CN105731279A - 起重机参数类型的识别方法、响应误差控制方法和系统 - Google Patents

起重机参数类型的识别方法、响应误差控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种汽车起重机参数类型的识别方法、响应误差控制方法和系统，以解决由于对不确定参数类型的判断错误而导致汽车起重机超载现象的发生。所述起重机参数类型的识别方法，包括3个步骤，确定汽车起重机的工作参数的类型。所述响应误差控制方法，包括5个步骤，获得的汽车起重机变幅运动响应误差值，并依据该误差值调节油缸的压力，从而实现响应误差控制。所述响应误差控制方法的系统：包括相互连接的不确定参数识别子系统和响应误差控制子系统两部分，具体实施前述的方法，实现对汽车起重机的响应误差控制。有意的技术效果：通过本发明能够实现对汽车起重机的工作参数类型的识别，进而对汽车起重机的响应误差进行更加合理、优化的控制。

Description

起重机参数类型的识别方法、响应误差控制方法和系统
技术领域
本发明属于控制技术领域，尤其涉及起重机控制领域，特别涉及汽车起重机的不确定性参数识别技术及控制设备领域，具体而言，为汽车起重机参数类型的识别方法、响应误差控制方法和系统。
背景技术
目前，对于汽车起重机变幅运动响应分析往往将结构尺寸和负载大小看成确定性参数。然而，由于设计误差、制造误差、装配误差、不可预测的外部激励(如风力)、以及运动过程中不同铰接处位置变化(如吊臂与转台铰接处、
吊臂与变幅油缸铰接处、变幅油缸与转台铰接处)等影响的综合作用，在实际使用环境下，上述理论上被认为是确定性参数的汽车起重机的结构参数和载荷参数通常具有不确定性。因此，忽略这些不确定参数的存在往往会造成严重的安全隐患。
首先，在汽车起重机生产过程中，设计人员往往以确定性参数为设计参数来设计汽车起重机，由于上述各类误差的存在和累积，设计出来的参数往往具有不确定性，从而呈现出不同的不确定参数特征。其次，操作人员往往以上述确定性设计参数为依据，进行各种吊装作业的规划操作，进而容易出现响应理论值与实际值之间的误差。最后，在汽车起重机变幅运动过程中，由于不确定的外部激励的影响以及上述响应误差不断累积的缘故，甚至会造成起重机超载现象，进而对起重机的性能、使用寿命等产生不利影响。因此，如何鉴别汽车起重机变幅运动的不确定参数类型，并控制不确定参数对汽车起重机动力学响应误差的影响显得尤为重要。
综上所述，提出一套针对汽车起重机变幅运动的不确定参数识别方法、响应误差控制系统及监控方法，对设备的安全运行、人员的安全生产格外具有现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车起重机参数类型的识别方法、响应误差控制方法和系统，以解决由于对不确定参数类型的判断错误而导致汽车起重机超载现象的发生。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
起重机参数类型的识别方法，按如下步骤进行：
步骤1：对汽车起重机的工作参数分别进行采样，获得样本点。所述样本点与汽车起重机的工作参数相对应。属于同一个汽车起重机的工作参数的样本点构成一个样本集。即经过采样后，每个汽车起重机的工作参数均与一个样本集相对应。
步骤2：凭借由步骤1获得的样本集，分别绘制样本分布曲线。即每个汽车起重机的工作参数均与一个样本分布曲线相对应。
步骤3：通过最小面积法将由步骤2获得的样本分布曲线的图形归为：单点图形、正态分布曲线图形、或非正态分布曲线图形。依据样本分布曲线的图形，确定汽车起重机的工作参数所属于的起重机参数类型：确定性参数D、随机参数R、区间参数I。确定性参数D是指对起重机的影响为衡定值的参数。随机参数R和区间参数I均是指对起重机的影响为变化值的参数。具体为：
当样本分布曲线呈单点图形，该汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为确定性参数D；
当样本分布曲线呈正态分布曲线图形，该汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为随机参数R；
当样本分布曲线呈非正态分布曲线图形，该汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为区间参数I。
区间参数I的样本分布曲线具有上下界限，即可用长方形将区间参数I所在的区域包络起来。
基于本发明所述汽车起重机参数类型识别方法的响应误差控制方法，按如下步骤进行：
S1：通过起重机参数类型的识别方法，将汽车起重机的工作参数分别归入确定性参数D、随机参数R、区间参数I。所述的起重机参数类型包括：变幅液压缸的推力F、起吊绳的拉力Fs、吊重的重力Q、吊臂的重力G、吊臂的下末端点到变幅油缸的距离a、吊臂下末端点到起吊绳的距离d、汽车起重机吊臂的长度L、吊臂下末端点到吊臂的重心的距离Lg、变幅角余弦γ。
S2：当汽车起重机的工作参数为确定性参数D时，直接将该汽车起重机的工作参数直接代入不确定参数下响应分布曲线公式；
当汽车起重机的工作参数为随机参数R时，将该汽车起重机的工作参数所对应的样本分布曲线的均值+方差之和，替代该汽车起重机的工作参数的检测值，代入不确定参数下响应分布曲线公式；
当汽车起重机的工作参数为区间参数I时，用该汽车起重机的工作参数所对应的样本分布曲线的中点值+宽度值之和，替代该汽车起重机的工作参数的检测值，代入不确定参数下响应分布曲线公式。
所述不确定参数下响应分布曲线公式为：
