CN113582024B - 用于起重机的负功率控制方法、设备、系统及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于起重机的负功率控制方法、设备、系统及起重机，属于工程机械技术领域。所述起重机包括发动机、至少一个闭式系统及开式系统，通过获取所述发动机的摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比；根据所述摩擦扭矩百分比及所述实际扭矩百分比确定实际负载率；根据所述实际负载率和预设负载率确定所述开式系统的负载投入量，使得所述开式系统根据所述负载投入量吸收所述闭式系统产生的负功率。其中，将发动机的扭矩百分比作为参数控制开式系统的负载投入量，避免了起重机在采用复合动作进行重物就位时，因变幅机构吸收负功率、其他闭式系统吸收或产生负功率导致的负功率控制不准确，实现了复合动作工况下负功率的精确控制。

Description

用于起重机的负功率控制方法、设备、系统及起重机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体地涉及一种用于起重机的负功率控制方法、设备、系统及起重机。

背景技术

目前，吨位较大的起重机或履带式起重机的卷扬提升机构通常采用多个闭式卷扬系统(以下简称闭式系统)，当重物就位时，需要采用闭式系统与变幅机构复合动作、多个闭式系统复合动作或多个闭式系统与变幅机构复合动作。

现有技术中通常由开式系统吸收闭式系统的重物下落时产生的负功率，该方案仅适用于单个闭式系统动作的工况下对负功率进行控制。在具体应用中，若重物就位时采用的是复合动作，则变幅机构有可能吸收负功率，其他闭式系统可能吸收负功率，也可能产生负功率，若直接将现有技术中的负功率控制方案用于复合动作的工况，则可能出现开式系统中的负载投入量过大或过小、功率匹配不当等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于起重机的负功率控制方法、设备、系统及起重机，旨在解决现有技术中起重机在采用复合动作进行重物就位时无法有效地进行负功率控制的技术问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于起重机的负功率控制方法，包括以下步骤：

