CN114439805A - 调平系统、调平方法及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械控制领域，公开了一种调平系统、调平方法及工程机械。臂架速度获取装置，用于根据用于控制臂架运动的液压阀的控制量及所述液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型，获取所述臂架的运动速度；前置控制量获取装置，用于根据所述臂架的运动速度、平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量；以及控制装置，用于根据所述调平阀的前置控制量，控制所述调平阀。本发明可提前预估臂架运动速度，并据此及时控制调平阀跟随臂架运动，从而避免因液压阀存在死区和时滞而引起的调平动作延时，提高操作舒适性。

Description

调平系统、调平方法及工程机械

技术领域

本发明涉及机械控制领域，具体地，涉及一种调平系统、调平方法及工程机械。

背景技术

高空作业平台是服务于各行业高空作业、设备安装、检修等可移动性高空作业的关键装备，其中，工作平台的调平不仅直接影响作业人员的操作体验，还与作业安全紧密相关。调平控制不好，不仅会降低操作体验，严重时还会引起坠落风险。随着智慧施工技术的发展，对调平控制的响应性、工况适应性和控制精度提出了更高的要求。

当前调平控制主要面临如下挑战：(1)控制作业平台的液压系统存在建压时间，从控制系统发出指令到调平动作存在明显延时。高空作业人员移动臂架时，会明显感觉工作平台先下沉或者上翘后在调平，影响操控体验；(2)由于液压系统和臂架结构引起平台速度的非线性变化，导致不能及时进行调平控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种调平系统、调平方法及工程机械，其可提前预估臂架运动速度，并据此及时控制调平阀跟随臂架运动，从而避免因液压阀存在死区和时滞而引起的调平动作延时，提高操作舒适性，同时为前馈控制和工况预判提供稳定的参考数据。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种调平系统，所述调平系统包括：臂架速度获取装置，用于根据用于控制臂架运动的液压阀的控制量及所述液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型，获取所述臂架的运动速度；前置控制量获取装置，用于根据所述臂架的运动速度、平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量；以及控制装置，用于根据所述调平阀的前置控制量，控制所述调平阀。

优选地，所述前置控制量获取装置包括：平台速度获取模块，用于根据所述臂架的运动速度及所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型，获取所述平台的运动速度；以及前置控制量获取模块，用于根据所述平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量。

优选地，所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型包括：所述臂架的角速度与所述平台的角速度之间的运动学模型。

优选地，所述臂架的角速度与所述平台的角速度之间的运动学模型包括：在所述臂架包括多节臂的情况下，所述平台的角速度为各节臂的角速度与所述各节臂的变幅机构的结构系数集合的函数。

优选地，在所述多节臂包括主臂、塔臂与飞臂的情况下，所述平台的角速度ω_l为下式表示的函数：

其中，{p₁₁、p₁₂、p₁₃}、{p₂₁、p₂₂、p₂₃}与{p₃₁、p₃₂、p₃₃}分别为主臂、塔臂与飞臂的变幅机构的结构系数集合；以及

与

分别为主臂、塔臂与飞臂的角速度。

优选地，所述液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的所述关系模型包括：所述液压阀的控制量与所述臂架的角速度之间的非线性模型。

优选地，所述液压阀的控制量为电流、电压、频率、电流通断时间的占空比或电压通断时间的占空比。

通过上述技术方案，本发明创造性地根据用于控制臂架运动的液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型，获取所述臂架的运动速度；然后根据所述臂架的运动速度、平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量；最后根据所述调平阀的前置控制量，控制所述调平阀。由此，本发明以速度控制指令做输入，不需要臂架运动就能提前估算出臂架运动的速度，从而可及时控制调平阀跟随臂架运动；并且由于估算的臂架运动速度，只受阀控量的影响，其波动小，故能准确反映臂架运动的趋势。

本发明第二方面提供一种调平方法，所述调平方法包括：根据用于控制臂架运动的液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型，获取所述臂架的运动速度；根据所述臂架的运动速度、平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量；以及根据所述调平阀的前置控制量，控制所述调平阀。

