CN112919345A - 一种起重机回转控制方法、装置、起重机及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种起重机回转控制方法、装置、起重机及存储介质，包括，获取起重机的转动惯量；基于所述转动惯量确定输出电流的电流变化速率阈值；基于所述电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。通过计算起重机的转动惯量，选择对应的惯量区间使用获得的电流变化速率阈值限制输出电流，进而减小起重机回转结构在启动或制动阶段中发生的液压回路的压力超调。

Description

一种起重机回转控制方法、装置、起重机及存储介质

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种起重机回转控制方法、装置、起重机及存储介质。

背景技术

现有的起重机防抖技术中，有通过实时获取回转速度和发动机转速，根据所得回转速度和发动机转速分别计算回转速度的变化率和发动机转速的变化率对回转液压马达的转速进行控制，只是限制在发动机转速发生突变的情况下通过限制回转速度减小冲击，仍为刚性冲击，不能对起重机回转过程中的稳定性进行提升，停车时吊钩产生的摇晃及回转过程中产生的速度波动并不能起到很好的控制作用，且由操作人员操作控制，对操作人员操纵水平要求较高，人为操纵不可控因素较大，易产生安全事故。

发明内容

本发明解决的问题是如何提高起重机回转启动与制动阶段的稳定性。

为解决上述问题，本发明提供一种起重机回转控制方法，包括：

获取起重机的转动惯量；

基于所述转动惯量确定输出电流的电流变化速率阈值；

基于所述电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

相对于现有技术，本发明通过计算起重机的转动惯量，通过转动惯量的大小设置输出电流的电流变化速率阈值，通过电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率，保证回转机构在启动和制动阶段的加速度有最大值限制，从而减小加速度超调，加速度不会存在突变，使启动和制动的速度更加平滑，计算起重机的转动惯量可以使电流变化速率阈值通过转动惯量的变化而变化，实现对不同工况下的适应，使操作者不需要刻意针对不同负载工况下手柄操作的幅度。

可选地，所述基于所述电流速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率包括：

判断当前的控制电流变化速率是否超过所述电流变化速率阈值；

若是，则将所述电流变化速率阈值作为输出电流的最大变化速率，以限制所述回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

由此，当控制电流超过了预设的电流变化速率阈值时，代表起重机在此电流变化速率下会发生压力超调的情况。

可选地，所述基于所述转动惯量确定输出电流的电流变化速率阈值包括：

确定所述转动惯量所处的惯量区间；

获取惯量区间与电流变化速率阈值之间的对应关系，基于所述对应关系确定所述转动惯量所处的惯量区间对应的目标电流变化速率阈值，所述目标电流变化速率阈值作为所述输出电流的电流变化速率阈值。

由此，将每个惯量区间都与电流变化速率阈值对应，进而对每个惯量区间的工况进行最大电流变化速率的限制，可以快速地应对实际工作情况，保证对输出电流的变化进行准确限制。

可选地，在所述获取起重机的转动惯量之前，还包括：

在所述获取起重机的转动惯量之前，还包括：

获取所述起重机的惯量参数，其中，所述惯量参数包括配重的转动惯量、所述吊臂的转动惯量、吊重的转动惯量及变幅油缸的转动惯量中的一项或多项；

基于所述惯量参数确定所述起重机的转动惯量。

由此，通过计算各个部分的转动惯量，可以考虑到各个部分对起重机回转机构运动时的影响，保证转动惯量被计算地更准确，将各个部分的转动惯量以预设方式获取起重机的转动惯量可以更直接地计算起重机的转动惯量，从而得出相应的电流变化速率阈值。

可选地，所述吊臂的转动惯量的计算公式包括：

I＝m·(R·cos α-L₁)²，

I为所述吊臂的转动惯量，m是所述吊臂的等效质量，R是所述吊臂的质心在基本臂状态下距转台铰接点长度，α是所述吊臂与水平面夹角，L₁是所述吊臂与转台铰接点距回转轴线水平距离。

由此，可以保证精确地测量此时起重机的转动惯量，使电流变化速率阈值的限制更加精确。

可选地，所述电流变化速率阈值包括最大启动电流变化速率和最大制动电流变化速率，其中，所述最大启动电流变化速率限制电流增大的最大速率，所述最大制动电流变化速率限制电流减小的最大速率。

由此，将电流变化速率分为最大启动电流变化速率和最大制动电流变化速率可以更细化地控制起重机的动作，在起重机启动时不会因电流变化速率过大而导致起重机的回转机构发生压力超调，也不会在起重机快速制动时因电流减小的速率过大而导致起重机制动时发生压力超调。

