本发明专利技术涉及电传控制的智能程序控制技术领域，具体为一种电传挖掘机位置闭环控制装置和方法，其中装置包括：左电十字手柄(15)、右电十字手柄(16)、指令分配器(17)、挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)、控制器(21)、挖斗先导电磁阀(22)、斗杆先导比例电磁阀(23)、动臂先导比例电磁阀(24)。本发明专利技术通过在传统电传操纵挖掘机控制器前端设计指令分配器，将挖斗转轴的空间笛卡尔坐标指令映射为动臂和斗杆的偏转角指令，以实现对挖掘机更加直观地操纵，达到简化操纵、减轻驾驶员负担的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及电传控制的智能程序控制
，具体为一种电传挖掘机位置闭环控制装置和方法。
技术介绍
图1所示为常规挖掘机的六个工作装置。图2所示为常规挖掘机的操纵机构。驾驶员通过操作两个十字手柄和两个脚踏板分别对六个工作装置进行控制。左十字手柄11的左右倾斜用来控制回转4，左十字手柄11的前后倾斜用来控制斗杆2，右十字手柄12的左右倾斜用来控制挖斗1，右十字手柄12的前后倾斜用来控制动臂3，左行走踏板13和右行走踏板14的前后倾斜分别用来控制左行走5和右行走6。目前挖掘机操作手柄和踏板对各工作装置的控制都是基于速度的控制，即驾驶员操作十字手柄或脚踏板的倾斜角度越大，相应被控装置的运动速度就越快。由于一个操纵机构的一个运动自由度对应着一个特定工作装置的运动，因此如果挖掘机需要进行一个复杂的动作时，驾驶员需要操作一个操纵杆的多个方向，或者多个操纵杆的多个方向才能完成。例如在进行“扫平”(挖斗斗齿保持在同一高度来回运动)操纵时，三个工作装置(动臂、斗杆、挖斗)需要相互协调地运动，对应着驾驶员对两个操纵杆三个运动自由度的协调操纵。这大大增加了对驾驶员的操纵负担。传统的挖掘机操纵方式是左十字手柄的一个操纵方向控制斗杆，右十字手柄两个操作方向分别控制挖斗和动臂，但是挖斗、斗杆和动臂这三个工作装置实际上是在一个平面内运动的。这样的操纵方式是将两个操纵杆的三维运动映射到工作装置的平面运动中去。这种操纵方式很不直观，复合动作时驾驶员很难将几个动作协调地完成。这种操纵方式对驾驶员的操纵技巧提出了很高要求。综上所述，挖掘机几乎所有的动作都是需要几个工作装置的复合工作，而传统的操纵方式不直观，操纵难度大，这就需要一种新的控制方案来简化传统的操纵方式。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种电传挖掘机位置闭环控制装置和方法，简化传统的操纵方式。技术方案：一种电传挖掘机位置闭环控制装置，包括：左电十字手柄(15)、右电十字手柄(16)、指令分配器(17)、挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)、控制器(21)、挖斗先导电磁阀(22)、斗杆先导比例电磁阀(23)、动臂先导比例电磁阀(24)；左电十字手柄(15)，与指令分配器(17)连接，通过前后移动生成前后向控制指令控制挖斗的绞点O3在水平方向前后向的位移，并将所述前后向控制指令信号发送给指令分配器(17)；右电十字手柄(16)，与指令分配器(17)连接，通过前后移动生成上下向控制指令控制挖斗的绞点O3在竖直方向上下向的位移，并将所述上下向控制指令信号发送给指令分配器(17)；通过左右移动控制挖斗的外扬和回收，并将所述挖斗的外扬和回收信号发送给指令分配器(17)；指令分配器(17)，与控制器(21)连接，根据所述前后向控制指令信号和上下向控制指令信号通过计算分解成斗杆的控制指令和动臂的控制指令，根据所述斗杆的控制指令和动臂的控制指令，以及挖斗的外扬和回收信号生成挖斗的控制指令，把所述挖斗的控制指令、斗杆的控制指令和动臂的控制指令发送给控制器(21)；控制器(21)，分别与挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)连接并采集挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)的反馈信号，将所述挖斗的控制指令与挖斗角位移传感器(18)反馈信号做差运算，经指令成型得到挖斗的阀控制指令信号，发送给挖斗先导电磁阀(22)；将所述斗杆的控制指令与斗杆角位移传感器(19)反馈信号做差运算，经指令成型得到斗杆的阀控制指令信号，发送给斗杆先导比例电磁阀(23)；将所述动臂的控制指令与动臂角位移传感器(20)的反馈信号做差运算，经指令成型得到动臂的阀控制指令信号，发送给动臂先导比例电磁阀(24)；挖斗先导比例电磁阀(22)，根据挖斗的阀控制指令信号控制挖斗作动器运动，进而控制挖斗工作；斗杆先导比例电磁阀(23)，根据斗杆的阀控制指令信号控制斗杆作动器运动，进而控制斗杆工作；动臂先导比例电磁阀(24)，根据动臂的阀控制指令信号控制动臂作动器运动，进而控制动臂工作。