cosγ＝f(F、Fs、Q、G、a、d、L、Lg)。其中，F：变幅液压缸的推力；Fs起吊绳的拉力；：Q：吊重的重力；G：吊臂的重力；a：吊臂的下末端点到变幅油缸的距离；d：吊臂下末端点到起吊绳的距离；L：汽车起重机吊臂的长度；Lg：吊臂下末端点到吊臂的重心的距离；γ：变幅角余弦。更进一步说，不确定参数下响应分布曲线公式为：
S3：获取汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值。所述汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值，是根据起重机的说明书中记载的基本参数转换得到的。进一步说，是将说明书中记录的基本参数代入公式：获取的。优选的方案是：以cosγ＝0.5作为确定性参数下响应值。
S4：将由S3得到的汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值与由S2获得的汽车起重机变幅运动不确定性参数下响应值做差值比较，获得汽车起重机变幅运动响应误差值。优选的方案是：将0.5(cosγ＝0.5)与由S2获得的汽车起重机变幅运动不确定性参数下响应值做差值获得。
S5：依据S4获得的汽车起重机变幅运动响应误差值，调节液压驱动回路上变幅油缸的压力，直至汽车起重机变幅运动响应误差值降为0，从而实现响应误差控制。
采用本发明所述基于汽车起重机参数类型识别方法的响应误差控制方法的系统：包括相互连接的不确定参数识别子系统和响应误差控制子系统两部分。
所述不确定参数识别子系统安装在汽车起重机的外部，负责对汽车起重机的参数进行检测，并将检测结果识别为确定性参数D、随机参数R、区间参数I后，传递至响应误差控制子系统。
所述响应误差控制子系统安装在汽车起重机内，负责依据不确定参数识别子系统反馈的确定性参数D、随机参数R、区间参数I，按不确定参数下响应分布曲线公式计算获得汽车起重机变幅运动不确定性参数下响应值，计算获得汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值，将两者做差，获得汽车起重机变幅运动响应误差值。
响应误差控制子系统依据汽车起重机变幅运动响应误差值，调节液压驱动回路上变幅油缸的压力，使得汽车起重机变幅运动响应误差值降为0，从而实现响应误差控制。
对于本发明采用的不确定参数类型识别方法的实施步骤，进一步说明如下：步骤1：采集所要检测的工作参数的样本点，并根据所获得的样本点统计分别绘制样本分布曲线；步骤2：根据获得的样本分布曲线，不确定参数类型识别系统通过最小面积法识别不确定参数类型。所述不确定参数类型包括确定性参数D、随机参数R、区间参数I。所述随机参数R包括具有正态分布的特征参数，所述正态分布的特征参数包括随机参数的均值和方差。所述区间参数I是具有只知上下界，不知具体分布类型的样本构成，但可用最小面积的长方形包络该样本区域。
所述最小面积法，包括以下步骤：若样本曲线是单点图形组成，则判定为确定性参数D；若样本曲线是呈正态分布曲线图形，则判定为随机参数R；若样本曲线均不满足上述条件，主要分布集中于某一区域内，且可用最小长方形形状包络该样本区域，则判定为区间参数I。
对于不确定参数下响应曲线分析方法在计算机中实施的步骤，进一步说明如下：步骤1：利用不确定参数类型识别方法，根据变幅角余弦响应方程中不确定参数样本集识别不确定参数类型。步骤2：在上述不确定参数类型获得的前提下，从每个不确定参数样本集中任选一个样本，并输入到MATLAB程序。步骤3：利用MATLAB编程将不确定参数样本集依次带入响应分布曲线公式：得到不确定参数下的响应。步骤4：重复步骤1～3至次数i＝10000次，并输出不确定参数下响应分布曲线。
对于不确定参数下响应误差控制方法的实施步骤，进一步说明如下：步骤1：利用起重机参数类型识别方法识别响应分布曲线公式中的不确定参数类型。步骤2：计算不确定参数下响应分布曲线中响应极值。步骤3：计算汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值，将上述不确定参数下响应分布曲线中响应极值与汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值进行对比，计算出汽车起重机变幅运动响应误差值。步骤4：根据计算出来的响应误差值相应调节液压驱动回路上变幅油缸的压力，直至误差为0。
本发明的有益技术效果：
本发明提供的汽车起重机变幅运动的不确定参数识别方法中，操作人员能够根据不确定参数样本分布曲线，确定不确定参数类型，然后根据不确定参数下响应曲线分析方法输出汽车起重机变幅运动在混合不确定参数下的响应分布曲线，进而根据不确定参数下响应误差控制方法减小不确定参数下响应误差，从而实现自动识别不确定参数类型及减小响应误差的，进而避免由于对不确定参数的忽略或者不确定参数类型的误判导致的汽车起重机重载，以提高汽车起重机吊装作业的安全性能。具体有益技术效果如下：
1)本发明提供的能够实现不确定参数类型识别方法对汽车起重机结构不确定参数和载荷不确定参数的识别，具体包括用最小面积法对确定性参数、随机参数以及区间参数的不确定参数类型的识别，还包括不确定参数下响应误差控制方法。这样，该技术方案不仅能够实现系统的、全面的对不同类型的参数进行识别，而且能够降低不确定参数带来的危害，检测结果安全可靠、适应性强。
2)本发明采用的全力矩限制器，不仅能够显示出所要检测的汽车起重机变幅运动结构参数不确定类型和载荷参数不确定类型，而且当汽车起重机起吊重物超载或变幅角超过最大许用值时，具有自动停止作业及报警诊断功能，防止操作人员野蛮操作导致事故的发生。
