CN106223388B - 装载机自动铲装参数自适应方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种装载机自动铲装参数自适应方法，为解决现有装载机自动铲装作业中，需手动选择铲装参数组进行自动铲装作业的缺点，本发明公开一种自动铲装参数自适应方法，该方法需将N组铲装参数组按物料密度顺序排列，利用类似二分法确定最佳铲装参数组，类似二分法的前3次铲装按照第1组、第N组和第N/2组铲装参数组完成铲装，其中N/2取整数；之后的第n≧4次铲装参数组确定方法是将第n次铲装的前三次铲装中按参数组顺序编号的中‑前两次铲装物料重量平均值与中‑后两次铲装物料重量平均值进行比较确定最佳铲装参数组。本方法自动确定最佳铲装参数，提升自动铲装过程中的满斗率以及铲装效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种装载机智能控制，尤其涉及一种装载机自动铲装参数自适应方法。
背景技术
自动铲装控制的装载机在进行铲装作业时，控制器针对不同的物料，需要使用不同的铲装参数如动臂提升电流大小、每一次提升时间及停止时间、铲斗收斗电流大小、每一次收斗时间和停止时间等一组参数控制装载机进行铲装作业。这些参数组的合理选择，对铲装的满斗率至关重要。
目前现有具有自动铲装功能的装载机，为了能最大程度的增加满斗率，通常是通过手动旋转工况选择按钮的方式来完成自动铲装参数组的选择，该方式对驾驶员的铲装经验依赖度较高，如果对物料的预估不准确，就会影响铲装的满斗率。而且，在铲装同一物料时，由于物料内部的密度或者成分不均(如外松内紧、外干内湿等等)，有可能使用同一种固定的工况模式(参数组)无法按照最佳的满斗率完成铲装。所以，按照目前手动选择工况模式的方法，对铲装的满斗率以及铲装效率都会因人而异、因地而异。
发明内容
本发明的目的在于针对现有自动铲装作业装载机依靠人工选择铲装参数组进行自动铲装作业无法按照最佳的满斗率完成铲装作业的问题，而提供一种自动选定最佳铲装参数组进行自动铲装作业的装载机自动铲装参数自适应方法。
本发明的技术方案是这样实现的：提供一种装载机自动铲装参数自适应方法，该方法应用于具有自动铲装的装载机上，在具有自动铲装功能的装载机上，控制系统包括动臂大腔压力传感器、动臂小腔压力传感器、动臂角度传感器、铲斗角度传感器、电先导主控阀、电控操纵手柄、自动铲装动臂停止限位设定开关、自动铲装使能开关以及集成了电比例操作控制、称重系统和自动铲装控制功能的控制器。装载机自动铲装参数自适应方法步骤如下：
将对应N种不同物料的N组铲装参数组按照物料的密度或轻重进行升序或降序排列编整数顺序号，装载机按照选定的铲装参数组进行铲装作业并称量每次铲装物料重量，利用二分法确定最佳铲装参数组，其中二分法的方法如下：
A、前三次的自动铲装的铲装参数组顺序号为第1组即第3次；第N/2组即最近第1次；第N组即最近第2次，其中N/2取大整数；
B、从第4次铲装开始，控制器将会通过一种″二分法″的方式来选择下一次自动铲装的参数组编号，第n次自动铲装的前3次自动铲装的物料重量值设为Ma，Mb和则下一次或第n次自动铲装的参数组编号的选择过程如下：
(1)计算
(2)计算
(3)比较m1和m2，确定n值：如果m1＞m2，则n取大整数；如果m1＜m2，则n取大整数；
以上所述的铲装参数中：
①a为第3次铲装参数组编号，当第3次与最近第2次和最近第3次地确定方式不同，其确定方式按照下述第④方式确定；
②b为下一次铲装前的最近第2次所使用的铲装参数组的编号，上一次铲装的最近第1次铲装参数组编号会作为下一次铲装的最近第2次铲装参数组编号；