一种电传挖掘机位置闭环控制方法，包括：步骤1、记录左操纵杆位移PARM和右操纵杆位移PBOOM，当PARM或PBOOM操纵杆位移出死区时，记录下该时刻动臂的偏转角度θ2f和斗杆的偏转角度θ3f和挖斗的偏转角度θ4f，根据公式(1)计算该时刻下挖斗绞点O3的坐标(x30、z30)，根据公式(3)计算该时刻下挖斗斗齿与地面夹角θd0；所述公式(1)为：x30=a2cosθ2f+a3sin(π2+θ2f-θ3f)z30=a2sinθ2f-a3cos(π2+θ2f-θ3f)---(1)]]>其中，a2为动臂长度，a3为斗杆长度；所述公式(3)为θd0＝π+θ2f-θ3f-θ4f(3)；步骤2、将PARM和PBOOM通过指令成型得到的输出结果为PARM1和PBOOM1，根据公式x3i=x30+∫0tPARM1·dt]]>z3i=z30+∫0tPBOOM1·dt]]>得到挖斗绞点O3的理论坐标(x3i、z3i)；步骤3、根据公式(2)反求此时动臂和斗杆的控制理论值θ2fi、θ3fi；所述公式(2)为：θ2fi＝α+βθ3fi=π-arccos(a22+a32-a622a2a3)---(2)]]>其中，步骤4、将动臂的偏转角测量反馈值θ2与动臂的控制理论值θ2fi做差，得到误差Δθ2f，公式为Δθ2f＝θ2fi-θ2；将斗杆的偏转角测量反馈值θ3与斗杆的控制理论值θ3fi做差，得到误差Δθ3f，公式为Δθ3f＝θ3fi-θ3；步骤5、当Δθ2f>0时，产生抬动臂指令，Δθ2f<0时，产生降动臂指令；当Δθ3f>0时，产生斗杆外扬指令，Δθ3f<0时，产生斗杆回收指令；步骤6、根据动臂的偏转角反馈信号θ2和斗杆的偏转角反馈信号θ3以及θd0，由公式θ4fi＝π+θ2-θ3-θd0计算挖斗的理论偏转角θ4fi；步骤7、将挖斗的偏转角测量反馈值θ4与挖斗的控制理论值θ4fi做差，得到误差Δθ4f，公式为Δθ4f＝θ4fi-θ4；步骤8、当Δθ4f>0时，产生回收挖斗指令，Δθ4f<0时，产生外扬挖斗指令。有益效果本专利技术简化传统的操纵方式，减轻了驾驶员负担。附图说明图1为挖掘机工作装置示意图。图2为挖掘机操纵机构示意图。图3为挖掘机新控制系统示意图。图4为新控制系统工作原理示意图。图5为操纵杆出死区时刻动臂、斗杆偏转角记录原理实现方法。图6为动臂、斗杆偏转角到挖斗绞点笛卡尔坐标的映射算法实现。图7为挖斗绞点理论坐标算法实现。图8为动臂、斗杆偏转角指令解算方法。具体实施方式一种电传挖掘机位置闭环控制装置，如图3所示，包括：左电十字手柄(15)、右电十字手柄(16)、指令分配器(17)、挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)、控制器(21)、挖斗先导电磁阀(22)、斗杆先导比例电磁阀(23)、动臂先导比例电磁阀(24)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电传挖掘机位置闭环控制装置，其特征在于，包括：左电十字手柄(15)、右电十字手柄(16)、指令分配器(17)、挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)、控制器(21)、挖斗先导电磁阀(22)、斗杆先导比例电磁阀(23)、动臂先导比例电磁阀(24)；左电十字手柄(15)，与指令分配器(17)连接，通过前后移动生成前后向控制指令控制挖斗的绞点O3在水平方向前后向的位移，并将所述前后向控制指令信号发送给指令分配器(17)；右电十字手柄(16)，与指令分配器(17)连接，通过前后移动生成上下向控制指令控制挖斗的绞点O3在竖直方向上下向的位移，并将所述上下向控制指令信号发