本发明专利技术公开了用于臂架振动主动控制的控制器、系统以及方法，其中所述控制器(100)包括：信号采集单元(10)，用于采集表征臂架振动情况的振动信号以及表征臂架姿态的姿态信号并将振动信号和姿态信号分别转换为振动数据和姿态数据；臂架动态特性获取单元(20)，用于根据信号采集单元(10)转换得到的姿态数据获取与该姿态数据对应的臂架动态特性；以及振动控制单元(30)，用于根据振动数据以及臂架动态特性来计算控制信号并将该控制信号输出到臂节作动控制单元。本发明专利技术通过利用姿态信号得到臂架在当前姿态下的动态特性，结合振动信号计算出控制信号用以控制臂臂节作动控制单元，从而达到了较好的主动减振的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程机械领域，具体地，涉及一种。
技术介绍
具有臂架的工程机械(例如混凝土泵车)工作时臂架部分伸展较大，在力学上属悬臂梁结构，受力比较复杂，容易产生振动。混凝土泵车臂架振动是影响泵车整车性能和施工质量的重要因素之一，振动过大会造成臂架末端的软管无法精确定位，同时产生的动应力直接影响泵车的疲劳寿命。随着高压、大排量泵送和超长臂架技术的发展，臂架振动问题越发受到重视，如何有效地主动抑制臂架振动的需求日益迫切。现有的主动抑制臂架振动的方法一种方式是增设抑制油缸，通过调整抑制油缸的动作来达到减振的目的，但是这种方式要增加抑制油缸、改造机械结构，实施起来较为复杂；另一种方式是如CN102071809A中记载的，采集臂架振动幅度和角度参数来控制电磁比例阀以达到减振的目的，但是这种方式只能起到简单的主动抑制作用，不够精确。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于臂架振动主动控制的控制器，该控制器包括:信号采集单元，用于采集表征臂架振动情况的振动信号以及表征臂架姿态的姿态信号并将振动信号和姿态信号分别转换为振动数据和姿态数据；臂架动态特性获取单元，用于根据信号采集单元转换得到的姿态数据获取与该姿态数据对应的臂架动态特性；以及振动控制单元，用于根据信号采集单元转换得到的振动数据以及臂架动态特性获取单元获取的臂架动态特性来计算控制信号并将该控制信号输出到臂节作动控制单元。根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供一种用于臂架振动的主动控制系统，该系统包括:本专利技术提供的用于臂架振动主动控制的控制器；臂架振动监测单元，用于检测臂架的振动情况，生成振动信号并输出到所述控制器中的信号采集单元；臂架姿态监测单元，用于检测臂架的姿态，生成姿态信号并输出到所述控制器中的信号采集单元；以及臂节作动控制单元，用于接收来自所述控制器中振动控制单元的控制信号并根据该控制信号运行。根据本专利技术的又一方面，本专利技术还提供一种用于臂架振动的主动控制方法，该方法包括以下步骤:采集表征臂架振动情况的振动信号以及表征臂架姿态的姿态信号并将振动信号和姿态信号分别转换为振动数据和姿态数据；根据转换得到的姿态数据获取与该姿态数据对应的臂架动态特性；以及根据转换得到的振动数据以及获取的臂架动态特性来计算控制信号并将该控制信号输出到臂节作动控制单元。通过上述技术方案，本专利技术提供的用于臂架振动的主动控制的控制器、控制系统以及方法通过对臂架进行振动监测和姿态监测从而得到振动信号和姿态信号，然后利用姿态信号得到臂架在当前姿态下的动态特性，结合振动信号计算出控制信号用以控制臂节作动控制单元，从而达到了较好的主动减振的目的。本专利技术获得的减振效果良好，理想泵送工况下可消减混凝土泵车各臂节90%以上的振动量，且系统稳定可靠。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1是根据本专利技术提供的用于臂架振动主动控制的控制器的结构框图；图2是根据本专利技术优选实施方式提供的控制器中振动控制单元的计算原理图；图3是根据本专利技术提供的用于臂架振动的主动控制系统的结构框图；图4是根据本专利技术优选实施方式提供的臂架振动监测单元的结构图；图5是根据本专利技术提供的用于臂架振动的主动控制方法的流程图；图6是采用本专利技术的主动控制策略所达到的控制效果示意图。附图标记说明 10 信号釆集单元 20 臂架动态特性获取单元 30 振动控制单元 100 用于臂架振动主动控制的控制器 200 臂架振动监测单元201 第一振动传感器 202 第二振动传感器 203 角度传感器 204 安装架205 保护罩 300 臂节作动控制单元 400 臂架姿态监测单元具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。如图1所示，为本专利技术提供的用于臂架振动主动控制的控制器100(以下简称为“控制器100”)，该控制器100包括:信号采集单元10，用于采集表征臂架振动情况的振动信号以及表征臂架姿态的姿态信号并将振动信号和姿态信号分别转换为振动数据和姿态数据；臂架动态特性获取单元20，用于根据信号采集单元10转换得到的姿态数据获取与该姿态数据对应的臂架动态特性；以及振动控制单元30，用于根据信号采集单元10转换得到的振动数据以及臂架动态特性获取单元20获取的臂架动态特性来计算控制信号并将该控制信号输出到臂节作动控制单元。其中，信号采集单元10所采集的振动信号为任何能够表征臂架振动情况的信号，优选是表征臂架末端的振动情况的信号，包括但不限于位移信号、速度信号、加速度信号、倾角信号等振动信号，只要是能够表征振动的信号均可以。所采集的姿态信号为任何能够表征臂架姿态的信号，可以包括各个臂节相对于水平面的倾角信号和/或臂架整体相对于回转台轴线的回转角度信号。