CN115030244B - 正流量挖掘机及其控制方法、控制装置和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种正流量挖掘机及其控制方法、控制装置和控制器，用于正流量挖掘机的控制方法包括：确定正流量挖掘机的当前状态；在当前状态为平地动作的非起始阶段的情况下，获取动臂提升先导压力、斗杆内收先导压力、斗杆内收电磁阀对应的多个控制电流标定值和斗杆内收电磁阀对应的多个二次压力标定值；根据动臂提升先导压力、斗杆内收先导压力、多个控制电流标定值和多个二次压力标定值确定斗杆内收电磁阀的控制电流；以及将控制电流输出至斗杆内收电磁阀。本发明实施例可以可以有效消除电磁阀等元件一致性差异及电磁阀滞环引起的平地点头或动臂提升过快等现象，保证平地动作的操控性，提升操作人员的舒适度、平地作业效率和系统可靠性。

Description

正流量挖掘机及其控制方法、控制装置和控制器

技术领域

本发明涉及挖掘机控制技术领域，具体地涉及一种正流量挖掘机及其控制方法、控制装置和控制器。

背景技术

挖掘机通过提升动臂加回收斗杆来实现平地动作，由于动臂提升为克服重力做功，动臂大腔压力高于斗杆小腔的压力，为保证平地作业的操控性，斗杆采用电控阀芯，通过调整控制器对斗杆内收电磁阀的输出电流实现动臂与斗杆的协调性。由于电磁阀元件一致性的差异，在样机调试阶段设定的参数值无法适配批量机型，从而容易导致平地产生点头或者动臂提升过快等现象。降低操作人员舒适度，进而影响平地效率。因此，急需提出一种技术方案来解决现有技术中的上述技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种正流量挖掘机及其控制方法、控制装置和控制器，解决现有技术中的以上技术问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于正流量挖掘机的控制方法，正流量挖掘机包括动臂、斗杆和斗杆内收电磁阀，控制方法包括：确定正流量挖掘机的当前状态；在当前状态为平地动作的非起始阶段的情况下，获取动臂提升先导压力、斗杆内收先导压力、斗杆内收电磁阀对应的多个控制电流标定值和斗杆内收电磁阀对应的多个二次压力标定值，其中多个控制电流标定值与多个二次压力标定值一一对应；根据动臂提升先导压力、斗杆内收先导压力、多个控制电流标定值和多个二次压力标定值确定斗杆内收电磁阀的控制电流；以及将控制电流输出至斗杆内收电磁阀，以控制斗杆内收电磁阀的二次压力。

在本发明实施例中，用于正流量挖掘机的控制方法还包括：在当前状态为平地动作的起始阶段的情况下，确定斗杆内收电磁阀的二次压力的目标整定值；以及根据目标整定值对斗杆内收电磁阀的二次压力进行闭环控制。

在本发明实施例中，正流量挖掘机还包括转台和铲斗，确定正流量挖掘机的当前状态包括：获取斗杆内收先导压力、动臂提升先导压力、斗杆外摆先导压力、回转先导压力、动臂下降先导压力、铲斗内收先导压力和铲斗外摆先导压力；确定斗杆内收先导压力和动臂提升先导压力是否均大于或等于预设开启压力且斗杆外摆先导压力、回转先导压力、动臂下降先导压力、铲斗内收先导压力和铲斗外摆先导压力是否均小于预设开启压力；在确定斗杆内收先导压力和动臂提升先导压力均大于或等于预设开启压力且斗杆外摆先导压力、回转先导压力、动臂下降先导压力、铲斗内收先导压力和铲斗外摆先导压力均小于预设开启压力的情况下，确定斗杆内收先导压力和动臂提升先导压力是否均大于或等于预设全开压力；在确定斗杆内收先导压力和动臂提升先导压力均大于或等于预设全开压力的情况下，确定当前状态为平地动作的起始阶段；以及在确定斗杆内收先导压力和动臂提升先导压力未均大于或等于预设全开压力的情况下，确定当前状态为平地动作的非起始阶段。

在本发明实施例中，确定斗杆内收电磁阀的二次压力的目标整定值包括：将斗杆内收电磁阀允许的最大二次压力的取值范围的下限值确定为目标整定值。

在本发明实施例中，根据目标整定值对斗杆内收电磁阀的二次压力进行闭环控制包括：根据增量式数字PID算法对斗杆内收电磁阀的二次压力进行闭环控制，以使二次压力与目标整定值之间的偏差小于第一预设偏差。

在本发明实施例中，闭环控制的一次控制过程包括：获取斗杆内收电磁阀在当前采样时刻的二次压力；确定在当前采样时刻的二次压力与目标整定值的第一差值；在第一差值的绝对值小于第一预设偏差的情况下，结束本次控制过程；在第一差值的绝对值不小于第一预设偏差的情况下，获取斗杆内收电磁阀在当前采样时刻的控制电流值以及斗杆内收电磁阀在前一采样时刻的二次压力与目标整定值的第二差值；根据在当前采样时刻的控制电流值、第一差值和第二差值确定目标控制电流值；以及根据目标控制电流值控制输出至斗杆内收电磁阀的控制电流。

在本发明实施例中，目标控制电流值与在当前采样时刻的控制电流值、第一差值和第二差值之间的关系满足：

Set_Current1＝Set_Current[i]+Kp*(e[i]-e[j])+Ki*e[i]；

其中，Set_Current1为目标控制电流值，Set_Current[i]为在当前采样时刻的控制电流值，e[i]为第一差值，e[j]为第二差值，Kp为计算比例系数，Ki为计算积分系数。