优选地，所述获取所述调平阀的前置控制量包括：根据所述臂架的运动速度及所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型，获取所述平台的运动速度；以及根据所述平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量。

有关本发明实施例提供的调平方法的具体细节及益处可参阅上述调平系统的描述，于此不再赘述。

本发明第三方面提供一种工程机械，所述工程机械包括所述的调平系统。

本发明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，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的调平系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的臂架的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的调平过程的流程图；

图4是本发明一实施例提供的调平过程的流程图；

图5是本发明一实施例提供的主臂的角速度与液压阀的控制量(即阀控量)之间的关系模型；以及

图6是本发明一实施例提供的调平阀的前置控制量(即阀控量)与平台的角速度之间的关系模型。

具体实施方式

以下结合附图对本发明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，并不用于限制本发明。

图1是本发明一实施例提供的调平系统的结构图。如图1所示，所述调平系统可包括：臂架速度获取装置10，用于根据用于控制臂架运动的液压阀的控制量及所述液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型，获取所述臂架的运动速度；前置控制量获取装置20，用于根据所述臂架的运动速度、平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量；以及控制装置30，用于根据所述调平阀的前置控制量，控制所述调平阀。

在一实施例中，对于臂架速度获取装置10所执行的获取所述臂架的运动速度的过程进行如下说明。

其中，所述液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的所述关系模型可包括：所述液压阀的控制量与所述臂架的角速度之间的非线性模型。其中，所述液压阀的控制量可为电流、电压、频率、电流通断时间的占空比或电压通断时间的占空比。

以某蜘蛛式高空作业平台的主臂变幅动作为例，主臂动作速度主要受相应液压阀的控制量和臂架铰点结构的影响。由于液压阀与主臂的角速度(即变幅速度)之间的非线性关系，同样的控制量变化引起的主臂角速度变化相差可达1倍。主臂的铰点结构通常为三铰点结构或者连杆式结构。对于连杆式结构，同样的阀控量(即液压阀的控制量)在不同的臂架位置处产生的最大速度差有6倍之多，经过算法补偿之后其速度差仍有1～2倍。通常，现有的调平控制在液压阀和臂架结构等非线性因素引起平台角度变化之后才进行响应，控制存在滞后性，从而影响用户体验。

在本实施例中，具体的关系模型可为一个数据表格，其输入为液压阀的控制量和臂架角度，输出为臂架的角速度。其中，所述液压阀的控制量为臂架的角速度的控制指令；以及所述臂架角度用于描述臂架位置，其可指臂架与水平面的绝对夹角，也可指臂架中的相邻两节臂之间的相对角度(例如，塔臂角度指塔臂与水平面的夹角；主臂角度指主臂与塔臂的夹角；飞臂角度指飞臂与主臂之间的夹角)。具体地，可通过实测数据来描述液压阀的控制量和臂架角度两者与臂架的角速度之间的关系模型。以图2中的主臂为例，具体的关系模型可为一个数据表格，其输入为用于控制主臂的液压阀的控制量和主臂角度(例如，主臂与塔臂的夹角)，输出为主臂的角速度。当然，关于所述主臂的具体的关系模型可表示图5所示的关系图。

对于图2中的臂架中的塔臂(或飞臂)，具体的关系模型可为一个数据表格，其输入为用于控制塔臂(或飞臂)的液压阀的控制量和塔臂(或飞臂)角度(即塔臂(或飞臂)与水平面的夹角)，输出为塔臂(或飞臂)的角速度。

例如，可采用控制变量法和分段标定方法，通过实际测量得到所述关系模型所涉及的数据。对于液压阀的非线性比较明显的区段和主臂的速度变化较大的位置，增加采点数量，尽量逼近实际特性。因此，本实施例所采用的关系模型反映了液压阀和臂架结构的非线性因素引起的速度变化。根据用于控制臂架运动速度的控制指令(即液压阀的控制量)，可以准确预估臂架的运动速度，从而可为预估平台运动速度的变化以及控制平台调平的控制阀(可简称为调平阀)及时跟随臂架运动提供平稳可靠的输入数据。

