CN104906735A - 一种臂架运动自适应控制方法及消防车 - Google Patents

一种臂架运动自适应控制方法及消防车 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种臂架运动自适应控制方法及消防车，在控制器中预存综合臂架结构特性、油缸运动特性和专家经验制定的臂架运动速度曲线，以手柄选择臂架运动曲线类型；根据传感器所测数据自适应选择曲线中对应速度，并由手柄推动位置自适应选择设定速度与速度曲线中对应速度之间的系数,自动动作时系数是1；根据设定速度给定输出电流，输出电流随设定速度自适应变化；对传感器输入的数据微分和滤波得到实际速度；对实际速度微分得到相应的加速度大小和方向；当实际速度超过设定速度一定范围，对输出电流微调，使速度向着设定方向变化。对速度实时监控和预调节，使实际速度真正按设定速度自适应运行，从而排除外力干扰，使臂架运行光滑、平稳、连续。

Description

一种臂架运动自适应控制方法及消防车
技术领域
本发明涉及一种臂架运动自适应控制方法及消防车，属于工程机械技术领域。
背景技术
当前消防车臂架运动的控制方法均采用分段线性比例控制，如图1、图2、图3所示，以消防车臂架结构形式是主伸缩臂和单节曲臂为例，臂架运动的起始进行线性加速、中间段以最大速度匀速运行、接近极限位置进行线性减速。以图2伸缩为例，初始加速段，伸缩速度系数＝k1*伸缩长度(k1为常数)；中间匀速段，伸缩速度系数＝1；末尾减速段，伸缩速度系数＝k3*伸缩长度(k3为常数)，具体控制方法是：在主臂变幅、伸缩、曲臂展收的始末给定减速一次方程式，臂架按此关系式加速和减速运行。
简单的分段线性控制，难以连续、平稳控制油缸运行速度，首先在不同减速一次式转折点存在难以跳越的抖动点；其次运动起始和接近极限位置的线性减速，做不到软启动、软停止，不可避免产生振动；另外，此控制方法没有对实际运行速度监控和调节，外力或其它因素会影响实际速度偏离预定速度。
现有消防车臂架运动(变幅、伸缩、曲臂展收)的过程不稳定，起始阶段和快到极限位置时会抖动，及由臂架抖动造成整车晃动；运动过程中有个别抖动点；因此消防车臂架运动稳定性和可靠性有待进一步提高。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种臂架运动自适应控制方法及消防车，臂架运行光滑、平稳、连续，对速度实时监控和预调节，使实际速度按设定速度自适应运行，排除外力干扰。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种臂架运动自适应控制方法，
在控制器中预存由综合臂架结构特性、油缸运动特性和专家经验制定的臂架运动速度曲线，
手动动作时：以手柄推动方向来选择臂架运动曲线类型；根据传感器所测数据自适应选择曲线中对应速度，并由手柄推动位置自适应选择设定速度与速度曲线中对应速度之间的系数；自动动作时：根据动作逻辑确定曲线运行顺序，按传感器所测数据自适应选择曲线中对应速度；自动动作时系数是1；
根据设定速度给定输出电流，输出电流随设定速度自适应变化；
对传感器输入的数据微分和滤波，得到实际速度；对实际速度微分得到相应的加速度大小和方向；
当实际速度超过设定速度一定范围，根据加速度大小和方向对输出电流微调，使速度向着设定方向变化。
进一步的，在控制器中预存由综合臂架结构特性、油缸运动特性和专家经验制定的臂架运动速度曲线包括变幅角度-变幅速度曲线、伸缩长度-伸缩速度曲线、主曲臂夹角-曲臂展收速度曲线。
进一步的，传感器包括主臂角度传感器、长度传感器、曲臂角度传感器，三种传感器分别检测的数据为变幅角度、伸缩长度、曲臂角度。
进一步的，变幅角度-变幅速度曲线、伸缩长度-伸缩速度曲线和主曲臂夹角-曲臂展收速度曲线的变化趋势相似。
为了实现上述目的，本发明还提供一种消防车，其包括上述的臂架运动自适应控制方法。
本发明的有益效果是：臂架按照设定的平滑的臂架运动速度曲线(包括伸缩、变幅、曲臂)自适应运行使臂架软启动、软停止、运行性能良好；提高了臂架运动可靠性、稳定性；对传感器输入数据微分并进行滤波得到实际速度，对速度微分得到加速度；与设定速度比较，超出一定范围根据加速度对输出电流微调；做到了对速度实时监控和预调节，使实际速度按设定速度自适应运行，排除外力干扰，提高运行精度和运行稳定性。
附图说明
图1为背景技术中消防车臂架变幅角度-变幅速度曲线图；
图2为背景技术中消防车臂架伸缩长度-伸缩速度曲线图；
图3为背景技术中消防车臂架主曲臂夹角-曲臂展收速度曲线图；
图4为本发明消防车臂架变幅角度-变幅速度曲线图；
图5为本发明消防车臂架伸缩长度-伸缩速度曲线图；
图6为本发明消防车臂架主曲臂夹角-曲臂展收速度曲线图；
图7为本发明控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图7所示，本臂架运动自适应控制方法，
在控制器中预存由综合臂架结构特性、油缸运动特性和专家经验制定的臂架运动速度曲线，臂架运动速度曲线包括变幅角度-变幅速度曲线、伸缩长度-伸缩速度曲线、主曲臂夹角-曲臂展收速度曲线，变幅角度-变幅速度曲线、伸缩长度-伸缩速度曲线和主曲臂夹角-曲臂展收速度曲线的变化趋势相似，手动动作时：以手柄推动方向来选择臂架运动曲线类型；自动动作时：根据动作逻辑确定曲线运行顺序，按传感器所测数据自适应选择曲线中对应速度；
传感器包括主臂角度传感器、长度传感器、曲臂角度传感器，三种传感器分别检测的数据为变幅角度、伸缩长度、曲臂角度，根据传感器所测数据：变幅角度、伸缩长度、曲臂角度，自适应选择曲线中对应变幅速度、伸缩速度、曲臂展收速度，并由手柄推动位置自适应选择设定速度与速度曲线中对应速度之间的系数；自动动作时系数是1；
根据设定速度给定输出电流，输出电流随设定速度自适应变化；
对传感器输入的变幅角度、伸缩长度、曲臂展收速度微分和滤波，得到实际变幅速度、伸缩速度、曲臂展收速度；对实际变幅速度、伸缩速度、曲臂展收速度微分得到相应的加速度大小和方向；
当实际速度超过设定速度一定范围，根据加速度大小和方向对输出电流微调，使速度向着设定方向变化。
实施例，以臂架伸缩曲线为例，曲线公式：
如图5所示，臂架伸缩长度L∈0～L1，伸缩速度V1＝k1*x2，(k11x3＝L,k1、k11为常数)；臂架伸缩长度L∈L1～L2，伸缩速度(k2、C1、C3、C4、C5、C6为常数)；
臂架伸缩长度L∈L2～L3，伸缩速度V3＝Ax2+Bx+C
(A、B、C为常数，(k3(L-C7)/(x0+C8))/(x0-C9)＝x0,x＝x0+C10，k3、C7、C8、C9、C10为常数)；
臂架伸缩长度L∈L3～L4，伸缩速度V4＝C11,C11为常数；
臂架伸缩长度L∈L4～L5，伸缩速度V3＝A1x2+B1x+C1
(A1、B1、C1为常数，(k4(L-C11)/(x0-C12))/(x0+C13)＝x0,x＝x0+C14，k4、C11、C12、C13、C14为常数)；
L∈L5～L6的速度可对称到L1～L2对应速度公式上计算；
L∈L6～L7的速度可对称到L0～L1对应速度公式上计。
由此可见臂架伸缩的始终，臂架伸缩速度相对臂架伸缩长度都是大于1次方的关系，使臂架平稳运行；且减速关系式得到的整个曲线光滑、平缓，不会在不同伸缩段分界点出现使臂架抖动的速度变化值。
另外，实际伸缩速度＝dL/dt,当曲线中对应伸缩速度和实际伸缩速度相差超过一定范围，根据理论加速度a＝dV/dt的大小和方向对传感器输出电流微调。
同理，参照图4和图6，臂架变幅、曲臂展收都可以通过同样的方法来控制，实现消防车臂架按照设定的平滑的臂架运动速度曲线自适应运行，使臂架软启动、软停止、运行性能良好；提高了臂架运动可靠性、稳定性。

