CN111665858B - 一种通过信息融合实现的可靠起竖控制方法和控制系统 - Google Patents

一种通过信息融合实现的可靠起竖控制方法和控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种通过信息融合实现的可靠起竖控制方法和控制系统，解决现有起竖过程安全性、可靠性和过程抗干扰能力较低的技术问题。系统包括：第一旋转编码器，用于采集起竖转轴的转动角度获取起竖载荷的第一起竖角度数据；第二旋转编码器，用于采集与所述起竖转轴关联的轴体转动角度获取所述起竖载荷的第二起竖角度数据；质心接近开关，用于采集所述起竖载荷质心与确定角度标志位的相对距离数据；还包括处理器和存储器。利用数据采集过程的客观空间特征和时间特征将两路起竖角度变化数据与一路质心距离变化数据基于运行轨迹形成信息融合，使得即使数据状态出现部分失效也可以完成起竖过程，保证最大可能在规定时间内完成起竖载荷动作到位。

Description

一种通过信息融合实现的可靠起竖控制方法和控制系统
技术领域
本发明涉及姿态控制技术领域，具体涉及一种通过信息融合实现的可靠起竖控制方法和控制系统。
背景技术
现有技术中，起竖机构的起竖控制结构包括在起竖转轴上设置的一个旋转编码器UN1用于检测设备起竖角度(有效监测范围在-5°～95°)，还包括第一接近开关SQ1用于检测设备下放到位和第二接近开关SQ2用于检测起竖到位，最终起竖角度固定通过机械限位结构实现。传统的起竖控制过程，在检测到起竖角度传感器故障时，为了保障安全采取急停报警措施时无法继续起竖，需操作手从远程控制端到达起竖机构前确认传感器无故障后才可使用“继续”功能使控制流程继续，且操作手一旦确认起竖角度传感器存在故障，即使能够转到手动起竖，也无法保证整个起竖任务在规定时间内完成。
因此，设计一种能够在起竖控制结构异常状态下可靠起竖、并尽量保证起竖不急停、自动排查出故障传感器、保障起竖时间在规定范围内的技术方案至关重要。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供一种通过信息融合实现的可靠起竖控制方法和控制系统，解决现有起竖过程安全性、可靠性和过程抗干扰能力较低的技术问题。
本发明实施例的可靠起竖控制系统，包括：
第一旋转编码器，用于采集起竖转轴的转动角度获取起竖载荷的第一起竖角度数据；
第二旋转编码器，用于采集与所述起竖转轴关联的轴体转动角度获取所述起竖载荷的第二起竖角度数据；
质心接近开关，用于采集所述起竖载荷质心与确定角度标志位的相对距离数据；
处理器，用于将第一起竖角度数据、第二起竖角度数据和相对距离数据的实时变化形成信息融合处理过程排除起竖过程中的失效因素，形成起竖控制数据控制执行机构完成起竖动作过程。
存储器，用于存储所述信息融合处理过程和控制执行机构完成起竖过程的程序代码。
本发明一实施例中，还包括：
第一接近开关，用于所述信息融合处理过程中采集所述起竖载荷与下放到位标志位的距离数据；
第二接近开关，用于所述信息融合处理过程中采集所述起竖载荷与起竖到位标志位的距离数据；
机械限位结构，用于所述信息融合处理过程中判断起竖载荷起竖到位时受控进行机械限位。
本发明一实施例中，所述确定角度标志位用于标记75度。
本发明实施例的通过信息融合实现的可靠起竖控制方法，包括：
在起竖过程中，通过监测第一旋转编码器和第二旋转编码器的数据输出状态，形成输出状态间偏离度；
当一个数据输出状态出现故障时，利用另一个数据输出状态对应的采集数据保持正常起竖驱动状态；
当所述输出状态间偏离度超出阈值时，在质心接近开关采集到的起竖角度达到确定角度时，根据所述第一旋转编码器和所述第二旋转编码器采集数据与所述确定角度的近似性选择旋转编码器的采集数据。
本发明一实施例中，还包括：
在所述质心接近开关采集到的起竖角度达到所述确定角度后，保持低速起竖驱动状态。
本发明一实施例中，所述当一个数据输出状态出现故障时，利用另一个数据输出状态对应的采集数据保持正常起竖驱动状态包括正常监控过程，包括：
所述第一旋转编码器的数据输出状态出现故障则利用所述第二旋转编码器的第二起竖角度数据继续起竖动作；
所述第二旋转编码器的数据输出状态出现故障则利用所述第一旋转编码器的的第一起竖角度数据继续起竖动作；
