CN115453916A - 作业机械的控制方法、装置、设备及作业机械 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及作业机械控制领域，提供一种作业机械的控制方法、装置、设备及作业机械，方法包括：获取第一控制信号和作业机械当前时刻的运行数据；基于第一控制信号和当前时刻的运行数据，确定作业机械的作业需求；基于第一控制信号和作业需求，预测作业机械下一时刻的运行数据；基于作业需求和下一时刻的运行数据，确定第二控制信号；基于第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业。本发明用以解决现有技术中作业机械在作业时，仅利用液压主泵响应其作业需求，导致的作业效率低的缺陷，实现作业机械在作业时，驱动电机与液压主泵的同步控制，提高作业效率。
Description
技术领域
本发明涉及作业机械控制技术领域，尤其涉及一种作业机械的控制方法、装置、设备及作业机械。
背景技术
电动作业机械的动力来源为电力，例如，电动挖掘机、电动起重机等。其中，电动挖掘机利用异步电机代替了传统的柴油发动机，通过驱动电机驱动液压主泵，为电动挖掘机的液压系统提供动力，完成各种作业。具体通过电源、驱动电机、液压主泵和液压执行机构组成了电动挖掘机的动力传动系统。
电动挖掘机的工作环境对驱动电机和液压主泵的响应速度和控制精度要求较高。在现有技术中，电动挖掘机在作业时，仅通过液压系统响应其负载需求，导致工作效率较低。
发明内容
本发明提供一种作业机械的控制方法、装置、设备及作业机械，用以解决现有技术中作业机械在作业时，仅利用液压主泵响应其作业需求，导致的作业效率低的缺陷，实现作业机械在作业时，驱动电机与液压主泵的同步控制，提高作业效率。
本发明提供一种作业机械的控制方法，包括：
获取第一控制信号和作业机械当前时刻的运行数据；
基于所述第一控制信号和所述当前时刻的运行数据，确定所述作业机械的作业需求；
基于所述第一控制信号和所述作业需求，预测所述作业机械下一时刻的运行数据；
基于所述作业需求和所述下一时刻的运行数据，确定第二控制信号；
基于所述第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业。
根据本发明提供的一种作业机械的控制方法，所述基于所述第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业之前，还包括：
确定所述第一控制信号对应的目标运行数据；
在确定所述下一时刻的运行数据与所述目标运行数据一致的情况下，执行所述基于所述第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业的步骤；
在确定所述下一时刻的运行数据与所述目标运行数据不一致的情况下，将所述下一时刻的运行数据作为新的所述当前时刻的运行数据，并执行所述基于所述作业需求和所述下一时刻的运行数据，确定第二控制信号的步骤。
根据本发明提供的一种作业机械的控制方法，所述运行数据包括：所述作业机械的驱动电机的电机运行数据，和所述作业机械的液压主泵的主泵运行数据；
所述基于所述第一控制信号和所述作业需求，预测所述作业机械下一时刻的运行数据，包括：
获取下一时刻对应的至少两个待使用控制信号；
对每个所述待使用控制信号执行以下第一处理操作：
基于当前时刻的所述电机运行数据和所述待使用控制信号，确定下一时刻的所述电机运行数据；基于当前时刻的所述主泵运行数据和下一时刻的所述电机运行数据，确定下一时刻的所述主泵运行数据。
根据本发明提供的一种作业机械的控制方法，所述基于所述作业需求和所述下一时刻的运行数据，确定第二控制信号，包括：
确定与所述作业需求对应的第一计算公式；
对每组基于所述待使用控制信号，得到的下一时刻的所述电机运行数据和下一时刻的所述主泵运行数据执行以下第二处理操作：
将当前时刻的所述电机运行数据、当前时刻的所述主泵运行数据、下一时刻的所述电机运行数据和下一时刻的所述主泵运行数据，输入所述第一计算公式，得到计算结果；
从至少两个计算结果中，提取最小的计算结果；
将所述最小的计算结果对应的待使用控制信号，作为所述第二控制信号。
根据本发明提供的一种作业机械的控制方法，所述基于当前时刻的所述电机运行数据和所述待使用控制信号，确定下一时刻的所述电机运行数据，包括：
获取上一时刻所述驱动电机的定子磁链；
将上一时刻的定子磁链和所述待使用控制信号输入至第二计算公式，得到当前时刻的定子磁链；
将所述当前时刻的定子磁链和所述待使用控制信号输入至第三计算公式，得到下一时刻的定子磁链；
