CN112799301A - 工程机械运动部件的平稳性控制方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种工程机械运动部件平稳性控制方法，属于工程机械技术领域。该工程机械运动部件平稳性控制方法包括：采集操纵手柄的当前采样值J作为目标控制值；以及按照时间切片参数Ti以及每时间切片参数Ti内的最大变化区间值In，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化，并根据该逐步变化的控制值，控制施加至比例阀的电流值，直至所述控制值达到所述目标控制值，其中，所述时间切片参数Ti为将所述目标控制值的变化过程划分后的等份的时间片段，所述最大变化区间值In为每个时间切片Ti内最大逐步变化的区间数值。本发明实施例考虑了顺应物体的惯性特性，通过设置时间切片参数Ti和最大变化区间值In，可以比较平稳推动和停止运动部件运动。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，具体地涉及一种工程机械运动部件的平稳性控制方法、装置、系统及存储介质。
背景技术
工程机械作为作业机构，一般由许多运动部件组成，这些部件的运动一般通过液压的方式来驱动。在工程机械领域，因为机械结构的惯性原因，或者液压系统的响应原因，通过电液比例方法，推动静止机构向某一恒定速度运动或者使某一恒速机构停止下来，要使这个转换过程相对来说比较平稳，是行业内关注的问题，也是一项重要的技术指标。
随着电液比例控制技术和PLC技术的发展，用程序控制工程机械部件运动也得到了蓬勃发展，例如，建立在PID控制的基础之上的电液比例控制。PID算法降低了实施者的理论分析要求，通过黑盒的试验调节公式，确定好P参数、I参数和D三个参数后，系统就按调节公式在运行。但PID控制在平稳性上存在以下问题：
1)PID调节算法，P、I和D三个参数的获取完全依靠试验方式获得，只有获得恰好合适的参数值后，系统才会相对运行平稳；
2)系统运行一段时间以后，当系统的结构特性等发生改变后，P、I和D这三个参数值又需要重新整定。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种工程机械运动部件平稳性控制方法，该工程机械运动部件平稳性控制方法可以解决现有的PID方法对于工程机械运动部件平稳性控制上的缺陷。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种工程机械运动部件平稳性控制方法，该工程机械运动部件平稳性控制方法包括：采集操纵手柄的当前采样值J作为目标控制值；以及按照时间切片参数Ti以及每时间切片参数Ti内的最大变化区间值In，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化，并根据该逐步变化的控制值，控制施加至比例阀的电流值，直至所述控制值达到所述目标控制值，其中，所述时间切片参数Ti为将所述目标控制值的变化过程划分后的等份的时间片段，所述最大变化区间值In为每个时间切片Ti内最大逐步变化的区间数值。
可选的，其特征在于，在所述按照时间切片参数Ti以及每时间切片Ti内的最大变化区间值In，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化之前，所述工程机械运动部件的平稳性控制方法还包括：确定所述控制值达到所述目标控制值的运行时间T；以及根据所述运行时间T、所述目标控制值J确定所述时间切片参数Ti和所述最大变化区间值In。
可选的，通过下式，确定所述时间切片参数Ti和所述最大变化区间值In：
可选的，所述根据所述运行时间T、所述目标控制值J确定所述时间切片参数Ti和所述最大变化区间值In，包括：根据所述时间切片参数Ti、所述最大变化区间值In模拟对所述当前运动部件的控制；以及调整所述时间切片参数Ti、所述最大变化区间值In，以确定最优的所述时间切片参数Ti和最优的所述最大变化区间值In。
可选的，所述根据该逐步变化的控制值，控制施加至比例阀的电流值，其中所述逐步变化的控制值J和所述电流值A之间的数模转换公式为：
其中，Amax为通过该比例阀的最大电流值，Amin为通过该比例阀的最小电液流量，Jmax为该操纵手柄的最大控制值，Jmin为操纵手柄的最小控制值。
本发明实施例还提供一种工程机械运动部件的平稳性控制装置，所述工程机械运动部件的平稳性控制装置包括：采集单元，用于采集操纵手柄的当前采样值J作为目标控制值；以及控制单元，用于按照时间切片参数Ti以及每时间切片参数Ti内的最大变化区间值In，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化，并根据该逐步变化的控制值，控制施加至比例阀的电流值，直至所述控制值达到所述目标控制值，其中，所述时间切片参数Ti为将所述目标控制值的变化过程划分后的等份的时间片段，所述最大变化区间值In为每个时间切片Ti内最大逐步变化的区间数值。