③为下一次铲装前的最近第1次所使用的铲装参数组编号，每次最近铲装所使用的参数组编号即为第1次；
④第3次选取方法为：如果按照二分法得到的下次铲装参数组编号在中间参数组编号(最近第1次)的左边(即：小于)，则将本次铲装编号为3的参数组编号作为下一次铲装的第3次铲装参数组编号；如果计算得到的下一次铲装参数组编号在中间参数组编号(最近第1次)的右边(即：大于)，则本次的铲装编号为2的参数组作为下一次铲装的第3次铲装参数组编号。
当第n次铲装作业所选定的最佳铲装参数组的顺序号与第n-1次铲装作业所选定的最佳铲装参数组的顺序号相同时，第n次铲装作业所对应的铲装参数组为最佳铲装参数组，装载机按照最佳铲装参数组进行后续铲装作业。在本发明中，装载机经过几次有限的自动铲装作业，便可自动选择与当前铲装物料特性相匹配的最佳铲装参数组进行后续铲装作业，使得装载机能够高效地完成铲装作业。
进一步地，装载机自动铲装参数自适应方法中，最佳铲装参数组确定后还包括实时微调最佳铲装参数组的过程，所述实时微调最佳铲装参数组过程是在确定最佳参数组后的铲装作业中，将按照最佳铲装参数组的连续若干次铲装作业次数设定为一个铲装作业满斗率求均值的次数区间，并计算每个次数区间内铲装作业的平均满斗率，当某一次的平均满斗率低于由最佳满斗率所确定的预定值时，在最佳铲装参数组的两侧各取顺序号X、Y，其中N≥Y≥n≥X≥1，且X、Y关于n对称，并以顺序号X、Y所对应的铲装参数组各自进行一次自动铲装作业，利用二分法在X组至Y组之间的铲装参数中重新确定最佳铲装参数组，其中重新确定最佳铲装参数组过程中前三次的自动铲装作业的铲装参数顺序号依次为第X组、第n次铲装作业对应铲装参数组顺序号、第Y组，最佳铲装参数组重新确定后装载机以该重新确定的最佳铲装参数组进行后续自动铲装作业。在铲装作业过程中，铲装物料的特性可能发生变化，在铲装物料的特性发生变化时装载机可自动再次确定适合当前铲装物料特性的最佳铲装参数组，使装载机始终保持加高的满斗率，提高装载机自动铲装的高效率。
进一步地，装载机自动铲装参数自适应方法中，满斗率的计算方法是将铲装作业次数区间内的每次铲装作业的铲装物料的重量与以最佳铲装参数组作为铲装参数进行首次铲装作业时铲装物料的重量进行比较，当其比值在预定范围时则认为该次铲装作业为满斗，满斗率为在该铲装作业次数区间内满斗的铲装作业次数与该铲装作业次数区间内的铲装作业次数的比值。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1、消除自动铲装过程操作者对物料认知的依赖度，由控制器按照本专利介绍的算法进行铲装参数组最优选择；
2、在整个自动铲装过程中，可以实时按照最佳的工况参数进行铲装，可以在很大程度上提升满斗率以及铲装效率；
3、减少拧旋钮选择工况模式的操作，可以在一定程度上减轻操作者的工作强度。
附图说明
图1是本发明的自动铲装装载机的系统图；
图2是本发明的自动铲装装载机在不同铲装参数组、不同工况下铲装物料重量的关系图；
图3是图2中装载机工作于工况1的情况下最佳铲装参数自适应选定过程示意图；
图4是图2中装载机工作于工况2的情况下最佳铲装参数自适应选定过程示意图。
图中零部件名称及序号：
动臂大腔压力传感器1、动臂小腔压力传感器2、动臂角度传感器3、铲斗角度传感器4、电先导主控阀5、电控操纵手柄6、自动铲装动臂停止限位设定开关7、自动铲装使能开关8、控制器9。
具体实施方式
下面结合附图说明具体实施方案。
本发明适用于具有自动铲装功能的装载机上，控制系统包括动臂大腔压力传感器1、动臂小腔压力传感器2、动臂角度传感器3、铲斗角度传感器4、电先导主控阀5、电控操纵手柄6、自动铲装动臂停止限位设定开关7、自动铲装使能开关8、以及集成了电比例操作控制、称重系统和自动铲装控制功能的控制器9。
