專利名稱：抑制臂架振動的控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工程機械領域，具體地，涉及一種用于抑制臂架振動的控制方法及系統(tǒng)。
背景技術：
目前，國內外對臂架在運動過程的振動控制及軌跡控制的研究十分稀少。國內外高校及研究機構進行了很多針對壓電智能材料應用于懸臂梁的主動控制的研究工作，其控制方式是通過壓電材料的正逆壓電效應對結構產生的變形進行抑制。另外，小松及國外的挖掘機公司曾對挖掘機的臂架結構的振動控制進行研究，國外著名消防車公司Magirus曾經就高空消防車臂架結構進行過軌跡控制以及簡單的減振處理。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于抑制臂架振動的控制方法及系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于抑制臂架振動的控制方法，該方法包括:接收臂架的當前姿態(tài)及當前速度向量，該臂架的當前姿態(tài)包括臂架的長度向量及角度向量；根據(jù)該當前姿態(tài)，確定與該當前姿態(tài)相對應的質量矩陣及剛度矩陣；將該質量矩陣及剛度矩陣代入所述臂架的結構動力學方程，根據(jù)該結構動力學方程進行主動振動控制，計算出反饋增益向量；以及根據(jù)所述反饋增益向量及所述當前速度向量，控制施加至所述臂架的液壓力，以抑制所述臂架振動。相應地，本發(fā)明還提供一種用于抑制臂架振動的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:長度傳感器，用于檢測所述臂架各節(jié)臂的長度，得到所述臂架的長度向量；角度傳感器，用于檢測所述臂架各節(jié)臂的角度，得到所述臂架的角度向量；速度傳感器，用于檢測所述臂架各節(jié)臂的速度，得到所述臂架的速度向量；以及振動控制器，用于執(zhí)行上述控制方法。通過上述技術方案，可進行變姿態(tài)建模，得到當前姿態(tài)下的反饋增益向量，并根據(jù)該反饋增益向量及速度傳感器的反饋來控制液壓力，可有效抑制臂架振動。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。


附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中:圖1示出了該高空消防車伸縮折疊臂的結構示意圖；圖2為本發(fā)明提供的臂架控制系統(tǒng)的結構示意圖；圖3為圖1所示的伸縮折疊臂的簡化模型圖；圖4為在本發(fā)明的臂架控制系統(tǒng)的控制下施加至臂架的液壓力與臂架的速度之間關系不意圖；圖5為本發(fā)明提供的臂架軌跡規(guī)劃流程圖6為本發(fā)明提供的臂架控制系統(tǒng)的另一實施方式的結構示意圖；以及圖7為提高臂架運動穩(wěn)定性的臂架控制方法流程圖。附圖標記說明10 長度傳感器 20 角度傳感器30 速度傳感器 40 控制器50 液壓系統(tǒng)60 臂架70 形變傳感器
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。由于臂架在運動過程中，臂架的剛度變化較大，因此不能用靜態(tài)的結構建模方式將此系統(tǒng)簡化成固定的動力學方程。為此，本發(fā)明提出了一種基于變姿態(tài)臂架結構動力學模型的臂架運動過程中的振動控制方案。以下以高空消防車伸縮折疊臂為例進行說明，當然本發(fā)明并不限于此，本發(fā)明可適用于任何存在振動控制需求、穩(wěn)定性控制、和/或軌跡規(guī)劃的臂架。圖1示出了該高空消防車伸縮折疊臂的結構示意圖，伸縮折疊臂是一種既可伸縮又可折疊的多節(jié)臂架，在此僅以兩節(jié)折疊臂、多級伸縮臂的伸縮折疊臂作為實例對象進行說明。在下文的描述中，會涉及長度傳感器，角度傳感器、速度傳感器、及應變傳感器，需要說明的是，在傳感器對外部數(shù)據(jù)進行采集的過程中，可對數(shù)據(jù)進行濾波處理。