CN115305984A - 一种工程机械传动*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工程机械传动***,包括:行走转向控制器,行走转向控制器配置为输出至少两种行走转向控制量;其中,输出每种行走转向控制量包括:获取行走转向参考量、行走转向测量量,根据行走转向参考量以及行走转向测量量确定行走转向误差量;将行走转向误差量作为第一模型的输入,通过第一模型生成第一控制量;确定行驶工况,选定与行驶工况匹配的行驶工况参考模型,获取前一时刻的行走转向控制量;将前一时刻的行走转向控制量作为当前选定的行驶工况参考模型的输入,生成第二模型的模型参数;将第一控制量作为第二模型的输入,通过第二模型生成第二控制量;将第二控制量作为当前时刻的行走转向控制量,输出当前时刻的行走转向控制量。
Description
技术领域
本发明实施例涉及工程机械技术,尤其涉及一种工程机械传动***。
背景技术
随着控制技术、传感技术、遥感技术、检测技术的不断发展,同时为了避免高危险、恶劣作业环境,工程机械施工越来越偏向遥控、无人驾驶、绿色施工技术发展。
电传动设备将是工程机械设备发展的主流,高要求的施工工艺要求电传动设备定位精准、行走精准、动作精准,这就要求电传动装载机控制上更加简单、方便。基于上述要求,高功率的发电机、高效能的电动机逐渐通过电传动技术被广泛运用在工程机械等领域。
目前,在工程机械电传动设备转向控制中,各个控制变量或者过程变量存在着相互关联,耦合的情况,这使得控制***就形成了一个多输入和多输出相关联的控制***,由于各变量之间的耦合关系,在常规控制及相应结构上很难做到单一变量的精确控制,参数耦合严重的将影响整个***的稳定性,并限制了工程机械的控制精度。
发明内容
本发明提供一种工程机械传动***,以达到使工程机械可以实现控制量的解耦控制,提高工程机械的控制精度,并使工程机械可以适用于不同作业场景的目的。
第一方面,本发明实施例提供了一种工程机械传动***,包括:行走转向控制器,所述行走转向控制器配置为输出至少两种行走转向控制量;
其中,输出每种行走转向控制量包括:
获取行走转向参考量、行走转向测量量,根据所述行走转向参考量以及所述行走转向测量量确定行走转向误差量;
将所述行走转向误差量作为第一模型的输入,通过所述第一模型生成第一控制量;
确定行驶工况,选定与行驶工况匹配的行驶工况参考模型,获取前一时刻的行走转向控制量;
将前一时刻的行走转向控制量作为当前选定的行驶工况参考模型的输入,生成第二模型的模型参数;
将所述第一控制量作为所述第二模型的输入,通过所述第二模型生成第二控制量;
将所述第二控制量作为当前时刻的行走转向控制量,输出所述当前时刻的行走转向控制量。
可选的,获取行走转向参考量包括:
获取工程机械的位置数据、行驶道路的路面数据,根据所述位置数据以及路面数据生成路况数据;
采用所述路况数据,根据路况数据库确定所述行走转向参考量。
可选的,所述第一模型包括模糊控制模型。
可选的,所述第二模型包括超前-滞后补偿器。
可选的,所述行走转向控制器配置为输出行走速度控制量、转向控制量。
可选的,行走转向参考量包括期望转向角,获取所述期望转向角包括:
获取工程机械的位置数据、行驶道路的路面数据,根据所述位置数据以及路面数据生成路况数据;
根据所述路况数据判断道路是否存在障碍物,若不存在障碍物,则将工程机械当前的转向角作为所述期望转向角。
第二方面,本发明实施例还提供了一种工程机械传动***,包括至少两种行走转向执行器,配置一种行走转向执行器接收一种行走转向控制量;
其中,行走转向控制量由本发明实施例记载的行走转向控制器生成并输出。
可选的,包括行走速度控制执行器、转向控制执行器;