当操作人员发出关于臂架的操作指令时，根据所述操作指令、主臂角度及所述关系模型，臂架速度获取装置10可估算出臂架的运动速度。若操作人员操作了多个臂架动作，则估算出每个动作的速度。

本实施例用阀控量与臂架运动速度的关系模型描述液压系统、臂架结构形式等因素引起的调平速度的非线性变化，由于关系模型的输入为操作控制指令，因此实现了对非线性速度变化的提前判断，为后续控制提供了准确及时的依据。之后，可根据提前估算臂架的运动状态同步控制调平阀(详见下文内容)，及时主动补偿臂架运动对平台角度带来影响。由此，调平控制的响应迅速，几乎没有延时。并且，臂架启动时，操作人员没有平台下沉或上翘的感觉，操作体验好。

在一实施例中，所述前置控制量获取装置20可包括：平台速度获取模块，用于根据所述臂架的运动速度及所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型，获取所述平台的运动速度；以及前置控制量获取模块，用于根据所述平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量。

首先，对平台速度获取模块执行的获取平台的运动速度的过程进行说明。其中，所述平台的运动速度是指所述平台因调平机构的调平动作引起的运动速度。

所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型可包括：所述臂架的角速度与所述平台的角速度之间的运动学模型。其中，所述平台的角速度是指所述平台因调平机构的调平动作引起的角度变化率。

具体地，所述臂架的角速度与所述平台的角速度之间的运动学模型可包括：在所述臂架包括多节臂的情况下，所述平台的角速度为各节臂的角速度与所述各节臂的变幅机构的结构系数集合的函数。

以某蜘蛛式高空作业平台的混合臂架系统(例如，其包括图2中的主臂、塔臂与飞臂)为例，该混合臂架系统既有三铰点结构的变幅机构，也有多铰点连杆式变幅机构，同时平台的调平机构也是一种多铰点连杆式变幅调平机构(平台安装在所述调平机构上)。其中，所述臂架的每一个变幅机构的运动对平台与水平面的夹角都有影响。

具体地，平台与水平面的夹角α_p可通过以下公式确定：

α_p＝α₁+α₂+α₃-α_l，

α₁为主臂与塔臂的夹角；α₂为塔臂与水平面的夹角；α₃为飞臂与主臂的夹角；α_l为平台与飞臂的夹角。

平台调平的目标是在塔臂、主臂以及飞臂发生变幅动作时，通过调整平台与飞臂的夹角α_l以使得平台与水平面的夹角α_p为0，则有：

α_l＝α₁+α₂+α₂。 (1)

平台的角速度ω_l为平台的水平角度(α_l)变化率，结合上式(1)可将其表示为下式(2)：

其中，

与

分别为主臂、塔臂与飞臂的角速度。具体地，所述主臂的角速度为主臂相对于塔臂的角速度；所述塔臂的角速度为塔臂相对于水平面的角速度；所述飞臂的角速度为飞臂相对于主臂的角速度。

在本实施例中，臂架系统的变幅机构为三铰点或多铰点连杆式变幅机构，臂架的角速度与驱动油缸速度呈非线性变化。在调平机构的精度误差允许范围内，各个臂架的角速度与驱动油缸速度关系为：

则根据上式(2)、(3)及

可得：

其中，{p₁₁、p₁₂、p₁₃}、{p₂₁、p₂₂、p₂₃}与{p₃₁、p₃₂、p₃₃}分别为主臂、塔臂与飞臂的变幅机构的结构系数集合，其中p_1i、p_2i、p_3i分别为各个臂架i的变幅机构的第一结构系数、第二结构系数与第三结构系数；以及

与

分别为主臂、塔臂与飞臂的角速度。

在本实施例中，在各个臂架的变幅机构确定的情况下，各个臂架的变幅机构的第一结构系数、第二系结构数与第三结构系数即可确定，由此可确定上述公式(4)确定的运动学模型。然后，在通过实时检测控制液压阀组的输出流量确定臂架的角速度之后，所述平台速度获取模块通过上式(4)可确定平台的角速度。