监测所述第一旋转编码器和所述第二旋转编码器的输出状态间偏离度超出阈值时标记故障来源无法定位、保持所述正常起竖驱动状态。
本发明一实施例中，所述当所述输出状态间偏离度超出阈值时，在质心接近开关采集到的起竖角度达到确定角度时，根据所述第一旋转编码器和所述第二旋转编码器采集数据与所述确定角度的近似性选择旋转编码器的采集数据包括数据切换过程，包括：
在起竖角度达到75度时刻，利用所述第一旋转编码器的第一起竖角度数据和第二旋转编码器的第二起竖角度数据中更接近75度的数据来源继续起竖动作。
本发明一实施例中，所述确定角度包括75度和80度。
本发明一实施例中，所述保持正常起竖驱动状态包括：
以正常起竖驱动状态开始起竖动作；
执行第一判断：是否起竖角度是否达到75度，未达到则执行正常监控过程，达到则
执行第二判断：达到75度之前的正常监控过程中是否出现故障来源无法定位，出现则执行数据切换过程。
本发明一实施例中，所述低速起竖驱动状态包括：
未出现故障来源无法定位则未出现则执行第三判断：
是否起竖角度是否达到80度，否则执行正常监控过程，达到则以低速起竖驱动状态完成起竖动作，形成机械限位。
本发明实施例的通过信息融合实现的可靠起竖控制方法和控制系统形成起竖过程的多路数据采集通道，利用数据采集过程的客观空间特征和时间特征将两路起竖角度变化数据与一路质心距离变化数据基于运行轨迹形成信息融合，利用融合信息可以对起竖轨迹中的状态进行分析，验证单一数据源和相应传感器的可靠性，判断起竖轨迹中的安全性，并根据判断形成起竖轨迹的有效控制，使得即使数据状态出现部分失效也可以完成起竖过程，保证最大可能在规定时间内完成起竖载荷动作到位。
附图说明
图1所示为本发明一实施例可靠起竖控制系统的架构示意图。
图2所示为本发明一实施例通过信息融合实现的可靠起竖控制方法的步骤示意图。
图3所示为本发明一实施例通过信息融合实现的可靠起竖控制方法的具体控制流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例可靠起竖控制系统如图1所示。在图1中，本实施例包括：
第一旋转编码器UN1，用于采集起竖转轴的转动角度获取起竖载荷的第一起竖角度数据。
本领域技术人员可以理解，旋转编码器可以用于采集轴体或回转体的转动速率、转动角度和确定标志位的转动位移距离等测量数据。在本发明一实施例中，在起竖转轴上安装第一旋转编码器UN1可以获得起竖载荷的直接起竖角度。
第二旋转编码器UN2，用于采集与起竖转轴关联的轴体转动角度获取起竖载荷的第二起竖角度数据(有效监测范围在-5°～95°)。
本领域技术人员可以理解，现有旋转编码器具有采集信号比例调整的功能，可以设定转向和转动比率。起竖转轴具有关联配套的转动支撑结构，包括与起竖转轴同步的转动部件，例如传动轴、固定传动比齿轮等。在起竖转轴关联的轴体上安装第二旋转编码器UN2同样可以间接获得起竖载荷的起竖角度。
在本发明一实施例中，第一起竖角度数据和第二起竖角度数据根据第一旋转编码器UN1和第二旋转编码器UN2的直接输出信号在处理器中进行量纲转换、模数转换实时获得。
质心接近开关SQ3，用于采集起竖载荷质心与确定角度标志位的相对距离数据。
本领域技术人员可以理解，接近开关至少可以根据磁信号或电信号判断相对距离在起竖载荷上或起竖载荷的同步辅助设备上设置测量介质形成标志位通过测量接近至离开的相对距离信号，可以反映起竖载荷的质心位置变化过程，可以形成质心位置变化的特定触发区间。
在本发明一实施例中，确定角度标志位用于标记75度。
在本发明一实施例中，确定角度标志位用于标记75度和80度。
处理器，用于将第一起竖角度数据、第二起竖角度数据和相对质心距离数据的实时变化形成信息融合处理过程排除起竖过程中的失效因素，形成起竖控制数据控制执行机构完成起竖动作过程。
存储器，用于存储信息融合处理过程和控制执行机构完成起竖过程的程序代码。
处理器可以采用DSP(Digital Signal Processor)数字信号处理器、FPGA(Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列、MCU(Microcontroller Unit)系统板、SoC(system on a chip)系统板或包括I/O的PLC(Programmable Logic Controller)最小系统。