3)本发明不仅包括上述汽车起重机变幅运动不确定参数识别方法，还包括输入单元、反馈调节单元、输出单元。因此，响应误差控制系统不仅能够自动识别汽车起重机不确定参数类型，还能够根据所得到的汽车起重机变幅运动不确定参数下余弦角响应曲线确定该类不确定参数下的响应极值，再与汽车起重机变幅运动确定性参数下响应相比较，从而不断调节控制不确定参数的存在所导致的响应误差的大小，进而避免汽车起重机作业过程中响应误差不断增加和减少安全事故的发生。
附图说明
图1是汽车起重机部分结构图，图中示出了转台、吊臂、变幅油缸、起吊绳、吊重及其位置关系。
图2是本发明提供的汽车起重机变幅运动结构不确定参数识别系统的结构框图。
图3是本发明提供的汽车起重机变幅运动载荷不确定参数识别系统的结构框图。
图4是本发明提供的汽车起重机变幅运动不确定参数类型识别方法的工作流程图。
图5是本发明提供的汽车起重机变幅运动不确定参数下响应曲线分析方法的工作流程图。
图6是本发明提供的汽车起重机变幅运动不确定参数下变幅角余弦响应分布曲线结果图。
图7是本发明提供的汽车起重机变幅运动响应误差控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何限制作用。
参见图4，起重机参数类型的识别方法，按如下步骤进行：
步骤1：对汽车起重机的工作参数分别进行采样，获得样本点。所述样本点与汽车起重机的工作参数相对应。属于同一个汽车起重机的工作参数的样本点构成一个样本集。即经过采样后，每个汽车起重机的工作参数均与一个样本集相对应。
步骤2：凭借由步骤1获得的样本集，分别绘制样本分布曲线。即每个汽车起重机的工作参数均与一个样本分布曲线相对应。
步骤3：通过最小面积法将由步骤2获得的样本分布曲线的图形归为：单点图形、正态分布曲线图形、或非正态分布曲线图形。依据样本分布曲线的图形，确定汽车起重机的工作参数所属于的起重机参数类型：确定性参数D、随机参数R、区间参数I。确定性参数D是指对起重机的影响为衡定值的参数。随机参数R和区间参数I均是指对起重机的影响为变化值的参数。具体为：当样本分布曲线呈单点图形，该汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为确定性参数D；当样本分布曲线呈正态分布曲线图形，该汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为随机参数R；当样本分布曲线呈非正态分布曲线图形，该汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为区间参数I。
区间参数I的样本分布曲线具有上下界限，即可用长方形将区间参数I所在的区域包络起来。
被识别为确定性参数D的汽车起重机的工作参数，按现有的汽车起重机衡定变幅运动响应分析方法处理。
被识别为随机参数R或区间参数I的汽车起重机的工作参数，按现有方法处理。
进一步说，汽车起重机的工作参数包括结构参数和载荷参数。其中，结构参数为：吊臂的长度值L、转台和吊臂的铰接点处到变幅油缸的垂直距离a。载荷参数为：吊重的重力值Q、变幅油缸的输出压力值F。变幅油缸的输出压力值F与变幅油缸3的推力值F相等。
进一步说，在步骤2中，由样本点绘制样本分布曲线的具体方法为：是将得到的样本点数据绘制成样本分布曲线于坐标轴上。
进一步说，当汽车起重机的工作参数被识别为区间参数I，计算与该汽车起重机的工作参数相对应的样样本分布曲线的中点值和宽度值。当汽车起重机的工作参数被识别为随机参数R，计算与该汽车起重机的工作参数相对应的样本分布曲线的均值和方差。
进一步说，步骤3中的最小面积法具体如下：
步骤3.1：将样本集内的样本点全部输入安装有MATLAB软件的计算机中，用计算机对前述样本点进行图形处理，获得与该样本集对应的样本分布曲线。所述样本分布曲线为与该样本集对应的汽车起重机的工作参数的图形。
若样本集内的样本点的数值相同，即构成样本分布曲线的样本点均落在同一个位置，则判定样本分布曲线为一个单点图形，与该样本分布曲线相对应的汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为确定性参数D。
若样本集内的样本点的数值不相同，则进入步骤3.2。
步骤3.2：通过计算机内MATLAB软件的功能，用一个长方形/矩形框将该样本分布曲线围住，且将该长方形缩小到恰好包络住该样本分布曲线的尺寸。此时的长方形即为最小面积的矩形。对该最小面积的长方形内的样本曲线的形状进行判断：
若样本曲线的形状近似呈正太分布状，则判定与该样本分布曲线相对应的汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为随机参数R。通过计算机，获取与该汽车起重机的工作参数相对应的样本分布曲线的均值和方差。
若样本曲线的形状不近似呈正太分布状，则判定与该样本分布曲线相对应的汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为区间参数I，进入步骤3.3。
步骤3.3：通过计算机，获取与该汽车起重机的工作参数相对应的样本分布曲线的中点值和宽度值。样本分布曲线的中点值和宽度值，分别为最小面积的长方形的中点值和宽度值。
当起重机参数类型为区间参数I，该汽车起重机的工作参数所对应的样本分布曲线，集中在一个能被长方形包络住的区域内。即该样本曲线是有上下限线的，能够通过最小/有限面积的矩形将该样本曲线覆盖住。