本实施例用臂架运动速度与平台运动速度的模型描述不同臂架的运动速度与平台运动速度之间的复杂关系。将复杂工况引起复杂的臂架运动简化为平台运动速度的变化，为保证调平控制适应复杂多变的工况提供了基础。因此，可解决因臂架结构形式多样、操作组合不确定或臂架运动复杂多变等情形导致的调平控制易出现的超调和震荡问题。

其次，对所述前置控制量获取模块执行的获取所述调平阀的前置控制量的过程进行说明。

由于用于控制所述平台的调平阀的控制信号与平台的运动速度之间的关系为非线性关系，故本实施例通过所述调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度(例如，平台相对于飞臂的夹角的变化率，即平台的角速度)之间的关系模型，可反算出维持平台的运动速度所需的阀控量。具体地，可取平台的运动速度的负值(即与运动速度的大小相同，但方向相反)，导入调平阀的前置控制量与平台的运动速度之间的关系模型，所述前置控制量获取模块可得到调平阀的前置控制量。由此，可通过得到的调平阀的前置控制量来抵消臂架运动引起的平台的水平角度变化，从而实现工作平台的平稳可靠的调平控制。

在本实施例中，具体的关系模型可为一个数据表格，其输入为平台的运动速度，输出为调平阀的前置控制量。例如，可采用控制变量法和分段标定方法，通过实际测量得到所述关系模型所涉及的数据。对于调平阀的非线性比较明显的区段和平台的运动速度变化较大的位置，增加采点数量，尽量逼近实际特性。因此，本实施例所采用的关系模型反映了调平阀的非线性因素引起的速度变化。根据平台的运动速度可以准确预估将用于控制调平阀的控制指令(即调平阀的前置控制量)，从而所述控制装置30可根据调平阀的前置控制量对平台进行实时调平控制。当然，关于所述调平阀的具体的关系模型可表示图6所示的关系图。

具体而言，现以图3所示的流程为例对调平过程进行说明。

如图3所示，所述调平过程可包括以下步骤S301-S304。

步骤S301，根据液压阀的控制指令与第一关系模型，获取臂架的运动速度。

其中，所述第一关系模型为所述液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型。

步骤S302，根据所述臂架的运动速度及运动学模型，获取平台的运动速度。

其中，所述运动学模型为所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型。

步骤S303，根据所述平台的运动速度及第二关系模型，获取调平阀的前置控制量。

其中，所述第二关系模型为用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型。

步骤S304，根据所述调平阀的前置控制量，控制所述调平阀。

本实施例采用阀控量与臂架运动速度的关系模型描述液压系统、臂架结构形式等因素引起的调平速度的非线性变化，由于模型的输入为操作控制指令，因此实现了对非线性速度变化的提前判断，为后续控制提供了准确及时的依据。此外，本发明中的调平系统，不用提高传感器的精度和响应速度，成本低。

在本发明中，若无特别说明，所述平台的运动速度是指所述平台因调平机构的调平动作引起的运动速度；所述平台的角速度是指所述平台因调平机构的调平动作引起的角度变化率，故“所述平台的运动速度”可与“所述平台的调平运动速度”相互替换；“所述平台的角速度”可与“所述平台的调平角速度”相互替换。

综上所述，本发明创造性地根据用于控制臂架运动的液压阀的控制量及所述液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型，获取所述臂架的运动速度；然后根据所述臂架的运动速度、平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量；最后根据所述调平阀的前置控制量，控制所述调平阀。由此，本发明以速度控制指令做输入，不需要臂架运动就能提前估算出臂架运动的速度，从而可及时控制调平阀跟随臂架运动；并且由于估算的臂架运动速度，只受阀控量的影响，其波动小，故能准确反映臂架运动的趋势。