可选地，所述基于所述电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率包括：

将所述电流变化速率阈值进行积分处理后，发送给比例减压阀，以限制所述回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

由此，积分处理后发送给比例减压阀来限制回转机构相应的先导阀的开启或关闭速率可以使控制更加精确。

一种起重机回转控制装置，包括：

获取模块，获取起重机的转动惯量；

阈值模块，基于所述转动惯量确定输出电流的电流变化速率阈值；

限制模块，基于所述电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

所述起重机回转控制装置与起重机回转控制方法所具有的优势相同，在此不再赘述。

一种起重机设备，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的起重机回转控制方法。

所述起重机设备与起重机回转控制方法所具有的优势相同，在此不再赘述。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的起重机回转控制方法。

所述计算机可读存储介质与起重机回转控制方法所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明的起重机回转控制方法一实施例示意图；

图2为本发明的起重机回转控制方法一实施例流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明提出一种起重机回转控制方法，包括：

步骤S100，获取起重机的转动惯量。

起重机的回转机构用于带动重物进行旋转运动，具有较大的自重，重量越大，其转动惯量也越大，在操控回转机构运动时，需要较大的力改变运动状态。而起重机的吊臂是不停变化的，在现场作业时，吊臂的转动惯量随吊臂的形态、吊臂的重量的变化发生较大变化，使操作者无法准确计算回转机构的转动惯量，容易对回转稳定性造成负面影响。

计算转动惯量可以保证本发明起重机回转控制方法可以更精确地限制回转机构的控制参数，从而限制回转机构的动作幅度，提高回转机构的稳定性，在不提高成本的情况下，利用起重机上已有的测量设备与运行信号测量起重机的转动惯量，利于保证对起重机的精准控制。

可选地，在控制器中计算转动惯量。

通过控制器获取此时起重机的工况，其中，工况包括此时起重机的负载、吊臂角度、臂长等参数，再基于工况计算此时起重机的转动惯量。通过实时计算转动惯量保证能获取到最新的起重机工作参数，进而可以通过已获取到的起重机工作参数限制起重机工作时的动作幅度，防止起重机在启动或制动时的压力超调，从而更好地保证起重机启动和制动时的稳定性。

步骤S200，基于所述转动惯量确定输出电流的电流变化速率阈值。

转动惯量发生变化，则输出的电流变化速率阈值也需要发生相应的变化，当转动惯量越大时，其启动和制动需要的力越大，控制起重机工作所需要的输出电流变化量就越大，操作者在实际作业的过程中，一般很难精确地估计出实际情况，操作者需要对目前的工况进行快速处理，没有时间(或对经验和操作水平要求很高)基于工况对此时的情况作出判断，难以对回转机构的微小动作进行掌控。故在转动惯量与输出的电流变化速率阈值呈相关关系的情况下，基于转动惯量的大小确定输出电流的电流变化速率阈值，可以保证在转动惯量不停变化的情况下控制起重机输出的控制电流得到有效限制，减小起重机液压回路中的压力超调，进而减小加速度超调，从而使起重机在启动和制动阶段时的速度更平滑。当控制电流大于当前转动惯量对应的电流变化速率阈值时，将电流变化速率阈值作为当前的输出电流的最大变化速率，对控制回转机构的最大电流进行限制，从而防止操作者操纵幅度过大而导致的启动和制动阶段的不稳定现象。

当操作者操作手柄位移变化，即操作者使用操作手柄控制起重机时，控制器检测此操作输出的电流是否超过了电流变化速率阈值，若超过了电流变化速率阈值，则限制输出电流在预设时间段内变化速率的大小，将电流变化速率阈值作为输出电流的最大变化速率。

在一实施例中，经过步骤S100计算出起重机此时的转动惯量后，控制器针对此转动惯量的大小设定一个电流变化速率阈值，当操作者拨动操作手柄时，控制器将电压信号转化为电流信号，进行输出，然后传输至控制器，控制器判断操作手柄输出电流变化速率的大小是否超过了电流变化速率阈值的大小，若操作手柄输出电流变化速率的大小超过了电流变化速率阈值的大小，则将电流变化速率阈值的电流变化速率大小作为输出电流的最大变化速率输出，可以保证操作者控制起重机的动作过大时降低起重机启动或制动的加速度，使起重机的动作变平稳，不需要操作者人为估算此时的工况来调整操作手柄，实现控制系统的自动识别与干预。