在本发明实施例中，在输出至斗杆内收电磁阀的控制电流的值为控制电流标定值的情况下，斗杆内收电磁阀的二次压力的值与控制电流标定值对应的二次压力标定值之间的偏差小于第二预设偏差。

在本发明实施例中，根据动臂提升先导压力、斗杆内收先导压力、多个控制电流标定值和多个二次压力标定值确定斗杆内收电磁阀的控制电流包括：根据动臂提升先导压力确定斗杆内收电磁阀允许的最大二次压力；根据斗杆内收先导压力和最大二次压力确定斗杆内收电磁阀的二次压力的设定值；以及根据二次压力的设定值、多个控制电流标定值和多个二次压力标定值确定控制电流。

在本发明实施例中，正流量挖掘机还包括第一动臂阀芯，最大二次压力与动臂提升先导压力之间的关系满足：

其中，Set_ArmInPilot_Max为最大二次压力，Pilot_BoomUp为动臂提升先导压力，Set_ArmInPilot_Max1为最大二次压力的取值范围的上限值，Set_ArmInPilot_Max2为最大二次压力的取值范围的下限值，P1为第一动臂阀芯开启时需要的最小二次压力，P2为第一动臂阀芯全开时需要的最小二次压力。

在本发明实施例中，二次压力的设定值与斗杆内收先导压力和最大二次压力之间的关系满足：

其中，Set_ArmInPilot为二次压力的设定值，Pilot_ArmIn为斗杆内收先导压力，Set_ArmInPilot_Max为最大二次压力，Pilot_Max为斗杆内收先导压力的取值范围的上限值。

在本发明实施例中，根据二次压力的设定值、多个控制电流标定值和多个二次压力标定值确定控制电流包括：根据多个二次压力标定值将斗杆内收电磁阀的二次压力的取值范围划分为多个区间；确定二次压力的设定值所处的区间的上限和下限；以及根据二次压力的设定值、上限对应的控制电流标定值和二次压力标定值、下限对应的控制电流标定值和二次压力标定值确定控制电流。

在本发明实施例中，控制电流与二次压力的设定值、上限对应的控制电流标定值和二次压力标定值、下限对应的控制电流标定值和二次压力标定值之间的关系满足：

其中，Set_Current为控制电流，Set_ArmInPilot为二次压力的设定值，BD_Current[k]为下限对应的控制电流标定值，BD_Current[k+1]为上限对应的控制电流标定值，BD_Pilot[k]为下限对应的二次压力标定值，BD_Pilot[k+1]为上限对应的二次压力标定值。

本发明第二方面提供一种控制器，被配置成执行前述实施例的用于正流量挖掘机的控制方法。

本发明第三方面提供一种用于正流量挖掘机的控制装置，正流量挖掘机包括动臂、斗杆、斗杆内收电磁阀、转台、铲斗和第一动臂阀芯，控制装置包括：斗杆内收先导压力传感器，被配置成检测斗杆内收先导压力；斗杆外摆先导压力传感器，被配置成检测斗杆外摆先导压力；回转先导压力传感器，被配置成检测回转先导压力；动臂提升先导压力传感器，被配置成检测动臂提升先导压力；动臂下降先导压力传感器，被配置成检测动臂下降先导压力；铲斗内收先导压力传感器，被配置成检测铲斗内收先导压力；铲斗外摆先导压力传感器，被配置成检测铲斗外摆先导压力；斗杆内收电磁阀二次压力传感器，被配置成检测斗杆内收电磁阀的二次压力；以及前述实施例的控制器。

本发明第四方面提供一种正流量挖掘机，包括：动臂；斗杆；斗杆内收电磁阀；转台；铲斗；第一动臂阀芯；以及前述实施例的用于正流量挖掘机的控制装置。

本发明实施例通过前述技术方案，可以消除电磁阀等元件一致性差异及电磁阀滞环引起的平地点头或动臂提升过快等现象，保证平地动作的操控性，提升操作人员的舒适度，提升平地作业效率，提升系统可靠性。

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是本发明实施例的用于正流量挖掘机的控制方法100的流程示意图；

图2是本发明实施例的用于正流量挖掘机的控制装置200的结构示意图；

图3是本发明实施例的正流量挖掘机300的结构示意图；

图4是本发明示例的提升正流量挖掘机平地性能的控制系统的结构示意图；

图5是本发明示例的平地动作判断信号时序示意图；

图6是本发明示例的电磁阀滞环现象示意图；

图7是本发明示例的斗杆内收电磁阀允许的最大二次压力与动臂提升先导压力的关系示意图；

图8是本发明示例的斗杆内收电磁阀的二次压力的设定值与斗杆内收先导压力的关系示意图；以及

图9是本发明示例的静态标定流程示意图。

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。

需要说明，若本申请实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

如图1所示，在本发明实施例中，提供一种用于正流量挖掘机的控制方法100，正流量挖掘机包括动臂、斗杆和斗杆内收电磁阀，用于正流量挖掘机的控制方法100包括以下步骤：

步骤S110：确定正流量挖掘机的当前状态。

步骤S120：在当前状态为平地动作的非起始阶段的情况下，获取动臂提升先导压力、斗杆内收先导压力、斗杆内收电磁阀对应的多个控制电流标定值和斗杆内收电磁阀对应的多个二次压力标定值，其中多个控制电流标定值与多个二次压力标定值一一对应。