所述行走速度控制执行器用于接收行走速度控制量,根据所述行走速度控制量控制工程机械的行走速度;
所述转向控制执行器用于接收转向控制量,根据所述转向控制量控制工程机械的转向角。
可选的,所述行走速度控制执行器包括:行走电机和变速箱;
所述行走电机通过所述变速箱与驱动轮相连接。
可选的,所述转向控制执行器包括:比例控制阀、转向泵、转向油缸;
所述转向泵通过所述比例控制阀与所述转向油缸相连接,所述转向油缸与驱动轮的转向杆相连接。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明提出一种工程机械传动***,工程机械传动***包括行走转向控制器,行走转向控制器配置有行走转向控制方法。行走转向控制方法中,通过第一模型实现行走转向控制量的一次运算,基于第一模型,可以实现对工程机械中不同控制量的解耦运算(即第一模型的输出仅包括一种控制量),基于解耦的控制量,可以实现对工程机械运动的精确控制,行走转向控制方法中,还通过第二模型对行走转向控制量进行二次运算,在运算过程中,基于工程机械的行驶工况参数实时调整第二模型的模型参数,使得在不同行驶工况下,第二模型具备合适的模型参数,以提高行走转向控制量的生成过程中的稳定性和响应速度,并减小稳态误差。同时,设计独立的第一模型和第二模型作为计算行走转向控制量时的运算模型,设计第一模型和第二模型分别专用于行走转向控制量计算时的一个环节,可以减小运算模型的设计难度,并一定程度上提高运算效率。
附图说明
图1是实施例中的行走转向控制方法流程图;
图2是实施例中的另一种行走转向控制方法流程图;
图3是实施例中的转向控制执行器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本实施例提出一种工程机械传动***,包括:行走转向控制器,行走转向控制器配置为执行行走转向控制方法,输出至少两种行走转向控制量,其中一种行走转向控制量用于控制工程机械的一种状态参数(例如,转速、扭矩、车速、转向角等)至目标值。
图1是实施例中的行走转向控制方法流程图,参考图1,行走转向控制方法包括:
S101.获取行走转向参考量、行走转向测量量,根据行走转向参考量以及行走转向测量量确定行走转向误差量。
示例性的,本实施例中,采用行走转向参考量表示工程机械的控制目标量(例如,目标转速、目标扭矩、目标车速、目标转向角等),其可以根据工程机械的行驶工况参数确定,或者通过人工输入。
示例性的,配置行走转向参考量根据行驶工况参数确定时,行走转向参考量与行驶工况参数的对应关系可以根据标定试验确定;
其中,行驶工况参数可以包括工程机械的档位、环境温度、路面路况、海拔高度等参数中的一种或多种。
示例性的,本实施例中,采用行走转向测量量表示通过直接测量获取的,工程机械当前的行走转向状态量(例如,转速、扭矩、车速、转向角等)。
示例性的,本实施例中,行走转向参考量与行走转向测量量表示的参数类别相同,例如,若行走转向参考量为目标转速,则行走转向测量量对应为转速。
示例性的,本实施例中,可以采用行走转向参考量与行走转向测量量的差值表示行走转向误差量。
S102.将行走转向误差量作为第一模型的输入,通过第一模型生成第一控制量。
示例性的,本实施例中,第一模型可以为神经网络模型、模糊控制模型等,配置第一模型的输入为行走转向误差量,输出为第一控制量。
示例性的,本实施例中,第一控制量与行走转向控制量的功能相同,第一控制量可以用于控制工程机械的一种状态参数至一定值。
S103.确定行驶工况,选定与行驶工况匹配的行驶工况参考模型,获取前一时刻的行走转向控制量。
示例性的,本实施例中,行驶工况可以表示满载工况、轻载工况、高速工况、低速工况等,一种行驶工况对应一个行驶工况参考模型。
