CN104612194A - 挖掘机工作装置回转的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种挖掘机工作装置回转的控制方法，属工程机械技术领域，该方法，在挖掘机工作装置的回转处设置至少三路倾角传感器，并在铲斗油缸处设置两路压力传感器，这些传感器与挖掘机总控制器相连接；在挖掘机回转运动时，通过操作手柄的位移行程输入给挖掘机总控制器目标转速的控制信号，同时将这些传感器检测到的信号传递给挖掘机总控制器；挖掘机总控制器根据目标转速的控制信号和这些传感器的实时信息推算出挖掘机的转动惯量，输出调整驱动电动机力矩的驱动信号，控制挖掘机工作装置在不同转动惯量下平稳性的运动。这种挖掘机工作装置回转的控制方法可以解决挖掘机工作装置在工作过程中，控制效果不佳，出现抖动的问题。

Description

挖掘机工作装置回转的控制方法
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其是一种挖掘机工作装置回转的控制方法。
背景技术
目前混合动力挖掘机工作装置回转的控制方法，是通过推动回转手柄，将回转手柄的位移信号输入到挖掘机的总控制器，挖掘机的总控制器根据回转手柄的位移量确定为电动机的目标转速，然后以事先确定的一个平均的转动惯量作为参照，不考虑工作装置变化时回转装置转动惯量的变化，它以实时转速与目标转速的差值作为判别条件，通过PID算法调整转速，进而调整输出力矩，从而驱动电动机运转达到目标转速。这种控制方法是以预先设定一个转动惯量作为参考从而得出一个参考的驱动力矩，控制过程简单，不顾及电动机提速加速度的大小，未考虑挖掘机不同工作状态时回转装置具有不同的转动惯量，未考虑不同的转动惯量需要不同的驱动力矩才能进行稳定的控制，只以使电动机达到目标转速为目的，其控制效果不佳，易出现挖掘机工作装置在工作过程中的抖动现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种挖掘机工作装置回转的控制方法，这种挖掘机工作装置回转的控制方法可以解决挖掘机工作装置在工作过程中，控制效果不佳，出现抖动的问题。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：这种挖掘机工作装置回转的控制方法，在挖掘机工作装置的接合处设置至少三路倾角传感器，并在铲斗油缸处设置两路压力传感器，这些传感器与挖掘机总控制器相连接；在挖掘机回转运动时，通过操作手柄的位移行程输入给挖掘机总控制器目标转速的控制信号，同时将这些传感器检测到的信号传递给所述挖掘机总控制器；所述挖掘机总控制器根据目标转速的控制信号和这些传感器的实时信息推算出挖掘机的转动惯量，输出调整驱动电动机力矩的驱动信号，控制挖掘机工作装置在不同转动惯量下平稳性的运动。
 上述挖掘机工作装置回转的控制方法的技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述工作装置包括动臂，所述动臂一端与回转平台铰接，另一端与斗杆铰接，所述斗杆的另一端铰接有铲斗；所述倾角传感器设置于所述动臂与所述回转平台的回转处、所述动臂与所述斗杆的回转处和所述斗杆与所述铲斗的回转处，所述动臂上铰接有驱动所述动臂动作的油缸，所述压力传感器的感应端头设置于铲斗油缸的油路内。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本发明将转速控制转变为转矩控制，挖掘机的总控制器根据回转手柄的行程信号进行力矩输出；动态采集设置于工作装置位置上的倾角传感器与铲斗油缸压力传感器读数，计算出挖掘机工作装置不同姿态下的转动惯量，从而动态的调整电动机的输出力矩，实现挖掘机的平稳回转控制。
2、本发明可以精确的控制挖掘机工作装置的回转，在制动过程中挖掘机总控制器根据挖掘机工作装置的姿态信息，快速的计算出回转机构在不同姿态下的转动惯量，在保证一定的加速度的前提下，平稳、快速的控制挖掘机工作装置的回转，达到较好的制动效果，克服抖动现象的发生。
附图说明
图1是本发明实施例的电原理框图。
图2是本发明实施例中挖掘机工作装置的结构示意图。
图3是本发明实施例中挖掘机工作装置油缸的运动轨迹图。
图4是本发明实施例中挖掘机工作装置倾角确定后的各部分对转动中心的力臂图。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步详述：
图1所示的挖掘机工作装置回转的控制方法，在挖掘机的工作装置处设置三路倾角传感器，并在铲斗油缸处设置两路压力传感器，这些传感器与挖掘机总控制器相连接；在挖掘机回转运动时，通过操作手柄的位移行程输入给挖掘机总控制器目标转速的控制信号S1，同时将倾角传感器检测到的信号S2和压力传感器检测到的信号S3传递给挖掘机总控制器；挖掘机总控制器根据目标转速的控制信号和这些传感器的实时信息推算出挖掘机总的转动惯量，输出调整驱动电动机力矩的驱动信号，控制挖掘机工作装置在不同转动惯量下平稳性的运动。如图2所示，工作装置包括动臂2，动臂2一端与回转平台1铰接，另一端与斗杆3铰接，斗杆3的另一端铰接有铲斗4；倾角传感器设置于动臂2与回转平台1的铰链接合处、动臂2与斗杆3的铰链接合处和斗杆3与铲斗4的铰链接合处， 动臂上铰接有驱动动臂动作的2个油缸5，压力传感器的感应端头设置于铲斗油缸的油路内。如图3所示，动臂2液压缸的推杆B点在不同位置时决定了动臂油缸的伸长长度，推杆长度发生变化时，AB线与A点所在平面的角度a也随之改变，其B点变化位置用圆点来表示。同样在斗杆与铲斗的相对位置发生变化时，其斗杆油缸与铲斗油缸的推杆伸长长度也不同。对此，当检测到AB对回转平台平面的的倾角，BF与FN的倾角，SN与SK的倾角时，就可确定工作装置的姿态，即空载下的转动惯量已确定。而当各工作装置的姿态确定后，其倾角就为定值，即                                                角度为定值（铲斗与铲斗的相对倾角），因此，对于工作装置而言，当确定了空载时的转动惯量后就得计算出负载下整体的转动惯量了。如图4所示，对于负载下的转动惯量而言，铲斗内的负载对Q点的反力矩与铲斗油缸的作用力对Q点的力矩达到平衡，结合挖掘机此时的属性参数，因此，负载对Q点的力矩为：
                                  （1）
           铲斗油缸大缸压力传感器读数
           铲斗油缸小缸压力传感器读数
           铲斗油缸大缸活塞面积
           铲斗油缸小缸活塞面积
           铲斗油缸的推力对Q点的力臂
对于带有负载的铲斗而言，铲斗与斗杆的倾角确定后，铲斗油缸对Q点的力臂就为定值，负载对Q点的力臂也为定值，就可以根据（1）式计算出负载的大小。
而铲斗倾角确定时，压力变送器读数越大，则负载越大。而同一负载下，铲斗与斗杆的倾角改变时，负载对Q点的力臂也改变，导致负载的转动惯量也会发生变化。
因此，负载的大小主要受铲斗倾角的大小与压力传感器读数的大小二者决定。 
为了达到应用，同时又不至于有过多的数据运算量，采用负载线性标定的形式进行处理，即把铲斗倾角传感器NS对SK的倾角作为一路参数，压力传感器得出的作用力作为另一路参数，把空载与满载时这一过程变化的负载与压力读数与铲斗倾角做二维线性标定，从而推算出负载与二者之间的关系，进而确定不同铲斗倾角与不同铲斗油缸压力传感器读数时的负载的转动惯量，从而得到挖掘机整个回转机构的转动惯量。
回转机构的总的转动惯量为：
         （2）
             回转机构总转动惯量
             动臂转动惯量
             斗杆转动惯量
             铲斗转动惯量
             回转平台与驾驶室的转动惯量
             动臂油缸惯量
             斗杆油缸惯量
             铲斗油缸惯量
             负载的转动惯量
    在计算出回转机构的转动惯量后，在控制器接收到手柄的位移量后，目标转速就确定了，回转电动机的实时转速信号传到控制器后，根据实时的转动惯量的大小，就可以计算出驱动转矩，具体为
                           （3）
                         （4）
               （5）
             驱动力矩
            摩擦力矩
             回转机构转动惯量
             转动加速度
           目标转速
             当前转速
             转速差
              采样频率
式（5）中，，，在控制器中都时已知量，为了保证起动加速度具有一定的稳定性，就必须求得实时力矩按照式（3）对回转机构进行力矩驱动控制。因此，通过手柄的位移确定目标转速，由转速传感器检测回转电动机的转速信号，和挖掘机的2个压力传感器与3个倾角传感器的感应信号作为输入参数，并结合挖掘机的属性参数确定转动惯量的大小，这些数据输入到总控制器后，输出驱动电动机力矩的驱动信号，并通过不断的检测电动机的实时转速与目标转速的偏差值，调整驱动电动机的输出力矩值，从而自适应的控制挖掘机的平稳回转。 