将所述当前时刻的定子磁链输入至第四计算公式，得到当前时刻的转子磁链；
将所述当前时刻的转子磁链和所述待使用控制信号输入至第五计算公式，得到下一时刻的定子电流；
将所述下一时刻的定子电流和所述下一时刻的定子磁链输入第六计算公式，得到下一时刻的电机转矩；
将所述下一时刻的定子磁链和所述下一时刻的电机转矩，作为下一时刻的所述电机运行数据。
根据本发明提供的一种作业机械的控制方法，所述基于当前时刻的所述主泵运行数据和下一时刻的所述电机运行数据，确定下一时刻的所述主泵运行数据，包括：
获取当前时刻的所述主泵运行数据中的主泵排量；
将当前时刻的主泵排量输入第七计算公式，得到下一时刻的主泵排量；将所述下一时刻的主泵排量和所述下一时刻的电机转矩输入第八计算公式，得到下一时刻的主泵出口压力；
将所述下一时刻的主泵排量和所述下一时刻的主泵出口压力，作为下一时刻的所述主泵运行数据。
根据本发明提供的一种作业机械的控制方法，所述获取下一时刻对应的至少两个待使用控制信号，包括：
确定上一时刻的已应用控制信号，以及所述已应用控制信号对应的至少一个待应用控制信号；
将所述已应用控制信号和所述至少一个待应用控制信号，作为所述待使用控制信号；
其中，所述待应用控制信号与所述已应用控制信号产生的能量消耗最低。
根据本发明提供的一种作业机械的控制方法，所述作业需求包括：所述液压主泵的流量需求和所述液压主泵的压力需求；
所述确定与所述作业需求对应的第一计算公式，包括：
在确定所述流量需求小于第一流量预设值，以及所述压力需求小于第一压力预设值的情况下，获取第一信号确定策略，将与所述第一信号确定策略对应的计算公式作为所述第一计算公式；
在确定所述流量需求大于或等于所述第一流量预设值，且，小于第二流量预设值，以及所述压力需求大于或等于所述第一压力预设值，且小于第二压力预设值的情况下，获取第二信号确定策略，将与所述第二信号确定策略对应的计算公式作为所述第一计算公式；
在确定所述流量需求大于或等于所述第二流量预设值的情况下，获取第三信号确定策略，将与所述第三信号确定策略对应的计算公式作为所述第一计算公式。
本发明还提供一种作业机械的控制装置，包括：
获取模块，用于获取第一控制信号和作业机械当前时刻的运行数据；
第一确定模块，用于基于所述第一控制信号和所述当前时刻的运行数据，确定所述作业机械的作业需求；
预测模块，用于基于所述第一控制信号和所述作业需求，预测所述作业机械下一时刻的运行数据；
第二确定模块，用于基于所述作业需求和所述下一时刻的运行数据，确定第二控制信号；
控制模块，用于基于所述第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任一项所述的作业机械的控制方法。
本发明还提供一种作业机械，所述作业机械包括：作业机械本体和控制器，所述控制器用于实现如上任一项所述的作业机械的控制方法。
本发明提供的作业机械的控制方法、装置、设备及作业机械，通过获取作业机械的驱动电机的电机运行数据，和作业机械的液压主泵的主泵运行数据，可见，本发明为了后续可以更好的利用驱动电机与液压主泵的匹配特性，获取当前时刻驱动电机的电机运行数据和当前时刻液压主泵的主泵运行数据；进而，通过确定的作业机械的作业需求，预测下一时刻的运行数据，以得到第二控制信号，并利用第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵协同作业，可见，本发明针对作业机械的作业需求和实际运行情况，实现驱动电机和液压主泵的一体化控制，提高了驱动电机和液压主泵的配合效率和控制精度，提高了作业机械的作业效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的作业机械的控制方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的作业机械的控制方法的流程示意图之二；
图3是本发明提供的作业机械的控制系统的结构示意图；
图4是本发明提供的作业机械的控制装置的结构示意图；
图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
其中，在现有技术中，电动挖掘机在作业时，电机定速运行。仅通过液压系统响应其负载需求，可见，现有技术的控制方式忽略了驱动电机高动态响应速度的特性，以及驱动电机和液压主泵的匹配特性，降低了工作效率。
为解决上述问题，下面结合图1至图3描述本发明的作业机械的控制方法。