按上述方法，分别对每个汽车起重机的工作参数进行处理。
采用本发明方法时，不存在无上下界限且不能被长方形包络的情形，因为采集的样本数是有限的，肯定可以通过一个最小面积的矩形来包络样本集。
换言之，本发明中，对图形的判别方法为：1，先判定单一图形。2，再用最小矩形包络。如果正太分布状，判定为随机参数。如果非正态分部状，判定为区间参数。
参见图5，基本发明所述汽车起重机参数类型识别方法的响应误差控制方法，按如下步骤进行：
S1：通过起重机参数类型的识别方法，将汽车起重机的工作参数分别归入确定性参数D、随机参数R、区间参数I。起重机参数类型包括：变幅液压缸的推力F、起吊绳的拉力Fs、吊重的重力Q、吊臂的重力G、吊臂的下末端点到变幅油缸的距离a、吊臂下末端点到起吊绳的距离d、汽车起重机吊臂的长度L、吊臂下末端点到吊臂的重心的距离Lg、变幅角余弦γ。
S2：当汽车起重机的工作参数为确定性参数D时，直接将该汽车起重机的工作参数直接代入不确定参数下响应分布曲线公式。
当汽车起重机的工作参数为随机参数R时，将该汽车起重机的工作参数所对应的样本分布曲线的均值+方差之和，替代该汽车起重机的工作参数的检测值，代入不确定参数下响应分布曲线公式。
当汽车起重机的工作参数为区间参数I时，将该汽车起重机的工作参数所对应的样本分布曲线的中点值和宽度值之和，替代该汽车起重机的工作参数的检测值，代入不确定参数下响应分布曲线公式，获得汽车起重机变幅运动不确定性参数下响应值。
所述不确定参数下响应分布曲线公式为：
cosγ＝f(F、Fs、Q、G、a、d、L、Lg)。其中，
F：变幅液压缸的推力。Fs：起吊绳的拉力。Q：吊重的重力。G：吊臂的重力。a：吊臂的下末端点到变幅油缸的距离。d：吊臂下末端点到起吊绳的距离。L：汽车起重机吊臂的长度。Lg：吊臂下末端点到吊臂的重心的距离。γ：变幅角余弦。
更进一步说，不确定参数下响应分布曲线公式为：
S3：获取汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值。所述汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值，是根据起重机的说明书中记录的基本参数代入公式：获取的。优选的方案是：以cosγ＝0.5作为确定性参数下响应值。
S4：将由S3得到的汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值与由S2获得的汽车起重机变幅运动不确定性参数下响应值做差值比较，获得汽车起重机变幅运动响应误差值。优选的方案是：将0.5(cosγ＝0.5)与由S2获得的汽车起重机变幅运动不确定性参数下响应值做差值获得。
S5：依据S4获得的汽车起重机变幅运动响应误差值，调节液压驱动回路上变幅油缸的压力，直至汽车起重机变幅运动响应误差值降为0，从而实现响应误差控制。
参见图5，进一步说，在S2中，获得不确定参数下响应分布曲线中响应极值的具体方法为：
S2.1：从每个随机参数R和和每个区间参数I的工作参数样本集中取出一个样本点，将该样本点所对应的数值代入汽车起重机变幅角余弦响应方程：获得一个不确定参数下的响应值。其中，各参数分别为
F：变幅液压缸的推力。Fs：起吊绳的拉力。Q：吊重的重力。G：吊臂的重力。a：吊臂的下末端点到变幅油缸的距离。d：吊臂下末端点到起吊绳的距离。L：汽车起重机吊臂的长度。Lg：吊臂下末端点到吊臂的重心的距离。γ：变幅角余弦。
S2.2：再从每个随机参数R和每个区间参数I的工作参数样本集中分别取出一个样本点，并按步骤S2.1的方法，获得第二个不确定参数下的响应值。
S2.3：重复步骤S2.2N次，N不小于998，获得N+2个不确定参数下的响应值。优选的方案是：N取19998，即一共获得20000个响应值。
将总共获得的N+2个不确定参数下的响应值绘制成曲线，即获得汽车起重机变幅运动不确定参数下变幅角余弦响应分布曲线。
采用本发明所述基于汽车起重机参数类型识别方法的响应误差控制方法的系统，包括相互连接的不确定参数识别子系统和响应误差控制子系统两部分。
所述不确定参数识别子系统安装在汽车起重机的外部，负责对汽车起重机的参数进行检测，并将检测结果识别为确定性参数D、随机参数R、区间参数I后，传递至响应误差控制子系统。
所述响应误差控制子系统安装在汽车起重机内，负责依据不确定参数识别子系统反馈的确定性参数D、随机参数R、区间参数I，按不确定参数下响应分布曲线公式计算获得汽车起重机变幅运动不确定性参数下响应值，按传统方法计算获得汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值，将两者做差，获得汽车起重机变幅运动响应误差值。
响应误差控制子系统依据汽车起重机变幅运动响应误差值，调节液压驱动回路上变幅油缸的压力，使得汽车起重机变幅运动响应误差值降为0，从而实现响应误差控制。
参见图2和图3，进一步说，所述不确定参数识别子系统，包括结构不确定参数检测装置21、载荷不确定参数检测装置31。其中，结构不确定参数检测装置21负责检测吊臂的长度值L、转台和吊臂的铰接点处到变幅油缸的垂直距离a。载荷不确定参数检测装置31负责检测吊重的重力值Q、变幅油缸的输出压力值F。
所述响应误差控制子系统，包括结构不确定参数控制器22、结构不确定参数类型输出装置23、载荷不确定参数控制器32、以及载荷不确定参数类型输出装置33。其中，