示例性的,本实施例中,行驶工况参考模型可以为神经网络模型、模糊控制模型等;
配置行驶工况参考模型的输入为前一时刻的行走转向控制量,输出为第二模型的模型参数。
S104.将前一时刻的行走转向控制量作为当前选定的行驶工况参考模型的输入,生成第二模型的模型参数。
示例性的,本实施中,动态的更新第二模型的模型参数,即,当行驶工况和/或行走转向控制量变化后,随即更新第二模型的模型参数。
S105.将第一控制量作为第二模型的输入,通过第二模型生成第二控制量。
示例性的,本实施例中,第二模型为线性或非线性函数模型,配置第二模型的输入为第一控制量,输出为第二控制量。
S106.将第二控制量作为当前时刻的行走转向控制量,输出当前时刻的行走转向控制量。
示例性的,本实施例中,行走转向控制器输出的行走转向控制量可以由行走转向执行器接收,行走转向控制量用于控制行走转向执行器动作,进而使工程机械的状态参数变化至目标值。
本实施例提出一种工程机械传动***,工程机械传动***包括行走转向控制器,行走转向控制器配置有行走转向控制方法。行走转向控制方法中,通过第一模型实现行走转向控制量的一次运算,基于第一模型,可以实现对工程机械中不同控制量的解耦运算(即第一模型的输出仅包括一种控制量),基于解耦的控制量,可以实现对工程机械运动的精确控制,行走转向控制方法中,还通过第二模型对行走转向控制量进行二次运算,在运算过程中,基于工程机械的行驶工况参数实时调整第二模型的模型参数,使得在不同行驶工况下,第二模型具备合适的模型参数,以提高行走转向控制量的生成过程中的稳定性和响应速度,并减小稳态误差。同时,设计独立的第一模型和第二模型作为计算行走转向控制量时的运算模型,设计第一模型和第二模型分别专用于行走转向控制量计算时的一个环节,可以减小运算模型的设计难度,并一定程度上提高运算效率。
在步骤S101记载内容的基础上,在一种可实施方案中,还可以通过如下方式获取行走转向参考量:
获取工程机械的位置数据、行驶道路的路面数据,根据位置数据以及路面数据生成路况数据,采用路况数据,根据路况数据库确定行走转向参考量。
示例性的,本方案中,工程机械的位置数据包括工程机械的卫星定位数据(即工程机械的地理坐标数据);
行驶道路的路面数据包括:行驶道路区域范围(例如以工程机械为中心,具有设定半径长度的圆形区域,或具有设定边长长度的矩形区域)内的障碍物的位置、体积,以及行驶道路区域内的路面的平整度。
示例性的,本方案中,根据位置数据以及路面数据生成路况数据包括:
将位置数据作为坐标原点,建立坐标系,在行驶道路区域范围内,基于路面数据中的障碍物信息,生成工程机械的行驶路径。
示例性的,本方案中,对生成上述行驶路径的方式不做具体限定,例如可以通过SLAM导航与避障算法实现行驶路径的生成。
示例性的,本方案中,路况数据库中存储若干基准数据,基准数据包括基准路况数据以及基准行走转向控制量;
其中,基准路况数据与路况数据包含的数据类型相同(即每种基准路况数据至少包括:一条基准行驶路径,基准行驶路径对应的位置数据、路面数据)。
示例性的,本方案中,确定与路况数据匹配度最高的基准路况数据,进而确定与该基准路况数据对应的基准行走转向控制量,将该基准行走转向控制量作为行走转向参考量。
示例性的,本方案中,基准数据可以由热工通过经验生成,或者记录工程机械的历史数据(至少包括历史位置数据、历史路面数据、历史行驶路径、历史行走转向控制量),通过整合历史数据形成基准数据。