信号采集单元10对振动信号和姿态信号的处理主要是模数转换处理，因为振动信号和姿态信号一般是通过传感器采集到的电流值为4-20mA的模拟信号，而信号采集单元10通过对模拟信号进行模数转换得到数字信号，也就是将振动信号转换成振动数据，将姿态信号转换成姿态数据。除此之外，优选情况下，信号采集单元10还可以对接收到的信号进行滤波、调理等处理。信号采集单元10在将振动信号和姿态信号转换成数据之后，还进一步将振动数据输出到振动控制单元30，将姿态数据输出到臂架动态特性获取单元20。臂架动态特性获取单元20用于根据姿态数据得到臂架在该姿态数据所代表的情况下的臂架动态特性并传送给振动控制单元30。该臂架动态特性获取单元20中预设有数据库，该数据库存储有臂架动态特性与姿态数据之间的关系，从而可以根据姿态数据查找得到臂架动态特性。该数据库可通过理论方法建立臂架系统的数学模型获取，也可以通过大量实验获取，例如设定臂架的一个姿态(即设定臂节的一组倾角和/或回转角度)，然后对臂架进行激振，测定臂架此时的动态特性，并对应存储起来，备以调用。所谓臂架动态特性可以包括但不限于臂架的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵等等。优选情况下，所述数据库中还存储有臂架的结构参数，与臂架动态特性对应，臂架动态特性获取单元20在获得臂架动态特性时还考虑臂架的结构参数。接着，振动控制单元30根据振动数据和臂架的动态特性来进行控制，计算得到臂节作动控制单元的控制信号，该信号通过PWM的方式发送给臂节作动控制单元(例如臂节油缸电磁阀的引线插头端)，通过使臂节作动控制单元在该控制信号的控制下工作，得以控制臂节的运动状态，给臂节施加主动控制作用，从而使得臂架振动得到抑制。其中，该控制信号可以为控制电压信号或控制电流信号。优选情况下，振动控制单元30利用独立模态空间分析算法来计算控制信号。模态分析是指将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。下面结合图2来详细说明振动控制单元30的工作原理。本领域普通技术人员可以理解的是，下面本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于臂架振动主动控制的控制器，该控制器包括：信号采集单元(10)，用于采集表征臂架振动情况的振动信号以及表征臂架姿态的姿态信号并将振动信号和姿态信号分别转换为振动数据和姿态数据；臂架动态特性获取单元(20)，用于根据信号采集单元(10)转换得到的姿态数据获取与该姿态数据对应的臂架动态特性；以及振动控制单元(30)，用于根据信号采集单元(10)转换得到的振动数据以及臂架动态特性获取单元(20)获取的臂架动态特性来计算控制信号并将该控制信号输出到臂节作动控制单元。
【技术特征摘要】
1.种用于臂架振动主动控制的控制器，该控制器包括: 信号采集单元(10)，用于采集表征臂架振动情况的振动信号以及表征臂架姿态的姿态信号并将振动信号和姿态信号分别转换为振动数据和姿态数据； 臂架动态特性获取单元(20)，用于根据信号采集单元(10)转换得到的姿态数据获取与该姿态数据对应的臂架动态特性；以及 振动控制单元(30)，用于根据信号采集单元(10)转换得到的振动数据以及臂架动态特性获取单元(20)获取的臂架动态特性来计算控制信号并将该控制信号输出到臂节作动控制单元。2.据权利要求1所述的控制器，其中，所述臂架动态特性获取单元(20)中预设有数据库，该数据库存储有臂架动态特性与姿态数据之间的关系。3.据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述臂架动态特性包括臂架的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵。4.据权利要求1所述的控制器，其中，所述振动控制单元(30)利用独立模态空间分析算法来计算控制信号。5.据权利要求4所述的控制器，其中，所述信号采集单元(10)采集到的振动信号为加速度信号i，所述臂架动态特性获取单元(20)获取的臂架动态特性为在当前姿态下臂架系统的质量矩阵M、刚度矩阵K和阻尼矩阵C，所述振动控制单元(30)按照如下方式计算控制信号: 1)使用模态滤波器对加速度信号Y进行处理，以从物理加速度转换到各阶模态加速度响应钇:^=Φ]χ = φ Μχ 其中Y为加速度信号，％为第i阶振型向量，炉f为第i阶振型向量的转置矩阵，M为质量矩阵，免为第i阶模态加速度响应，i为模态的阶数； 2)通过状态观测器实现从模态加速度响应故到模态速度响应4和模态位移响Sqi的转换； 3)针对要控制的第i阶模态，计算出对应的模态控制力A: 其中，gi为模态控制力位移增益，h为模态控制力速度增益； 4)根据模态控制力A得到实际控制力Frfrl:6.据权利要求5所述的控制器，其中，所述模态控制力位移增益gi和模态控制力速度增益Iii通过极点配置法来确定。7.种用于臂架振动的主动控制系统，该系统包括: 根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的用于臂架振动主动控制的控制器(100)； 臂架振动监测单元(200)，用于检测臂架的振动情况，生成振动信号并输出到所述用于臂架振动主动控制的控制器(100)中的信号采集单元(10)； 臂架姿态监测单元(400)，用于检测...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄毅，王佳茜，
申请(专利权)人：中联重科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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