在一实施例中，所述调平系统还可包括：调平控制量获取装置，用于根据所述工况自适应控制算法、所述调平阀的前置控制量及调平偏差，获取所述调平阀的控制量。

其中，所述调平控制量获取装置可包括：前馈控制量获取模块，用于根据所述调平阀的前置控制量，确定所述调平阀的前馈控制量；以及反馈控制量获取模块，用于根据所述工况自适应控制算法、所述调平阀的前置控制量及调平偏差，确定所述调平阀的反馈控制量，其中，所述调平偏差为所述平台偏离水平面的角度；以及调平控制量获取模块，用于根据所述调平阀的前馈控制量与所述调平阀的反馈控制量，确定所述调平阀的控制量。

在一实施例中，所述前馈控制量获取模块用于确定所述调平阀的前馈控制量可包括：将所述调平阀的前置控制量与预设比例的乘积确定为所述调平阀的前馈控制量。

具体地，可根据所述调平阀的前置控制量P_level及下式(5)，计算前馈控制量P_Forwad：

P_Forwad＝Kf*P_level， (5)

其中，Kf为前馈控制系数，其用于调节前馈控制的强弱程度(例如，其可取值为1)。

上述确定的前馈控制量可作为调平控制的基础值，其具备快速反应和超前控制的特点，能及时控制平台跟随臂架运动。工况自适应控制算法在前馈控制的基础上对调平动作进行微调，消除因液压系统温度、臂架挠度、负载变化和外部干扰引起的调平偏差。

由于调平阀的前置控制量是根据臂架速度的控制指令进行计算的，故调平阀能与臂架的液压阀同步开启，平台能及时跟随臂架运动。液压系统和臂架结构等因素引起速度的非线性变化可通过两个模型(液压阀的控制量与臂架运动速度的关系模型以及臂架运动速度与平台运动速度的运动学模型)直接被囊括在调平阀的前置控制量中。这相当于对臂架运动速度引起的平台角度变化进行了补偿，因此由非线性因素引起的平台角度变化能得到有效遏制。然而，系统仍存在液压系统温度、臂架挠度、负载变化等因素影响，仅通过前馈控制不能保证调平控制的误差。

在一实施例中，所述反馈控制量获取模块用于确定所述调平阀的反馈控制量包括：在所述调平阀的前置控制量为0或者所述调平偏差小于预设偏差的情况下，确定所述调平阀的反馈控制量为0；在所述调平阀的前置控制量变为非0或者所述调平偏差变为大于或等于所述预设偏差的情况下，根据所述调平偏差及第一PID控制策略，确定所述调平阀的反馈控制量；在所述调平阀的前置控制量变为非0且持续时间超过所述预设时间或者所述调平偏差大于或等于所述预设偏差且持续时间超过所述预设时间的情况下，根据所述调平偏差及第二PID控制策略，确定所述调平阀的反馈控制量；或者在所述调平阀的前置控制量变为0或者所述调平偏差变为小于所述预设偏差的情况下，根据所述调平偏差及第三PID控制策略，确定所述调平阀的反馈控制量。

本实施例将调平过程分为四个阶段：等待阶段、启动阶段、调节阶段和停止阶段。

调平阀的反馈控制量f(P_Forward,e)表示由前馈控制量(其依赖于调平阀的前置控制量)和调平偏差决定的控制量。具体地，根据调平阀的前馈控制量(其依赖于调平阀的前置控制量)的变化，可准确评估出调平工况所处的阶段；在各个阶段，将e作为相应PID控制的输入，反馈控制量作为所述相应PID控制的输出(各个阶段所采用的PID控制策略中的具体参数不同)。也就是说，f(P_Forward,e)为分段函数。

等待阶段：当调平阀的前置控制量等于0或者调平偏差小于预设偏差时，表明处于等待阶段。此阶段工况自适应输出的f(P_Forward,e)为0，并循环检测调平阀的前置控制量和调平偏差的变化。

启动阶段：当调平阀的前置控制量不等于0或者调平偏差大于或等于预设偏差时，表明进入启动阶段。此阶段，将调平偏差作为输入，按照第一PID控制策略输出f(P_Forward,e)。

