一种基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于挖掘机位置闭环控制技术领域，公开了一种基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制装置和方法，基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制装置包括：指令输入模块、主控模块、操作模块、驱动模块、位置确定模块、功率测定模块、能耗计算模块、故障监测模块、显示模块。本发明专利技术通过操作模块可以实现自动作业的参数设置与状态监控，提高作业操作精度，减轻工作负担；同时，通过故障监测模块根据过行走液压泵在指定工况下输出油压的变化判断行走液压泵效率是否偏低，继而确认行走液压泵是否存在工作效率偏低故障，能够准确的判断液压泵的工作效率，有效避免行走液压泵永久损坏；而且无需增设流量传感器，不会造成挖掘机成本的增加。

A position closed-loop control device and method of teletype excavator based on echo state network

【技术实现步骤摘要】
一种基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制装置和方法
本专利技术属于挖掘机位置闭环控制
，尤其涉及一种基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制装置和方法。
技术介绍
挖掘机，又称挖掘机械(excavatingmachinery)，又称挖土机，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。挖掘机最重要的三个参数：操作重量(质量)，发动机功率和铲斗斗容。然而，现有基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制装置操作精度差；同时，对挖掘机行走液压泵故障监测不准确。随着无线通信网络和移动互联网的蓬勃发展，提供基于位置信息的服务已经成为最具发展潜力的业务之一。在定位系统中，大多数情况下，首先利用卡尔曼滤波法检测到信号，然后对接收的信号进行处理，最后通过计算得到准确的位置。在实际的定位中，一般存在有两种情况：视距传播(LineofSight)，即控制中心与终端之间不存在障碍物的遮挡；非视距传播(Non-LineofSight)，即控制中心与终端之间存在有障碍物的遮挡。为了解决在非视距传播情况下的问题，基于测距的定位方法目前主要有RSSI、TOA、TDOA等，但都存在一些问题。现有技术在遮挡物较多的情况下，定位的效果较差。现有技术采用的定位方法的工程需要进行大量的采样和反复更新。综上所述，现有技术存在的问题是：现有基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制装置操作精度差；同时，对挖掘机行走液压泵故障监测不准确。而且对电传挖掘机位置确定不准确，导致定位时间长，直接影响了挖掘机的下步工序进行。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制装置和方法。本专利技术是这样实现的，一种基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制方法，包括：第一步，安置多个方位控制器，通过方位控制器进行定位，通过位置确定模块的信息检测器以及信息处理器，能够检测到每个方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的时间；求得每个方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的距离；选定某一坐标系，投影出各个方位控制器所处的空间位置，利用三个方位控制器的位置信息对电传挖掘机位置确定终端进行定位；第二步，以各个方位控制器在坐标空间所处的位置为球心，对应到终端的距离为半径作方位控制器圆，向所有的方位控制器圆的公共区域所在的长方体中投影点，在投影点足够多的情况下，总有一个点与实际位置最接近；通过筛选，只留下在区域内的点进行后续的判断；第三步，通过测量测试点到各个方位控制器之间的真实半径，利用每个方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的时间求解出来的测试点到各个方位控制器之间的距离，再利用在电传挖掘机工作路径沿途处已安装的含有定位信息编码的定位二维码标志扫描信息，二维码标志反射后，被方位控制器接收；第四步，方位控制器接收到信息后，将这信息传输到电传挖掘机位置确定终端，先通过检测程序检测定位二维码标志的编码信息是否有误，而后确认无误后送入解码程序，解码出定位二维码标志上的定位编码信息；第五步，在得到解码信息后，经过一系列的运算处理，得到与相关真实点最接近的投影点；第六步，根据方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的测量距离，计算出该终端的测距均值与测距方差；对测量距离进行预处理，得到真实距离的估计值；第七步，对于筛选后留在公共区域内的所有点，利用无偏估计进行校正，在工作区域中存在有n个可能点，通过测量第i个可能点到各个方位控制器之间的真实半径rij(i＝1,2...n,j＝1,2...m)，与测试点到各个方位控制器之间的距离Rij(i＝1,2...n,j＝1,2...m)，得出对应的校正函数；式中(xi,yi,zi)表示第i个可能点M的坐标；(Xj,Yj,Zj)表示方位控制器S的坐标；将校正后的点与所述投影点到各个方位控制器的距离，寻找所有投影点中的平方差的最小值为所求点，为实际所求得的电传挖掘机参考位置。