CN111268573B - 信号滤波方法、力矩限制器及方法、起重机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及信号滤波方法、力矩限制器及方法、起重机，为解决现有起重机吊臂波动引起力矩限制器出现数据波动的问题；起重信号滤波方法，用于处理起重机吊臂参数信号，步骤如下：依据检测到的吊臂参数信号计算信号波动频率；以计算得到的信号波动频率所对应的周期为滤波周期，对所采集到的吊臂参数信号进行滤波。本发明可有效滤除由负载和吊臂引起的低频波动，大大减少负载吊臂角度、支撑缸压力的低频波动影响，消除吊臂角度和支撑缸压力数据的相位差，从而实现起重机臂挠曲的稳定测量和补偿，得到稳定的负载理论数值，极大提高力矩限制器测量结果的稳定性，为整机提供加安全准确的数据显示和力矩保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程机械领域，更具体地说，涉及一种信号滤波方法、力矩限制器及方法、起重机。
背景技术
力矩限制器广泛使用于工程机械，用来检测工程机械是否超设备限定力矩运行。
力矩限制器通过起重机上设置的长角一体传感器、支撑缸压力传感器、臂头角度传感器等传感器获取吊臂参数信号，在结合起重机姿态计算起重力矩，将起重力矩与预设值进行对比，从而判断起重机是否安全，若起重力矩大于预设值，力矩限制器则发出保护措施信号，例如通过声光显示装置显示警报，发出锁定使起起重力矩增大的操作的信号。力矩限制器发挥有效作用的关键点在于保证尽可能高的精度。而产生误差的原因主要在于吊臂的挠曲变形(传感器测量误差可通过标定进行消除)。目前的补偿方法是通过采集不同臂长、不同角度和不同吊重的组合作为校准和标定，补偿挠曲引起的误差。完成标定后，将标定结果存储起来。根据标定的数据来对起重机的副值和吊重进行计算。标定过程需要测量不同臂长、角度和吊重值，最终得到比较理想的补偿系数和测量结果。
当前力限器保证精度的方式为传感器标定和吊臂挠曲补偿。在起重机进行吊重作业时，由于吊臂、负载的惯性，负载起吊后(包括空钩起吊状态)，吊臂会以一定的频率波动。由于波动传输的时间差的原因，控制器采集到的压力传感器、长角传感器、臂头角传感器的信号是存在一定的相位差，这就使得力矩限制装置计算出的理论负载值存在一定的波动，有可能在某一时刻超出国标要求的5％的精度。目前对该波动的处理方法基本上是卡尔曼滤波、均值滤波、一阶滤波，或者是几者的组合。卡尔曼滤波可以有效去除噪声干扰，无法处理稳定存在的波动信号，而均值滤波或者一阶滤波在不知道波动频率的情况下，只能以固定的频率进行频率，通常只能减小波动的幅值，并不能从根本上消除波动，同时该滤波还会使信号产生延时。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有起重机吊臂波动引起力矩限制器出现数据波动的问题，而提供一种信号滤波方法、力矩限制器及方法、起重机。减小因吊臂波动而使吊臂参数信号产生的波动，提高力矩限制计算的精度。
本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种信号滤波方法，用于处理起重机起重作业过程中所检测到的吊臂参数信号，其特征在于步骤如下：S1：依据检测到的吊臂参数信号计算信号波动频率；S2：以计算得到的信号波动频率所对应的周期为滤波周期，对所采集到的吊臂参数信号进行滤波。
进一步地，步骤S1中，对所采集到的吊臂参数信号进行一阶求导，根据导数的正负符号变化进行计数并依据计数结果和吊臂参数信号采样时间间隔计数吊臂参数信号波动频率。
进一步地，步骤S2中，对已经采集到的吊臂参数信号进行波峰到波谷或者波谷到波峰的半波均值滤波。
进一步地，吊臂参数信号为吊臂支撑油缸压力信号、吊臂长度信号、吊臂角度信号、吊臂臂头角度信号。
进一步地，本发明还提供一种力矩限制器，用于起重机，包括用于获取起重机吊臂参数信号的传感器，其特征在于还包括：控制器，用于根据检测到的吊臂参数信号获取信号波动频率，并以波动频率对应的周期作为滤波周期滤波处理吊臂参数信号，依据滤波处理后的吊臂参数信号计算获取起重力矩，将所述起重力矩与预设值进行比较并依据比较结果发出相应的保护措施信号。
