上装作业中汽车起重机底盘的姿态保持自动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种上装作业中汽车起重机底盘的姿态保持自动控制方法，包括以下步骤：首先，测试并获取各支腿的等效刚度，根据各支腿载荷计算起重机质心坐标位置和吊重质量，进而建立汽车起重机及吊重整体的质心坐标参数化模型与支腿补偿作动量模型；然后，计算并判断执行吊重起升离地引起平台侧倾需要的的支腿补偿作动；最后，识别驾驶员指令，预算并构建支腿补偿作动量矩阵，同步控制上装作业和支腿补偿作动，直至姿态保持控制结束。该方法通过上装作业和支腿补偿同步控制，有效的保持了汽车起重机作业过程中姿态实时稳定，无滞后和超调问题，彻底消除了平台倾覆风险；实现了姿态保持自动控制，保障了驾驶员人身安全，提高了工作效率。工作效率。工作效率。

【技术实现步骤摘要】
上装作业中汽车起重机底盘的姿态保持自动控制方法


[0001]本专利技术属于姿态控制领域，具体涉及一种上装作业中汽车起重机底盘的姿态保持自动控制方法。

技术介绍

[0002]汽车起重机在作业前虽然已经借助多支腿支撑结构进行了水平姿态调整，以提高上装平台的刚度和稳定性，但是在作业中却缺乏有效的手段去保持作业平台的稳定姿态。工程作业中事故的发生，大都是因为设备在工作中稳定性被破坏，作业前调整好的水平姿态已经不能支持作业平台保持平衡。要使作业平台在工作时也能保持水平姿态，就需要对作业平台进行时变工况下的姿态保持控制，这对调平技术提出了新的、更高的要求。
[0003]目前，CN201911224336.5的中国专利公开了一种起重机工作装置作业姿态自动调整控制方法及系统，其方法是利用臂架角度传感器或臂架油缸长度传感器去测量设备姿态初值，计算与理想状态下设备姿态的差值，生成控制信号去实时调整所述起重机工作装置的姿态。
[0004]可以发现，目前该领域的技术人员都是通过优化结构或利用先进测量与控制设备来监测平台姿态进而补偿控制达到平台姿态控制的目的。而实际上，结构优化并不能真正解决因质心偏移而引发的问题，利用辅助设备的姿态控制也是在平台已经发生姿态倾斜后进行的补偿控制，存在滞后和超调问题，有很多的局限性与不可控性，不能从根本上提高平台稳定性，避免倾覆事故的发生。