步骤S130：根据动臂提升先导压力、斗杆内收先导压力、多个控制电流标定值和多个二次压力标定值确定斗杆内收电磁阀的控制电流。以及

步骤S140：将控制电流输出至斗杆内收电磁阀，以控制斗杆内收电磁阀的二次压力。

进一步地，用于正流量挖掘机的控制方法100例如还可包括：

步骤S150：在当前状态为平地动作的起始阶段的情况下，确定斗杆内收电磁阀的二次压力的目标整定值。以及

步骤S160：根据目标整定值对斗杆内收电磁阀的二次压力进行闭环控制。

进一步地，正流量挖掘机还包括转台和铲斗，确定正流量挖掘机的当前状态，也即步骤S110例如包括以下步骤：

(a1)获取斗杆内收先导压力、动臂提升先导压力、斗杆外摆先导压力、回转先导压力、动臂下降先导压力、铲斗内收先导压力和铲斗外摆先导压力。

(a2)确定斗杆内收先导压力和动臂提升先导压力是否均大于或等于预设开启压力且斗杆外摆先导压力、回转先导压力、动臂下降先导压力、铲斗内收先导压力和铲斗外摆先导压力是否均小于预设开启压力。

(a3)在确定斗杆内收先导压力和动臂提升先导压力均大于或等于预设开启压力且斗杆外摆先导压力、回转先导压力、动臂下降先导压力、铲斗内收先导压力和铲斗外摆先导压力均小于预设开启压力的情况下，确定斗杆内收先导压力和动臂提升先导压力是否均大于或等于预设全开压力。

(a4)在确定斗杆内收先导压力和动臂提升先导压力均大于或等于预设全开压力的情况下，确定当前状态为平地动作的起始阶段。以及

(a5)在确定斗杆内收先导压力和动臂提升先导压力未均大于或等于预设全开压力的情况下，确定当前状态为平地动作的非起始阶段。

具体地，预设开启压力的取值范围例如为5bar至7bar，具体例如取值为5bar，预设全开压力的取值范围例如为20bar至25bar，具体例如取值为25bar。

具体地，确定斗杆内收电磁阀的二次压力的目标整定值，也即步骤S150例如包括：将斗杆内收电磁阀允许的最大二次压力的取值范围的下限值确定为目标整定值。

具体地，下限值的取值范围例如为10bar至15bar，具体例如取值为12bar。

具体地，根据目标整定值对斗杆内收电磁阀的二次压力进行闭环控制，也即步骤S160例如包括：根据增量式数字PID算法对斗杆内收电磁阀的二次压力进行闭环控制，以使二次压力与目标整定值之间的偏差小于第一预设偏差。

具体地，第一预设偏差的取值范围为0.1bar至0.2bar，具体例如取值为0.1bar。

具体地，前述闭环控制的一次控制过程例如包括以下步骤：

(b1)获取斗杆内收电磁阀在当前采样时刻的二次压力。

(b2)确定在当前采样时刻的二次压力与目标整定值的第一差值。

(b3)在第一差值的绝对值也即当前采样时刻的二次压力与目标整定值之间的偏差小于第一预设偏差的情况下，结束本次控制过程。

(b4)在第一差值的绝对值也即当前采样时刻的二次压力与目标整定值之间的偏差不小于第一预设偏差的情况下，获取斗杆内收电磁阀在当前采样时刻的控制电流值以及斗杆内收电磁阀在前一采样时刻的二次压力与目标整定值的第二差值。具体地，当前采样时刻与前一采样时刻之间的间隔也即采样时间间隔的取值范围例如为5ms至10ms，具体例如取值为10ms。

(b5)根据在当前采样时刻的控制电流值、第一差值和第二差值确定目标控制电流值。以及

(b6)根据目标控制电流值控制输出至斗杆内收电磁阀的控制电流。

具体地，在步骤(b5)中，目标控制电流值与在当前采样时刻的控制电流值、第一差值和第二差值之间的关系例如满足：

Set_Current1＝Set_Current[i]+Kp*(e[i]-e[j])+Ki*e[i]。

其中，Set_Current1为目标控制电流值，Set_Current[i]为在当前采样时刻的控制电流值，e[i]为第一差值，e[j]为第二差值，Kp为计算比例系数，Ki为计算积分系数。

具体地，计算比例系数的取值范围例如为-0.1至-10，具体例如取值为-1。计算积分系数的取值范围例如为-0.1至-10，具体例如取值为-0.1。

具体地，在输出至斗杆内收电磁阀的控制电流的值为控制电流标定值的情况下，斗杆内收电磁阀的二次压力的值与控制电流标定值对应的二次压力标定值之间的偏差小于第二预设偏差。

具体地，第二预设偏差的取值范围例如为0.1bar至0.2bar，具体例如取值为0.1bar。

具体地，根据动臂提升先导压力、斗杆内收先导压力、多个控制电流标定值和多个二次压力标定值确定斗杆内收电磁阀的控制电流，也即步骤S130例如包括以下步骤：

(c1)根据动臂提升先导压力确定斗杆内收电磁阀允许的最大二次压力。

(c2)根据斗杆内收先导压力和最大二次压力确定斗杆内收电磁阀的二次压力的设定值。以及

(c3)根据二次压力的设定值、多个控制电流标定值和多个二次压力标定值确定控制电流。

进一步地，正流量挖掘机例如还包括第一动臂阀芯。相应地，在步骤(c1)中，最大二次压力与动臂提升先导压力之间的关系例如满足：

其中，Set_ArmInPilot_Max为最大二次压力，Pilot_BoomUp为动臂提升先导压力，Set_ArmInPilot_Max1为最大二次压力的取值范围的上限值，Set_ArmInPilot_Max2为最大二次压力的取值范围的下限值，P1为第一动臂阀芯开启时需要的最小二次压力，P2为第一动臂阀芯全开时需要的最小二次压力。