在图1所示方案有益效果的基础上,本方案中,通过路况数据库确定行走转向参考量,使得在不同路况和行驶工况下,均可以自动确定与当前路况和行驶工况对应的行走转向参考量,使得工程机械传动***可以很好的作业于不同的作业环境中,通过路数数据确定行走转向参考量时,同时将工程机械的预计行驶路径、路面数据和位置数据作为判断依据,与路数数据库中的基准量进行对比,基于匹配度最高的基准量确定行走转向参考量,可以最大程度的提高行走转向参考量的准确性,进而减小行走转向控制量的计算时长,并提高行走转向控制量的计算精度。
图2是实施例中的另一种行走转向控制方法流程图,参考图2,作为一种可实施方案,配置行走转向控制器用于输出两种行走转向控制量,即行走速度控制量、转向控制量,具体的,控制方法包括:
S201.获取行走速度参考量、行走速度测量量,根据行走速度参考量以及行走速度测量量确定行走速度误差量。
示例性的,本方案中,采用行走速度参考量表示工程机械在行驶时的期望行走速度。
示例性的,本方案中,采用行走速度测量量表示通过测量获取的工程机械当前的行走速度,采用行走速度参考量与行走速度测量量的差值表示行走速度误差量。
S202.获取转向参考量,转向测量量,根据转向参考量以及转向测量量确定转向误差量。
示例性的,本方案中,采用转向参考量表示工程机械在行驶时的期望转向角度。
示例性的,本方案中,采用转向测量量表示通过测量获取的工程机械当前的转向角,采用转向参考量与转向测量量的差值表示转向误差量。
结合步骤S201、步骤S202,本方案中,通过如下方式确定行走速度参考量,转向参考量:
获取工程机械的位置数据、行驶道路的路面数据,根据位置数据以及路面数据生成路况数据;
采用路况数据,根据路况数据库确定行走速度参考量以及转向参考量。
示例性的,本方案中,位置数据包括工程机械的卫星定位数据,行驶道路的路面数据包括:行驶道路区域范围内的障碍物的位置、体积,以及行驶道路区域内的路面的平整度,根据位置数据以及路面数据生成路况数据包括:
将位置数据作为坐标原点,建立坐标系,在行驶道路区域范围内,基于路面数据中的障碍物信息,生成工程机械的行驶路径。
示例性的,本方案中,路况数据库中存储若干基准数据,基准数据包括基准路况数据以及基准行走转向控制量,其中,基准行走转向控制量包括基准行走速度控制量、基准转向控制量。
示例性的,本方案中,基准路况数据与路况数据包含的数据类型相同(即每种基准路况数据至少包括:一条基准行驶路径,基准行驶路径对应的位置数据、路面数据)。
示例性的,本方案中,确定与路况数据匹配度最高的基准路况数据,进而确定与该基准路况数据对应的基准行走速度控制量、基准转向控制量;
分别将基准行走速度控制量、基准转向控制量作为行走速度参考量、转向参考量。
可选的,在一种可实施方案中,获取期望转向角(即转向参考量)包括:
获取工程机械的位置数据、行驶道路的路面数据,根据位置数据以及路面数据生成路况数据;
根据路况数据判断道路是否存在障碍物,若不存在障碍物,则将工程机械当前的转向角作为期望转向角。
示例性的,本方案中,当道路不存在障碍物时,若通过路况数据库确定出的转向参考量与当前的转向角不同,则采用当前的转向角作为期望转向角。
S203.利用行走速度误差量、转向误差量,通过行走转向控制模型生成行走速度控制量、转向控制量。
示例性的,本方案中,行走转向控制模型包括第一速度模型、第一转向模型、第二速度模型、第二转向模型以及若干行驶工况参考模型。
示例性的,本方案中,利用行走速度误差量,通过行走转向控制模型生成行走速度控制量包括:
将行走速度误差量作为第一速度模型的输入,通过第一速度模型生成第一速度控制量;
确定行驶工况,选定与行驶工况匹配的行驶工况参考模型,获取前一时刻的行走速度控制量;
将前一时刻的行走速度控制量作为当前选定的行驶工况参考模型的输入,生成第二速度模型的模型参数;
将第一速度控制量作为第二速度模型的输入,通过第二速度模型生成第二速度控制量;