结构不确定参数控制器22的接收端与结构不确定参数检测装置21相连，结构不确定参数控制器22的发射端与结构不确定参数类型输出装置23相连。结构不确定参数控制器22负责对吊臂的长度值L、转台和吊臂的铰接点处到变幅油缸的垂直距离a进行起重机参数类型进行检测和判断，并将检测的结果通过结构不确定参数类型输出装置23输出。
载荷不确定参数控制器32的接收端与载荷不确定参数检测装置31相连，载荷不确定参数控制器32的发射端与载荷不确定参数类型输出装置33相连。载荷不确定参数控制器32负责对吊重的重力值Q、变幅油缸的输出压力值F进行起重机参数类型进行检测和判断，并将检测的结果通过载荷不确定参数类型输出装置33输出。
结构不确定参数检测装置21包括第一全力矩限制器211、第二全力矩限制器212。其中，
第一全力矩限制器211由第一长度传感器2111和第一控制器2112构成。第一控制器2112与第一判断参数器221相连。第一长度传感器2111安装在吊臂2末端点处，并采集所要检测吊臂2长度的信号。第一长度传感器2111的输出端与和第一控制器2112的输入端相连。第一控制器2112将上述采集的长度信号转换成表征上述吊臂2的长度L的不确定样本集Ω11。
第二全力矩限制器212由第二长度传感器2121和第二控制器2122构成。第二控制器2122与第二判断参数器222相连。第二长度传感器2121安装在转台1和吊臂2的铰接点处到变幅油缸3垂直距离的垂足处，并采集所要检测距离的信号。第二长度传感器2121的输出端和第二控制器2122的输入端相连。第二控制器2122将上述采集的距离信号转换成表征上述转台1和吊臂2铰接点处到变幅油缸3的距离a的不确定样本集Ω12。
结构不确定参数控制器22根据第一全力矩限制器211输出的不确定样本集Ω11判定汽车起重机吊臂的长度L的不确定参数类型，根据第二全力矩限制器212输出的不确定样本集Ω12判定汽车起重机吊臂的下末端点到变幅油缸的距离a的不确定参数类型。
结构不确定参数控制器22的输出端与结构不确定参数类型输出装置23相连。结构不确定参数类型输出装置23用于输出结构不确定参数控制器22判定的结构不确定参数类型信号。
进一步说，结构不确定参数控制器22包括第一判断参数模块221、第二判断参数模块222。第一判断参数模块221用于根据第一全力矩限制器211输出的不确定样本集Ω11判定汽车起重机吊臂的长度L的不确定参数类型。第二判断参数模块222用于根据第二全力矩限制器212输出的不确定样本集Ω12判定汽车起重机吊臂的下末端点到变幅油缸的距离a的不确定参数类型。第一判断参数模块221、第二判断参数模块222的判断结果分别传递至结构不确定参数类型输出装置23。
进一步说，第一判断参数模块221、第二判断参数模块222为通过安装有MATLAB软件的计算机实现。
载荷不确定参数检测装置31包括第三全力矩限制器311、第四全力矩限制器312。其中，
第三全力矩限制器311由重力传感器3111和第三控制器3112构成。重力传感器3111安装在起吊绳5的末端点处，并采集所要检测吊重4重量的信号。第三控制器3112将重力传感器3111采集的重量信号转换成表征上述吊重的重力Q的不确定样本集。
第四全力矩限制器312由压力传感器3121和第四控制器3122构成。压力传感器3121安装在变幅油缸3所在的液压驱动油路上，并采集变幅油缸3的输出压力。第四控制器3122将压力传感器3121采集的输出压力信号转换成表征上述变幅油缸3推力F的不确定样本集。
第三控制器3112的输出端、第四控制器3122的输出端分别与载荷不确定参数控制器32相连接。载荷不确定参数控制器32根据第三全力矩限制器311输出的不确定样本集Ω21判定汽车起重机吊重4的重力Q的不确定参数类型，根据第四控制器3122输出的不确定样本集Ω22判定汽车起重机变幅液压缸3推力F的不确定参数类型。
载荷不确定参数控制器32后接载荷不确定参数类型输出装置33。载荷不确定参数类型输出装置33用于输出载荷不确定参数控制器32判定的载荷不确定参数类型信号。
进一步说，载荷不确定参数控制器32内含第三判断参数模块321和第四判断参数模块322。其中，第三判断参数模块321用于根据第三全力矩限制器311输出的不确定样本集Ω21判定汽车起重机吊重4的重力Q的不确定参数类型。第四判断参数模块322用于根据压力传感器3121及第四控制器3122输出的不确定样本集Ω22判定汽车起重机变幅液压缸3推力F的不确定参数类型。第三判断参数模块321和第四判断参数模块322的判断结果分别传递至载荷不确定参数类型输出装置33。
进一步说，重力传感器3111、第三控制器3112、压力传感器3121、第四控制器3122的型号分别为F-17H2A称重传感器、SB-T20动载称重模块、PH2088H压力传感器、SMP858-TSF压力变送器。
载荷不确定参数控制器32为一台计算机/工控机/单片机。进一步说，第三判断参数模块321和第四判断参数模块322可通过安装有MATLAB软件的计算机/工控机/单片机等实现。
进一步说，设有不确定参数下曲线拟合单元701、反馈调节单元702、汽车起重机控制信号输出单元703。其中，响应误差控制子系统的输出端经不确定参数下曲线拟合单元701与反馈调节单元702的输入端相连接。反馈调节单元702的输出端与汽车起重机控制信号输出单元703的输入端相连接。
所述不确定参数下曲线拟合单元701，负责将响应误差控制子系统输出的根据汽车起重机变幅运动不确定参数类型识别方法识别的数值和不确定参数类型，根据不确定参数下响应分布曲线公式，获得汽车起重机变幅运动不确定参数下的不确定参数下响应分布曲线的极值。