具体地，最大二次压力的取值范围的上限值的取值范围例如为20bar-25bar，具体例如取值为25bar。第一动臂阀芯开启时需要的最小二次压力的取值范围例如为5bar-7bar，具体例如取值为5bar。第一动臂阀芯全开时需要的最小二次压力的取值范围例如为20bar-25bar，具体例如取值为25bar。

具体地，在步骤(c2)中，二次压力的设定值与斗杆内收先导压力和最大二次压力之间的关系例如满足：

其中，Set_ArmInPilot为二次压力的设定值，Pilot_ArmIn为斗杆内收先导压力，Set_ArmInPilot_Max为最大二次压力，Pilot_Max为斗杆内收先导压力的取值范围的上限值。

具体地，斗杆内收先导压力的取值范围的上限值的取值范围例如为35bar-40bar，具体例如取值为40bar。

具体地，根据二次压力的设定值、多个控制电流标定值和多个二次压力标定值确定控制电流，也即步骤(c3)例如包括以下步骤：

(c31)根据多个二次压力标定值将斗杆内收电磁阀的二次压力的取值范围划分为多个区间。

(c32)确定二次压力的设定值所处的区间的上限和下限。以及

(c33)根据二次压力的设定值、上限对应的控制电流标定值和二次压力标定值、下限对应的控制电流标定值和二次压力标定值确定控制电流。

具体地，在步骤(c33)中，控制电流与二次压力的设定值、上限对应的控制电流标定值和二次压力标定值、下限对应的控制电流标定值和二次压力标定值之间的关系例如满足：

其中，Set_Current为控制电流，Set_ArmInPilot为二次压力的设定值，BD_Current[k]为下限对应的控制电流标定值，BD_Current[k+1]为上限对应的控制电流标定值，BD_Pilot[k]为下限对应的二次压力标定值，BD_Pilot[k+1]为上限对应的二次压力标定值。

在本发明实施例中，提供一种控制器，其例如被配置成执行根据任意一项前述实施例的用于正流量挖掘机的控制方法100。

其中，用于正流量挖掘机的控制方法100的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。

具体地，控制器例如可为工控机、嵌入式系统、微处理器和可编程逻辑器件等控制设备。

更具体地，控制器例如可为正流量挖掘机的整车控制器。

如图2所示，在本发明实施例中，提供一种用于正流量挖掘机的控制装置200。正流量挖掘机包括：动臂、斗杆、斗杆内收电磁阀、转台、铲斗和第一动臂阀芯。用于正流量挖掘机的控制装置200包括：控制器210、斗杆内收先导压力传感器220、斗杆外摆先导压力传感器230、回转先导压力传感器240、动臂提升先导压力传感器250、动臂下降先导压力传感器260、铲斗内收先导压力传感器270、铲斗外摆先导压力传感器280和斗杆内收电磁阀二次压力传感器290。

其中，控制器210例如为根据任意一项前述实施例的控制器。控制器210的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。

斗杆内收先导压力传感器220例如被配置成检测斗杆内收先导压力。

斗杆外摆先导压力传感器230例如被配置成检测斗杆外摆先导压力。

回转先导压力传感器240例如被配置成检测回转先导压力。

动臂提升先导压力传感器250例如被配置成检测动臂提升先导压力。

动臂下降先导压力传感器260例如被配置成检测动臂下降先导压力。

铲斗内收先导压力传感器270例如被配置成检测铲斗内收先导压力。

铲斗外摆先导压力传感器280例如被配置成检测铲斗外摆先导压力。

斗杆内收电磁阀二次压力传感器290例如被配置成检测斗杆内收电磁阀的二次压力。

在本发明实施例中，提供一种正流量挖掘机300，包括：控制装置310、动臂320、斗杆330、斗杆内收电磁阀340、转台350、铲斗360和第一动臂阀芯370。

其中，控制装置310例如为根据任意一项前述实施例的用于正流量挖掘机的控制装置200。控制装置310的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。

下面结合一具体示例来详细说明本发明实施例的用于正流量挖掘机的控制方法100、用于正流量挖掘机的控制装置200和正流量挖掘机300，本发明示例的具体内容如下：

如图4所示，为本发明示例提供的一种提升正流量挖掘机平地性能的控制系统，主要包括左手柄101、右手柄102、先导压力传感器组200(其中200-1为斗杆内收先导压力传感器、200-2为斗杆外摆先导压力传感器、200-3为回转先导压力传感器、200-4为动臂提升先导压力传感器、200-5为动臂下降先导压力传感器、200-6为铲斗内收先导压力传感器、200-7为铲斗外摆先导压力传感器)、主泵1压力传感器201、主泵2压力传感器202、主泵1电磁阀203、主泵2电磁阀204、主泵1 205、主泵2 206、斗杆内收电磁阀二次压力传感器207、动臂油缸301、斗杆油缸302、斗杆2阀芯303、斗杆1阀芯304、动臂1阀芯305、动臂2阀芯306、显示器401、控制器402、发动机控制器403、发动机404、斗杆内收电磁阀501和斗杆外摆电磁阀502。

