一种用于工程机械合流阀的控制系统及方法技术方案

一种用于工程机械合流阀的控制系统及方法，包括信号采集模块、控制器模块和执行模块；信号采集模块采集的信号包括合流阀的前后压力传感器电压和合流阀后的流量传感器电压；控制器模块经过算法计算后将得到的电流通过控制器输出口，控制执行模块的合流阀动作。本发明专利技术通过机器学习线性回归算法模拟出关于电流I、压差P、流量Q三者之间的三维曲面，并用线性模型f(x)＝w

【技术实现步骤摘要】
一种用于工程机械合流阀的控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及工程机械
，具体是一种用于工程机械合流阀的控制系统及方法。

技术介绍

[0002]对于液压多泵系统，当多个泵既要单独工作，又要合流工作时，需要采用合流阀进行控制。当泵单独工作时，合流阀不工作，各泵出口流量独立；当泵需要合流工作时，合流阀工作，合流工作泵出口流量通过合流阀汇集到一处，实现合流工作。合流阀在液压系统中起到合并流量的作用，对合流阀合流后的流量控制对工程机械整体的功率匹配、效率、整机动作的流畅性都起到至关重要的作用。
[0003]传统的控制方法是根据给定的电流I、压差P、流量Q数据关系表，进行查表搜索或线性插值得到电流I，该方法的缺点是想要控制精度高就需要提供大量的电流I、压差P、流量Q数据关系表，想要响应性快就需要提高查表搜索算法的速度。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种控制精度高、使用效果良好的一种用于工程机械合流阀的控制系统及方法。
[0005]本专利技术是以如下技术方案实现的：一种用于工程机械合流阀的控制系统，包括信号采集模块、控制器模块和执行模块；
[0006]信号采集模块，包括两个压力传感器和一个流量传感器，两个压力传感器分别采集合流阀前后的压力，流量传感器采集经过合流阀后的流量；
[0007]控制器模块，嵌入AD转换、滤波平均和等比例缩放方法，以及机器学习线性回归算法模型，具有模拟量输入端口供信号采集模块使用，具有模拟量输出端口负责给执行模块输出算法计算后的电流值；执行模块，指的是被控对象合流阀，通过控制器模块模拟量输出口控制PWM输出相应的电流。
[0008]一种用于工程机械合流阀的控制方法，包括如下步骤：
[0009]S1、信号采集模块采集合流阀的前后压力传感器电压和合流阀后的流量传感器电压；
[0010]S2、信号采集模块的模拟电压经过控制器模块的AD转换、滤波平均、等比例缩放得到实际的压力与流量值；
[0011]S3、加载目标流量和当前的压力差到训练好的线性回归模型得到理论上的电流值；
[0012]S4、将计算得到的理论值输出给执行机构；
[0013]S5、采集实际流量与目标流量的差值经过PID算法进行微调，改变电流值；
[0014]步骤S3中，线性回归模型的训练及使用方法如下：
[0015]T1、根据合流阀的流量Q、压力差P、电流I对应关系参数表，建立训练样本数据集，
并对数据进行归一化处理；
[0016]T2、以压差P和流量Q组合为线性回归模型的输入x,电流I做线性回归模型的输出y；
[0017]T3、利用机器算法库搭建线性回归模型框架；
[0018]T4、加载训练集数据来训练模型，根据训练集和测试集的评价分数来判断模型效果是否优秀；
[0019]T5、得到训练好的线性回归模型加载部署到控制器模块，需要计算合流阀控制电流时，以输入压差P和流量Q作为模型的输入，通过模型计算得到的电流I就是在压力差为P，合流后流量为Q的情况下需要输出给合流阀的电流。
[0020]其进一步是：：步骤S2中，滤波取平均值算法的公式如下：
[0021][0022]其中，mean为滤波取均值的结果，n为信号采集的次数，x
k
为第k次采集的数值。
[0023]步骤S2中，等比例缩放实现信号采集模块电压变量转换为实际压力或流量数值，具体的算法公式如下：
[0024][0025]其中，m
pq
为转换后压力或流量数值，M
min
为传感器测量范围最小的压力或流量值，M
max
为传感器测量范围最大的压力或流量值，V
max
和V
min
分别为传感器的最大电压和最小电压，V
in
为采集到的传感器电压值。
[0026]机器学习线性回归算法步骤如下：
[0027]E1、给定d个属性描述示例x＝(x1,x2,
…
x
i
…
x
d
)，其中x
i
是x在第i个属性值上的取值,线性回归算法试图通过属性的线性组合来进行预测函数，即
[0028]f(x)＝w1x1+w2x2+
…
+w
d
x
d
+b
[0029]用向量形式表示为
[0030]f(x)＝w
T
x+b
[0031]其中w＝(w1,w2,