并且，启动阶段的主要任务是快速开启调平阀，以及时跟踪臂架运动。由于调平阀从控制指令发出到调平动作，存时间差，且受阀控量大小的影响，所以在启动阶段的控制策略是：以最快的速度开启调平，但不致引起平台角度突变。启动阶段的长短由启动时间这一参数来调节，所述启动时间可根据调平阀的特性确定(例如，可取值为合理的常数)。

对于所述第一PID控制策略，此阶段希望液压阀能快速打开，及时跟踪臂架运动，因此P参数会设置得相对较大。由于从液压阀开启到调平角度发生变化，存在一定延时，因此I参数会设置的比较小甚至为0。

调节阶段：当调平阀的前置控制量不等于0且维持时间超过预设的启动时间时，或者当调平偏差大于或等于所述预设偏差且维持时间超过预设的启动时间时(即启动阶段结束)，表明进入调节阶段。此阶段，将调平偏差作为输入，按照第二PID控制策略输出f(P_Forward,e)。

对于所述第二PID控制策略，此阶段希望调平动作平顺，要提高操作人员的舒适感，因此P参数会设置得相对较小，以减小平台角度的波动。为了消除跟踪误差，会将I参数设置得较大，以加强积分作用，从而保持工作平台水平。

停止阶段：当调平阀的前置控制量再次等于0或者调平偏差再次小于所述预设偏差时，表明进入停止阶段。停止阶段的主要目的是消除上述PID控制产生的积分累积值，防止臂架运动停止后，工作平台震荡调节。此阶段，将调平偏差作为输入，按照第三PID控制策略(其中，积分累积值可设置为0)输出f(P_Forward,e)。

对于所述第三PID控制策略，由于液压阀存在滞环，此阶段会采取不同于启动阶段的参数，一般P参数比启动阶段小且比调节阶段大，I参数取零。另外，为了防止积分饱和，在此阶段结束时会采取积分清零策略。

其中，所述第一PID控制策略、第二PID控制策略与第三PID控制策略所涉及的控制参数不同。具体的PID控制过程可参见现有技术执行，于此不再进行赘述。

在前馈控制保证调平控制及时响应的基础上，反馈控制量的分阶段控制既能消除液压系统温度、臂架挠度、负载变化和外部干扰等因素引起的调平误差，又可避免常规PID控制引起的平台角度震荡，大大提高了控制精度。

在一实施例中，根据所述调平阀的前馈控制量P_Forward与所述调平阀的反馈控制量f(P_Forward,e)，所述调平控制量获取模块可确定下式表示的所述调平阀的控制量P_adapt，

P_adapt＝P_Forward+f(P_Forward,e)， (6)

相应地，所述控制装置30可根据上述确定的所述调平阀的控制量P_adapt，控制所述调平阀运行。

在现有的具有滞后性的调平控制过程中，由于臂架运动速度呈非线性变化，导致调平阀需要频繁动作(开启/关闭)，故调平操控体验差。而本实施例在前馈控制保证平台主动跟臂架运动以消除非线性因素对平台角度的影响的基础上，通过反馈控制自动适应工况的变化，可极大地降低调平阀的开关频率，从而保证工作平台平稳运行。