由于电磁阀元件的一致性差异，即使控制器402输出相同大小的控制电流给斗杆内收电磁阀501，但斗杆内收电磁阀501输出的二次压力也有可能不同，由此导致平地性能变差。为避免电磁阀元件一致性差异导致的平地性能变差，本发明示例在斗杆2阀芯采用电控阀芯也即控制器402通过斗杆内收电磁阀501和斗杆外摆电磁阀502控制斗杆2阀芯的控制系统结构的基础上，在斗杆内收电磁阀501后增加斗杆内收电磁阀二次压力传感器207，采用静态标定及动态校准相结合的方法，在平地动作的起始阶段对输出至斗杆内收电磁阀501的控制电流进行闭环控制以实现动态校准，在平地动作的非起始阶段根据静态标定的结果确定斗杆内收电磁阀501的控制电流，从而可以保证平地动作时具有更好的操控性，下面结合附图对本发明示例的提升正流量挖掘机平地性能的控制方法的主要内容进行说明。

一、平地动作的起始阶段和非起始阶段的判定

1、确定当前状态为平地动作

操作手通过同时提升动臂和回收斗杆的方式实现平地动作，控制器402通过先导压力传感器组200分别获取各个先导压力，如图5所示为平地动作判断信号时序示意图，当斗杆内收先导压力Pilot_ArmIn大于等于预设开启压力，动臂提升先导压力Pilot_BoomUp大于等于预设开启压力，且其它先导压力Pilot_Others包括先导压力传感器组200的剩余先导压力传感器检测的先导压力也即斗杆外摆先导压力、回转先导压力、动臂下降先导压力、铲斗内收先导压力、铲斗外摆先导压力均小于预设开启压力，则控制器402将当前状态判断为平地动作状态。在本发明示例中，预设开启压力例如取值为5bar。

2、确定平地动作的阶段

在确定当前状态为平地动作的前提下，进一步确定动臂提升先导压力和斗杆内收先导压力是否均大于等于预设全开压力。若动臂提升先导压力和斗杆内收先导压力均大于等于预设全开压力，则判定正流量挖掘机的当前状态为平地动作的起始阶段。若动臂提升先导压力和斗杆内收先导压力未均大于等于预设全开压力，也即动臂提升先导压力和斗杆内收先导压力均小于预设全开压力或者只有一个大于预设全开压力，则判定正流量挖掘机的当前状态为平地动作的非起始阶段。在本发明示例中，预设全开压力例如取值为25bar。

二、平地动作的起始阶段的动态校准

电磁阀除了自身的一致性差异，如图6所示，电磁阀还存在滞环现象，也即当控制电流增加与控制电流减小时，对于相同的控制电流值斗杆内收电磁阀的二次压力也有可能不同，通过前述静态标定的方法改善元件一致性的差异，为进一步改善平地性能，消除电磁阀滞环对平地动作的影响，在平地动作时，控制系统对输出至杆内收电磁阀501的控制电流在静态标定的基础上采用增量式数字PID算法进行动态校准。

由于电磁阀元件的一致性差异导致平地性能变差的主要问题是由于动臂提升速度与斗杆内收速度不协调导致的平地作业铲斗齿尖轨迹低于目标作业面产生的平地点头现象或平地作业铲斗齿尖轨迹高于目标作业面产生的平地起包现象，这一问题主要产生在平地动作的起始阶段，动臂提升手柄和斗杆内收手柄全开状态下，此状态时将斗杆内收电磁阀501的二次压力的设定值直接设置为：斗杆内收电磁阀允许的最大二次压力的取值范围的下限值Set_ArmInPilot_Max2，具体例如为12bar，平地动作过程中除起始阶段动臂和斗杆均位于最大行程，其它阶段也即平地动作的非起始阶段手柄均在动态调整，因此，在平地动作的非起始阶段，电磁阀输出精度对平地性能影响较小。

本发明示例的增量式数字PID算法涉及的主要内容如下：

斗杆内收电磁阀501的二次压力的设定值Set_ArmInPilot_Max2也即目标二次压力为斗杆内收电磁阀501的二次压力的目标整定值，斗杆内收电磁阀二次压力传感器207采集的斗杆内收电磁阀501的实际二次压力为斗杆内收电磁阀的二次压力的实测值，输出变量为斗杆内收电磁阀501的控制电流。

e[i]为当前采样时刻的实际二次压力与目标二次压力的差值。其值大于0表示当前采样时刻的实际二次压力大于目标二次压力，应增加控制电流；其值小于0表示当前采样时刻的实际二次压力小于目标二次压力，应减小控制电流。

e[j]为前一采样时刻的实际二次压力与目标二次压力的差值。在本发明示例中，当前采样时刻与前一采样时刻之间的间隔也即采样时间间隔的取值范围例如为5ms至10ms，具体例如取值为10ms。

Kp为计算比例系数，取值范围为-0.1至-10，在本发明示例中例如取值为-1。

Ki为计算积分系数，取值范围为-0.1～-10，在本发明示例中例如取值为-0.1。

斗杆内收电磁阀501的控制电流的调整量的计算公式为：

ΔSet_Current＝Kp*(e[i]-e[j])+Ki*e[i]。

斗杆内收电磁阀501的调整后的控制电流的计算公式为：

Set_Current1＝Set_Current[i]+ΔSet_Current。

在平地动作的起始阶段，控制器402根据本发明示例的以上增量式数字PID算法对输出至斗杆内收电磁阀501的控制电流进行自动调整，以实现闭环控制的目标，也即将实际二次压力与目标二次压力之间的偏差也即实际二次压力与目标二次压力的差值e[i]的绝对值尽量控制在预设偏差值以下，预设偏差值的取值范围例如为0.1bar至0.2bar，具体例如取值为0.1bar。