所述反馈调节单元702，按常规方法获得汽车起重机变幅运动确定参数下的变幅角余弦相应值。随后，用不确定参数下响应分布曲线的极值与变幅运动确定参数下的变幅角余弦做差，得到误差值，并传递至所述汽车起重机控制信号输出单元703。
所述汽车起重机控制信号输出单元703，对误差值进行判断：
若误差值不为零，则汽车起重机控制信号输出单元703向汽车起重机发出控制指令，调节液压驱动回路上变幅油缸3的压力开关的压力值P，使得误差值减小至零。
若误差值等于零，则汽车起重机控制信号输出单元703待机。
实施例
图1是汽车起重机的结构简图，包括转台1、吊臂2、变幅油缸3、吊重4和起吊绳5。转台1通过一个回转机构实现吊重4绕起重机回转中心轴线转动的水平运动。吊臂2包括多节相互套接的伸缩臂，伸缩臂通过伸缩驱动机构的伸缩作用产生相对运动，进而改变吊臂2的长度，以调整汽车起重机的作业半径。变幅油缸3一端与转台1铰接，另一端与吊臂2铰接，通过调节变幅机构中变幅油缸3的长度，进一步实现吊臂2在竖直平面内绕变幅油缸3与转台1铰接点处做旋转运动以改变吊臂2仰角的变化，从而改变汽车起重机的起吊高度。另外，通过起升机构中起吊绳5伸缩动作，可实现吊重4在竖直平面内的升降运动。对于上述汽车起重机，以下对本发明提供的汽车起重机变幅运动不确定参数识别方法进行描述。
参见图4，该图是本发明提供的汽车起重机变幅运动不确定参数类型识别方法工作流程图：
启动汽车起重机变幅运动不确定参数识别系统后，开始步骤S400，结构不确定参数检测装置21和载荷不确定参数检测装置31进行检测，并将检测收集到的不确定参数样本集分别输出至结构不确定参数控制器22的第一判断参数模块221、第二判断参数模块222和载荷不确定参数控制器32的第三判断参数模块321、第四判断参数模块322。第一判断参数模块221用于判定汽车起重机吊臂的长度L的不确定参数类型。第二判断参数模块222用于根据判定汽车起重机吊臂的下末端点到变幅油缸的距离a的不确定参数类型。第三判断参数模块321用于判定汽车起重机吊重4的重力Q的不确定参数类型。第四判断参数模块322用于判定汽车起重机变幅液压缸3推力F的不确定参数类型。
步骤S401，判断不确定参数是否为确定性参数，即结构不确定参数控制器22和载荷不确定参数控制器32分别根据结构不确定参数检测装置21和载荷不确定参数检测装置31检测收集到的样本集是否为单独的一个样本点。如果为是，则输出判断结果为确定性参数D。如果为否，则进入下一步骤。
步骤S402，判断不确定参数是否为随机参数，即结构不确定参数控制器22和载荷不确定参数控制器32分别根据结构不确定参数检测装置21和载荷不确定参数检测装置31检测收集到的样本集是否为一系列连续的样本点组成类似于正太分布的曲线。如果为是，则输出判断结果为随机参数R。如果为否，则进入下一步骤。
步骤S403，判断不确定参数是否为区间参数，即结构不确定参数控制器22和载荷不确定参数控制器32分别根据结构不确定参数检测装置21和载荷不确定参数检测装置31检测收集到的样本集是否只有上下界且主要分布集中于某一区域内，并可用最小矩形形状包络该样本集曲线。如果为是，则输出判断结果为区间参数I。如果为否，则进入下一循环判断步骤S401。
参见图5，该图是本发明提供的汽车起重机变幅运动不确定参数下响应曲线分析方法的工作流程图。本发明提供一种混合随机参数和区间参数下响应分析。根据图4所述的汽车起重机变幅运动不确定参数类型识别方法判定结果如下：
1、根据图4所述的汽车起重机变幅运动不确定参数类型识别方法，可判定汽车起重机吊臂2的长度L和吊臂2的下末端点到变幅油缸3的距离a判定为区间参数，其特征参数分别为：ac＝2.5m,Δa＝0.25m；Lc＝30m,ΔL＝0.3m。其中，ac和Lc分别是区间参数a和L的中点值。Δa和ΔL分别是区间参数a和L的区间宽度。
汽车起重机吊重4的重力Q和变幅液压缸3推力F判定为随机参数，其特征参数分别为：μF＝4.3×105N,σF＝4300N2,μQ＝5×104N,σQ＝500N2。其中，μF和μQ分别是随机参数F和Q的均值。σF和σQ分别是随机参数F和Q的方差。
另外，起吊绳5的拉力Fs，吊臂2的重力G，吊臂2下末端点到起吊绳5的距离d，吊臂2下末端点到吊臂2的重心的距离Lg判定为确定性参数，具体结果如下：Fs＝5×104N，G＝7×104N，d＝0.5m，Lg＝10m。
2、在区间参数分布中任意选取一个数，并输入值至MATLAB软件中。具体地，分别在区间参数L和区间参数a的区间范围内任取一个数LiLc-ΔL≤Li≤Lc+ΔL，即29.7m≤Li≤30.3m和aiac-Δa≤ai≤ac+Δa即2.25m≤ai≤2.75m。
3、在随机参数正太分布中任意选取一个数，并输入值至MATLAB软件中。具体地，分别在随机参数Q的正态分布曲线(均值μF＝4.3×105N,方差σF＝4300N2)和随机参数F的正态分布曲线(均值μQ＝5×104N,方差σQ＝500N2)范围内任取一个数Qi和Fii。
4、从每个随机参数R(Fi、Qi)和每个区间参数I(ai、Li)的工作参数样本集中取出一个样本点，联立确定性参数，将所对应的数值依次代入汽车起重机变幅角余弦响应方程为：可得到汽车起重机变幅运动不确定参数变幅角余弦响应。5、重复步骤2～4至次数i＝10000，并输出汽车起重机变幅运动在这种混合不确定参数下变幅角余弦响应曲线501，具体结果见图6所示。
在提供上述汽车起重机变幅运动不确定参数类型识别方法和汽车起重机变幅运动不确定参数下响应曲线分析方法的基础上，与汽车起重机变幅运动确定性参数下响应对比，提供一种汽车起重机变幅运动响应误差控制系统。