集成了电比例操作控制、称重系统和自动铲装控制功能的控制器9是本发明的核心部件，自适应算法逻辑均由控制器自动执行：控制器通过自适应算法选择合适的参数组，使电先导主分配阀5控制工作装置按照最佳满斗率完成自动铲装。
对于某一种物料(或者说是工况)，某一型号的装载机在铲装该物料时具有一组铲装参数使得该型号装载机铲装该物料时的效率最高(即铲装满斗率最高，平均单铲铲装物料最重)，该组铲装参数对于该物料为最佳铲装参数组。对于每一种物料(或工况)都具有一组最佳铲装参数组。设备生产商可以通过实验来确定某一型号的装载机对应每一种物料的最佳铲装参数组。装载机在使用不同的铲装参数组铲装同一物料时，铲装的重量值将会呈现出具有最大值的分布关系，而且两边都具有单调性，如图2。用最少的铲装次数找出铲装重量最大值所对应的参数组是本专利的目的。
在本发明装载机自动铲装参数自适应确定方法中，将对应N种不同物料的N组铲装参数组按照物料的密度或轻重进行升序或降序排列编整数顺序号，并将该系列铲装参数组写入控制器的存储单元中，以便控制器可以读出。该N组铲装参数组中的每一组铲装参数组都是对应某种物料(或工况)的最佳铲装参数，即装载机在铲装该物料时采用该组铲装参数组进行自动铲装，铲装的物料重量最重。装载机按照选定的铲装参数组进行铲装作业并称量每次铲装物料重量，利用二分法确定最佳铲装参数组，其中二分法的方法如下：
A、前三次的自动铲装的铲装参数组顺序号为第1组即第3次；第N/2组即最近第1次；第N组即最近第2次，其中N/2取大整数；
B、从第4次铲装开始，控制器将会通过一种″二分法″的方式来选择下一次自动铲装的参数组编号，第n次自动铲装的前3次自动铲装的物料重量值设为Ma，Mb和则下一次或第n次自动铲装的参数组编号的选择过程如下：
(1)计算
(2)计算
(3)比较m1和m2，确定n值：如果m1＞m2，则n取大整数；如果m1＜m2，则n取大整数；
以上所述的参数中：
①中a为第3次铲装参数组编号，当第3次与最近第2次和最近第3次地确定方式不同，其确定方式按照下述第④方式确定；
②b为下一次铲装前的最近第2次所使用的铲装参数组的编号，上一次铲装的最近第1次铲装参数组编号会作为下一次铲装的最近第2次铲装参数组编号；
③为下一次铲装前的最近第1次所使用的铲装参数组编号，每次最近铲装所使用的参数组编号即为第1次；
④第3次选取方法为：如果按照二分法得到的下次铲装参数组编号在中间参数组编号(最近第1次)的左边(即：小于)，则将本次铲装编号为3的参数组编号作为下一次铲装的第3次铲装参数组编号；如果计算得到的下一次铲装参数组编号在中间参数组编号(最近第1次)的右边(即：大于)，则本次的铲装编号为2的参数组作为下一次铲装的第3次铲装参数组编号。
当第n次铲装作业所选定的最佳铲装参数组的顺序号与第n-1次铲装作业所选定的最佳铲装参数组的顺序号相同时，第n次铲装作业所对应的铲装参数组为最佳铲装参数组，装载机按照最佳铲装参数组进行后续铲装作业。
例如图2中的工况1的自动铲装作业过程中自适应确定最佳铲装参数的过程如下图3所示：该自动铲装装载机系统的存储器中共存储了N＝15组铲装参数组；装载机在进行自动铲装作业时，按照固定的铲装参数组进行前三次自动铲装，即第1次自动铲装按第1组铲装参数组铲装，第2次自动铲装按第15组铲装参数组进行铲装；第3次自动铲装按N/2取整数即第8组铲装参数组铲装，每次铲装都通过控制系统对每次铲装物料进行称重。