本发明示例的闭环控制过程具体通过控制器402采集斗杆内收电磁阀501的实际二次压力。判断当前采样时刻的实际二次压力与目标二次压力之间的偏差是否小于预设偏差值。若小于预设偏差值，则表示符合闭环控制要求，会结束本次的控制过程，进行下一次的控制过程。若大于等于预设偏差值，则表示不符合闭环控制要求，会根据本发明示例的以上增量式数字PID算法确定斗杆内收电磁阀501的控制电流的调整量，进而根据调整量对输出至斗杆内收电磁阀501的控制电流进行自动调整，之后继续下一次控制过程。

三、平地动作的非起始阶段根据静态标定的结果(包括多个控制电流标定值和所述多个二次压力标定值)确定斗杆内收电磁阀的控制电流

1、根据动臂提升先导压力确定斗杆内收电磁阀允许的最大二次压力

用户通过操作手柄操作动臂提升及斗杆内收实现平地动作，控制器402采集动臂提升先导压力Pilot_BoomUp，并根据图7所示的斗杆内收电磁阀501允许的最大二次压力与动臂提升先导压力Pilot_BoomUp之间的关系计算斗斗杆内收电磁阀501允许的最大二次压力Set_ArmInPilot_Max。

具体地，在动臂提升先导压力Pilot_BoomUp大于等于25bar时，斗杆内收电磁阀501允许输出的最大二次压力Set_ArmInPilot_Max直接设定为Set_ArmInPilot_Max2。在动臂提升先导压力Pilot_BoomUp的实测值在小于25bar且大于等于5bar的区间时，斗杆内收电磁阀501允许输出的最大二次压力Set_ArmInPilot_Max与动臂提升先导压力Pilot_BoomUp成反比例关系。在动臂提升先导压力Pilot_BoomUp小于5bar时，斗杆内收电磁阀501允许输出的最大二次压力Set_ArmInPilot_Max直接设定为Set_ArmInPilot_Max1。具体公式如下：

其中，Set_ArmInPilot_Max1为斗杆内收电磁阀501允许输出的最大二次压力的取值范围的上限值，Set_ArmInPilot_Max1的取值范围例如为20bar至25bar，具体取值例如为25bar。Set_ArmInPilot_Max2为斗杆内收电磁阀501允许输出的最大二次压力的取值范围的下限值，Set_ArmInPilot_Max2的取值范围通常为10bar-15bar之间，具体取值例如为12bar。

2、根据斗杆内收先导压力和斗杆内收电磁阀允许的最大二次压力确定斗杆内收电磁阀的二次压力的设定值

如图8所示为斗杆内收电磁阀501的二次压力的设定值与斗杆内收先导压力的关系示意图，控制器402通过斗杆内收先导压力传感器采集斗杆内收先导压力Pilot_ArmIn，在斗杆内收先导压力Pilot_ArmIn小于Pilot_Max时，则将斗杆内收电磁阀501的二次压力的设定值Set_ArmInPilot设定为等于斗杆内收先导压力Pilot_ArmIn。在斗杆内收先导压力Pilot_ArmIn大于等于Pilot_Max时，则将斗杆内收电磁阀501的二次压力的设定值Set_ArmInPilot设定为斗杆内收电磁阀501允许的最大二次压力Set_ArmInPilot_Max。其中，Pilot_Max为斗杆内收先导压力的取值范围的上限值，Pilot_Max的取值范围为35-40bar，具体例如取值为40bar。具体公式如下：

3、根据斗杆内收电磁阀的二次压力的设定值、多个控制电流标定值和多个二次压力标定值确定斗杆内收电磁阀的控制电流

(1)根据多个二次压力标定值将斗杆内收电磁阀501的二次压力的取值范围划分为多个区间。多个控制电流标定值和多个二次压力标定值例如为根据后面第三部分的静态标定方法获取的多个控制电流标定值和多个二次压力标定值。

(2)确定斗杆内收电磁阀501的二次压力的设定值Set_ArmInPilot所处的区间的上限和下限，也即下限是位于斗杆内收电磁阀501的二次压力的设定值Set_ArmInPilot的左侧且与其相邻的二次压力标定值，上限是位于斗杆内收电磁阀501的二次压力的设定值Set_ArmInPilot的右侧且与其相邻的二次压力标定值。举例来说，若多个控制电流标定值仅包括0mA、200mA、400mA、600mA和800mA，斗杆内收电磁阀501的二次压力的设定值取值为350mA的情况下，350mA所位于的控制电流标定值划分得到的区间为200mA-400mA的区间，则对应的上限和下限分别为400mA和200mA。

(3)根据斗杆内收电磁阀501的二次压力的设定值Set_ArmInPilot、上限对应的控制电流标定值BD_Current[N]和二次压力标定值BD_Pilot[N]以及下限对应的控制电流标定值BD_Current[M]和二次压力标定值BD_Pilot[M]确定输出至斗杆内收电磁阀501的控制电流。输出至斗杆内收电磁阀501的控制电流Set_Current的具体确定公式如下：