获取发动机的摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比；

根据摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比确定实际负载率；

根据实际负载率和预设负载率确定开式系统的负载投入量，以使开式系统根据负载投入量吸收闭式系统产生的负功率。

在本发明实施例中，根据实际负载率和预设负载率确定开式系统的负载投入量，包括：

使用增量式PID控制模型，根据实际负载率和预设负载率得到开式系统的负载变化率；

根据负载变化率及预设负载量得到开式系统的负载投入量。

在本发明实施例中，使用增量式PID控制模型，根据实际负载率和预设负载率得到开式系统的负载变化率，包括：

计算实际负载率与预设负载率的偏差值；

将偏差值输入至增量式PID控制模型，以得到开式系统的负载变化率。

在本发明实施例中，控制方法还包括：

检测起重机是否处于卷扬下落状态；

在起重机处于卷扬下落状态的情况下，从开式系统获取预设负载量。

在本发明实施例中，根据摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比确定实际负载率，包括：

判断实际扭矩百分比是否大于零；

在实际扭矩百分比大于零的情况下，将实际扭矩百分比与摩擦扭矩百分比的差作为实际负载率。

本发明第二方面提供一种用于起重机的负功率控制设备，包括：

存储器，用于存储用于起重机的负功率控制程序；

处理器，被配置成从存储器调用用于起重机的负功率控制程序使得处理器能够执行上述的用于起重机的负功率控制方法。

本发明第三方面提供一种用于起重机的负功率控制系统，包括：

发动机；

开式系统；

至少一个闭式系统；以及

根据以上的用于起重机的负功率控制设备。

在本发明实施例中，至少一个闭式系统、发动机及开式系统均与负功率控制设备通信。

在本发明实施例中，负功率控制系统还包括变幅机构，负功率控制设备，还用于在至少一个闭式系统及变幅机构同时动作时，确定开式系统的负载投入量。

本发明第四方面提供一种起重机，包括上述的用于起重机的负功率控制系统。

通过上述技术方案，在起重机中设置有发动机、至少一个闭式系统及开式系统的情况下，通过获取发动机的摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比；根据摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比确定实际负载率；根据实际负载率和预设负载率确定开式系统的负载投入量，使得开式系统根据负载投入量吸收闭式系统产生的负功率。其中，将发动机的扭矩百分比作为参数控制开式系统的负载投入量，避免了起重机在采用复合动作进行重物就位时，因变幅机构吸收负功率、其他闭式系统吸收或产生负功率导致的负功率控制不准确，实现了复合动作工况下负功率的精确控制。

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是本发明实施例涉及的硬件运行环境的用于起重机的负功率控制设备结构示意图；

图2为本发明实施例用于起重机的负功率控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例中起重机在复合动作工况下一实施例的负功率分配示意图；

图4为本发明实施例中起重机在复合动作工况下另一实施例的负功率分配示意图；

图5为本发明实施例中起重机在复合动作工况下又一实施例的负功率分配示意图；

图6为本发明实施例中起重机在复合动作工况下再一实施例的负功率分配示意图；

图7为图1中步骤S30的细化流程示意图；

图8为本发明用于起重机的负功率控制系统一实施例的功能模块图；

图9为本发明用于起重机的负功率控制系统另一实施例的功能模块图。

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。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的用于起重机的负功率控制设备结构示意图。

如图1所示，该用于起重机的负功率控制设备可以包括：处理器1001，例如CPU，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏、输入单元比如键盘，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对用于起重机的负功率控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及用于起重机的负功率控制程序。

在图1所示的用于起重机的负功率控制设备中，网络接口1004主要用于与外部网络进行数据通信；用户接口1003主要用于接收用户的输入指令；所述用于起重机的负功率控制设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的用于起重机的负功率控制程序，并执行以下操作：

获取所述发动机的摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比；

根据所述摩擦扭矩百分比及所述实际扭矩百分比确定实际负载率；

根据所述实际负载率和预设负载率确定所述开式系统的负载投入量，以使所述开式系统根据所述负载投入量吸收所述闭式系统产生的负功率。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的用于起重机的负功率控制程序，还执行以下操作：

使用增量式PID控制模型，根据所述实际负载率和预设负载率得到所述开式系统的负载变化率；

根据所述负载变化率及预设负载量得到所述开式系统的负载投入量。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的用于起重机的负功率控制程序，还执行以下操作：

计算所述实际负载率与所述预设负载率的偏差值；

将所述偏差值输入至所述增量式PID控制模型，以得到所述开式系统的负载变化率。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的用于起重机的负功率控制程序，还执行以下操作：

检测所述起重机是否处于卷扬下落状态；

在所述起重机处于卷扬下落状态的情况下，从所述开式系统获取预设负载量。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的用于起重机的负功率控制程序，还执行以下操作：

判断所述实际扭矩百分比是否大于零；

在所述实际扭矩百分比大于零的情况下，将所述实际扭矩百分比与所述摩擦扭矩百分比的差作为实际负载率。

本实施例通过上述方案，在起重机中设置有发动机、至少一个闭式系统及开式系统的情况下，通过获取发动机的摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比；根据摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比确定实际负载率；根据实际负载率和预设负载率确定开式系统的负载投入量，使得开式系统根据负载投入量吸收闭式系统产生的负功率。其中，将发动机的扭矩百分比作为参数控制开式系统的负载投入量，避免了起重机在采用复合动作进行重物就位时，因变幅机构吸收负功率、其他闭式系统吸收或产生负功率导致的负功率控制不准确，实现了复合动作工况下负功率的精确控制。