Claims (5)

1.一种臂架运动自适应控制方法，其特征在于，
在控制器中预存由综合臂架结构特性、油缸运动特性和专家经验制定的臂架运动速度曲线，
手动动作时：以手柄推动方向来选择臂架运动曲线类型；根据传感器所测数据自适应选择曲线中对应速度，并由手柄推动位置自适应选择设定速度与速度曲线中对应速度之间的系数；自动动作时：根据动作逻辑确定曲线运行顺序，按传感器所测数据自适应选择曲线中对应速度；自动动作时系数是1；
根据设定速度给定输出电流，输出电流随设定速度自适应变化；
对传感器输入的数据微分和滤波，得到实际速度；对实际速度微分得到相应的加速度大小和方向；
当实际速度超过设定速度一定范围，根据加速度大小和方向对输出电流微调，使速度向着设定方向变化。
2. 根据权利要求1所述的一种臂架运动自适应控制方法，其特征在于，
所述的在控制器中预存由综合臂架结构特性、油缸运动特性和专家经验制定的臂架运动速度曲线包括变幅角度-变幅速度曲线、伸缩长度-伸缩速度曲线、主曲臂夹角-曲臂展收速度曲线。
3. 根据权利要求1所述的一种臂架运动自适应控制方法，其特征在于，
所述的传感器包括主臂角度传感器、长度传感器、曲臂角度传感器，三种传感器分别检测的数据为变幅角度、伸缩长度、曲臂角度。
4. 根据权利要求2所述的一种臂架运动自适应控制方法，其特征在于，
所述的变幅角度-变幅速度曲线、伸缩长度-伸缩速度曲线和主曲臂夹角-曲臂展收速度曲线的变化趋势相似。
5. 一种消防车，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的臂架运动自适应控制方法。
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