本发明实施例提供了一种作业机械的控制方法，该方法可以应用在智能终端，例如，手机、电脑、平板等，也可以应用在服务器中，还可以应用在作业机械的控制器中。下面，以该方法应用在作业机械的控制器中为例进行说明，但需要说明的是仅为举例说明，并不用于对本发明的保护范围进行限定。本发明实施例中的一些其他说明，也是举例说明，并不用于对本发明的保护范围进行限定，之后便不再一一说明。该方法的具体实现如图1所示：
步骤101，获取第一控制信号和作业机械当前时刻的运行数据。
其中，运行数据包括：作业机械的驱动电机的电机运行数据，和作业机械的液压主泵的主泵运行数据。
其中，电机运行数据包括：电机转速、电机转矩、定子电流、定子磁链、定子电阻、转子磁链、转子电感、励磁电感、定子电感等。
其中，主泵运行数据包括：液压主泵出口压力、液压主泵出口流量等。
其中，第一控制信号为操作手操作手柄和/或脚踏板时产生的控制信号。
例如，以作业机械为挖掘机为例进行举例说明，操作手通过操作手柄控制挖掘机进行挖掘动作，此时产生的控制信号为手柄控制信号，即第一控制信号。
例如，以作业机械为起重机为例进行举例说明，操作手通过操作脚踏板控制起重机进行行走动作，此时产生的控制信号为脚踏控制信号，即第一控制信号。
例如，以作业机械为挖掘机为例进行举例说明，操作手通过操作手柄控制挖掘机进行回转动作，以及通过操作脚踏板控制挖掘机进行行走动作，此时产生的手柄控制信号和脚踏控制信号共同组成第一控制信号。
步骤102，基于第一控制信号和当前时刻的运行数据，确定作业机械的作业需求。
其中，作业需求包括：液压主泵的流量需求和液压主泵的压力需求。
具体的，基于第一控制信号，确定液压主泵的流量需求；基于当前时刻的液压主泵出口压力，确定液压主泵的压力需求。
步骤103，基于第一控制信号和作业需求，预测作业机械下一时刻的运行数据。
一个具体实施例中，为了能够有效的预测作业机械下一时刻的运行数据，获取下一时刻对应的至少两个待使用控制信号，具体实现为：
确定上一时刻的已应用控制信号，以及已应用控制信号对应的至少一个待应用控制信号；将已应用控制信号和至少一个待应用控制信号，作为待使用控制信号；其中，待应用控制信号与已应用控制信号产生的能量消耗最低。
具体的，待应用控制信号通过与驱动电机对应的逆变器的开关信号和与液压主泵对应的液压泵斜盘对应的斜盘控制信号组成。其中，逆变器的开关信号表示逆变器输出的电压矢量。
具体的，由于级联多电平逆变器的开关信号过多，所以若要每个时刻评估所有的开关信号计算量过大，因此，本申请仅对部分开关信号进行评估。
下面，以至少两个待使用控制信号为7个为例进行说明：
上一时刻使用的逆变器开关信号组合对应的电压矢量，和与之相邻的六个电压矢量，共七个电压矢量，组成了当前时刻需要进行评估的所有电压矢量。无论级联多电平逆变器的级数增大或减小，每一次评估都只需要至多7个电压矢量。这大大减少了计算量，提高了代价函数评估效率。
一个具体所述例中，得到下一时刻对应的至少两个待使用控制信号之后，预测作业机械下一时刻的运行数据，具体实现为：
对每个待使用控制信号执行以下第一处理操作：
基于当前时刻的电机运行数据和待使用控制信号，确定下一时刻的电机运行数据；基于当前时刻的主泵运行数据和下一时刻的电机运行数据，确定下一时刻的主泵运行数据。
一个具体实施例中，基于当前时刻的电机运行数据和待使用控制信号，确定下一时刻的电机运行数据的具体实现为：
获取上一时刻驱动电机的定子磁链；将上一时刻的定子磁链和待使用控制信号输入至第二计算公式，得到当前时刻的定子磁链；将当前时刻的定子磁链和待使用控制信号输入至第三计算公式，得到下一时刻的定子磁链；将当前时刻的定子磁链输入至第四计算公式，得到当前时刻的转子磁链；将当前时刻的转子磁链和待使用控制信号输入至第五计算公式，得到下一时刻的定子电流；将下一时刻的定子电流和下一时刻的定子磁链输入第六计算公式，得到下一时刻的电机转矩；并将下一时刻的定子磁链和下一时刻的电机转矩，作为下一时刻的电机运行数据。
其中，第二计算公式见公式(1)：
ψs(k)＝ψs(k-1)+Tsvs(k)-RsTsis(k) (1)
其中，ψs(k-1)表示上一时刻的定子磁链，ψs(k)表示当前时刻的定子磁链，Ts表示采样时间点，即，获取到第一控制信号的时间点，k表示当前时刻，vs(k)表示待使用控制信号，Rs表示定子电阻，is(k)表示当前时刻的定子电流。
其中，第三计算公式见公式(2)：
其中，
表示下一时刻的定子磁链。
其中，第四计算公式见公式(3)：
其中，ψr(k)表示当前时刻的转子磁链，Lr表示转子电感，Lm励磁电感，Ls表示定子电感。
其中，第五计算公式见公式(4)：
其中，
表示下一时刻的定子电流，τσ表示定子对应的时间常数，τr表示转子对应的时间常数，kr表示转子耦合系数，jω表示复数中的虚数部分。
其中，第六计算公式见公式(5)：