技术实现思路

[0005]鉴于上述不足，本专利技术提供上装作业中汽车起重机底盘的姿态保持自动控制方法，该策略充分考虑了上装作业中设备质心偏移引起底盘姿态改变的本质，基于超前计算出质心偏移可能引起的底盘姿态变化特征，同步控制上装作业和各支腿作动补偿，有效地解决了起重机在作业过程中因质心偏移而引发底盘姿态破坏甚至造成起重机倾覆的问题。
[0006]本专利技术实施例提供了上装作业中汽车起重机底盘的姿态保持自动控制方法，变幅缸驱动起重臂等角速度升降，回转机构驱动起重臂等角速度回转，各级起重臂受伸缩机构驱动等速伸缩；各级起重臂的有效长度相同，质量分布均匀，高一级起重臂重叠、内置于次一级起重臂内；第二级起重臂与第一级起重臂间安装有测量第二级起重臂伸出长度的位移传感器，回转机构安装有测量起重臂相对底盘纵向对称面回转角度的转角传感器，变幅缸安装有测量其伸出长度并等效计算起重臂变幅角度的位移传感器；四条支腿上端垂直且等高度的插入底盘上外伸横梁的安装孔内，下端支撑在地面上，每条支腿结构尺寸、最大作动行程完全相同，每条支腿上安装有测量支腿垂向载荷的力传感器和测量支腿作动量的位移传感器；回转机构的几何中心位于四条支腿确定的矩形的中心位置；回转机构中心位置安装有二维倾角传感器测量底盘相对水平面的二维倾角；初始状态下四条支腿将底盘支撑至轮胎悬空、几何水平状态，各支腿承受均匀载荷，起重臂已运行到吊重处，完成了吊重的挂
装但尚未进行离地起升，包括以下步骤：
[0007]步骤1，测量各支腿等效刚度，具体为：驱动1条支腿伸长一个垂向位移，再缩短回原始长度，期间除该支腿外的其他支腿不动，由支腿上的位移传感器和力传感器测量该支腿伸长至所述垂向位移时支腿的载荷增量；将所述载荷增量除以所述垂向位移，得到该支腿的等效刚度；采用同样过程，测量其他3条支腿的等效刚度；按支腿编号，将各支腿的等效刚度分别记为k
i
，i＝1～4。
[0008]步骤2，计算汽车起重机总重及质心坐标位置，具体为：由力传感器测量所述初始状态下各支腿的垂向载荷，记为F
i
，i＝1～4；以回转机构上表面的几何中心为坐标原点建立坐标系，沿底盘的纵、横、垂向分别为坐标系的x、y、z轴，各支腿的纵、横向坐标记为(x
i
，y
i
)，力矩和倾角的正方向根据右手螺旋定则判定；汽车起重机总重记为G，根据测量的各支腿垂向载荷，以及汽车起重机绕x、y轴的力矩平衡和沿z轴的力平衡，计算汽车起重机总重及其质心的纵、横向坐标(x
mc
,y
mc
)为
[0009][0010]步骤3，计算吊重质量，具体为：驱动变幅缸作动将吊重起升至离地，再次测量各支腿的垂向载荷，计算汽车起重机和吊重的总重G
′
，进而计算吊重的质量M。
[0011]步骤4，建立汽车起重机及吊重整体的质心坐标参数化模型，具体为：根据汽车起重机在所述初始状态下的参数，即完成吊重挂装后各级起重臂的初始伸出长度、初始回转角度、初始变幅角度，汽车起重机固有的变幅、回转、伸缩速度，以及汽车起重机各结构的质量和尺寸特征建立汽车起重机及吊重整体的质心坐标(x
′
mc
,y
′
mc
)参数化模型
[0012][0013]式中，m
i
为第i级起重臂的质量，i＝1～n，n为起重臂级数，l
a
为起重臂长度，为完成吊重挂装起重臂的初始变幅角度，以仰角为正，ω
b
为起重臂变幅角速度，以令起重臂升高为正，t
b
为变幅作动时间，l
j
为起重臂转轴到原点的水平距离，m
b
为配重的质量，l
b
为配重
到原点的水平距离，l0为完成吊重挂装各级起重臂的初始伸出长度，v
s
为起重臂伸缩速度，以令起重臂伸长为正，t
s
为起重臂伸缩作动时间，ψ0为完成吊重挂装起重臂的初始回转角度，ω
h
为起重臂回转角速度，以绕z轴逆时针旋转为正，t
h
为回转作动时间，m
t
为底盘质量，x
t
为底盘质心的x轴坐标，y
t
为底盘质心的y轴坐标。
[0014]步骤5，建立上装作业引起平台侧倾时，各支腿恢复平台至水平状态需要的补偿作动量模型，具体为：根据所述各支腿等效刚度k
i
，所述初始状态下各支腿的垂向载荷F
i
，汽车起重机及吊重整体的重量及质心坐标(x
′
mc
,y
′
mc
)，根据静力学平衡关系建立各支腿的补偿作动量模型
[0015][0016]式中，b为四条支腿的纵向跨距，L为四条支腿的横向跨距，Δz1～Δz4分别为质心由(x
mc
,y
mc
)移动至(x
′
mc
,y
′
mc
)时保持底盘水平状态所需的四条支腿的补偿作动量，其值的正负分别对应了支腿的升高和降低作动；