基于上述硬件结构，提出本发明用于起重机的负功率控制方法实施例。

参照图2，图2为本发明实施例用于起重机的负功率控制方法的流程示意图。

在本实施例中，起重机包括发动机、至少一个闭式系统及开式系统，用于起重机的负功率控制方法包括以下步骤：

S10：获取发动机的摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比；

需要说明的是，对于大吨位起重机及履带式起重机而言，其卷扬提升机构多采用闭式系统，当发动机采用复合动作对闭式系统中的重物就位时，复合动作工况下负功率的分配具体如下：

请一并参照图3，在仅采用两个闭式系统复合动作的工况下，当仅有重物G1下降时，重物G1产生负功率，重物G2和闭式系统2均消耗负功率，通过调节开式系统中的负载投入量的大小吸收剩余的负功率；当重物G1和重物G2均下降时，重物G1、重物G2和闭式系统2均产生负功率，通过调节开式系统中的负载投入量的大小吸收所有的负功率。

请一并参照图4，在采用一个闭式系统一个变幅机构复合动作的工况下，当重物G1下降时，重物G1产生负功率，变幅机构2及重物变幅均消耗负功率，通过调节开式系统中的负载投入量的大小吸收剩余的负功率。

请一并参照图5，在采用三个闭式系统复合动作的工况下，当仅有重物G1下降时，重物G1产生负功率，重物G2、闭式系统2、重物G3和闭式系统3均消耗负功率，通过调节开式系统中的负载投入量的大小吸收剩余的负功率；当重物G1、重物G2和重物G3均下降时，重物G1、重物G2、重物G3、闭式系统2、闭式系统3均产生负功率，通过调节开式系统中的负载投入量的大小吸收所有的负功率。当重物G1下降，重物G2和重物G3中有一个下降，一个上升时，下降的重物和对应的闭式系统产生负功率，上升的重物和对应的闭式系统消耗负功率，通过调节开式系统中的负载投入量的大小吸收剩余的负功率。

请一并参照图6，在采用两个闭式系统和一个变幅机构复合动作的工况下，重物G1下降产生负功率，变幅机构2和重物变幅均消耗负功率，闭式系统3和重物3可能消耗负功率也可能产生负功率，通过调节开式系统中的负载投入量的大小吸收剩余的负功率。

需要说明的是，在发动机采用复合动作控制重物就位时，在变幅机构或其他闭式系统均消耗负功率的情况下，若直接套用现有技术中单个动作的负功率控制方案，则可能出现开式系统中的负载投入量过大、系统能耗过高、功率匹配不当等问题；在起重机中有至少两个重物均下降产生负功率时，若直接套用现有技术中单个动作的负功率控制方案，则可能导致开式系统中的负载投入量过小，进而导致发动机发生飞车事故。

现有技术中在单个闭式系统动作的工况下对负功率进行控制时，通常采用发动机的输出功率作为调节负载投入量的依据。由于液压系统中发动机的输出功率计算公式为：功率＝k*流量*压力，其中，k为常数。为了得到发动机的输出功率，需要检测液压系统的压力和流量，并将其作为控制参数。该方案存在两个方面的不足：其一，每台起重机需要单端匹配流量参数，发动机负功率控制精细匹配试验的时间大约需要2周，若将其套用到复合动作的工况，需要更长的匹配试验时间，耗时大约3倍以上；其二，压力检测的结果通常为区间，为保障压力在该区间右侧时负载投入足够，在该区间的负载投入值需要为区间右侧匹配的数值(即最大值)，故而当实际压力在区间左侧时，会造成负载过度投入。

本实施例中，考虑到变幅机构吸收负功率、其他闭式系统吸收或产生负功率对开式系统吸收负功率的影响，并没有采用发动机的功率作为调节开式系统中负载投入量的依据，而是以发动机扭矩百分比作为负载投入量的调节依据。相较于功率调节的方案而言，发动机的扭矩百分比方便读取，而且数据精准，也无需每台起重机都做大量参数匹配试验，缩短了起重机的调试时间。因此，具有控制精确、响应速度快、有效兼顾安全与节能等诸多优点。