进一步，所述基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制方法进一步包括：步骤一，通过指令输入模块利用输入设备输入挖掘机控制指令；步骤二，主控模块通过操作模块利用操作机构操控挖掘机；步骤三，通过驱动模块利用发动机驱动挖掘机作业；步骤四，通过位置确定模块利用方位控制器控制挖掘机挖掘位置；通过功率测定模块利用测定程序测定挖掘机发动机作业功率；步骤五，通过能耗计算模块利用计算程序计算挖掘机能源消耗；通过故障监测模块利用监测设备监测挖掘机故障信号；步骤六，通过显示模块利用显示器显示测定功率、能耗数据、故障信号进一步，所述步骤二操作模块操作方法包括：(1)通过控制器接收自动作业功能参数，所述自动作业功能参数包括挖掘次数、挖掘深度、挖掘角度和挖掘方向；(2)根据所述自动作业功能参数执行挖掘动作。进一步，在所述根据所述自动作业功能参数执行挖掘动作之后，还进行：获取与所述挖掘机作业管理相关的电气系统、液压系统和发动机系统的状态信息；解析状态信息，生成动作指令；将所述动作指令发送至CAN总线通讯模块；显示所述动作指令；进一步，在所述根据所述自动作业功能参数执行挖掘动作之后，所述方法还包括：获取至少三个角度传感器的状态数据；解析所述状态数据，获得至少三个角度信息；对至少三个角度信息进行空间坐标转换与姿态换算处理，获得所述挖掘机的可动机械结构的当前位置姿态。进一步，所述步骤五故障监测模块监测方法包括：1)通过故障检测设备控制挖掘机在指定工况下工作，并获取该指定工况下待测行走液压泵的实际输出油压；2)比较该指定工况下的理论输出油压与所述实际输出油压的差值与预设差值的大小，若所述差值大于等于所述预设差值，则待测行走液压泵存在工作效率偏低故障。进一步，所述步骤2)中，指定工况指的是将挖掘机设定至预设档位，控制待测行走液压泵所在油路的油门踏板以预设油门开度工作；所述若所述差值小于所述预设差值，则待测行走液压泵正常；所述在控制挖掘机在指定工况下工作的步骤之前，将挖掘机所有行走液压泵的输入电流均设为零；在控制挖掘机在指定工况下工作的步骤之后，控制待测行走液压泵以预设电流工作。进一步，所述所述步骤2)中，比较理论输出油压与待测行走液压泵的实际输出油压的差值与预设差值的大小的步骤包括：多次测量该指定工况下待测行走液压泵的实际输出油压，并求取平均值；比较该指定工况下待测行走液压泵的理论输出油压与所述平均值的差值的大小。本专利技术另一目的在于提供一种基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制装置，包括：指令输入模块、主控模块、操作模块、驱动模块、位置确定模块、功率测定模块、能耗计算模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制方法，其特征在于，所述基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制方法包括：/n第一步，安置多个方位控制器，通过方位控制器进行定位，通过位置确定模块的信息检测器以及信息处理器，能够检测到每个方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的时间；求得每个方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的距离；选定某一坐标系，投影出各个方位控制器所处的空间位置，利用三个方位控制器的位置信息对电传挖掘机位置确定终端进行定位；/n第二步，以各个方位控制器在坐标空间所处的位置为球心，对应到终端的距离为半径作方位控制器圆，向所有的方位控制器圆的公共区域所在的长方体中投影点，在投影点足够多的情况下，总有一个点与实际位置最接近；通过筛选，只留下在区域内的点进行后续的判断；/n第三步，通过测量测试点到各个方位控制器之间的真实半径，利用每个方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的时间求解出来的测试点到各个方位控制器之间的距离，再利用在电传挖掘机工作路径沿途处已安装的含有定位信息编码的定位二维码标志扫描信息，二维码标志反射后，被方位控制器接收；/n第四步，方位控制器接收到信息后，将这信息传输到电传挖掘机位置确定终端，先通过检测程序检测定位二维码标志的编码信息是否有误，而后确认无误后送入解码程序，解码出定位二维码标志上的定位编码信息；/n第五步，在得到解码信息后，经过一系列的运算处理，得到与相关真实点最接近的投影点；/n第六步，根据方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的测量距离，计算出该终端的测距均值与测距方差；对测量距离进行预处理，得到真实距离的估计值；/n第七步，对于筛选后留在公共区域内的所有点，利用无偏估计进行校正，在工作区域中存在有n个可能点，通过测量第i个可能点到各个方位控制器之间的真实半径r...