其中，Tp(k+1)表示下一时刻的电机转矩，p表示电机电极对数，lm表示
对应的结果的虚数部分。
其中，当前时刻的电机运行数据包括：电机转矩、定子电流、定子磁链、定子电阻、转子磁链、转子电感、励磁电感、定子电感等，通过上述参数和待使用控制信号，确定下一时刻的电机运行数据，下一时刻的电机运行数据包括：电机转矩和定子磁链。
此处需要说明一下，电机运行数据的参数总量是不变的，但是由于当时时刻的电机运行数据有通过计算得到的，有通过采集得到的，而下一时刻的电机运行数据是通过当前时刻的电机运行数据以及待使用控制信号预测得到的。而本申请仅关注需要的数据，因此，出现当前时刻的电机运行数据的参数和下一时刻的电机运行数据的参数不一致的情况，但并不会对本申请产生歧义和影响。
一个具体实施例中，基于当前时刻的主泵运行数据和下一时刻的电机运行数据，确定下一时刻的主泵运行数据的具体实现为：
获取当前时刻的主泵运行数据中的主泵排量；将当前时刻的主泵排量输入第七计算公式，得到下一时刻的主泵排量；将下一时刻的主泵排量和下一时刻的电机转矩输入第八计算公式，得到下一时刻的主泵出口压力；并将下一时刻的主泵排量和下一时刻的主泵出口压力，作为下一时刻的主泵运行数据。
其中，第七计算公式见公式(6)：
其中，v(k)表示当前时刻的主泵排量，Δt表示当前时刻与下一时刻的时间差，a表示当前时刻对应的液压主泵斜盘控制器中的电流产生的斜盘加速度，K表示当前时刻对应的主泵排量随斜盘位移的变化率。
其中，第八计算公式见公式(7)：
其中，
表示下一时刻的主泵出口压力，η表示当前时刻的液压主泵的工作总效率。
此处也需要说明一下，主泵运行数据的参数总量是不变的，但是由于当时时刻的主泵运行数据有通过计算得到的，有通过采集得到的，而下一时刻的主泵运行数据是通过当前时刻的主泵运行数据以及电机运行数据预测得到的。而本申请仅关注需要的数据，因此，出现当前时刻的主泵运行数据的参数和下一时刻的主泵运行数据的参数不一致的情况，但并不会对本申请产生歧义和影响。
步骤104，基于作业需求和下一时刻的运行数据，确定第二控制信号。
一个具体实施例中，在确定第二控制信号之前，需要确定与作业需求对应的第一计算公式，具体实现为：
在确定流量需求小于第一流量预设值，以及压力需求小于第一压力预设值的情况下，获取第一信号确定策略，将与第一信号确定策略对应的计算公式作为第一计算公式；在确定流量需求大于或等于第一流量预设值，且，小于第二流量预设值，以及压力需求大于或等于第一压力预设值，且小于第二压力预设值的情况下，获取第二信号确定策略，将与第二信号确定策略对应的计算公式作为第一计算公式；在确定流量需求大于或等于第二流量预设值的情况下，获取第三信号确定策略，将与第三信号确定策略对应的计算公式作为第一计算公式。
其中，作业需求包括：液压主泵的流量需求和液压主泵的压力需求。其中，流量需求为主泵出口流量的需求，压力需求为主泵出口压力的需求。
具体的，判断流量需求与第一流量预设值和第二流量预设值的大小关系，以及压力需求与第一压力预设值和第二压力预设值的大小关系，得到判断结果。确定与判断结果对应的信号确定策略，进而得到与信号确定策略对应的第一计算公式。
具体的，当判断结果为：流量需求小于第一流量预设值，以及压力需求小于第一压力预设值时，第一信号确定策略为：使用液压主泵排量控制策略，具体为：将计算公式中液压主泵排量的权重系数提高到第一预设权重值，并根据压力需求设定最优电机转矩，其中，第一预设权重值为液压主泵排量对应的最大值，最优电机转矩根据预先标定的压力需求与电机转矩的映射关系得到。
具体的，当判断结果为：流量需求大于或等于第一流量预设值，且，小于第二流量预设值，以及压力需求大于或等于第一压力预设值，且小于第二压力预设值时，第二信号确定策略为：液压主泵排量控制与电机转速控制结合策略，具体为：将计算公式中液压主泵排量的权重系数提高到第二预设权重值，根据压力需求设定最优电机转矩，以及确定电机转速补偿值，其中，第二预设权重值为液压主泵排量对应的中间值，该中间值为介于最小值和最大值中的数值。
具体的，当判断结果为：流量需求大于或等于第二流量预设值时，第三信号确定策略为：液压主泵排量控制与电机转矩控制结合策略，具体为：主泵排量、电机转矩和定子磁链的权重系数，根据压力需求设定最优电机转矩，以及减少主泵出口流量。
其中，电机转矩的设置和电机转速相关，通过采集电机转速，判断电机转速是否在当前工况对应的转速限制区间内，当判定电机转速在转速限制区间内时，第一信号确定策略、第二信号确定策略和第三信号确定策略中的任一项以及结合压力需求，确定最优电机转矩。
其中，信号确定策略的计算公式，即第一计算公式见公式(8)：