在具体实现中，发动机的扭矩百分比是实时变化的，可以从发动机的电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)中读取发动机的摩擦扭矩百分比和实际扭矩百分比。

S20：根据摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比确定实际负载率；

具体地，可以判断实际扭矩百分比是否大于零，在实际扭矩百分比大于零的情况下，将实际扭矩百分比与摩擦扭矩百分比的差作为实际负载率，再根据实际负载率确定开式系统的负载投入量。

当然，在实际扭矩百分比小于或等于零的情况下，表明发动机并没有输出功率，此时重物会因下降产生负功率，不仅需要利用开式系统吸收负功率，还需要另外增加安全控制方案，如控制发动机停止运行。

S30：根据实际负载率和预设负载率确定开式系统的负载投入量，以使开式系统根据负载投入量吸收闭式系统产生的负功率。

可以理解的是，预设负载率为用户预先设定好的负载率，在具体实现中，可以根据实际负载率与预设负载率的差值确定负载投入量。

本实施例的用于起重机的负功率控制方法，不仅适用于大吨位起重机及履带式起重机，也适用于移动式起重机，该方案不仅考虑到了发动机的负扭矩吸收能力与安全性，在极端负载工况时发动机的实时性和顺应性，还考虑到了系统的能耗特性，以及消耗发动机功率发热引起的可靠性问题，实现了多目标协同优化控制。

本实施例在起重机中设置有发动机、至少一个闭式系统及开式系统的情况下，通过获取发动机的摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比；根据摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比确定实际负载率；根据实际负载率和预设负载率确定开式系统的负载投入量，使得开式系统根据负载投入量吸收闭式系统产生的负功率。其中，将发动机的扭矩百分比作为参数控制开式系统的负载投入量，避免了起重机在采用复合动作进行重物就位时，因变幅机构吸收负功率、其他闭式系统吸收或产生负功率导致的负功率控制不准确，实现了复合动作工况下负功率的精确控制。

如图7所示，图7为图2中步骤S30一实施例的流程示意图。

在本实施例中包括以下步骤：

S31：使用增量式PID控制模型，根据实际负载率和预设负载率得到开式系统的负载变化率；

在具体实现中，检测起重机是否处于卷扬下落状态；在起重机处于卷扬下落状态的情况下，从开式系统获取预设负载量，并通过负载变化率和预设负载量确定负载投入量。在起重机不是处于卷扬下落状态的情况下，则可以判定开式系统中无负载投入，进而也无需进行负载投入量的控制。

需要说明的是，PID控制模型是通过对控制量的增量(本次控制量和上次控制量的差值)进行PID控制的一种控制模型。本实施例中的控制量为负载率，可以通过计算实际负载率与预设负载率的偏差值；将偏差值输入至增量式PID控制模型，以得到开式系统的负载变化率。

S32：根据负载变化率及预设负载量得到开式系统的负载投入量，以使开式系统根据负载投入量吸收闭式系统产生的负功率。

可理解的是，在得到开式系统的负载变化率后，根据公式：B＝last_B+V*cycletime可以得到负载的增量，其中，B为负载的当次投入量，last_B为负载的上一次投入量，V为负载变化率，cycletime为时间，将负载的当次投入量和预设负载量求和，即可得到开式系统的负载投入量。

本实施例通过将实际负载率与预设负载率的偏差值作为输入，经过增量式PID控制模型调节输出负载变化率，进而确定负载投入量，具有控制精确，效率高的特点。

参照图8，图8为本发明用于起重机的负功率控制系统一实施例的功能模块图。

本实施例中，用于起重机的负功率控制系统包括：

发动机10；开式系统20；至少一个闭式系统30；以及上述实施例中描述的用于起重机的负功率控制设备40。

其中，至少一个闭式系统30、发动机10及开式系统20均与负功率控制设备40通信。

应当理解的是，当至少一个闭式系统30指两个闭式系统，且仅采用两个闭式系统复合动作的工况下，当仅有一个闭式系统的重物下降产生负功率时，另一个闭式系统及其重物消耗负功率，用于起重机的负功率控制设备40通过调节开式系统20中的负载投入量的大小吸收剩余的负功率；当两个闭式系统的重物均下降产生负功率时，用于起重机的负功率控制设备40通过调节开式系统20中的负载投入量的大小吸收所有的负功率。