进一步地，所述控制器包括第一计算单元、第二计算单元、滤波单元、判断处理单元，所述第一计算单元依据所采集到的吊臂参数信号进行一阶求导，根据导数的正负符号变化进行计数并依据计数结果和吊臂力矩参数信号采样时间间隔计数吊臂参数信号波动周期；所述滤波单元用于以吊臂参数信号波动周期为滤波周期对已经采集到的吊臂参数信号进行波峰到波谷或者波谷到波峰的半波均值滤波；所述第二计算单元用于根据滤波后的吊臂参数信号计算起重力矩；所述判断处理单元用于将所述起重力矩与预设值进行比较并依据比较结果发出相应的保护措施信号。
进一步地，所述传感器包括用于测量起重臂的长度和角度的长角一体传感器、用于测量起重机支撑缸压力的压力传感器、吊臂臂头角度传感器。
进一步地，本发明还提供一种力矩限制方法，其特征在于步骤如下：采集起重机吊臂参数信号；依据吊臂参数信号计算信号波动频率；以计算得到的信号波动频率所对应的周期为滤波周期，对所采集到的吊臂参数信号进行滤波；
依据滤波处理后的吊臂参数信号计算获取起重力矩，将所述起重力矩与预设值进行比较并依据比较结果发出相应的保护措施信号。进一步地，采集起重机吊臂参数信号包括吊臂支撑油缸压力信号、吊臂长度信号、吊臂角度信号、吊臂臂头角度信号；计算信号波动频率的步骤包括：对所采集到的吊臂参数信号进行一阶求导，根据导数的正负符号变化进行计数并依据计数结果和吊臂参数信号采样时间间隔计数吊臂参数信号波动频率；对吊臂参数信号滤波步骤是以信号波动频率所对应的周期为滤波周期进行波峰到波谷或者波谷到波峰的半波均值滤波。
进一步地，本发明还提供一种起重机，其特征在于该起重机设置有前述的力矩限制器。
本发明与现有技术相比，本发明可有效滤除由负载和吊臂引起的低频波动，大大减少负载吊臂角度、支撑缸压力的低频波动影响，消除吊臂角度和支撑缸压力数据的相位差，从而实现起重机臂挠曲的稳定测量和补偿，得到稳定的负载理论数值，极大提高力矩限制器测量结果的稳定性，为整机提供加安全准确的数据显示和力矩保护。
附图说明
图1是本发明起重机的结构示意图。
图2是本发明信号滤波方法中吊臂参数信号滤波结果对比示意图。
图3是本发明力矩限制方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图说明具体实施方案。
如图1所示，起重机上设置有力矩限制器，力矩限制器包括用于获取起重机吊臂参数信号的传感器和控制器4。
其中传感器包括设置在吊臂上长角一体传感器1、压力传感器2、臂头角度传感器5。其中长角一体传感器1用于测量起重臂的长度和角度，压力传感器2用于测量起重机支撑缸的压力。根据需要，还可以在吊臂上设置二节臂测长传感器、风速传感器和整车位姿传感器等。
在起重机上设置有显示装置3等，其中显示装置用于显示起重力矩、起重机姿态、或警报信息。
控制器用于根据检测到的吊臂参数信号获取信号波动频率，并以波动频率对应的周期作为滤波周期滤波处理吊臂参数信号，依据滤波处理后的吊臂参数信号计算获取起重力矩，将所述起重力矩与预设值进行比较并依据比较结果发出相应的保护措施信号。
具体是控制器包括第一计算单元、第二计算单元、滤波单元、判断处理单元。
第一计算单元依据所采集到的吊臂参数信号进行一阶求导，根据导数的正负符号变化进行计数并依据计数结果和吊臂力矩参数信号采样时间间隔计数吊臂参数信号波动周期；滤波单元用于以吊臂参数信号波动周期为滤波周期对已经采集到的吊臂参数信号进行波峰到波谷或者波谷到波峰的半波均值滤波；第二计算单元用于根据滤波后的吊臂参数信号计算起重力矩；判断处理单元用于将所述起重力矩与预设值进行比较并依据比较结果发出相应的保护措施信号,比如在显示装置上发出警报,发出锁定使起重力矩增大的操作的信号。
如图3所示，力矩限制方法的步骤如下：
控制器通过传感器获取起重机的吊臂参数信号，该吊臂参数信号为吊臂支撑油缸压力信号、吊臂长度信号、吊臂角度信号、吊臂臂头角度信号。控制器的第一计算单元先对各信号进行频率识别。
如图2所示，传感器采集的吊臂参数信号在滤波处理前的波形呈周期状变化，若使用该原始数据进行力矩计算，将产生较大误差，为提高力矩计算结果的稳定性和精确值，需要对信号进行滤波。