可选的，所述工程机械运动部件的平稳性控制装置还包括：数模转换电路，用于所述逐步变化的控制值J和所述电流值A之间的数模转换，其中数模转换公式为：
其中，Amax为通过该比例阀的最大电流值，Amin为通过该比例阀的最小电液流量，Jmax为该操纵手柄的最大控制值，Jmin为操纵手柄的最小控制值。
本发明实施例还提供一种工程机械运动部件的平稳性控制系统，所述工程机械运动部件的平稳性控制系统包括：人机交互界面，用于获取用户输入；上述的工程机械运动部件的平稳性控制装置，用于控制施加至比例阀的电流值；以及所述比例阀，用于驱动该运动部件达到指定位置。
可选的，其特征在于，所述人机交互界面包括显示模块和/或操纵手柄。
本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令使得机器执行上述任意一项所述的工程机械运动部件的平稳性控制方法。
通过上述技术方案，本发明实施例考虑了顺应物体的惯性特性，通过设置时间切片参数Ti和最大变化区间值In，可以比较平稳推动和停止运动部件运动。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的工程机械运动部件的平稳性控制方法；
图2是本发明实施例提供的工程机械运动部件的平稳性控制装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的工程机械运动部件的平稳性控制系统的结构示意图；以及
图4是一种桥梁架设车及其运动部件的结构示意图。
附图标记说明
10工程机械运动部件的平稳性控制装置
20比例阀 11人机交互界面
12采集单元 13控制单元
14数模转换电路
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
工程机械的运动部件，一般是为了完成吊重、抓取、载重和举升等任务而服务的。出于结构强度保证的需要，机械结构都比较笨重，运动过程中液压系统也有响应快慢、冲击等方面的扰动因素存在。如何克服固有惯性影响，保证机构按预想的运动方式平稳的完成作业任务，是需要解决的控制策略问题。
图1是本发明实施例提供的工程机械运动部件的平稳性控制方法，请参考图1，该工程机械运动部件平稳性控制方法可以包括以下步骤：
步骤S110：采集操纵手柄的当前采样值J作为目标控制值。
通过电液比例控制工程机械时，运动部件的运动速度，是通过调整比例阀的开度，进而控制压力油单位时间内的流量来调整的。操纵手柄作为主要的人机接口，一般的处理办法是将手柄的操纵角度通过模数转换换算成一定的控制数值，例如，操纵手柄的操纵角度为0°～90°，对应0～1000的控制值，采集控制当前运动部件到达指定位置的操纵手柄的当前采样值J，即为目标控制值。
进一步地，控制值对应着比例阀的开度电流以实现电液比例的流量控制，例如，控制值1～1000对应施加至比例阀的电流值为200毫安～600毫安。其中，200毫安指的是电液比例方式驱动该运动部件开始运动需要的最小的电流，记做Amin，600毫安指驱动该运动部件做最大速度运动需要的电流，记做Amax。相应的操纵手柄处理关系的控制值记为Jmin和Jmax。若A表示该运动部件以某速度运动时需要的比例阀电流值，J表示操纵手柄经模数转换，再换算和处理后的目标控制值，则可以得到以下表达式：
据此，控制了控制值J的递加或递减过程，也就控制了A值的递加或递减过程。
需要说明，该目标控制值J是可以使当前的运动部件从开始状态到结束状态的控制值，例如从初始状态(例如该运动部件未展开的状态)到工作状态(例如该运动部件展开到工作位置的状态)，则对于操纵手柄的控制值是逐步增大的，直至到达目标控制值(例如J)；或例如从工作状态到初始状态，则对于操纵手柄的控制值是逐步减小的，直至到达目标控制值(例如0)；开始状态和结束状态也可以是该运动部件的任意两个状态。
步骤S120：按照时间切片参数Ti以及每时间切片参数Ti内的最大变化区间值In，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化，并根据该逐步变化的控制值，控制施加至比例阀的电流值，直至所述控制值达到所述目标控制值。
其中，所述时间切片参数Ti为将所述目标控制值的变化过程划分后的等份的时间片段，所述最大变化区间值In为每个时间切片Ti内最大逐步变化的区间数值。
举例说明，将控制值J的变化过程，例如将其逐步递增的过程划分为许多等份的时间片段，记做时间片段参数Ti；设置每个时间片段内最大能逐步递增到的区间数值，记做递加数In，即控制值J的递加限定在每时间片段Ti内完成In来逐步循环完成。据此，可以平稳推动静止的运动部件到达某个J点控制值以使其恒速运动，即控制运动部件平稳的从静止状态到达某一恒定速度的运动状态，一般需要缓慢的加速过程。控制值J逐步递减的过程与上述逐步递增类似。
据此，控制该运动部件到达目标控制值的运行时间T，可以通过下式获得：