[0017]步骤6，利用二维倾角传感器分别测量吊重起升离地后底盘绕x、y轴的倾斜角度；根据公式βx
i
‑
αy
i
计算调平所需的各支腿补偿作动量，其中，α、β分别为当前状态下底盘绕x、y轴的倾斜角度。
[0018]步骤7，执行吊重起升对应的支腿补偿，具体为：设定底盘的侧倾阈值ε
θ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种上装作业中汽车起重机底盘的姿态保持自动控制方法，变幅缸驱动起重臂等角速度升降，回转机构驱动起重臂等角速度回转，各级起重臂受伸缩机构驱动等速伸缩；各级起重臂的有效长度相同，质量分布均匀，高一级起重臂重叠、内置于次一级起重臂内；第二级起重臂与第一级起重臂间安装有测量第二级起重臂伸出长度的位移传感器，回转机构安装有测量起重臂相对底盘纵向对称面回转角度的转角传感器，变幅缸安装有测量其伸出长度并等效计算起重臂变幅角度的位移传感器；四条支腿上端垂直且等高度的插入底盘上外伸横梁的安装孔内，下端支撑在地面上，每条支腿结构尺寸、最大作动行程完全相同，每条支腿上安装有测量支腿垂向载荷的力传感器和测量支腿作动量的位移传感器；回转机构的几何中心位于四条支腿确定的矩形的中心位置；回转机构中心位置安装有二维倾角传感器测量底盘相对水平面的二维倾角；初始状态下四条支腿将底盘支撑至轮胎悬空、几何水平状态，各支腿承受均匀载荷，起重臂已运行到吊重处，完成了吊重的挂装但尚未进行离地起升，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，测量各支腿等效刚度，具体为：驱动1条支腿伸长一个垂向位移，再缩短回原始长度，期间除该支腿外的其他支腿不动，由支腿上的位移传感器和力传感器测量该支腿伸长至所述垂向位移时支腿的载荷增量；将所述载荷增量除以所述垂向位移，得到该支腿的等效刚度；采用同样过程，测量其他3条支腿的等效刚度；按支腿编号，将等效刚度分别记为k
i
，i＝1～4；步骤2，计算汽车起重机总重及质心坐标位置，具体为：由力传感器测量所述初始状态下各支腿的垂向载荷，记为F
i
，i＝1～4；以回转机构上表面的几何中心为坐标原点建立坐标系，沿底盘的纵、横、垂向分别为坐标系的x、y、z轴，各支腿的纵、横向坐标记为(x
i
，y
i
)，力矩和倾角的正方向根据右手螺旋定则判定，汽车起重机总重记为G；根据测量的各支腿垂向载荷，以及汽车起重机绕x、y轴的力矩平衡和沿z轴的力平衡，计算汽车起重机总重及其质心的纵、横向坐标(x
mc
,y
mc
)为步骤3，计算吊重质量，具体为：驱动变幅缸作动将吊重起升至离地，再次测量各支腿的垂向载荷，计算汽车起重机和吊重的总重G
′
，进而计算吊重的质量M；步骤4，建立汽车起重机及吊重整体的质心坐标参数化模型，具体为：根据汽车起重机在所述初始状态下的参数，固有的变幅、回转、伸缩速度，以及汽车起重机各结构的质量和尺寸特征建立汽车起重机及吊重整体的质心坐标(x
′
mc
,y
′
mc
)参数化模型
式中，m
i
为第i级起重臂的质量，i＝1～n，n为起重臂级数，l
a
为起重臂长度，为完成吊重挂装起重臂的初始变幅角度，以仰角为正，ω
b
为起重臂变幅角速度，以令起重臂升高为正，t
b
为变幅作动时间，l
j
为起重臂转轴到原点的水平距离，m
b
为配重的质量，l
b
为配重到原点的水平距离，l0为完成吊重挂装各级起重臂的初始伸出长度，v
s
为起重臂伸缩速度，以令起重臂伸长为正，t
s
为起重臂伸缩作动时间，ψ0为完成吊重挂装起重臂的初始回转角度，ω
h
为起重臂回转角速度，以绕z轴逆时针旋转为正，t
h
为回转作动时间，m
t
为底盘质量，x
t
为底盘质心的x轴坐标，y
t
为底盘质心的y轴坐标；步骤5，建立上装作业引起平台侧倾时，各支腿恢复平台至水平状态需要的补偿作动量模型，具体为：根据所述各支腿等效刚度k
i
，所述初始状态下各支腿的垂向载荷F
i
，汽车起重机及吊重整体的重量及质心坐标(x
′
mc
,y
′
mc
)，根据静力学平衡关系建立各支腿的补偿作动量模型式中，b为支腿的纵向跨距，L为支腿的横向跨距，Δz1～Δz4分别为质心由(x
mc
,y
mc
)移动至(x

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，杨文韬，刘爱冰，刚宪约，吴振华，武际兴，王慧恒，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：