這種濾波處理的目的在于過濾掉信號中的干擾成分，例如由于顫振引起的高頻振動和伸縮折疊臂的低頻振動相疊加，從傳感器中測量的數(shù)據(jù)中包含這兩種成分，為了對所關注的低頻振動進行有效的抑制，應根據(jù)具體的頻率分布不同，設計濾波器將信號中包含的高頻信號進行濾去，最后得到的信號主要由低頻信號組成。圖2為本發(fā)明提供的臂架控制系統(tǒng)的結構示意圖。如圖2所示，該系統(tǒng)包括:長度傳感器10于檢測所述臂架60臂的長度，以得到該臂架60度向量；角度傳感器20于檢測所述臂架60臂的角度，以得到該臂架60度向量；速度傳感器30于檢測所述臂架60臂的速度，以得到該臂架60前速度向量；以及控制器40于根據(jù)所述長度向量及角度向量(該長度向量及角度向量即決定了臂架的當前姿態(tài))，確定與該當前姿態(tài)相對應的相對應的質量矩陣及剛度矩陣，將該質量矩陣及剛度矩陣代入所述臂架的結構動力學方程，根據(jù)該結構動力學方程進行主動振動控制，計算出反饋增益向量(在此，可對該結構動力學方程應用模態(tài)控制算法、PID控制算法、模糊控制算法、模糊神經網(wǎng)絡、獨立模態(tài)控制算法之一來計算出反饋增益向量，具體采用何種算法可取決于實際測出的臂架響應是否滿足指標要求)；以及根據(jù)該反饋增益向量及所述當前速度向量，施加一控制信號至液壓系統(tǒng)50而控制該液壓系統(tǒng)施加至所述臂架60壓力，以在控制所述臂架60的同時，抑制所述臂架60。其中，所述確定與該當前姿態(tài)相對應的質量矩陣及剛度矩陣包括:通過有限元計算方法建立不同姿態(tài)下臂架的剛度矩陣及質量矩陣數(shù)據(jù)庫；擬合臂架的剛度矩陣及質量矩陣與臂架姿態(tài)之間的函數(shù)關系；以及根據(jù)該函數(shù)關系，確定所述臂架在所述當前姿態(tài)下的質量矩陣及剛度矩陣。舉例而言，所述剛度矩陣與臂架姿態(tài)之間的函數(shù)關系可被擬合如下:
權利要求
1.種用于抑制臂架振動的控制方法，該方法包括: 接收臂架的當前姿態(tài)及當前速度向量，該臂架的當前姿態(tài)包括臂架的長度向量及角度向量; 根據(jù)該當前姿態(tài)，確定與該當前姿態(tài)相對應的質量矩陣及剛度矩陣； 將該質量矩陣及剛度矩陣代入所述臂架的結構動力學方程，根據(jù)該結構動力學方程進行主動振動控制，計算出反饋增益向量；以及 根據(jù)所述反饋增益向量及所述當前速度向量，控制施加至所述臂架的液壓力，以抑制所述臂架振動。
2.據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，其特征在于，所述液壓力滿足以下公式: F=Ga*V 其中，F(xiàn)為所述液壓力，Ga為所述反饋增益向量，V為所述當前速度向量。
3.據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述臂架為伸縮折疊臂。
4.據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于所述結構動力學方程通過模態(tài)控制算法、PID控制算法、模糊控制算法、模糊神經網(wǎng)絡、獨立模態(tài)控制算法之一來得到所述反饋增益向量。
5.據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述確定與該當前姿態(tài)相對應的質量矩陣及剛度矩陣包括: 通過有限元計算方法建立不同姿態(tài)下臂架的剛度矩陣及質量矩陣數(shù)據(jù)庫； 擬合臂架的剛度矩陣及質量矩陣與臂架姿態(tài)之間的函數(shù)關系；以及 根據(jù)該函數(shù)關系，確定所述臂架在所述當前姿態(tài)下的質量矩陣及剛度矩陣。