其中，θ表示电机转矩的权重系数，λ表示定子磁链的权重系数，μ表示液压主泵排量的权重系数、σ表示主泵出口压力的权重系数，g表示计算结果。
其中，T*表示预设的电机转矩，Tp(k+1)表示预测的下一时刻的电机转矩，
表示预设的定子磁链，
表示预测的下一时刻的定子磁链，
表示预设的主泵排量，vp(k+1)表示预测的下一时刻的主泵排量，
表示当前时刻的液压主泵的主泵出口压力，
表示预测的下一时刻的液压主泵的主泵出口压力。
具体的，根据作业机械的作业需求，调整公式(8)中的权重系数的大小，得到具体的第一计算公式。
一个具体实施例中，确定第二控制信号的具体实现为：对每组基于待使用控制信号，得到的下一时刻的电机运行数据和下一时刻的主泵运行数据执行以下第二处理操作：
将当前时刻的电机运行数据、当前时刻的主泵运行数据、下一时刻的电机运行数据和下一时刻的主泵运行数据，输入第一计算公式，得到计算结果；
从至少两个计算结果中，提取最小的计算结果；将最小的计算结果对应的待使用控制信号，作为第二控制信号。
具体的，将当前时刻的电机转矩、下一时刻的电机转矩、当前时刻的定子磁链、下一时刻的定子磁链、当前时刻的主泵排量、下一时刻的主泵排量、下一时刻的主泵排量、当前时刻的主泵出口压力和下一时刻的主泵出口压力输入至第一计算公式得到计算结果。其中，由于之前采用7的待使用信号，那么会得到7组下一时刻的电机运行数据和下一时刻的主泵运行数据，因此，会得到7个计算结果。从7个计算结果中提取最小的计算结果，将其对应的待使用控制信号，作为第二控制信号。
其中，第一计算公式为代价函数，因此，计算结果越小，表示损失越小，因此，本发明从多个计算结果中提取最小的计算结果，以将损失降到最低。
本发明无论级联多电平逆变器的级数增大或减小，每次均使用预设个数(7个)电压矢量。该操作大大的减少了计算量，提高了第一计算公式的计算效率。
步骤105，基于第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业。
其中，在接收到第一控制信号之后，作业机械需要执行与第一控制信号对应的动作，从接收到第一控制信号到作业机械完成与之对应的动作的整个周期定义为采样周期。
其中，采样周期中包括多个时间点，多个时间点包括：上一时刻、当时时刻和下一时刻等。
一个具体实施例中，驱动电机和液压主泵的一体化控制方式，如图2所示：
步骤201，确定第一控制信号对应的目标运行数据；
步骤202，判断目标运行数据和下一时刻的运行数据是否一致，若是，执行步骤203，否则，执行步骤204；
步骤203，基于第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业；
步骤204，基于第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业，并将下一时刻的运行数据作为新的当前时刻的运行数据，基于作业需求和新的下一时刻的运行数据，确定第二控制信号，直至目标运行数据和新的下一时刻的运行数据一致。
本发明通过重复预测下一时刻的运行数据，并确保目标运行数据与下一时刻的运行数据的一致，有效的实现作业机械工作效率的最大化。
下面，通过图3对本发明的作业机械的控制方法进行具体说明(可以将其理解为作业机械的控制系统，硬件元件与算法逻辑的结合)：
在图3中包括驱动电机301，液压主泵302、控制器303、操作手柄304和供电模块305。
在每个采样时刻分别采集主驱动电机的转速信号(电机转速)、转矩信号(电机转矩)、三相定子电流信号(定子电流)和液压主泵的出口流量大小的信号(主泵出口流量)和出口压力大小的信号(主泵出口压力)；其中，主驱动电机的三相定子电流信号再通过Clarke变换转换成为α-β坐标系下的信号，上述信号都输入到控制器内部。
在控制器中303中执行以下计算逻辑：
一方面，根据手柄控制信号，得到流量需求，根据流量需求，计算液压泵摆角。另一方面，通过逆变器的开关信号、当前时刻的定子磁通、转子磁通，预测下一时刻的电机转矩和定子磁通。又一方面，根据作业需求和电机转速等参数，得到电机转矩。将得到的多个参数输入代价函数，得到第二控制信号，进而通过第二控制信号控制液压主泵和驱动电机。
本发明能够针对不同的作业需求，利用已经建立好的驱动电机与液压主泵数学模型和得到的各个参数得到第二控制信号，实现对作业机械的驱动电机和液压主泵的一体化控制，实现驱动电机和液压主泵的功率匹配和整体工作效率的最大化。
其中，驱动电机与液压主泵数学模型和上述的公式(1)-公式(9)对应。通过多个公式和数据处理逻辑得到驱动电机与液压主泵数学模型。