完成前三次铲装后计算第1次、第3次自动铲装物料的平均值m1和第2次、第3次铲装物料的平均值m2；对比平均值m1与平均值m2的大小，得出m1大于m2，取第1次、第3次两次铲装作业所对应的两铲装参数组顺序号平均取整数为顺序号的铲装参数组作为第4次自动铲装的铲装参数组，第1次、第3次两次铲装作业所对应的两铲装参数组顺序号分别对应为1和8，其平均取整后为5，即第4次自动铲装作业的按照第5组铲装参数组进行铲装；第4次自动铲装称重完成后，计算第3次与第4次两次铲装物料的平均值m3，对比m2与m3，得出m3大于m2，第4次铲装作业的铲装参数组顺序号5和第3次铲装作业的铲装参数组顺序号8的平均取整数7为第5次铲装的铲装参数组顺序号，即第5次铲装按第7组铲装参数组进行铲装；第5次铲装称重完成后，计算第4次、第5次两次铲装物料的平均值m4，对比m4与m3，得出m4大于m3，第4次铲装作业的铲装参数组顺序号5和第5次铲装作业的铲装参数组顺序号7的平均取整数6为第6次铲装的铲装参数组顺序号，即第6次铲装按第6组铲装参数组进行铲装；第6次铲装称重完成后，计算第5次、第6次两次铲装物料的平均值m5，对比m5与m4，得出m4大于m5，第6次铲装作业的铲装参数组顺序号6和第4次铲装作业的铲装参数组顺序号5的平均取整数6为第7次铲装的铲装参数组顺序号，即第7次铲装按第6组铲装参数组进行铲装，第6组铲装参数组为对应的工况1的最佳参数组，装载机按照该第6组铲装参数组进行后续铲装作业。
同理，对于该装载机工作于工况2时，其自动铲装作业过程中自适应确定最佳铲装参数的过程如下：装载机在进行自动铲装作业时，按照固定的铲装参数组进行前三次自动铲装，即第1次自动铲装按第1组铲装参数组铲装，第2次自动铲装按第15组铲装参数组进行铲装；第3次自动铲装按N/2取整数即第8组铲装参数组铲装，每次铲装都通过控制系统对每次铲装物料进行称重。完成前三次铲装后计算第1次、第3次自动铲装物料的平均值m1和第2次、第3次铲装物料的平均值m2；对比平均值m1与平均值m2的大小，得出m2大于m1，取第2次、第3次两次铲装作业所对应的两铲装参数组顺序号平均取整数为顺序号的铲装参数组作为第4次自动铲装的铲装参数组，第2次、第3次两次铲装作业所对应的两铲装参数组顺序号分别对应为15和8，其平均取整后为12，即第4次自动铲装作业的按照第12组铲装参数组进行铲装；第4次自动铲装称重完成后，计算第3次与第4次两次铲装物料的平均值m3，对比m2与m3，得出m2大于m3，第4次铲装作业的铲装参数组顺序号12和第2次铲装作业的铲装参数组顺序号15的平均取整数14为第5次铲装的铲装参数组顺序号，即第5次铲装按第14组铲装参数组进行铲装；第5次铲装称重完成后，计算第4次、第5次两次铲装物料的平均值m4，对比m4与m3，得出m4大于m3，第4次铲装作业的铲装参数组顺序号12和第5次铲装作业的铲装参数组顺序号14的平均取整数13为第6次铲装的铲装参数组顺序号，即第6次铲装按第13组铲装参数组进行铲装；第13组铲装参数组为对应的工况2的最佳参数组，装载机按照该第13组铲装参数组进行后续铲装作业。
在最佳铲装参数组确定后的后续铲装作业中，将按照最佳铲装参数组的连续若干次铲装作业设定为一个铲装作业满斗率求均值的次数区间，并计算每个铲装作业次数区间内铲装作业的平均满斗率，当某一次的平均满斗率低于由最佳满斗率所确定的预定值时，在最佳铲装参数组的两侧各取顺序号X、Y，其中N≥Y≥n≥X≥1，且X、Y关于n对称，并以顺序号X、Y所对应的铲装参数组各自进行一次自动铲装作业，利用二分法在X组至Y组之间的铲装参数中重新确定最佳铲装参数组，其中重新确定最佳铲装参数组过程中前三次的自动铲装作业的铲装参数顺序号依次为第X组、第n次铲装作业对应铲装参数组顺序号、第Y组，最佳铲装参数组重新确定后装载机以该重新确定的最佳铲装参数组进行后续自动铲装作业。在铲装作业过程中，铲装物料的特性可能发生变化，在铲装物料的特性发生变化时装载机可自动再次确定适合当前铲装物料特性的最佳铲装参数组，使装载机始终保持加高的满斗率，提高装载机自动铲装的高效率。