【技术特征摘要】
1.一种基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制方法，其特征在于，所述基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制方法包括：
第一步，安置多个方位控制器，通过方位控制器进行定位，通过位置确定模块的信息检测器以及信息处理器，能够检测到每个方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的时间；求得每个方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的距离；选定某一坐标系，投影出各个方位控制器所处的空间位置，利用三个方位控制器的位置信息对电传挖掘机位置确定终端进行定位；
第二步，以各个方位控制器在坐标空间所处的位置为球心，对应到终端的距离为半径作方位控制器圆，向所有的方位控制器圆的公共区域所在的长方体中投影点，在投影点足够多的情况下，总有一个点与实际位置最接近；通过筛选，只留下在区域内的点进行后续的判断；
第三步，通过测量测试点到各个方位控制器之间的真实半径，利用每个方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的时间求解出来的测试点到各个方位控制器之间的距离，再利用在电传挖掘机工作路径沿途处已安装的含有定位信息编码的定位二维码标志扫描信息，二维码标志反射后，被方位控制器接收；
第四步，方位控制器接收到信息后，将这信息传输到电传挖掘机位置确定终端，先通过检测程序检测定位二维码标志的编码信息是否有误，而后确认无误后送入解码程序，解码出定位二维码标志上的定位编码信息；
第五步，在得到解码信息后，经过一系列的运算处理，得到与相关真实点最接近的投影点；
第六步，根据方位控制器到电传挖掘机位置确定终端的测量距离，计算出该终端的测距均值与测距方差；对测量距离进行预处理，得到真实距离的估计值；
第七步，对于筛选后留在公共区域内的所有点，利用无偏估计进行校正，在工作区域中存在有n个可能点，通过测量第i个可能点到各个方位控制器之间的真实半径rij(i＝1,2...n,j＝1,2...m)，与测试点到各个方位控制器之间的距离Rij(i＝1,2...n,j＝1,2...m)，得出对应的校正函数；



式中(xi,yi,zi)表示第i个可能点M的坐标；(Xj,Yj,Zj)表示方位控制器S的坐标；
将校正后的点与所述投影点到各个方位控制器的距离，寻找所有投影点中的平方差的最小值为所求点，为实际所求得的电传挖掘机参考位置。


2.如权利要求1所述基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制方法，其特征在于，所述基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制方法进一步包括：
步骤一，通过指令输入模块利用输入设备输入挖掘机控制指令；
步骤二，主控模块通过操作模块利用操作机构操控挖掘机；
步骤三，通过驱动模块利用发动机驱动挖掘机作业；
步骤四，通过位置确定模块利用方位控制器控制挖掘机挖掘位置；通过功率测定模块利用测定程序测定挖掘机发动机作业功率；
步骤五，通过能耗计算模块利用计算程序计算挖掘机能源消耗；通过故障监测模块利用监测设备监测挖掘机故障信号；
步骤六，通过显示模块利用显示器显示测定功率、能耗数据、故障信号。


3.如权利要求2所述基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制方法，其特征在于，所述步骤二操作模块操作方法包括：
(1)通过控制器接收自动作业功能参数，所述自动作业功能参数包括挖掘次数、挖掘深度、挖掘角度和挖掘方向；
(2)根据所述自动作业功能参数执行挖掘动作。


4.如权利要求3所述基于回声状态网络的电传挖掘机位置闭环控制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晶晶，高培，陆从相，
申请(专利权)人：盐城工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32