本发明提供的作业机械的控制方法，通过获取作业机械的驱动电机的电机运行数据，和作业机械的液压主泵的主泵运行数据，可见，本发明为了后续可以更好的利用驱动电机与液压主泵的匹配特性，获取当前时刻驱动电机的电机运行数据和当前时刻液压主泵的主泵运行数据；进而，通过确定的作业机械的作业需求，预测下一时刻的运行数据，以得到第二控制信号，并利用第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵协同作业，可见，本发明针对作业机械的作业需求和实际运行情况，实现驱动电机和液压主泵的一体化控制，提高了驱动电机和液压主泵的配合效率和控制精度，提高了作业机械的作业效率。
下面对本发明提供的作业机械的控制装置进行描述，下文描述的作业机械的控制装置与上文描述的作业机械的控制方法可相互对应参照，重复之处，不再赘述。如图4所示，该装置包括：
获取模块401，用于获取第一控制信号和作业机械当前时刻的运行数据；
第一确定模块402，用于基于第一控制信号和当前时刻的运行数据，确定作业机械的作业需求；
预测模块403，用于基于第一控制信号和作业需求，预测作业机械下一时刻的运行数据；
第二确定模块404，用于基于作业需求和下一时刻的运行数据，确定第二控制信号；
控制模块405，用于基于第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业。
一个具体实施例中，控制模块405，还用于确定第一控制信号对应的目标运行数据；在确定下一时刻的运行数据与目标运行数据一致的情况下，执行基于第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业的步骤；在确定下一时刻的运行数据与目标运行数据不一致的情况下，将下一时刻的运行数据作为新的当前时刻的运行数据，并执行基于作业需求和下一时刻的运行数据，确定第二控制信号的步骤。
一个具体实施例中，运行数据包括：作业机械的驱动电机的电机运行数据，和作业机械的液压主泵的主泵运行数据；预测模块403，具体用于获取下一时刻对应的至少两个待使用控制信号；对每个待使用控制信号执行以下第一处理操作：基于当前时刻的电机运行数据和待使用控制信号，确定下一时刻的电机运行数据；基于当前时刻的主泵运行数据和下一时刻的电机运行数据，确定下一时刻的主泵运行数据。
一个具体实施例中，第二确定模块404，具体用于确定与作业需求对应的第一计算公式；对每组基于待使用控制信号，得到的下一时刻的电机运行数据和下一时刻的主泵运行数据执行以下第二处理操作：将当前时刻的电机运行数据、当前时刻的主泵运行数据、下一时刻的电机运行数据和下一时刻的主泵运行数据，输入第一计算公式，得到计算结果；从至少两个计算结果中，提取最小的计算结果；将最小的计算结果对应的待使用控制信号，作为第二控制信号。
一个具体实施例中，预测模块403，具体用于获取上一时刻驱动电机的定子磁链；将上一时刻的定子磁链和待使用控制信号输入至第二计算公式，得到当前时刻的定子磁链；将当前时刻的定子磁链和待使用控制信号输入至第三计算公式，得到下一时刻的定子磁链；将当前时刻的定子磁链输入至第四计算公式，得到当前时刻的转子磁链；将当前时刻的转子磁链和待使用控制信号输入至第五计算公式，得到下一时刻的定子电流；将下一时刻的定子电流和下一时刻的定子磁链输入第六计算公式，得到下一时刻的电机转矩；将下一时刻的定子磁链和下一时刻的电机转矩，作为下一时刻的电机运行数据。
一个具体实施例中，预测模块403，具体用于获取当前时刻的主泵运行数据中的主泵排量；将当前时刻的主泵排量输入第七计算公式，得到下一时刻的主泵排量；将下一时刻的主泵排量和下一时刻的电机转矩输入第八计算公式，得到下一时刻的主泵出口压力；将下一时刻的主泵排量和下一时刻的主泵出口压力，作为下一时刻的主泵运行数据。
一个具体实施例中，预测模块403，具体用于确定上一时刻的已应用控制信号，以及已应用控制信号对应的至少一个待应用控制信号；将已应用控制信号和至少一个待应用控制信号，作为待使用控制信号；其中，待应用控制信号与已应用控制信号产生的能量消耗最低。
一个具体实施例中，作业需求包括：液压主泵的流量需求和液压主泵的压力需求；预测模块403，具体用于在确定流量需求小于第一流量预设值，以及压力需求小于第一压力预设值的情况下，获取第一信号确定策略，将与第一信号确定策略对应的计算公式作为第一计算公式；在确定流量需求大于或等于第一流量预设值，且，小于第二流量预设值，以及压力需求大于或等于第一压力预设值，且小于第二压力预设值的情况下，获取第二信号确定策略，将与第二信号确定策略对应的计算公式作为第一计算公式；在确定流量需求大于或等于第二流量预设值的情况下，获取第三信号确定策略，将与第三信号确定策略对应的计算公式作为第一计算公式。