…
w
d
),b为线性回归模型的偏移量，通过学习得到w与b的值可确定模型；
[0032]E2、给定数据集D＝{(x1,y1),(x2,y2),
…
,(x
m
,y
m
)},
[0033]其中，其中x
i
＝(x
i1
,x
i2
,
…
,x
id
),y
i
∈R；
[0034]E3、线性回归通过带入数据集数据D学习，
[0035]f(x
i
)＝wx
i
+b
[0036]其中，w＝(w1,w2,
…
w
d
)，b为线性回归模型的偏移量，
[0037]E4、使得
[0038]f(x
i
)≈y
i
；
[0039]E5、确定w与b需要使得f(x
i
)与y
i
之间的差值最小，用均方差最小化来求解w与b，公
式如下
[0040][0041][0042]w
*
,b
*
表示w与b的解，求解w与b使得
[0043][0044]将E
(w,b)
分别对w与b求导，得到
[0045][0046][0047]令以上两式等于零得到w与b最优解的闭式解
[0048][0049][0050]其中为x的均值；
[0051]E6、根据给定数据集求解得到的w与b能够拟合训练数据集和测试训练集，使得f(x
i
)≈y
i
，则模型f(x)＝w
T
x+b建立成功。
[0052]步骤S5中，PID的算法公式如下：
[0053]I(t)＝K
P
*Q(t)+K
I
*∑Q(t)+K
D
*[Q(t)
‑
Q(t
‑
1)]+I0[0054]其中，I(t)为合流阀电流调节值，K
P
为比例系数，Q(t)为t时刻合流阀所控制的流量实际值与目标值之间的差值，K
I<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于工程机械合流阀的控制系统，其特征在于：包括信号采集模块、控制器模块和执行模块；信号采集模块，包括两个压力传感器和一个流量传感器，两个压力传感器分别采集合流阀前后的压力，流量传感器采集经过合流阀后的流量；控制器模块，嵌入AD转换、滤波平均和等比例缩放方法，以及机器学习线性回归算法模型，具有模拟量输入端口供信号采集模块使用，具有模拟量输出端口负责给执行模块输出算法计算后的电流值；执行模块，指的是被控对象合流阀，通过控制器模块模拟量输出口控制PWM输出相应的电流。2.使用权利要求1所述的一种用于工程机械合流阀的控制系统的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、信号采集模块采集合流阀的前后压力传感器电压和合流阀后的流量传感器电压；S2、信号采集模块的模拟电压经过控制器模块的AD转换、滤波平均、等比例缩放得到实际的压力与流量值；S3、加载目标流量和当前的压力差到训练好的线性回归模型得到理论上的电流值；S4、将计算得到的理论值输出给执行机构；S5、采集实际流量与目标流量的差值经过PID算法进行微调，改变电流值；步骤S3中，线性回归模型的训练及使用方法如下：T1、根据合流阀的流量Q、压力差P、电流I对应关系参数表，建立训练样本数据集，并对数据进行归一化处理；T2、以压差P和流量Q组合为线性回归模型的输入x,电流I做线性回归模型的输出y；T3、利用机器算法库搭建线性回归模型框架；T4、加载训练集数据来训练模型，根据训练集和测试集的评价分数来判断模型效果是否优秀；T5、得到训练好的线性回归模型加载部署到控制器模块，需要计算合流阀控制电流时，以输入压差P和流量Q作为模型的输入，通过模型计算得到的电流I就是在压力差为P，合流后流量为Q的情况下需要输出给合流阀的电流。3.如权利要求2所述的一种用于工程机械合流阀的控制方法，其特征在于：步骤S2中，滤波取平均值算法的公式如下：其中，mean为滤波取均值的结果，n为信号采集的次数，x
k
为第k次采集的数值。4.如权利要求2所述的一种用于工程机械合流阀的控制方法，其特征在于：步骤S2中，等比例缩放实现信号采集模块电压变量转换为实际压力或流量数值，具体的算法公式如下：
其中，m
pq
为转换后压力或流量数值，M
min
为传感器测量范围最小的压力或流量值，M
max
为传感器测量范围最大的压力或流量值，V
max
和V
min
分别为传感器的最大电压和最小电压，V
in
为采集到的传感器电压值。5.如权利要求2所述的一种用于工程机械合流阀的控制方法，其特征在于：机器学习线性回归算法步骤如下：F1、给定d个属性描述示例x＝(x1，x2，...x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐胜利，李志鹏，刘凯，王振兴，周运杰，夏友斌，王鹏，徐明亮，张培林，
申请(专利权)人：徐州徐工矿业机械有限公司，
类型：发明
国别省市：