CN112523286A - 一种装载机水平举升自动调节控制方法及系统 - Google Patents

一种装载机水平举升自动调节控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装载机水平举升自动调节控制方法，包括以下步骤：步骤a、通过运动系统与控制系统数据交互拟合摇臂角度变化与动臂角度变化之间的关系，得到摇臂‑动臂关系式；步骤b、在装载机举升过程中，实时测量出装载机的实测动臂角度差值、实测摇臂角度差值，并将实测动臂角度差值带入到摇臂‑动臂关系式中计算得到理论摇臂角度差值；步骤c、将实测摇臂角度差值与理论摇臂角度差值进行做差，并根据做差的结果值，生成装载机翻斗油缸的控制信号；步骤d、根据控制信号，实时调整翻斗油缸的伸出位移。本发明还公开一种装载机水平举升自动调节控制系统。本发明的一种装载机水平举升自动调节控制方法及系统，能够方便地对翻斗油缸进行实时调整，从而控制铲斗在举升过程中翻转，实现铲斗的水平举升。

Description

一种装载机水平举升自动调节控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种装载机水平举升自动调节控制方法及系统，属于工程机械装载机技术领域。
背景技术
装载机是一种铲装运输机械，应用场景广泛，如港口码头、建筑工地、矿场等，用于铲装或运输煤炭、矿石、松土、玉米等物料，或者进行平整地面、倒垛堆装等作业。
当装载机铲斗从地面开始举升，至举升最高位置姿态时，动臂油缸举升，翻斗油缸保持不动，由于装载机工作装置六连杆机构的特性，铲斗会在举升过程中翻转。目前装载机铲斗举升姿态自动调整基本上都是通过铲斗角度反馈进行控制的，而铲斗角度传感器的布置位置不好选择，且容易被物料砸坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够方便地对翻斗油缸进行实时调整，从而控制铲斗在举升过程中翻转的装载机水平举升自动调节控制方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种装载机水平举升自动调节控制方法，包括以下步骤：
步骤a、搭建装载机工作装置机械的运动系统与控制系统联合仿真模型，通过运动系统与控制系统数据交互拟合摇臂角度变化与动臂角度变化之间的关系，得到摇臂-动臂关系式；
步骤b、在装载机举升过程中，实时测量出装载机的实测动臂角度差值、实测摇臂角度差值，并将实测动臂角度差值带入到摇臂-动臂关系式中计算得到理论摇臂角度差值；
步骤c、将实测摇臂角度差值与理论摇臂角度差值进行做差，并根据做差的结果值，生成装载机翻斗油缸的控制信号；
步骤d、根据控制信号，实时调整翻斗油缸的伸出位移。
步骤a具体包括以下步骤：
设定铲斗目标角度A0，当动臂举升时，实时测量铲斗动态状态下的角度A，计算△A＝A–A0；
使用PID控制在工作装置运动学模型中控制翻斗油缸位移，使△A＝0；
实时测量工作装置运动学模型中理论摇臂角度变化Y，实测动臂角度变化D；
利用函数拟合，得到摇臂角度变化Y与动臂角度变化D的关系式：Y＝U(D)，其中U表示理论摇臂角度差值与理论动臂角度差值的函数关系。
步骤b中：理论摇臂角度变化Y＝U(Dt–D0)，其中Dt表示动臂动态角度，D0表示铲斗地面水平姿态时标定动臂角度。
步骤c中：计算△＝(Yt–Y0)–U(Dt–D0)；其中，△表示实测摇臂角度差值与理论摇臂角度差值的差，Yt表示摇臂动态角度，Y0表示铲斗地面水平姿态时标定摇臂角度。
步骤d中：将△与0进行比较；当△＝0时，生成无动作控制信号；当△>0时，生成翻斗油缸伸出控制信号；当△<0时，生成翻斗油缸回缩控制信号。