本发明实施例还提供一种作业机械，作业机械包括：作业机械本体和控制器，控制器用于实现如上任一实施例描述的作业机械的控制方法。
其中，作业机械包括：挖掘机、起重机、泵车、搅拌车等。
图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)501、通信接口(Communications Interface)502、存储器(memory)503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。处理器501可以调用存储器503中的逻辑指令，以执行作业机械的控制方法，该方法包括：获取第一控制信号和作业机械当前时刻的运行数据；基于第一控制信号和当前时刻的运行数据，确定作业机械的作业需求；基于第一控制信号和作业需求，预测作业机械下一时刻的运行数据；基于作业需求和下一时刻的运行数据，确定第二控制信号；基于第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业。
此外，上述的存储器503中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。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或者该技术方案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一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各实施例所提供的作业机械的控制方法，该方法包括：获取第一控制信号和作业机械当前时刻的运行数据；基于第一控制信号和当前时刻的运行数据，确定作业机械的作业需求；基于第一控制信号和作业需求，预测作业机械下一时刻的运行数据；基于作业需求和下一时刻的运行数据，确定第二控制信号；基于第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各实施例提供的作业机械的控制方法，该方法包括：获取第一控制信号和作业机械当前时刻的运行数据；基于第一控制信号和当前时刻的运行数据，确定作业机械的作业需求；基于第一控制信号和作业需求，预测作业机械下一时刻的运行数据；基于作业需求和下一时刻的运行数据，确定第二控制信号；基于第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
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各实施方式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。基于这样的理解，上述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，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种作业机械的控制方法，其特征在于，包括：
获取第一控制信号和作业机械当前时刻的运行数据；
基于所述第一控制信号和所述当前时刻的运行数据，确定所述作业机械的作业需求；
基于所述第一控制信号和所述作业需求，预测所述作业机械下一时刻的运行数据；
基于所述作业需求和所述下一时刻的运行数据，确定第二控制信号；
基于所述第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业。
2.根据权利要求1所述的作业机械的控制方法，其特征在于，所述基于所述第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业之前，还包括：
确定所述第一控制信号对应的目标运行数据；
在确定所述下一时刻的运行数据与所述目标运行数据一致的情况下，执行所述基于所述第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业的步骤；
在确定所述下一时刻的运行数据与所述目标运行数据不一致的情况下，将所述下一时刻的运行数据作为新的所述当前时刻的运行数据，并执行所述基于所述作业需求和所述下一时刻的运行数据，确定第二控制信号的步骤。
3.根据权利要求1所述的作业机械的控制方法，其特征在于，所述运行数据包括：所述作业机械的驱动电机的电机运行数据，和所述作业机械的液压主泵的主泵运行数据；
所述基于所述第一控制信号和所述作业需求，预测所述作业机械下一时刻的运行数据，包括：