Claims (2)

1.一种挖掘机工作装置回转的控制方法，其特征在于：在挖掘机工作装置的回转处设置至少三路倾角传感器，并在铲斗油缸处设置两路压力传感器，这些传感器与挖掘机总控制器相连接；在挖掘机回转运动时，通过操作手柄的位移行程输入给挖掘机总控制器目标转速的控制信号，同时将这些传感器检测到的信号传递给所述挖掘机总控制器；所述挖掘机总控制器根据目标转速的控制信号和这些传感器的实时信息推算出挖掘机的转动惯量，输出调整驱动电动机力矩的驱动信号，控制挖掘机工作装置在不同转动惯量下平稳性的运动。
2.根据权利要求1所述的挖掘机工作装置回转的控制方法，其特征在于：所述工作装置包括动臂（2），所述动臂（2）一端与回转平台（1）铰接，另一端与斗杆（3）铰接，所述斗杆（3）的另一端铰接有铲斗（4）；所述倾角传感器设置于所述动臂（2）与所述回转平台（1）的回转处、所述动臂（2）与所述斗杆（3）的回转处和所述斗杆（3）与所述铲斗（4）的回转处，所述动臂上铰接有驱动所述动臂动作的油缸（5），所述压力传感器的感应端头设置于所述铲斗油缸（5）的油路内。
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