本发明实施例的可靠起竖控制系统形成起竖过程的多路数据采集通道，利用数据采集过程的客观空间特征和时间特征将两路起竖角度变化数据与一路质心距离变化数据基于运行轨迹形成信息融合，利用融合信息可以对起竖轨迹中的状态进行分析，验证单一数据源和相应传感器的可靠性，判断起竖轨迹中的安全性，并根据判断形成起竖轨迹的有效控制，使得即使数据状态出现部分失效也可以完成起竖过程，保证最大可能在规定时间内完成起竖载荷动作到位。
如图1所示，本发明一实施例中，还包括：
第一接近开关SQ1，用于信息融合处理过程中采集起竖载荷与下放到位标志位的距离数据；
第二接近开关SQ2，用于信息融合处理过程中采集起竖载荷与起竖到位标志位的距离数据；
机械限位结构，用于信息融合处理过程中判断起竖载荷起竖到位时受控进行机械限位。
本发明实施例的可靠起竖控制系统与现有起竖控制结构相结合有效保证了起竖过程中克服单一失效数据影响，将失效数据对起竖过程的影响降低到最小，保证起竖过程按时完成。
本发明一实施例通过信息融合实现的可靠起竖控制方法如图2所示。在图2中，本实施例包括：
步骤100：在起竖过程中，监测第一旋转编码器UN1和第二旋转编码器UN2的数据输出状态，形成输出状态间偏离度。
本领域技术人员可以理解，旋转编码器的正常输出状态与起竖载荷的转动角度相对应。当旋转编码器受到干扰或失效时会输出异常角度或异常跳变数据形成数据输出状态出现故障。两个旋转编码器受机械传动精度影响存在数据输出差别，数据输出差别形成输出状态间偏离度，在正常数据输出状态下，输出状态间偏离度的趋势保持稳定。
步骤200：当一个数据输出状态出现故障时，利用另一个数据输出状态对应的采集数据保持正常起竖驱动状态。
在起竖过程中，两路数据输出状态可以对单一数据输出路径的采集数据进行有效判断，在数据输出状态出现故障可识别的基础上，可以确定正确的数据输出路径，利用正确的采集数据保持正常起竖过程。正常起竖驱动状态包括驱动油缸的流量和流速。
步骤300：当输出状态间偏离度超出阈值时，在质心接近开关SQ2采集到的起竖角度达到确定角度时，根据第一旋转编码器UN1和第二旋转编码器UN2采集数据与确定角度的近似性选择旋转编码器的采集数据。
输出状态间偏离度超出阈值意味着两个数据输出状态不一致但没有出现输出状态故障，也没有出现其他子系统的告警或故障状态。利用质心接近开关SQ2获取确定角度的采集时刻作为起竖过程的两个数据输出状态的验证时刻，获取正确数据输出状态对应的采集数据。确定角度可以根据起竖结构的通用性选取75度～80度。
本发明实施例的通过信息融合实现的可靠起竖控制方法形成起竖过程的多路数据采集通道，利用数据采集过程的客观空间特征和时间特征将两路起竖角度变化数据与一路质心距离变化数据基于运行轨迹形成信息融合，利用融合信息可以对起竖轨迹中的状态进行分析，验证单一数据源和相应传感器的可靠性，判断起竖轨迹中的安全性，并根据判断形成起竖轨迹的有效控制，使得即使数据状态出现部分失效也可以完成起竖过程，保证最大可能在规定时间内完成起竖载荷动作到位。
在本发明一实施例中，还包括：
步骤400：在质心接近开关SQ2采集到的起竖角度达到确定角度后，保持低速起竖驱动状态。
低速驱动可以对后续的起竖过程设定低速起竖驱动状态，保证起竖至机械限位结构固定，避免冲击和震动。
本发明一实施例通过信息融合实现的可靠起竖控制方法的具体控制流程如图3所示。在图3中，控制流程包括：
以正常起竖驱动状态开始起竖动作；
执行第一判断：是否起竖角度是否达到75度，未达到则执行正常监控过程，达到则
执行第二判断：达到75度之前的正常监控过程中是否出现故障来源无法定位，出现则执行数据切换过程，未出现则
执行第三判断：是否起竖角度是否达到80度，否则执行正常监控过程，达到则以低速起竖驱动状态完成起竖动作，形成机械限位。
正常监控过程包括：
第一旋转编码器UN1的数据输出状态出现故障则利用第二旋转编码器UN2的第二起竖角度数据继续起竖动作；
第二旋转编码器UN2的数据输出状态出现故障则利用第一旋转编码器UN1的的第一起竖角度数据继续起竖动作；
监测第一旋转编码器UN1和第二旋转编码器UN2的输出状态间偏离度超出阈值时标记故障来源无法定位、保持正常起竖驱动状态。
数据切换过程包括：
在起竖角度达到75度时刻，利用第一旋转编码器UN1的第一起竖角度数据和第二旋转编码器UN2的第二起竖角度数据中更接近75度的数据来源继续起竖动作。