三、通过静态标定获取多个控制电流标定值和多个二次压力标定值

如图9所示为本发明示例的静态标定流程示意图。

(1)操作手操作显示器401进入斗杆电磁阀自动标定界面。

(2)通过显示器401提示用户启动发动机，将油门旋钮旋至指定档位，为保证实现效果，通常情况下，将此档位设定在用户常用的7-8档。

(3)为保证标定的速度与精度，根据斗杆内收电磁阀的控制电流总的范围如800mA，将标定的步长Δcurrent定义为取值范围10mA-50mA之间的数值，具体例如取20mA，即斗杆内收电磁阀的控制电流从取值为0mA开始标定，之后每次增加20mA，直至斗杆内收电磁阀的控制电流取值为800mA，共得到41个控制电流标定值，也即0mA、20mA、40mA、60mA…760mA、780mA和800mA，对应需要进行41次标定，第k次标定控制器402输出大小为当前的控制电流标定值Current[k]＝Δcurrent*(k-1)的控制电流Set_Current至斗杆内收电磁阀501。此处值得一提的是，斗杆内收电磁阀的控制电流的取值范围还可以是其他数值，标定的步长也可以是不能将斗杆内收电磁阀的控制电流的取值范围的上限值整除的数值。根据斗杆内收电磁阀的控制电流的取值范围合理确定好多个控制电流标定值，然后按照后续步骤(4)的方法确定与这些控制电流标定值对应的多个二次压力标定值即可。

(4)每次标定控制器402将大小为当前的控制电流标定值Current[k]的控制电流Set_Current输出至斗杆内收电磁阀501，同时控制器402通过斗杆内收电磁阀二次压力传感器207采集斗杆内收电磁阀的实际二次压力，控制器402判断实际二次压力是否平稳不再波动，每隔预设时长如5ms至10ms，具体例如每间隔10ms采样实际二次压力，当前采样时刻的实际二次压力与上一个采样时刻的实际二次压力的差值的绝对值也即偏差小于预设值如0.1bar至0.2bar，具体例如小于0.1bar时，即认为当前采样时刻的实际二次压力平稳不再波动，此时控制器402会将当前采样时刻的实际二次压力作为当前的控制电流Set_Current也即Current[k]对应的二次压力标定值Pilot_Press[k]，将对应的数值记录下来。

(5)当k<41时，更新k＝k+1，控制器402自动重复前述步骤，也即继续按照前述步骤的方法完成对下一次标定的控制电流标定值确定以及与控制电流标定值对应的二次压力标定值的确定。直至获得所有控制电流标定值以及与控制电流标定值对应的二次压力标定值的确定。

(6)当k＝41时，整个静态标定过程结束。至此得到多个控制电流标定值Current[1]、Current[2]、Current[3]…Current[39]、Current[40]、Current[41]以及与多个控制电流标定值对应的二次压力标定值Pilot_Press[1]、Pilot_Press[2]、Pilot_Press[3]…Pilot_Press[39]、Pilot_Press[40]、Pilot_Press[41]。

综上所述，本发明前述实施例通过采集斗杆内收电磁阀二次压力进行静态标定，在平地动作的非起始阶段根据静态标定结果对斗杆内收电磁阀的控制电流进行控制，在平地动作的起始阶段通过采集斗杆内收电磁阀的二次压力进行动态调整，可以有效消除电磁阀等元件一致性差异及电磁阀滞环引起的平地点头或动臂提升过快等现象，保证平地动作的操控性，提升操作人员的舒适度，进而提升平地作业效率，且标定结果不受人为因素影响，可以提升系统可靠性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种用于正流量挖掘机的控制方法，其特征在于，所述正流量挖掘机包括动臂、斗杆和斗杆内收电磁阀，所述控制方法包括：

确定所述正流量挖掘机的当前状态；

在所述当前状态为平地动作的非起始阶段的情况下，获取动臂提升先导压力、斗杆内收先导压力、所述斗杆内收电磁阀对应的多个控制电流标定值和所述斗杆内收电磁阀对应的多个二次压力标定值，其中所述多个控制电流标定值与所述多个二次压力标定值一一对应；

根据所述动臂提升先导压力、所述斗杆内收先导压力、所述多个控制电流标定值和所述多个二次压力标定值确定所述斗杆内收电磁阀的控制电流；以及

将所述控制电流输出至所述斗杆内收电磁阀，以控制所述斗杆内收电磁阀的二次压力；

所述根据所述动臂提升先导压力、所述斗杆内收先导压力、所述多个控制电流标定值和所述多个二次压力标定值确定所述斗杆内收电磁阀的控制电流包括：

根据所述动臂提升先导压力确定所述斗杆内收电磁阀允许的最大二次压力；

根据所述斗杆内收先导压力和所述最大二次压力确定所述斗杆内收电磁阀的二次压力的设定值；以及

根据所述二次压力的设定值、所述多个控制电流标定值和所述多个二次压力标定值确定所述控制电流；

所述根据所述二次压力的设定值、所述多个控制电流标定值和所述多个二次压力标定值确定所述控制电流包括：

根据所述多个二次压力标定值将所述斗杆内收电磁阀的二次压力的取值范围划分为多个区间；

确定所述二次压力的设定值所处的所述区间的上限和下限；以及

根据所述二次压力的设定值、所述上限对应的所述控制电流标定值和所述二次压力标定值、所述下限对应的所述控制电流标定值和所述二次压力标定值确定所述控制电流。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

在所述当前状态为平地动作的起始阶段的情况下，确定所述斗杆内收电磁阀的二次压力的目标整定值；以及

根据所述目标整定值对所述斗杆内收电磁阀的二次压力进行闭环控制。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述正流量挖掘机还包括转台和铲斗，所述确定所述正流量挖掘机的当前状态包括：

获取所述斗杆内收先导压力、所述动臂提升先导压力、斗杆外摆先导压力、回转先导压力、动臂下降先导压力、铲斗内收先导压力和铲斗外摆先导压力；

确定所述斗杆内收先导压力和所述动臂提升先导压力是否均大于或等于预设开启压力且所述斗杆外摆先导压力、所述回转先导压力、所述动臂下降先导压力、所述铲斗内收先导压力和所述铲斗外摆先导压力是否均小于所述预设开启压力；