参考图7，该图是本发明提供的汽车起重机变幅运动响应误差控制系统。该系统不仅包括不确定参数类型识别系统，还包括不确定参数曲线拟合单元701、反馈调节单元701、汽车起重机控制信号输出单元703。
不确定参数曲线拟合单元701为用于根据图4所述汽车起重机变幅运动不确定参数类型识别方法识别不确定参数类型，再根据图5所述汽车起重机变幅运动不确定参数下响应曲线分析方法计算汽车起重机变幅运动不确定参数下变幅角余弦响应曲线501的极值。
输出单元702为汽车起重机变幅运动确定性参数下变幅角余弦响应。
汽车起重机控制信号输出单元703为用于将汽车起重机变幅运动不确定参数响应曲线501的极值与确定性参数下变幅角余弦响应对比，并根据计算出来的响应误差相应调节液压驱动回路上变幅油缸3的压力开关的压力值P，直至误差为0。
由于本发明提供的汽车起重机变幅运动响应误差控制系统不仅能够自动识别汽车起重机不确定参数类型，还能够根据所得到的汽车起重机变幅运动不确定参数下余弦角响应曲线确定该类不确定参数下的响应极值，再与汽车起重机变幅运动确定性参数下响应相比较，进行不断地反馈调节响应，从而避免汽车起重机作业过程中响应误差不断增加，进而减少安全事故的发生。

Claims (10)

1.起重机参数类型的识别方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤1：对汽车起重机的工作参数分别进行采样，获得样本点；属于同一个汽车起重机的工作参数的样本点构成一个样本集；
步骤2：凭借由步骤1获得的样本集，分别绘制样本分布曲线；
步骤3：通过最小面积法将由步骤2获得的样本分布曲线的图形归为：单点图形、正态分布曲线图形、或非正态分布曲线图形；依据样本分布曲线的图形，确定汽车起重机的工作参数所属于的起重机参数类型：确定性参数D、随机参数R、区间参数I；具体为：
当样本分布曲线呈单点图形，该汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为确定性参数D；
当样本分布曲线呈正态分布曲线图形，该汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为随机参数R；
当样本分布曲线呈非正态分布曲线图形，该汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为区间参数I。
2.根据权利要求1所述的起重机参数类型的识别方法，其特征在于：汽车起重机的工作参数包括结构参数和载荷参数；其中，结构参数为：吊臂的长度值L、转台和吊臂的铰接点处到变幅油缸的垂直距离a；载荷参数为：吊重的重力值Q、变幅油缸的输出压力值F。
3.根据权利要求1所述的起重机参数类型的识别方法，其特征在于：
在步骤2中，由样本点绘制样本分布曲线的具体方法是将得到的样本点数据绘制成样本分布曲线于坐标轴上。
4.根据权利要求1所述的起重机参数类型的识别方法，其特征在于：当汽车起重机的工作参数被识别为区间参数I，计算与该汽车起重机的工作参数相对应的样样本分布曲线的中点值和宽度值；当汽车起重机的工作参数被识别为随机参数R，计算与该汽车起重机的工作参数相对应的样本分布曲线的均值和方差。
5.根据权利要求1所述的起重机参数类型的识别方法，其特征在于：步骤3中的最小面积法具体如下：
步骤3.1：将样本集内的样本点全部输入计算机中，用计算机对前述样本点进行图形处理，获得与该样本集对应的样本分布曲线；所述样本分布曲线为与该样本集对应的汽车起重机的工作参数的图形；
若样本集内的样本点的数值相同，则判定样本分布曲线为一个单点图形，与该样本分布曲线相对应的汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为确定性参数D；
若样本集内的样本点的数值不相同，则进入步骤3.2；
步骤3.2：通过计算机，用一个长方形/矩形框将该样本分布曲线围住，且将该长方形缩小到恰好包络住该样本分布曲线的尺寸；对该长方形内的样本曲线的形状进行判断：
若样本曲线的形状呈正太分布状，则判定与该样本分布曲线相对应的汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为随机参数R；通过计算机，获取与该汽车起重机的工作参数相对应的样本分布曲线的均值和方差；
若样本曲线的形状不呈正太分布状，则判定与该样本分布曲线相对应的汽车起重机的工作参数的起重机参数类型为区间参数I，进入步骤3.3；
步骤3.3：通过计算机，获取与该汽车起重机的工作参数相对应的样本分布曲线的中点值和宽度值。
6.基于权利要求1至5所述汽车起重机参数类型识别方法的响应误差控制方法，其特征在于，按如下步骤进行：S1：通过起重机参数类型的识别方法，将汽车起重机的工作参数分别归入确定性参数D、随机参数R、区间参数I；
S2：当汽车起重机的工作参数为确定性参数D时，直接将该汽车起重机的工作参数的检测值代入不确定参数下响应分布曲线公式；
当汽车起重机的工作参数为随机参数R时，用该汽车起重机的工作参数所对应的样本分布曲线的均值+方差之和，替代该汽车起重机的工作参数的检测值，代入不确定参数下响应分布曲线公式；
当汽车起重机的工作参数为区间参数I时，用该汽车起重机的工作参数所对应的样本分布曲线的中点值+宽度值之和，替代该汽车起重机的工作参数的检测值，代入不确定参数下响应分布曲线公式；