步骤S300，基于所述电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

输出电流超过电流变化速率阈值时，表示此输出电流变化速率下，起重机的回转机构的运动幅度过大，吊钩产生的摇晃及回转过程中产生的速度波动对机构产生的冲击很大，此时需要限制输出电流在预设时间段内的变化速率，输出电流的变化速率用于直接限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率，进而限制起重机的运动速率，使起重机回转速率处于限制的速率内。

具体地，限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率分为开启速率和关闭速率，当起重机处于启动阶段时，根据计算得出的回转机构的转动惯量得出对应的输出电流变化速率阈值，当操作者操作手柄的速率过大时，其输出的电流在预设时间段内的变化速率也会过大，此时通过电流变化速率阈值控制输出的最大电流变化速率，输出电流直接控制对路阀阀芯开启的速率，保证起重机可以有平滑的启动加速度，从而保证回转机构的稳定，也保证起重机回转的精度。

当起重机处于制动阶段时，根据计算得出的回转机构的转动惯量得出对应的输出电流变化速率阈值，当操作者操作手柄回到中位的速率过大时，其输出的电流在预设时间段内的变化速率也会过大，此时通过电流变化速率阈值控制输出的最大电流变化速率，输出电流直接控制对回转机构相应的先导阀关闭的速率，保证起重机可以有平滑的制动加速度，从而保证回转机构制动的稳定。

当起重机处于启动和制动阶段时，操作者操作手柄的速率对应的输出电流处于电流变化速率阈值内，则表示在对应的输出电流控制下，起重机的回转机构不会出现过大的刚性冲击，则不需要通过电流变化速率阈值限制输出电流最大变化速率的大小。

可选地，步骤S300包括：

判断当前的控制电流变化速率是否超过所述电流变化速率阈值；

若是，则将所述电流变化速率阈值作为输出电流的最大变化速率，以限制所述回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

当控制电流超过电流变化速率阈值时，表示此时通过此控制电流控制的起重机在启动或制动阶段会发生不稳定的现象，从而导致吊钩或其它部分发生摇晃，从而发生危险或降低作业效率。此时通过电流变化速率阈值限制输出的最大电流变化速率，从而限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率，从而减小起重机回转机构在启动或制动节段发生的压力超调。当控制电流变化速率较小时，表示通过此控制电流下的起重机不会在启动或制动阶段发生压力超调，故不需要电流变化速率阈值的限制。

若否，则表示此时通过此控制电流控制的起重机不会在启动或制动阶段发生不稳定的现象，此时的起重机回转机构的压力超调处于可接受的范围内，故不限制电流变化的速率，起重机仅通过操作者的控制即可保持相对平稳。

可选地，所述电流变化速率阈值包括最大启动电流变化速率和最大制动电流变化速率，其中，所述最大启动电流变化速率限制电流增大的最大速率，所述最大制动电流变化速率限制电流减小的最大速率。

每个转动惯量都有其对应的最大电流变化速率，将转动惯量与最大电流变化速率对应，所述最大电流变化速率用于限制起重机回转机构启动和制动时的最大电流，即电流变化速率阈值，电流变化速率表示起重机控制电流在预设时间段内的变化量，用于保证回转机构在加速或减速时不会发生压力超调，防止回转机构加速或减速时产生抖动而发生危险。

起重机的动作分为启动阶段与制动阶段，在启动阶段设置最大启动电流变化速率，可以防止操作者在操作手柄时幅度过大而导致起重机的回转机构在启动时发生较大的压力超调，从而减小起重机的运动幅度，避免发生危险。在制动阶段设置最大制动电流变化速率可以防止操作者在制动时手柄快速回到中位而导致的起重机发生的压力超调，避免起重机突然停止而导致的晃动，避免发生危险。

所述最大电流变化速率确定所述电流变化速率阈值。

最大电流变化速率用于确定电流变化速率阈值，即确定用于控制起重机运动的最大电流，其中，电流由操作者控制手柄产生的电压产生，通过控制器将电压信号转化为电流信号，输出给判断装置，所述判断装置用于判断控制电流是否超过预设阈值。

将所述最大电流变化速率进行积分处理，发送给比例减压阀，以限制所述回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

因电流变化速率为电流的一阶导数，所以将所述最大电流变化速率进行积分处理后，结果为电流的数值。故，将电流变化速率积分后获得对应的电流值，将所述电流值发送给比例减压阀以限制回转机构的先导阀开启或关闭的速率。