通过式(2)可知，推动运动部件完成加速或减速需要的时间，与时间片段参数Ti成正比，与递加或递减的最大变化区间值In成反比，即Ti值越大或者In值越小，则控制该运动部件的加速越趋于平稳，或越平稳的停下来。
其中，运行时间T可以是依据各个工程机械的运动部件的实际人机操纵体验和运动安全要求等决定的。
由此，本发明实施例提供优选的平稳性控制方法，在所述按照时间切片参数Ti以及每时间切片Ti内的最大变化区间值In，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化之前，所述工程机械运动部件的平稳性控制方法还包括：确定所述控制值达到所述目标控制值的运行时间T；以及根据所述运行时间T、所述目标控制值J确定所述时间切片参数Ti和所述最大变化区间值In。
通过式(2)，若确定了运行时间T，则可以通过调整时间切片参数Ti和最大变化区间值In，以控制该运动部件的移动更平稳。
优选的，所述根据所述运行时间T、所述目标控制值J确定所述时间切片参数Ti和所述最大变化区间值In，包括：根据所述时间切片参数Ti、所述最大变化区间值In模拟对所述当前运动部件的控制；以及调整所述时间切片参数Ti、所述最大变化区间值In，以确定最优的所述时间切片参数Ti和最优的所述最大变化区间值In。
举例说明，在运动控制程序中设置控制逻辑和调整参数，通过时间片段参数Ti和最大变化区间值In(在加速运动中可以称为递增区间数，在减速运动中可以称为递减区间数)的组合，总是可以找到合适的值，使机器的操纵变得平稳和安全。例如，可以根据不同的时间片段参数Ti和最大变化区间值In分别模拟对当前运动部件的控制，通过其各个参数指标数确定最优的时间片段参数Ti和最优的最大变化区间值In。
需要说明，运行时间T也可以根据时间切片参数Ti和最大变化区间值In的选择进行调整，即通过时间切片参数Ti和最大变化区间值In可以确定运行时间T。
进一步地，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化，并根据该逐步变化的控制值，控制施加至比例阀的电流值，直至所述控制值达到所述目标控制值。其中，逐步施加至比例阀的电流值可以通过上述式(1)得到。
据此，本发明实施例提供的工程机械运动部件的平稳性控制方法，可以实现的效果包括：
1)考虑了顺应物体的惯性特性，通过设置时间切片参数Ti和最大变化区间值In，可以比较平稳推动和停止运动部件运动。
2)用比较简洁的计算方法代替了传统的PID调节方法，鲁棒性较好，运动控制过程中的数据可计算、可调整。
3)使用时间等份切片，以及限定时间片内递增、递减步长的方法，建立了在工程机械电液比例系统中推动机械结构加速或减速过程的运动模型，在工程机械电液比例控制方法中具有广泛的应用价值。
图2是本发明实施例提供的工程机械运动部件的平稳性控制装置的结构示意图，请参考图2，该工程机械运动部件的平稳性控制装置可以包括：采集单元11，用于采集操纵手柄的当前采样值J作为目标控制值；以及控制单元12，用于按照时间切片参数Ti以及每时间切片参数Ti内的最大变化区间值In，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化，并根据该逐步变化的控制值，控制施加至比例阀的电流值，直至所述控制值达到所述目标控制值。
其中，所述时间切片参数Ti为将所述目标控制值的变化过程划分后的等份的时间片段，所述最大变化区间值In为每个时间切片Ti内最大逐步变化的区间数值。
控制单元12，例如电控单元(ECU)，可以包括处理器，例如CPU、存储器等计算单元；采集单元11，例如模数采集电路。
优选的，所述工程机械运动部件的平稳性控制装置还可以包括：数模转换电路13，用于所述逐步变化的控制值J和所述电流值A之间的数模转换，其中数模转换公式为上述式(1)。
结合图4所示的桥梁架设车，通过以下示例，介绍该桥梁架设车运动部件的平稳性控制装置的一种实施过程。
桥梁架设车各个运动部件的作业过程，可以依据操纵手柄(例如操纵机手操作控制杆)的操作幅度，采集动作指令与运动控制目标幅度值，即目标控制值J，再由控制单元12，例如电控单元(ECU)根据步骤S110-S120的过程得到时间切片参数Ti、最大变化区间值In，通过数模转换电路13输出，由液压系统响应，即通过控制阀驱动运动部件运动或停止。
进一步地，图3是本发明实施例提供的工程机械运动部件的平稳性控制系统的结构示意图，请参考图3，该工程机械运动部件的平稳性控制系统可以包括：人机交互界面20，用于获取用户输入；上述的工程机械运动部件的平稳性控制装置10，用于控制施加至比例阀30的电流值；以及所述比例阀30，用于驱动该运动部件达到指定位置。
优选的，所述人机交互界面20可以包括显示模块和/或操纵手柄。