将第二速度控制量作为当前时刻的行走速度控制量。
利用转向误差量,通过行走转向控制模型生成转向控制量包括:
将转向误差量作为第一转向模型的输入,通过第一转向模型生成第一转向控制量;
确定行驶工况,选定与行驶工况匹配的行驶工况参考模型,获取前一时刻的转向控制量;
将前一时刻的转向控制量作为当前选定的行驶工况参考模型的输入,生成第二转向模型的模型参数;
将第一转向控制量作为第二转向模型的输入,通过第二转向模型生成第二转向控制量;
将第二转向控制量作为当前时刻的转向控制量。
示例性的,本方案中,第一速度模型、第一转向模型采用一维或二维模糊控制模型;
其中,若采用一维模糊控制模型,则针对第一速度模型,输入为行走速度误差量,针对第一转向模型,输入为转向误差量;
若采用二维模糊控制模型,则针对第一速度模型,输入为行走速度误差量、行走速度误差量变化量(行走速度误差量的一阶导数),针对第一转向模型,输入为转向误差量、转向误差量变化量。
示例性的,本方案中,第二行走速度模型、第二转向模型采用超前-滞后补偿器。
示例性的,本方案中,设定第二行走速度模型采用下式表示:
上式中,Kf1表示第一增益系数,Tf1表示第一超前时间系数,TM1表示第一时间常数。
示例性的,本方案中,设定第二转向模型采用下式表示:
上式中,Kf2表示第二增益系数,Tf2表示第二超前时间系数,TM2表示第二时间常数。
示例性的,本方案中,行驶工况参考模型采用采用神经网络模型,设置行驶工况参考模型具体用于对输入数据进行分类。
示例性的,本方案中,行驶工况参考模型可以包括行驶工况速度参考模型和行驶工况转向参考模型;
其中,配置行驶工况参考模型用于确定第二行走速度模型中的行走模型参数(Kf1、Tf1),设置行驶工况参数模型的一类分类结果对应一组行走模型参数;
配置行驶工况转向参考模型用于确定第二转向模型中的转向模型参数(Kf2、Tf2),设置行驶工况转向参考模型的一类分类结果对应一组转向模型参数。
S204.分别输出行走速度控制量、转向控制量。
本方案中,行走速度控制量与转向控制量为两种相互独立的行走转向控制量,行走转向控制器分别将每种行走转向控制量输出至一种行走转向执行器。
实施例二
示例性的,本实施例提出一种工程机械传动***,包括至少两种行走转向执行器,配置一种行走转向执行器接收一种行走转向控制量。
示例性的,本实施例中,配置行走转向执行器与行走转向控制器通信连接,其中,配置行走转向控制器可以执行实施例一中记载的任意一种行走转向控制方法。
本实施例提出一种工程机械传动***,该***包括至少两种行走转向执行器,其中,配置一种行走转向执行器接收一种行走转向控制量,可以实现对工程机械中不同控制量的解耦控制,基于解耦的控制量,可以实现对工程机械运动的精确控制。
示例性的,作为一种可实施方案,配置行走转向控制器输出行走速度控制量、转向控制量,相应的,配置工程机械传动***包括行走速度控制执行器、转向控制执行器;
其中,配置行走速度控制执行器用于接收行走速度控制量,根据行走速度控制量控制工程机械的行走速度;
配置转向控制执行器用于接收转向控制量,根据转向控制量控制工程机械的转向角。
示例性的,本方案中,配置行走速度控制执行器包括:行走电机和变速箱,配置行走电机通过变速箱与驱动轮相连接。
示例性的,本方案中,行走速度控制量具体用于控制行走电机的转速,进而实现针对行走速度的控制。
示例性的,本方案中,配置转向控制执行器包括:比例控制阀、转向泵、转向油缸,配置转向泵通过比例控制阀与转向油缸相连接,转向油缸与驱动轮的转向杆相连接。
图3是实施例中的转向控制执行器结构示意图,参考图3,作为一种可实施方案,转向控制执行器具体包括:转向泵1、优先阀2、转向电磁阀3、转向油缸4、位移传感器5、角度传感器6、转向控制单元7。