6.據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述反饋增益向量及所述當前速度向量來控制施加至所述臂架的液壓力包括:控制施加至所述臂架的液壓力，以使得所述臂架按照預先規(guī)劃的軌跡運動，該預先規(guī)劃的軌跡按照以下步驟來規(guī)劃: 接收臂架的當前姿態(tài)以及目標位置，該當前姿態(tài)包括臂架的長度向量及角度向量； 根據(jù)該當前姿態(tài)，確定所述臂架末端的當前位置； 根據(jù)該當前位置及所述目標位置，規(guī)劃所述臂架的軌跡；以及將該軌跡所涉及的姿態(tài)與預先存儲的危險姿態(tài)進行比較，并在軌跡所涉及的姿態(tài)存在危險姿態(tài)時，重新規(guī)劃軌跡，以使得重新規(guī)劃后的軌跡不存在危險姿態(tài)。
7.據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述預先存儲的危險姿態(tài)通過以下步驟確定: 確定所述臂架在每一姿態(tài)下的剛度矩陣；以及 在所述剛度矩陣的豎直方向剛度或扭轉剛度小于相應的預設值時，確定該剛度矩陣所對應的姿態(tài)為危險姿態(tài)，存儲該危險姿態(tài)。
8.據(jù)權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所規(guī)劃的臂架軌跡滿足:，θ 2，〈 θ 2(t)〈 θ 2"，……，θ η，〈 θ n(t)〈 θ η";及 Va1UXi1"，i2，〈i2(t)〈i2"，……，im，〈im(t)〈im"， 其中，ejt)，θ2α)，……，θηα)分別表示所述臂架的η節(jié)折疊臂的角度與時間t的函數(shù)；li(t)，I2 (t),……，lm(t)分別表示所述臂架的m節(jié)伸縮臂的長度與時間t的函數(shù)；θ/，θ2’，……，θη’分別表示所述臂架的η節(jié)折疊臂的最小允許角度；θ/，θ2"，……，θ η"分別表示所述臂架的η節(jié)折疊臂的最大允許角度；1/，12’，……，Im’分別表示所述臂架的m節(jié)伸縮臂的最小允許長度；I1"，12"，……，lm"分別表示所述臂架的m節(jié)伸縮臂的最大允許長度。
9.據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，所規(guī)劃的臂架軌跡滿足: t<t1 其中，h表示所述臂架末端到達所述目標位置所消耗的時間最大允許值。
10.種用于抑制臂架振動的控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 長度傳感器，用于檢測所述臂架各節(jié)臂的長度，得到所述臂架的長度向量； 角度傳感器，用于檢測所述臂架各節(jié)臂的角度，得到所述臂架的角度向量； 速度傳感器，用于檢測所述臂架各節(jié)臂的速度，得到所述臂架的速度向量；以及 振動控制器，用于執(zhí)行根 據(jù)權利要求1-9中任一項權利要求所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于抑制臂架振動的控制方法及系統(tǒng)，該方法包括接收臂架的當前姿態(tài)及當前速度向量，該臂架的當前姿態(tài)包括臂架的長度向量及角度向量；根據(jù)該當前姿態(tài)，確定與該當前姿態(tài)相對應的質量矩陣及剛度矩陣；將該質量矩陣及剛度矩陣代入所述臂架的結構動力學方程，根據(jù)該結構動力學方程進行主動振動控制，計算出反饋增益向量；以及根據(jù)所述反饋增益向量及所述當前速度向量，控制施加至所述臂架的液壓力，以抑制所述臂架振動。通過上述技術方案，可進行變姿態(tài)建模，得到當前姿態(tài)下的反饋增益向量，并根據(jù)該反饋增益向量及速度傳感器的反饋來控制液壓力，可有效抑制臂架振動。
文檔編號G05B13/04GK103092073SQ20121059064
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權日2012年12月31日
發(fā)明者曾光, 劉仰清, 曾亞平, 王曦鳴, 王唯金 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司