回转角度测量方法,其特征在于,
所述根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,具体通过以下函数关系式:
n Gear = β 1 × β 2 × α × q PumpMax q FixedMotor × n Pump × I Ctrl - I Min I Max - I Min ;
所述根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量,具体通过以下函数关系式:
其中,nGear为感应齿轮的转速,β1为减速机的减速比,β2为感应齿轮的传动系数,α为回转马达的流量损失系数,qPumpMax为液压泵的最大排量,qFixedMotor为回转马达的固定排量,nPump为液压泵的转速,Ictrl为液压泵的控制电流,IMax为液压泵的最大控制电流,IMin为液压泵的死区控制电流,△θ为回转角度的变化量,NPulse为回转机构回转一圈时的感应脉冲数,NPulseGear为感应齿轮旋转一圈时的感应脉冲数,T为采样时间,T0为当前感应脉冲产生时间。
7.如权利要求5所述的回转角度测量方法,其特征在于,
所述接近开关至少为两个,所述回转机构的回转方向根据所述至少两个接近开关的脉冲相位差确定;或者,
所述回转角度测量系统还包括分别设置于回转马达的进油口和出油口的第一压力传感器和第二压力传感器;所述回转机构的回转方向根据回转马达的进油口和出油口的压差确定。
8.如权利要求5~7任一项所述的回转角度测量方法,其特征在于,
所述根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,具体包括:当回转机构正向回转时,将前一感应脉冲计数增加一个计数单位得到当前感应脉冲计数;当回转机构逆向回转时,将前一感应脉冲计数减去一个计数单位得到当前感应脉冲计数;
所述根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值,具体包括:当回转机构正向回转时,将所述回转角度的粗测值加上回转角度的变化量,得到回转角度的精测值;当回转机构逆向回转时,将所述回转角度的粗测值减去回转角度的变化量,得到回转角度的精测值。
9.一种应用权利要求1所述回转角度测量系统的回转角度测量装置,其特征在于,包括:
第一控制设备,用于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数,根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值;
第二控制设备,用于根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速,根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量;
第三控制设备,用于根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。
10.如权利要求9所述的回转角度测量装置,其特征在于,
所述第二控制设备,具体用于通过以下函数关系式得到感应齿轮的转速:
n Gear = β 1 × β 2 × α × q PumpMax q FixedMotor × n Pump × I Ctrl - I Min I Max - I Min ;
所述第二控制设备,具体用于通过以下函数关系式得到回转角度的变化量:
其中,nGear为感应齿轮的转速,β1为减速机的减速比,β2为感应齿轮的传动系数,α为回转马达的流量损失系数,qPumpMax为液压泵的最大排量,qFixedMotor为回转马达的固定排量,nPump为液压泵的转速,Ictrl为液压泵的控制电流,IMax为液压泵的最大控制电流,IMin为液压泵的死区控制电流,△θ为回转角度的变化量,NPulse为回转机构回转一圈时的感应脉冲数,NPulseGear为感应齿轮旋转一圈时的感应脉冲数,T为采样时间,T0为当前感应脉冲产生时间。
11.如权利要求9所述的回转角度测量装置,其特征在于,
所述接近开关至少为两个,所述第一控制设备,具体用于根据所述至少两个接近开关的脉冲相位差确定所述回转机构的回转方向;或者,
所述回转角度测量系统还包括分别设置于回转马达的进油口和出油口的第一压力传感器和第二压力传感器;所述第一控制设备,具体用于根据回转马达的进油口和出油口的压差确定所述回转机构的回转方向。
12.如权利要求9~11任一项所述的回转角度测量装置,其特征在于,
所述第一控制设备,具体用于当回转机构正向回转时,将前一感应脉冲计数增加一个计数单位得到当前感应脉冲计数;当回转机构逆向回转时,将前一感应脉冲计数减去一个计数单位得到当前感应脉冲计数;
所述第三控制设备,具体用于当回转机构正向回转时,将所述回转角度的粗测值加上回转角度的变化量,得到回转角度的精测值;当回转机构逆向回转时,将所述回转角度的粗测值减去回转角度的变化量,得到回转角度的精测值。
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