所述不确定参数下响应分布曲线公式为：cosγ＝f(F、Fs、Q、G、a、d、L、Lg)；其中，F：变幅液压缸的推力；Fs起吊绳的拉力；：Q：吊重的重力；G：吊臂的重力；a：吊臂的下末端点到变幅油缸的距离；d：吊臂下末端点到起吊绳的距离；L：汽车起重机吊臂的长度；Lg：吊臂下末端点到吊臂的重心的距离；γ：变幅角余弦；
S3：获取汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值；
S4：将由S3得到的汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值与由S2获得的汽车起重机变幅运动不确定性参数下响应值做差值比较，获得汽车起重机变幅运动响应误差值；
S5：依据S4获得的汽车起重机变幅运动响应误差值，调节液压驱动回路上变幅油缸的压力，直至汽车起重机变幅运动响应误差值降为0，从而实现响应误差控制。
7.根据权利要求6基于所述汽车起重机参数类型识别方法的响应误差控制方法，其特征在于，在S2中，获得不确定参数下响应分布曲线中响应极值的具体方法为：
S2.1：从每个随机参数R和每个区间参数I的工作参数样本集中取出一个样本点，将该样本点所对应的数值代入汽车起重机变幅角余弦响应方程：获得一个不确定参数下的响应值；其中，各参数分别为：
F：变幅液压缸的推力；Fs起吊绳的拉力；：Q：吊重的重力；G：吊臂的重力；a：吊臂的下末端点到变幅油缸的距离；d：吊臂下末端点到起吊绳的距离；L：汽车起重机吊臂的长度；Lg：吊臂下末端点到吊臂的重心的距离；γ：变幅角余弦；
S2.2：再从每个随机参数R和每个区间参数I的工作参数样本集中分别取出一个样本点，并按步骤S2.1的方法，获得第二个不确定参数下的响应值；
S2.3：重复步骤S2.2N次，N不小于998，获得N个不确定参数下的响应值；
将总共获得的N+2个不确定参数下的响应值绘制成曲线，即获得汽车起重机变幅运动不确定参数下变幅角余弦响应分布曲线。
8.采用权利要求1至7所述基于汽车起重机参数类型识别方法的响应误差控制方法的系统，其特征在于：包括相互连接的不确定参数识别子系统和响应误差控制子系统两部分；
所述不确定参数识别子系统安装在汽车起重机的外部，负责对汽车起重机的参数进行检测，并将检测结果识别为确定性参数D、随机参数R、区间参数I后，传递至响应误差控制子系统；
所述响应误差控制子系统安装在汽车起重机内，负责依据不确定参数识别子系统反馈的确定性参数D、随机参数R、区间参数I，计算获得汽车起重机变幅运动不确定性参数下响应值，计算获得汽车起重机变幅运动确定性参数下响应值，将两者做差，获得汽车起重机变幅运动响应误差值；
响应误差控制子系统依据汽车起重机变幅运动响应误差值，调节液压驱动回路上变幅油缸的压力，使得汽车起重机变幅运动响应误差值降为0，从而实现响应误差控制。
9.根据采用权利要求8所述的采用基于汽车起重机参数类型识别方法的响应误差控制方法的系统，其特征在于：
所述不确定参数识别子系统，包括结构不确定参数检测装置(21)、载荷不确定参数检测装置(31)；其中，结构不确定参数检测装置(21)负责检测吊臂的长度值L、转台和吊臂的铰接点处到变幅油缸的垂直距离a；载荷不确定参数检测装置(31)负责检测吊重的重力值Q、变幅油缸的输出压力值F；
所述响应误差控制子系统，包括结构不确定参数控制器(22)、结构不确定参数类型输出装置(23)、载荷不确定参数控制器(32)、以及载荷不确定参数类型输出装置(33)；其中，
结构不确定参数控制器(22)的接收端与结构不确定参数检测装置(21)相连，结构不确定参数控制器(22)的发射端与结构不确定参数类型输出装置(23)相连；结构不确定参数控制器(22)负责对吊臂的长度值L、转台和吊臂的铰接点处到变幅油缸的垂直距离a进行起重机参数类型进行检测和判断，并将检测的结果通过结构不确定参数类型输出装置(23)输出；
载荷不确定参数控制器(32)的接收端与载荷不确定参数检测装置(31)相连，载荷不确定参数控制器(32)的发射端与载荷不确定参数类型输出装置(33)相连；载荷不确定参数控制器(32)负责对吊重的重力值Q、变幅油缸的输出压力值F进行起重机参数类型进行检测和判断，并将检测的结果通过载荷不确定参数类型输出装置(33)输出。
10.根据采用权利要求8或9所述的采用基于汽车起重机参数类型识别方法的响应误差控制方法的系统，其特征在于：设有不确定参数下曲线拟合单元(701)、反馈调节单元(702)、汽车起重机控制信号输出单元(703)；其中，响应误差控制子系统的输出端经不确定参数下曲线拟合单元(701)与反馈调节单元(702)的输入端相连接；反馈调节单元(702)的输出端与汽车起重机控制信号输出单元(703)的输入端相连接；
所述不确定参数下曲线拟合单元(701)，负责将响应误差控制子系统输出的数值和不确定参数类型，根据不确定参数下响应分布曲线公式，获得汽车起重机变幅运动不确定参数下的不确定参数下响应分布曲线的极值；
所述反馈调节单元(702)，按常规方法获得汽车起重机变幅运动确定参数下的变幅角余弦相应值；随后，用不确定参数下响应分布曲线的极值与变幅运动确定参数下的变幅角余弦做差，得到误差值，并传递至所述汽车起重机控制信号输出单元(703)；
所述汽车起重机控制信号输出单元(703)，对误差值进行判断：
若误差值不为零，则汽车起重机控制信号输出单元(703)向汽车起重机发出控制指令，调节液压驱动回路上变幅油缸3的压力开关的压力值P，使得误差值减小至零；
若误差值等于零，则汽车起重机控制信号输出单元(703)待机。
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