一种装载机水平举升自动调节控制系统，包括测量模块、控制模块和运动模块，所述测量模块用于在装载机铲斗处于地面水平姿态时，设定标定动臂角度和标定摇臂角度为零；并在铲斗向上举升过程中，实时测量装载机动臂动态角度和摇臂动态角度；
控制模块，用于计算实测动臂角度差值和实测摇臂角度差值，并将实测动臂角度差值带入到摇臂-动臂关系式中计算得到理论摇臂角度差值，再将实测摇臂角度差值与理论摇臂角度差值进行做差，并根据做差的结果值，生成装载机翻斗油缸的控制信号；所述运动模块用于根据控制信号实时调整翻斗油缸的伸出位移。
所述测量模块包括动臂角度传感器和摇臂角度传感器；所述控制模块包括ECU控制单元；所述运动模块包括翻斗油缸。
本发明的有益效果：本发明提供的一种装载机水平举升自动调节控制方法及系统，根据测量的动臂角度差值和摇臂角度差值对铲斗进行调整，可以在装载机铲斗从地面开始，至最高举升位置姿态为止的运动过程中始终保持铲斗的水平姿态，解决了当装载机铲斗举升，至举升最高位置姿态时，由于动臂油缸举升，翻斗油缸保持不动，且装载机工作装置六连杆机构的特性，铲斗在举升过程中无法始终保持水平的技术问题。
附图说明
图1是本发明的装载机铲斗水平举升过程摇臂角度与动臂角度参数关系拟合方法的流程图；
图2是本发明的装载机铲斗水平举升自动调节控制方法的流程图；
图3和图4是本发明的装载机铲斗水平举升自动调节控制系统的框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本发明公开一种装载机水平举升自动调节控制方法，包括以下步骤：
步骤一、搭建装载机工作装置机械的运动系统与控制系统联合仿真模型，通过运动系统与控制系统数据交互拟合摇臂角度变化与动臂角度变化之间的关系，得到摇臂-动臂关系式。具体为设定铲斗目标角度A0，当动臂举升时，实时测量铲斗动态状态下的角度A，计算△A＝A–A0。使用PID控制在工作装置运动学模型中控制翻斗油缸位移，使△A＝0；实时测量工作装置运动学模型中理论摇臂角度变化Y，实测动臂角度变化D；利用函数拟合，得到摇臂角度变化Y与动臂角度变化D的关系式：Y＝U(D)，其中U表示理论摇臂角度差值与理论动臂角度差值的函数关系。
步骤二、在装载机举升过程中，实时测量出装载机的实测动臂角度差值、实测摇臂角度差值，并将实测动臂角度差值带入到摇臂-动臂关系式中计算得到理论摇臂角度差值。理论摇臂角度变化Y＝U(Dt–D0)，其中Dt表示动臂动态角度，D0表示铲斗地面水平姿态时标定动臂角度。
步骤三、将实测摇臂角度差值与理论摇臂角度差值进行做差，并根据做差的结果值，生成装载机翻斗油缸的控制信号。计算△＝(Yt–Y0)–U(Dt–D0)；其中，△表示实测摇臂角度差值与理论摇臂角度差值的差，Yt表示摇臂动态角度，Y0表示铲斗地面水平姿态时标定摇臂角度。
步骤四、根据控制信号，实时调整翻斗油缸的伸出位移。将△与0进行比较；当△＝0时，生成无动作控制信号；当△>0时，生成翻斗油缸伸出控制信号；当△<0时，生成翻斗油缸回缩控制信号，使得上述装载机铲斗在举升过程中始终保持水平姿态。
如图3所示，本发明还公开一种装载机水平举升自动调节控制系统，包括测量模块、控制模块和运动模块，测量模块用于在装载机铲斗处于地面水平姿态时，设定标定动臂角度和标定摇臂角度为零；并在铲斗向上举升过程中，实时测量装载机动臂动态角度和摇臂动态角度。
控制模块，用于计算实测动臂角度差值和实测摇臂角度差值，并将实测动臂角度差值带入到摇臂-动臂关系式中计算得到理论摇臂角度差值，再将实测摇臂角度差值与理论摇臂角度差值进行做差，并根据做差的结果值，生成装载机翻斗油缸的控制信号。计算△＝(Yt–Y0)–U(Dt–D0)；
其中，△表示实测摇臂角度差值与理论差值的差，Yt表示摇臂动态角度，Y0表示铲斗地面水平姿态时标定摇臂角度，Dt表示动臂动态角度，D0表示铲斗地面水平姿态时标定动臂角度，U表示摇臂理论差值与动臂理论差值的函数关系。