在对吊臂参数信号进行滤波的步骤中，其第一步就是识别吊臂参数信号的频率，具体是第一计算单元对采集到的信号进行一阶求导，求导公式为：
其中ai为i时刻的信号采集值，ai- 1为i-1时刻的信号采集值，Δt为采样时间间隔。根据导数a'的符号进行计数。当导数的符号发生变化(由正变负或者由负变正)时，说明信号出现了波峰或者波谷。导数符号每发生一次变化，计数器加一进行计数，计数值为n，可求出此时吊臂信号波动频率值为：
该频率值随着信号的更新实时更新。
滤波单元以吊臂参数信号波动周期为滤波周期对已经采集到的吊臂参数信号进行波峰到波谷或者波谷到波峰的半波均值滤波。如图2所示，通过滤波可有效去除波动，得到稳定的滤波结果，如图2所示，滤波后的吊臂参数信号非常稳定。
在力矩限制器中，压力传感器、长角一体传感器、臂头角传感器所采集的吊臂支撑油缸压力信号、吊臂长度信号、吊臂角度信号、吊臂臂头角度信号均使用该方案滤波后，其波动的幅值已经大大降低，这也就意味着，使用该方案滤波后的传感器信号，其相位差可以基本忽略。
第二计算单元用于根据滤波后的吊臂参数信号计算起重力矩；判断处理单元将起重力矩与预设值进行比较，若力矩超限则发出位置警报标志并在显示装置上对力矩状态进行显示，必要时还发出保护措施信号，例如发出锁定使起重力矩增大的操作的信号。若起重力矩小于预设值，即力矩不超限，则仅在显示装置显示力矩状态。
在本发明中，对吊臂参数信号计算信号波动频率自动识别计算，并根据识别出的频率进行半波周期滤波，且识别出的频率会根据信号的变化自动调整，从根本上改变了现有的一阶或者均值滤波方法，本发明运算速度快，对控制器的硬件要求低，适用于起重机这种需要迅速检测出负载变化并准确显示的应用场景。
Claims (7)
1.一种信号滤波方法，用于处理起重机起重作业过程中所检测到的吊臂参数信号，其特征在于步骤如下：
S1：依据检测到的吊臂参数信号，对所采集到的吊臂参数信号进行一阶求导，根据导数的正负符号变化进行计数并依据计数结果和吊臂参数信号采样时间间隔计数吊臂参数信号波动频率；
S2：以计算得到的信号波动频率所对应的周期为滤波周期，对已经采集到的吊臂参数信号进行波峰到波谷或者波谷到波峰的半波均值滤波。
2.根据权利要求1所述的信号滤波方法，其特征在于吊臂参数信号为吊臂支撑油缸压力信号、吊臂长度信号、吊臂角度信号、吊臂臂头角度信号。
3.一种力矩限制器，用于起重机，包括用于获取起重机吊臂参数信号的传感器，其特征在于还包括：控制器，
所述控制器包括第一计算单元、第二计算单元、滤波单元、判断处理单元，所述第一计算单元依据所采集到的吊臂参数信号进行一阶求导，根据导数的正负符号变化进行计数并依据计数结果和吊臂力矩参数信号采样时间间隔计数吊臂参数信号波动周期；
所述滤波单元用于以吊臂参数信号波动周期为滤波周期对已经采集到的吊臂参数信号进行波峰到波谷或者波谷到波峰的半波均值滤波；
所述第二计算单元用于根据滤波后的吊臂参数信号计算起重力矩；
所述判断处理单元用于将所述起重力矩与预设值进行比较并依据比较结果发出相应的保护措施信号。
4.根据权利要求3所述的力矩限制器，其特征在于所述传感器包括用于测量起重臂的长度和角度的长角一体传感器、用于测量起重机支撑缸压力的压力传感器、吊臂臂头角度传感器。
5.一种力矩限制方法，其特征在于步骤如下：
采集起重机吊臂参数信号；
依据吊臂参数信号计算信号波动频率；对所采集到的吊臂参数信号进行一阶求导，根据导数的正负符号变化进行计数并依据计数结果和吊臂参数信号采样时间间隔计数吊臂参数信号波动频率；
以计算得到的信号波动频率所对应的周期为滤波周期，对所采集到的吊臂参数信号进行波峰到波谷或者波谷到波峰的半波均值滤波；
依据滤波处理后的吊臂参数信号计算获取起重力矩，将所述起重力矩与预设值进行比较并依据比较结果发出相应的保护措施信号。
6.根据权利要求5所述的力矩限制方法，其特征在于；
采集起重机吊臂参数信号包括吊臂支撑油缸压力信号、吊臂长度信号、吊臂角度信号、吊臂臂头角度信号。
7.一种起重机，其特征在于设置有权利要求3或4所述的力矩限制器。
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