送给指令分配器(17)；通过左右移动控制挖斗的外扬和回收，并将所述挖斗的外扬和回收信号发送给指令分配器(17)；指令分配器(17)，与控制器(21)连接，根据所述前后向控制指令信号和上下向控制指令信号通过计算分解成斗杆的控制指令和动臂的控制指令，根据所述斗杆的控制指令和动臂的控制指令，以及挖斗的外扬和回收信号生成挖斗的控制指令，把所述挖斗的控制指令、斗杆的控制指令和动臂的控制指令发送给控制器(21)；控制器(21)，分别与挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)连接并采集挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)的反馈信号，将所述挖斗的控制指令与挖斗角位移传感器(18)反馈信号做差运算，经指令成型得到挖斗的阀控制指令信号，发送给挖斗先导电磁阀(22)；将所述斗杆的控制指令与斗杆角位移传感器(19)反馈信号做差运算，经指令成型得到斗杆的阀控制指令信号，发送给斗杆先导比例电磁阀(23)；将所述动臂的控制指令与动臂角位移传感器(20)的反馈信号做差运算，经指令成型得到动臂的阀控制指令信号，发送给动臂先导比例电磁阀(24)；挖斗先导比例电磁阀(22)，根据挖斗的阀控制指令信号控制挖斗作动器运动，进而控制挖斗工作；斗杆先导比例电磁阀(23)，根据斗杆的阀控制指令信号控制斗杆作动器运动，进而控制斗杆工作；动臂先导比例电磁阀(24)，根据动臂的阀控制指令信号控制动臂作动器运动，进而控制动臂工作。...
【技术特征摘要】
1.一种电传挖掘机位置闭环控制装置，其特征在于，包括：左电十字手柄(15)、右电十字手柄(16)、指令分配器(17)、挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)、控制器(21)、挖斗先导电磁阀(22)、斗杆先导比例电磁阀(23)、动臂先导比例电磁阀(24)；左电十字手柄(15)，与指令分配器(17)连接，通过前后移动生成前后向控制指令控制挖斗的绞点O3在水平方向前后向的位移，并将所述前后向控制指令信号发送给指令分配器(17)；右电十字手柄(16)，与指令分配器(17)连接，通过前后移动生成上下向控制指令控制挖斗的绞点O3在竖直方向上下向的位移，并将所述上下向控制指令信号发送给指令分配器(17)；通过左右移动控制挖斗的外扬和回收，并将所述挖斗的外扬和回收信号发送给指令分配器(17)；指令分配器(17)，与控制器(21)连接，根据所述前后向控制指令信号和上下向控制指令信号通过计算分解成斗杆的控制指令和动臂的控制指令，根据所述斗杆的控制指令和动臂的控制指令，以及挖斗的外扬和回收信号生成挖斗的控制指令，把所述挖斗的控制指令、斗杆的控制指令和动臂的控制指令发送给控制器(21)；控制器(21)，分别与挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)连接并采集挖斗角位移传感器(18)、斗杆角位移传感器(19)、动臂角位移传感器(20)的反馈信号，将所述挖斗的控制指令与挖斗角位移传感器(18)反馈信号做差运算，经指令成型得到挖斗的阀控制指令信号，发送给挖斗先导电磁阀(22)；将所述斗杆的控制指令与斗杆角位移传感器(19)反馈信号做差运算，经指令成型得到斗杆的阀控制指令信号，发送给斗杆先导比例电磁阀(23)；将所述动臂的控制指令与动臂角位移传感器(20)的反馈信号做差运算，经指令成型得到动臂的阀控制指令信号，发送给动臂先导比例电磁阀(24)；挖斗先导比例电磁阀(22)，根据挖斗的阀控制指令信号控制挖斗作动器运动，进而控制挖斗工作；斗杆先导比例电磁阀(23)，根据斗杆的阀控制指令信号控制斗杆作动器运动，进而控制斗杆工作；动臂先导比例电磁阀(24)，根据动臂的阀控制指令信号控制动臂作动器运动，进而控制动臂工作。2.一种电传挖掘机位置闭环控制方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙逊，樊战旗，王熙，潘文俊，刘涛，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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