结合图2、图4举例说明，在人机界面20上可以设置或调整每个动作的时间切片参数Ti，每时间切片Ti内的最大变化区间值In(最大递加或递减区间值In)，还可以设定或调整驱动各个运动部件的最小电流值Amin和最大电流值Amax以及相应控制手柄的Jmin和Jmax。这些设定值保存在控制单元12的铁电存储器(FRAM，ferroelectric RAM)中。在系统工作时，根据式(1)，从当前操纵手柄的采样值J，结合铁电存储器中存储的参数计算对应动作比例阀的PWM控制值A，即控制了目标控制值J的递加或递减过程，也就控制了A值的递加或递减过程，而这个过程根据式(2)进行调整，以增强了运动部件的平稳性。
本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令使得机器执行上述任意一项所述的工程机械运动部件的平稳性控制方法。
需要说明，本发明是实施例提供的上述工程机械运动部件的平稳性控制装置、系统和存储介质与方法实施例的内容和效果类似，此处不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种工程机械运动部件的平稳性控制方法，其特征在于，所述工程机械运动部件平稳性控制方法包括：
采集操纵手柄的当前采样值J作为目标控制值；以及
按照时间切片参数Ti以及每时间切片参数Ti内的最大变化区间值In，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化，并根据该逐步变化的控制值，控制施加至比例阀的电流值，直至所述控制值达到所述目标控制值，
其中，所述时间切片参数Ti为将所述目标控制值的变化过程划分后的等份的时间片段，所述最大变化区间值In为每个时间切片Ti内最大逐步变化的区间数值。
2.根据权利要求1所述的工程机械运动部件的平稳性控制方法，其特征在于，在所述按照时间切片参数Ti以及每时间切片Ti内的最大变化区间值In，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化之前，所述工程机械运动部件的平稳性控制方法还包括：
确定所述控制值达到所述目标控制值的运行时间T；以及
根据所述运行时间T、所述目标控制值J确定所述时间切片参数Ti和所述最大变化区间值In。
3.根据权利要求2所述的工程机械运动部件的平稳性控制方法，其特征在于，通过下式，确定所述时间切片参数Ti和所述最大变化区间值In：
4.根据权利要求2-3中任意一项所述的工程机械运动部件的平稳性控制方法，所述根据所述运行时间T、所述目标控制值J确定所述时间切片参数Ti和所述最大变化区间值In，包括：
根据所述时间切片参数Ti、所述最大变化区间值In模拟对所述当前运动部件的控制；以及
调整所述时间切片参数Ti、所述最大变化区间值In，以确定最优的所述时间切片参数Ti和最优的所述最大变化区间值In。
5.根据权利要求1所述的工程机械运动部件的平稳性控制方法，其特征在于，所述根据该逐步变化的控制值，控制施加至比例阀的电流值，其中所述逐步变化的控制值J和所述电流值A之间的数模转换公式为：
其中，Amax为通过该比例阀的最大电流值，Amin为通过该比例阀的最小电液流量，Jmax为该操纵手柄的最大控制值，Jmin为操纵手柄的最小控制值。
6.一种工程机械运动部件的平稳性控制装置，其特征在于，所述工程机械运动部件的平稳性控制装置包括：
采集单元，用于采集操纵手柄的当前采样值J作为目标控制值；以及
控制单元，用于按照时间切片参数Ti以及每时间切片参数Ti内的最大变化区间值In，控制所述操纵手柄的控制值逐步变化，并根据该逐步变化的控制值，控制施加至比例阀的电流值，直至所述控制值达到所述目标控制值，
其中，所述时间切片参数Ti为将所述目标控制值的变化过程划分后的等份的时间片段，所述最大变化区间值In为每个时间切片Ti内最大逐步变化的区间数值。
7.根据权利要求6所述的工程机械运动部件的平稳性控制系统，其特征在于，所述工程机械运动部件的平稳性控制装置还包括：
数模转换电路，用于所述逐步变化的控制值J和所述电流值A之间的数模转换，其中数模转换公式为：
其中，Amax为通过该比例阀的最大电流值，Amin为通过该比例阀的最小电液流量，Jmax为该操纵手柄的最大控制值，Jmin为操纵手柄的最小控制值。
8.一种工程机械运动部件的平稳性控制系统，其特征在于，所述工程机械运动部件的平稳性控制系统包括：
人机交互界面，用于获取用户输入；
权利要求6或7所述的工程机械运动部件的平稳性控制装置，用于控制施加至比例阀的电流值；以及
所述比例阀，用于驱动该运动部件达到指定位置。
9.根据权利要求8所述的工程机械运动部件的平稳性控制系统，其特征在于，所述人机交互界面包括显示模块和/或操纵手柄。
10.一种机器可读存储介质，其特征在于，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令使得机器执行根据权利要求1-5中任意一项所述的工程机械运动部件的平稳性控制方法。
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