装载机自动铲装参数自适应方法中，满斗率的计算方法是将铲装作业次数区间内的每次铲装作业的铲装物料的重量与以最佳铲装参数组作为铲装参数进行首次铲装作业时铲装物料的重量进行比较，当其比值在预定范围时则认为该次铲装作业为满斗，满斗率为在该铲装作业次数区间内满斗的铲装作业次数与该铲装作业次数区间内的铲装作业次数的比值。
Claims (3)
1.一种装载机自动铲装参数自适应方法，其特征在于包括如下步骤：
将对应N种不同物料的N组铲装参数组按照物料的密度或轻重进行升序或降序排列编整数顺序号，装载机按照选定的铲装参数组进行铲装作业并由控制器称量每次铲装物料的重量，利用二分法确定最佳铲装参数组，其中二分法的方法如下：
A、前三次的自动铲装的铲装参数组顺序号为第1组即第3次；第N/2组即最近第1次；第N组即最近第2次，其中N/2取大整数；
B、从第4次铲装开始，控制器将会通过一种″二分法″的方式来选择下一次自动铲装的参数组编号，第n次自动铲装的前3次自动铲装的物料重量值设为Ma，Mb和则下一次或第n次自动铲装的参数组编号的选择过程如下：
(1)计算
(2)计算
(3)比较m1和m2，确定n值：如果m1＞m2，则n取大整数；如果m1＜m2，则n取大整数；
以上所述的铲装参数中：
①a为第3次铲装参数组编号，当第3次与最近第2次和最近第3次地确定方式不同，其确定方式按照下述第④方式确定；
②b为下一次铲装前的最近第2次所使用的铲装参数组的编号，上一次铲装的最近第1次铲装参数组编号会作为下一次铲装的最近第2次铲装参数组编号；
③为下一次铲装前的最近第1次所使用的铲装参数组编号，每次最近铲装所使用的参数组编号即为第1次；
④第3次选取方法为：如果按照二分法得到的下次铲装参数组编号在中间参数组编号的左边，即：小于则将本次铲装编号为3的参数组编号作为下一次铲装的第3次铲装参数组编号；如果计算得到的下一次铲装参数组编号在中间参数组编号的右边，即：大于则本次的铲装编号为2的参数组作为下一次铲装的第3次铲装参数组编号。
2.根据权利要求1所述的装载机自动铲装参数自适应方法，其特征在于最佳铲装参数组确定后还包括实时微调最佳铲装参数组的过程，所述实时微调最佳铲装参数组过程是在确定最佳参数组后的铲装作业中，将按照最佳铲装参数组的连续若干次铲装作业次数设定为一个铲装作业满斗率求均值的次数区间，并计算每个次数区间内铲装作业的平均满斗率，当某一次的平均满斗率低于由最佳满斗率所确定的预定值时，在最佳铲装参数组的两侧各取顺序号X、Y，其中N≥Y≥n≥X≥1，且X、Y关于n对称，并以顺序号X、Y所对应的铲装参数组各自进行一次自动铲装作业，利用二分法在X组至Y组之间的铲装参数中重新确定最佳铲装参数组，其中重新确定最佳铲装参数组过程中前三次的自动铲装作业的铲装参数顺序号依次为第X组、第n次铲装作业对应铲装参数组顺序号、第Y组，最佳铲装参数组重新确定后装载机以该重新确定的最佳铲装参数组进行后续自动铲装作业。
3.根据权利要求2所述的装载机自动铲装参数自适应方法，其特征在于满斗率的计算方法是将铲装作业次数区间内的每次铲装作业的铲装物料的重量与以最佳铲装参数组作为铲装参数进行首次铲装作业时铲装物料的重量进行比较，当其比值在预定范围时则认为该次铲装作业为满斗，满斗率为在该铲装作业次数区间内满斗的铲装作业次数与该铲装作业次数区间内的铲装作业次数的比值。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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