可选地，所述基于所述电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率包括：

将所述电流变化速率阈值进行积分处理后，发送给比例减压阀，以限制所述回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

将最大电流变化速率进行积分处理，将处理后的数据发送给比例减压阀，通过减压阀限制所述回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率，通过上述方式，减小起重机回转机构启动阶段或制动阶段的压力超调。

可选地，步骤S100之前包括：

获取所述起重机的惯量参数，其中，所述惯量参数包括配重的转动惯量、所述吊臂的转动惯量、吊重的转动惯量及变幅油缸的转动惯量中的一项或多项。

基于所述惯量参数确定所述起重机的转动惯量。

从控制器中获取配重的转动惯量、所述吊臂的转动惯量、吊重的转动惯量及变幅油缸的转动惯量。其中，配重包括与驾驶室没有相对运动的结构的配重，即上车中每一个相对于驾驶室没有相对运动的结构部件，这一部分的质量与转动惯量在实际作业中不会改变，可以算作定值，可以通过CAD软件计算出配重部分绕回转中心的转动惯量。

所述吊臂的转动惯量指通过吊臂部分的参数获得的转动惯量，将每节吊臂看作单独的部分，吊臂可以向两种不同方向运动，第一种运动是沿吊臂所在直线的方向伸出和缩回的运动；第二种运动是绕着第一节吊臂与回转平台铰接的部分进行的转动，即变幅动作。两种运动均会改变吊臂的转动惯量的大小。根据转动惯量计算公式I＝m·r²计算这两种方向的运动，两种方向的运动均会改变每一节吊臂等效质心距离回转中心的水平距离，故获取各节吊臂的等效质量、各节吊臂质心在基本臂状态下距铰接点长度、吊臂与水平面夹角、吊臂与转台铰接点距回转轴线水平距离、第二节臂伸出长度、第三、四、五节臂伸出长度，所述基本臂为起重机在吊臂未伸开时基本状态的吊臂。

吊重的转动惯量指吊钩重量和负载重量距离回转中心的距离获得的转动惯量，包括负载及吊钩总重量、吊臂总长，另外，变幅油缸的转动惯量为变幅油缸部分伸出、缩回状态下的转动惯量，其同样会引起等效质心到回转轴水平距离的变化，从而影响转动惯量的大小。

可选地，步骤S100还包括：

所述吊臂的转动惯量的计算公式包括：

I＝m·(R·cos α-L₁)²，

I为所述吊臂的转动惯量，m是所述吊臂的等效质量，R是所述吊臂的质心在基本臂状态下距转台铰接点长度，α是所述吊臂与水平面夹角，L₁是所述吊臂与转台铰接点距回转轴线水平距离。

根据实际工况选取上述公式代入数据，具体地，起重机工作时，根据起重机吊臂的伸出情况选取公式代入，在一实施例中，第一、第二、第三节吊臂伸出，则选用第三个公式，即选取

计算当前的转动惯量，获取控制器中当前状态的各节吊臂等效质量m_J、各节吊臂质心在基本臂状态下距铰接点长度r_J、吊臂与水平面夹角α、吊臂与转台铰接点距回转轴线水平距离L_l、第二节臂伸出长度x₁、第三节臂伸出长度x₂代入公式，然后根据计算得出的转动惯量

确定对应的电流变化速率阈值，从而将此电流变化速率阈值作为限制起重机启动和制动的最大电流变化速率。

可选地，步骤S200包括：

确定所述转动惯量所处的惯量区间；

获取惯量区间与电流变化速率阈值之间的对应关系，基于所述对应关系确定所述转动惯量所处的惯量区间对应的目标电流变化速率阈值，所述目标电流变化速率阈值作为所述输出电流的电流变化速率阈值。

在一实施例中，惯量区间的制定可以在步骤S100之前，即先确定惯量区间与电流变化速率阈值的映射关系，可以表格形式呈现，计算出转动惯量后，控制器将得出的转动惯量映射至表格，选取对应的电流变化速率阈值，然后根据电流变化速率阈值限制输出电流变化速率的最大值，预先制定惯量区间可以有效减少实际作业时控制器的计算量，可以更快地对实际情况做出反应，有效增加起重机的稳定性。