在确定所述斗杆内收先导压力和所述动臂提升先导压力均大于或等于预设开启压力且所述斗杆外摆先导压力、所述回转先导压力、所述动臂下降先导压力、所述铲斗内收先导压力和所述铲斗外摆先导压力均小于所述预设开启压力的情况下，确定所述斗杆内收先导压力和所述动臂提升先导压力是否均大于或等于预设全开压力；

在确定所述斗杆内收先导压力和所述动臂提升先导压力均大于或等于所述预设全开压力的情况下，确定所述当前状态为平地动作的起始阶段；以及

在确定所述斗杆内收先导压力和所述动臂提升先导压力未均大于或等于所述预设全开压力的情况下，确定所述当前状态为平地动作的非起始阶段。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述确定所述斗杆内收电磁阀的二次压力的目标整定值包括：

将所述斗杆内收电磁阀允许的最大二次压力的取值范围的下限值确定为所述目标整定值。

5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述目标整定值对所述斗杆内收电磁阀的二次压力进行闭环控制包括：

根据增量式数字PID算法对所述斗杆内收电磁阀的二次压力进行闭环控制，以使所述二次压力与所述目标整定值之间的偏差小于第一预设偏差。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述闭环控制的一次控制过程包括：

获取所述斗杆内收电磁阀在当前采样时刻的二次压力；

确定所述在当前采样时刻的二次压力与所述目标整定值的第一差值；

在所述第一差值的绝对值小于所述第一预设偏差的情况下，结束本次控制过程；

在所述第一差值的绝对值不小于所述第一预设偏差的情况下，获取所述斗杆内收电磁阀在当前采样时刻的控制电流值以及所述斗杆内收电磁阀在前一采样时刻的二次压力与所述目标整定值的第二差值；

根据所述在当前采样时刻的控制电流值、所述第一差值和所述第二差值确定目标控制电流值；以及

根据所述目标控制电流值控制输出至所述斗杆内收电磁阀的控制电流。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述目标控制电流值与所述在当前采样时刻的控制电流值、所述第一差值和所述第二差值之间的关系满足：

；

其中，Set_Current1为所述目标控制电流值，Set_Current[i]为所述在当前采样时刻的控制电流值，e[i]为所述第一差值，e[j]为所述第二差值，Kp为计算比例系数，Ki为计算积分系数。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在输出至所述斗杆内收电磁阀的控制电流的值为控制电流标定值的情况下，所述斗杆内收电磁阀的二次压力的值与所述控制电流标定值对应的所述二次压力标定值之间的偏差小于第二预设偏差。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述正流量挖掘机还包括第一动臂阀芯，所述最大二次压力与所述动臂提升先导压力之间的关系满足：

；

其中，Set_ArmInPilot_Max为所述最大二次压力，Pilot_BoomUp为所述动臂提升先导压力，Set_ArmInPilot_Max1为所述最大二次压力的取值范围的上限值，Set_ArmInPilot_ Max2为所述最大二次压力的取值范围的下限值，P1为所述第一动臂阀芯开启时需要的最小二次压力，P2为所述第一动臂阀芯全开时需要的最小二次压力。

10.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述二次压力的设定值与所述斗杆内收先导压力和所述最大二次压力之间的关系满足：

；

其中，Set_ArmInPilot为所述二次压力的设定值，Pilot_ArmIn为所述斗杆内收先导压力，Set_ArmInPilot_Max为所述最大二次压力，Pilot_Max为所述斗杆内收先导压力的取值范围的上限值。

11.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制电流与所述二次压力的设定值、所述上限对应的所述控制电流标定值和所述二次压力标定值、所述下限对应的所述控制电流标定值和所述二次压力标定值之间的关系满足：

；

其中，Set_Current为所述控制电流，Set_ArmInPilot为所述二次压力的设定值，BD_ Current[k]为所述下限对应的所述控制电流标定值，BD_Current[k+1]为所述上限对应的所述控制电流标定值，BD_Pilot[k]为所述下限对应的所述二次压力标定值，BD_Pilot[k+1]为所述上限对应的所述二次压力标定值。

12.一种控制器，其特征在于，被配置成执行根据权利要求1至11中任意一项所述的用于正流量挖掘机的控制方法。

13.一种用于正流量挖掘机的控制装置，其特征在于，所述正流量挖掘机包括动臂、斗杆、斗杆内收电磁阀、转台、铲斗和第一动臂阀芯，所述控制装置包括：

斗杆内收先导压力传感器，被配置成检测斗杆内收先导压力；

斗杆外摆先导压力传感器，被配置成检测斗杆外摆先导压力；

回转先导压力传感器，被配置成检测回转先导压力；

动臂提升先导压力传感器，被配置成检测动臂提升先导压力；

动臂下降先导压力传感器，被配置成检测动臂下降先导压力；

铲斗内收先导压力传感器，被配置成检测铲斗内收先导压力；

铲斗外摆先导压力传感器，被配置成检测铲斗外摆先导压力；

斗杆内收电磁阀二次压力传感器，被配置成检测所述斗杆内收电磁阀的二次压力；以及

根据权利要求12所述的控制器。

14.一种正流量挖掘机，其特征在于，包括：

动臂；

斗杆；

斗杆内收电磁阀；

转台；

铲斗；

第一动臂阀芯；以及

根据权利要求13所述的用于正流量挖掘机的控制装置。