具体而言，现以图4所示的流程为例对调平过程进行说明。

如图4所示，所述调平过程可包括以下步骤S401-S405。

步骤S401，根据液压阀的控制指令与第一关系模型，获取臂架的运动速度。

其中，所述第一关系模型为所述液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型。

步骤S402，根据所述臂架的运动速度及运动学模型，获取平台的运动速度。

其中，所述运动学模型为所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型。

步骤S403，根据所述平台的运动速度及第二关系模型，获取调平阀的前置控制量。

其中，所述第二关系模型为用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型。

步骤S404，根据工况自适应控制算法及所述调平阀的前置控制量，获取所述调平阀的控制量。

其中，所述调平阀的控制量包括所述调平阀的前馈控制量与反馈控制量。

步骤S405，根据所述调平阀的控制量，控制所述调平阀。

综上所述，本发明创造性地根据臂架的运动速度与平台的运动速度，获取用于控制所述平台的调平阀的前置控制量；然后根据工况自适应控制算法及所述调平阀的前置控制量，获取所述调平阀的控制量，其中，所述调平阀的控制量包括所述调平阀的前馈控制量与反馈控制量；最后根据所述调平阀的控制量，控制所述调平阀。由此，本发明可在前馈控制的基础上，对调平动作进行微调以自适应工况变化，从而消除因液压系统温度、臂架挠度、负载变化和外部干扰引起的调平偏差。

本发明一实施例还提供一种调平方法。所述调平方法可包括：根据用于控制臂架运动的液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型，获取所述臂架的运动速度；根据所述臂架的运动速度、平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量；以及根据所述调平阀的前置控制量，控制所述调平阀。

优选地，所述获取所述调平阀的前置控制量包括：根据所述臂架的运动速度及所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型，获取所述平台的运动速度；以及根据所述平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量。

有关本发明实施例提供的调平方法的具体细节及益处可参阅上述调平系统的描述，于此不再赘述。

本发明一实施例还提供一种工程机械，所述工程机械包括所述的调平系统。其中，所述工程机械可为高空作业设备。

有关本发明实施例提供的工程机械的具体细节及益处可参阅上述调平系统的描述，于此不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种调平系统，其特征在于，所述调平系统包括：

臂架速度获取装置，用于根据用于控制臂架运动的液压阀的控制量及所述液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型，获取所述臂架的运动速度；

前置控制量获取装置，用于根据所述臂架的运动速度、平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量；以及

控制装置，用于根据所述调平阀的前置控制量，控制所述调平阀。

2.根据权利要求1所述的调平系统，其特征在于，所述前置控制量获取装置包括：

平台速度获取模块，用于根据所述臂架的运动速度及所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型，获取所述平台的运动速度；以及

前置控制量获取模块，用于根据所述平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量。

3.根据权利要求2所述的调平系统，其特征在于，所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型包括：所述臂架的角速度与所述平台的角速度之间的运动学模型。

4.根据权利要求3所述的调平系统，其特征在于，所述臂架的角速度与所述平台的角速度之间的运动学模型包括：

在所述臂架包括多节臂的情况下，所述平台的角速度为各节臂的角速度与所述各节臂的变幅机构的结构系数集合的函数。

5.根据权利要求4所述的调平系统，其特征在于，在所述多节臂包括主臂、塔臂与飞臂的情况下，所述平台的角速度ω_l为下式表示的函数：

其中，{p₁₁、p₁₂、p₁₃}、{p₂₁、p₂₂、p₂₃}与{p₃₁、p₃₂、p₃₃}分别为主臂、塔臂与飞臂的变幅机构的结构系数集合；以及

与

分别为主臂、塔臂与飞臂的角速度。

6.根据权利要求1所述的调平系统，其特征在于，所述液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的所述关系模型包括：所述液压阀的控制量与所述臂架的角速度之间的非线性模型。

7.根据权利要求1所述的调平系统，其特征在于，所述液压阀的控制量为电流、电压、频率、电流通断时间的占空比或电压通断时间的占空比。

8.一种调平方法，其特征在于，所述调平方法包括：

根据用于控制臂架运动的液压阀的控制量与所述臂架的运动速度之间的关系模型，获取所述臂架的运动速度；

根据所述臂架的运动速度、平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量；以及

根据所述调平阀的前置控制量，控制所述调平阀。

9.根据权利要求8所述的调平方法，其特征在于，所述获取所述调平阀的前置控制量包括：

根据所述臂架的运动速度及所述臂架的运动速度与所述平台的运动速度之间的运动学模型，获取所述平台的运动速度；以及

根据所述平台的运动速度及用于控制所述平台的调平阀的前置控制量与所述平台的运动速度之间的关系模型，获取所述调平阀的前置控制量。

10.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械包括根据权利要求1-7中任一项所述的调平系统。

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