另一实施例中，惯量区间的制定发生在步骤S200，即先通过控制器获取起重机的数据，然后根据获取到的数据计算转动惯量，再根据转动惯量的大小变化划分惯量区间，根据转动惯量所在的惯量区间获得对应的电流变化速率阈值，然后根据电流变化速率阈值限制控制电流变化速率的最大值，可以更切实地基于转动惯量的大小划分惯量区间，从而更准确地设定对应的电流变化速率阈值以适应实际情况。

可选地，根据起重机当前的工况确定划分惯量区间。

可选地，每个惯量区间的长度(即每个惯量区间的最大值和最小值的取值)通过控制器计算。

可选地，基于起重机的惯量参数获得每个惯量区间的长度、划分惯量区间。

在一实施例中，可以根据实际情况灵活选取制定惯量区间的时机，即可以预置转动惯量区间与电流变化速率阈值的映射表格，也可以在实际作业时根据情况实时计算划分惯量区间，可以在转动惯量接近惯量区间的极值附近时直接使用惯量区间对应的电流变化速率阈值；在转动惯量与惯量区间的极值的差值较大时实时计算与当前的转动惯量相适应的电流变化速率阈值以限制输出电流的变化速率，可以更灵活地控制起重机启动和制动时的动作幅度。

惯量区间与电流变化速率阈值一一对应可以有效地对转动惯量与电流变化速率阈值形成映射，减少控制器的计算量，利于快速对当前的转动惯量进行输出电流变化速率的限制，方便对起重机的控制。

本发明另一实施例的一种起重机回转控制装置，包括：

获取模块，获取起重机的转动惯量；

阈值模块，基于所述转动惯量确定输出电流的电流变化速率阈值；

限制模块，基于所述电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

所述起重机回转控制装置与起重机回转控制方法所具有的优势相同，在此不再赘述。

一种起重机设备，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的起重机回转控制方法。

所述起重机设备与起重机回转控制方法所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明另一实施例的一种计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的起重机回转控制方法。

所述计算机可读存储介质与起重机回转控制方法所具有的优势相同，在此不再赘述。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种起重机回转控制方法，其特征在于，包括：

获取起重机的转动惯量；

基于所述转动惯量确定输出电流的电流变化速率阈值；

基于所述电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

2.根据权利要求1所述的起重机回转控制方法，其特征在于，所述基于所述电流速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率包括：

判断当前的控制电流变化速率是否超过所述电流变化速率阈值；

若是，则将所述电流变化速率阈值作为输出电流的最大变化速率，以限制所述回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

3.根据权利要求1或2所述的起重机回转控制方法，其特征在于，所述基于所述转动惯量确定输出电流的电流变化速率阈值包括：

确定所述转动惯量所处的惯量区间；

基于预设的惯量区间与电流变化速率阈值之间的对应关系，确定所述转动惯量所处的惯量区间对应的目标电流变化速率阈值，所述目标电流变化速率阈值作为所述输出电流的电流变化速率阈值。

4.根据权利要求1所述的起重机回转控制方法，其特征在于，在所述获取起重机的转动惯量之前，还包括：

获取所述起重机的惯量参数，其中，所述惯量参数包括配重的转动惯量、吊臂的转动惯量、吊重的转动惯量及变幅油缸的转动惯量中的一项或多项；

基于所述惯量参数确定所述起重机的转动惯量。

5.根据权利要求4所述的起重机回转控制方法，其特征在于，所述吊臂的转动惯量的计算公式包括：

I＝m·(R·cosα-L₁)²，

I为所述吊臂的转动惯量，m是所述吊臂的等效质量，R是所述吊臂的质心在基本臂状态下距转台铰接点长度，α是所述吊臂与水平面夹角，L₁是所述转台铰接点距回转轴线水平距离。

6.根据权利要求4所述的起重机回转控制方法，其特征在于，所述电流变化速率阈值包括最大启动电流变化速率和最大制动电流变化速率，其中，所述最大启动电流变化速率限制电流增大的最大速率，所述最大制动电流变化速率限制电流减小的最大速率。

7.根据权利要求1或2所述的起重机回转控制方法，其特征在于，所述基于所述电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率包括：

将所述电流变化速率阈值进行积分处理后，发送给比例减压阀，以限制所述回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

8.一种起重机回转控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，获取起重机的转动惯量；

阈值模块，基于所述转动惯量确定输出电流的电流变化速率阈值；

限制模块，基于所述电流变化速率阈值限制回转机构相应的先导阀开启或关闭的速率。

9.一种起重机设备，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1-7任一项所述的起重机回转控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如权利要求1-7任一项所述的起重机回转控制方法。

Images