将△与0进行比较；当△＝0时，生成无动作控制信号；当△>0时，生成翻斗油缸伸出控制信号；当△<0时，生成翻斗油缸回缩控制信号。
运动模块用于根据控制信号实时调整翻斗油缸的伸出位移，使得上述装载机铲斗在举升过程中始终保持水平姿态。
如图4所示，测量模块具体为动臂角度传感器和摇臂角度传感器；控制模块具体为ECU控制单元；运动模块具体为翻斗油缸。
本发明提供的一种装载机水平举升自动调节控制方法及系统，可以在装载机铲斗举升过程中，实时调节翻斗油缸的位移，使得装载机铲斗在整个举升过程中始终保持水平姿态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种装载机水平举升自动调节控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a、搭建装载机工作装置机械的运动系统与控制系统联合仿真模型，通过运动系统与控制系统数据交互拟合摇臂角度变化与动臂角度变化之间的关系，得到摇臂-动臂关系式；
步骤b、在装载机举升过程中，实时测量出装载机的实测动臂角度差值、实测摇臂角度差值，并将实测动臂角度差值带入到摇臂-动臂关系式中计算得到理论摇臂角度差值；
步骤c、将实测摇臂角度差值与理论摇臂角度差值进行做差，并根据做差的结果值，生成装载机翻斗油缸的控制信号；
步骤d、根据控制信号，实时调整翻斗油缸的伸出位移。
2.根据权利要求1所述的一种装载机水平举升自动调节控制方法，其特征在于：步骤a具体包括以下步骤：
设定铲斗目标角度A0，当动臂举升时，实时测量铲斗动态状态下的角度A，计算△A＝A–A0；
使用PID控制在工作装置运动学模型中控制翻斗油缸位移，使△A＝0；
实时测量工作装置运动学模型中理论摇臂角度变化Y，实测动臂角度变化D；
利用函数拟合，得到摇臂角度变化Y与动臂角度变化D的关系式：Y＝U(D)，其中U表示理论摇臂角度差值与理论动臂角度差值的函数关系。
3.根据权利要求2所述的一种装载机水平举升自动调节控制方法，其特征在于：步骤b中：理论摇臂角度变化Y＝U(Dt–D0)，其中Dt表示动臂动态角度，D0表示铲斗地面水平姿态时标定动臂角度。
4.根据权利要求3所述的一种装载机水平举升自动调节控制方法，其特征在于：步骤c中：计算△＝(Yt–Y0)–U(Dt–D0)；其中，△表示实测摇臂角度差值与理论摇臂角度差值的差，Yt表示摇臂动态角度，Y0表示铲斗地面水平姿态时标定摇臂角度。
5.根据权利要求4所述的一种装载机水平举升自动调节控制方法，其特征在于：步骤d中：将△与0进行比较；当△＝0时，生成无动作控制信号；当△>0时，生成翻斗油缸伸出控制信号；当△<0时，生成翻斗油缸回缩控制信号。
6.一种装载机水平举升自动调节控制系统，其特征在于：包括测量模块、控制模块和运动模块，所述测量模块用于在装载机铲斗处于地面水平姿态时，设定标定动臂角度和标定摇臂角度为零；并在铲斗向上举升过程中，实时测量装载机动臂动态角度和摇臂动态角度；
控制模块，用于计算实测动臂角度差值和实测摇臂角度差值，并将实测动臂角度差值带入到摇臂-动臂关系式中计算得到理论摇臂角度差值，再将实测摇臂角度差值与理论摇臂角度差值进行做差，并根据做差的结果值，生成装载机翻斗油缸的控制信号；所述运动模块用于根据控制信号实时调整翻斗油缸的伸出位移。
7.根据权利要求6所述的一种装载机水平举升自动调节控制系统，其特征在于：所述测量模块包括动臂角度传感器和摇臂角度传感器；所述控制模块包括ECU控制单元；所述运动模块包括翻斗油缸。
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