获取下一时刻对应的至少两个待使用控制信号；
对每个所述待使用控制信号执行以下第一处理操作：
基于当前时刻的所述电机运行数据和所述待使用控制信号，确定下一时刻的所述电机运行数据；基于当前时刻的所述主泵运行数据和下一时刻的所述电机运行数据，确定下一时刻的所述主泵运行数据。
4.根据权利要求3所述的作业机械的控制方法，其特征在于，所述基于所述作业需求和所述下一时刻的运行数据，确定第二控制信号，包括：
确定与所述作业需求对应的第一计算公式；
对每组基于所述待使用控制信号，得到的下一时刻的所述电机运行数据和下一时刻的所述主泵运行数据执行以下第二处理操作：
将当前时刻的所述电机运行数据、当前时刻的所述主泵运行数据、下一时刻的所述电机运行数据和下一时刻的所述主泵运行数据，输入所述第一计算公式，得到计算结果；
从至少两个计算结果中，提取最小的计算结果；
将所述最小的计算结果对应的待使用控制信号，作为所述第二控制信号。
5.根据权利要求3所述的作业机械的控制方法，其特征在于，所述基于当前时刻的所述电机运行数据和所述待使用控制信号，确定下一时刻的所述电机运行数据，包括：
获取上一时刻所述驱动电机的定子磁链；
将上一时刻的定子磁链和所述待使用控制信号输入至第二计算公式，得到当前时刻的定子磁链；
将所述当前时刻的定子磁链和所述待使用控制信号输入至第三计算公式，得到下一时刻的定子磁链；
将所述当前时刻的定子磁链输入至第四计算公式，得到当前时刻的转子磁链；
将所述当前时刻的转子磁链和所述待使用控制信号输入至第五计算公式，得到下一时刻的定子电流；
将所述下一时刻的定子电流和所述下一时刻的定子磁链输入第六计算公式，得到下一时刻的电机转矩；
将所述下一时刻的定子磁链和所述下一时刻的电机转矩，作为下一时刻的所述电机运行数据。
6.根据权利要求5所述的作业机械的控制方法，其特征在于，所述基于当前时刻的所述主泵运行数据和下一时刻的所述电机运行数据，确定下一时刻的所述主泵运行数据，包括：
获取当前时刻的所述主泵运行数据中的主泵排量；
将当前时刻的主泵排量输入第七计算公式，得到下一时刻的主泵排量；
将所述下一时刻的主泵排量和所述下一时刻的电机转矩输入第八计算公式，得到下一时刻的主泵出口压力；
将所述下一时刻的主泵排量和所述下一时刻的主泵出口压力，作为下一时刻的所述主泵运行数据。
7.根据权利要求3所述的作业机械的控制方法，其特征在于，所述获取下一时刻对应的至少两个待使用控制信号，包括：
确定上一时刻的已应用控制信号，以及所述已应用控制信号对应的至少一个待应用控制信号；
将所述已应用控制信号和所述至少一个待应用控制信号，作为所述待使用控制信号；
其中，所述待应用控制信号与所述已应用控制信号产生的能量消耗最低。
8.根据权利要求4所述的作业机械的控制方法，其特征在于，所述作业需求包括：所述液压主泵的流量需求和所述液压主泵的压力需求；
所述确定与所述作业需求对应的第一计算公式，包括：
在确定所述流量需求小于第一流量预设值，以及所述压力需求小于第一压力预设值的情况下，获取第一信号确定策略，将与所述第一信号确定策略对应的计算公式作为所述第一计算公式；
在确定所述流量需求大于或等于所述第一流量预设值，且，小于第二流量预设值，以及所述压力需求大于或等于所述第一压力预设值，且小于第二压力预设值的情况下，获取第二信号确定策略，将与所述第二信号确定策略对应的计算公式作为所述第一计算公式；
在确定所述流量需求大于或等于所述第二流量预设值的情况下，获取第三信号确定策略，将与所述第三信号确定策略对应的计算公式作为所述第一计算公式。
9.一种作业机械的控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取第一控制信号和作业机械当前时刻的运行数据；
第一确定模块，用于基于所述第一控制信号和所述当前时刻的运行数据，确定所述作业机械的作业需求；
预测模块，用于基于所述第一控制信号和所述作业需求，预测所述作业机械下一时刻的运行数据；
第二确定模块，用于基于所述作业需求和所述下一时刻的运行数据，确定第二控制信号；
控制模块，用于基于所述第二控制信号，控制驱动电机和液压主泵作业。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述的作业机械的控制方法。
11.一种作业机械，其特征在于，所述作业机械包括：作业机械本体和控制器，所述控制器用于实现如权利要求1-8任一项所述的作业机械的控制方法，或，所述作业机械包括如权利要求9所述的作业机械的控制装置。
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