通过信息融合实现的可靠起竖控制方法可以最少的传感器数量和类型形成传感器状态容错机制，利用最有效的控制逻辑排除误差状态，保证起竖动作控制中状态反馈的鲁棒性，满足动作的完整性和可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可靠起竖控制系统，其特征在于，包括：
第一旋转编码器，用于采集起竖转轴的转动角度获取起竖载荷的第一起竖角度数据；
第二旋转编码器，用于采集与所述起竖转轴关联的轴体转动角度获取所述起竖载荷的第二起竖角度数据；
质心接近开关，用于采集所述起竖载荷质心与确定角度标志位的相对距离数据；
处理器，用于将第一起竖角度数据、第二起竖角度数据和相对距离数据的实时变化形成信息融合处理过程排除起竖过程中的失效因素，形成起竖控制数据控制执行机构完成起竖动作过程；
存储器，用于存储所述信息融合处理过程和控制执行机构完成起竖过程的程序代码。
2.如权利要求1所述的可靠起竖控制系统，其特征在于，还包括：
第一接近开关，用于所述信息融合处理过程中采集所述起竖载荷与下放到位标志位的距离数据；
第二接近开关，用于所述信息融合处理过程中采集所述起竖载荷与起竖到位标志位的距离数据；
机械限位结构，用于所述信息融合处理过程中判断起竖载荷起竖到位时受控进行机械限位。
3.如权利要求1所述的可靠起竖控制系统，其特征在于，所述确定角度标志位用于标记75度。
4.一种应用于如权利要求1所述可靠起竖控制系统的通过信息融合实现的可靠起竖控制方法，其特征在于，包括：
在起竖过程中，通过监测第一旋转编码器和第二旋转编码器的数据输出状态，形成输出状态间偏离度；输出状态间偏离度超出阈值意味两个数据输出状态不一致但没有出现输出状态故障，也没有出现其他子系统的告警或故障状态；
当一个数据输出状态出现故障时，利用另一个数据输出状态对应的采集数据保持正常起竖驱动状态；
当所述输出状态间偏离度超出阈值时，在质心接近开关采集到的起竖角度达到确定角度时，根据所述第一旋转编码器和所述第二旋转编码器采集数据与所述确定角度的近似性选择旋转编码器的采集数据。
5.如权利要求4所述的通过信息融合实现的可靠起竖控制方法，其特征在于，还包括：
在所述质心接近开关采集到的起竖角度达到所述确定角度后，保持低速起竖驱动状态。
6.如权利要求5所述的通过信息融合实现的可靠起竖控制方法，其特征在于，所述当一个数据输出状态出现故障时，利用另一个数据输出状态对应的采集数据保持正常起竖驱动状态包括正常监控过程，包括：
所述第一旋转编码器的数据输出状态出现故障则利用所述第二旋转编码器的第二起竖角度数据继续起竖动作；
所述第二旋转编码器的数据输出状态出现故障则利用所述第一旋转编码器的第一起竖角度数据继续起竖动作；
监测所述第一旋转编码器和所述第二旋转编码器的输出状态间偏离度超出阈值时标记故障来源无法定位、保持所述正常起竖驱动状态。
7.如权利要求5所述的通过信息融合实现的可靠起竖控制方法，其特征在于，所述当所述输出状态间偏离度超出阈值时，在质心接近开关采集到的起竖角度达到确定角度时，根据所述第一旋转编码器和所述第二旋转编码器采集数据与所述确定角度的近似性选择旋转编码器的采集数据包括数据切换过程，包括：
在起竖角度达到75度时刻，利用所述第一旋转编码器的第一起竖角度数据和第二旋转编码器的第二起竖角度数据中更接近75度的数据来源继续起竖动作。
8.如权利要求5所述的通过信息融合实现的可靠起竖控制方法，其特征在于，所述确定角度包括75度和80度。
9.如权利要求8所述的通过信息融合实现的可靠起竖控制方法，其特征在于，所述保持正常起竖驱动状态包括：
以正常起竖驱动状态开始起竖动作；
执行第一判断：起竖角度是否达到75度，未达到则执行正常监控过程，达到则
执行第二判断：达到75度之前的正常监控过程中是否出现故障来源无法定位，出现则执行数据切换过程。
10.如权利要求9所述的通过信息融合实现的可靠起竖控制方法，其特征在于，所述低速起竖驱动状态包括：
未出现故障来源无法定位则执行第三判断：
起竖角度是否达到80度，未达到则执行正常监控过程，达到则以低速起竖驱动状态完成起竖动作，形成机械限位。
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