在至少一个闭式系统30指三个闭式系统，且采用三个闭式系统复合动作的工况下，当仅有一个闭式系统或两个闭式系统的重物下降产生负功率时，其他闭式系统及重物消耗负功率，用于起重机的负功率控制设备40通过调节开式系统20中的负载投入量的大小吸收剩余的负功率；当三个闭式系统的重物均下降产生负功率时，用于起重机的负功率控制设备40通过调节开式系统20中的负载投入量的大小吸收所有的负功率。

进一步地，请一并参照图9，用于起重机的负功率控制系统还包括变幅机构50，负功率控制设备40，还用于在至少一个闭式系统30及变幅机构50同时动作时，确定开式系统20的负载投入量。

应当理解的是，当至少一个闭式系统30指一个闭式系统，且采用一个闭式系统一个变幅机构复合动作的工况下，当闭式系统的重物下降产生负功率时，变幅机构50会消耗负功率，用于起重机的负功率控制设备40通过调节开式系统20中的负载投入量的大小吸收剩余的负功率。

当至少一个闭式系统30指两个闭式系统，且采用两个闭式系统和一个变幅机构复合动作的工况下，其中一个闭式系统的重物下降时产生负功率，变幅机构50消耗负功率，另一个闭式系统可能消耗负功率也可能产生负功率，用于起重机的负功率控制设备40通过调节开式系统20中的负载投入量的大小吸收剩余的负功率。

本发明用于起重机的负功率控制系统的具体实施例与上述控制方法各实施例基本相同，在此不作赘述。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于起重机的负功率控制方法，所述起重机包括发动机、至少一个闭式系统及开式系统，其特征在于，所述负功率控制方法包括：

获取所述发动机的摩擦扭矩百分比及实际扭矩百分比；

判断所述实际扭矩百分比是否大于零；

在所述实际扭矩百分比大于零的情况下，将所述实际扭矩百分比与所述摩擦扭矩百分比的差作为实际负载率；

计算所述实际负载率与预设负载率的偏差值；

将所述偏差值输入至增量式PID控制模型，以得到所述开式系统的负载变化率；

根据所述负载变化率及预设负载量得到所述开式系统的负载投入量，以使所述开式系统根据所述负载投入量吸收所述闭式系统产生的负功率。

2.如权利要求1中所述的负功率控制方法，其特征在于，还包括：

检测所述起重机是否处于卷扬下落状态；

在所述起重机处于卷扬下落状态的情况下，从所述开式系统获取预设负载量。

3.一种用于起重机的负功率控制设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储用于起重机的负功率控制程序；

处理器，被配置成从所述存储器调用所述用于起重机的负功率控制程序使得所述处理器能够执行根据权利要求1至2中任意一项所述的用于起重机的负功率控制方法。

4.一种用于起重机的负功率控制系统，其特征在于，包括：

发动机；

开式系统；

至少一个闭式系统；以及

根据权利要求3所述的用于起重机的负功率控制设备。

5.如权利要求4所述的负功率控制系统，其特征在于，所述至少一个闭式系统、所述发动机及所述开式系统均与所述负功率控制设备通信。

6.如权利要求4所述的负功率控制系统，其特征在于，还包括变幅机构，所述负功率控制设备，还用于在所述至少一个闭式系统及所述变幅机构同时动作时，确定所述开式系统的负载投入量。

7.一种起重机，其特征在于，包括如权利要求4至6任一项所述的用于起重机的负功率控制系统。

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