示例性的,参考图3,转向电磁阀3包括左阀组Y1、右阀组Y2,转向油缸4包括左油缸L、右油缸R。
示例性的,本方案中,转向控制执行器的工作过程包括:
转向控制单元7接收转向控制量,通过转向控制量判断转向角的角度和方向;
当需要左转时,转向控制单元7控制左阀组Y1动作,连通第一转向控制油路,此时,转向泵1内的液压油通过优先阀2、左阀组Y1后进入左油缸L的小腔以及右油缸R的大腔,进而实现左转方向的控制,此外,转向控制单元7根据转向控制量控制左阀组Y1的开度的动作时间,进而控制进入转向油缸4的液压油的流量,以实现工程机械的转向角角度的控制;
当需要右转时,转向控制单元7控制右阀组Y2动作,两通第二转向控制油路,此时,转向泵1内的液压油通过优先阀2、右阀组Y2后进入左油缸L的大腔以及右油缸R的小腔,进而实现右转方向的控制,此外,转向控制单元7根据转向控制量控制右阀组Y2的开度的动作时间,进而控制进入转向油缸4的液压油的流量,以实现工程机械的转向角角度的控制。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种工程机械传动***,其特征在于,包括:行走转向控制器,所述行走转向控制器配置为输出至少两种行走转向控制量;
其中,输出每种行走转向控制量包括:
获取行走转向参考量、行走转向测量量,根据所述行走转向参考量以及所述行走转向测量量确定行走转向误差量;
将所述行走转向误差量作为第一模型的输入,通过所述第一模型生成第一控制量;
确定行驶工况,选定与行驶工况匹配的行驶工况参考模型,获取前一时刻的行走转向控制量;
将前一时刻的行走转向控制量作为当前选定的行驶工况参考模型的输入,生成第二模型的模型参数;
将所述第一控制量作为所述第二模型的输入,通过所述第二模型生成第二控制量;
将所述第二控制量作为当前时刻的行走转向控制量,输出所述当前时刻的行走转向控制量。
2.如权利要求1所述的工程机械传动***,其特征在于,获取行走转向参考量包括:
获取工程机械的位置数据、行驶道路的路面数据,根据所述位置数据以及路面数据生成路况数据;
采用所述路况数据,根据路况数据库确定所述行走转向参考量。
3.如权利要求1所述的工程机械传动***,其特征在于,所述第一模型包括模糊控制模型。
4.如权利要求1所述的工程机械传动***,其特征在于,所述第二模型包括超前-滞后补偿器。
5.如权利要求1所述的工程机械传动***,其特征在于,所述行走转向控制器配置为输出行走速度控制量、转向控制量。
6.如权利要求5所述的工程机械传动***,其特征在于,行走转向参考量包括期望转向角,获取所述期望转向角包括:
获取工程机械的位置数据、行驶道路的路面数据,根据所述位置数据以及路面数据生成路况数据;
根据所述路况数据判断道路是否存在障碍物,若不存在障碍物,则将工程机械当前的转向角作为所述期望转向角。
7.一种工程机械传动***,其特征在于,包括至少两种行走转向执行器,配置一种行走转向执行器接收一种行走转向控制量;
其中,行走转向控制量由权利要求1中的行走转向控制器生成并输出。
8.如权利要求7所述的工程机械传动***,其特征在于,包括行走速度控制执行器、转向控制执行器;
所述行走速度控制执行器用于接收行走速度控制量,根据所述行走速度控制量控制工程机械的行走速度;
所述转向控制执行器用于接收转向控制量,根据所述转向控制量控制工程机械的转向角。
9.如权利要求8所述的工程机械传动***,其特征在于,所述行走速度控制执行器包括:行走电机和变速箱;
所述行走电机通过所述变速箱与驱动轮相连接。
10.如权利要求8所述的工程机械传动***,其特征在于,所述转向控制执行器包括:比例控制阀、转向泵、转向油缸;
所述转向泵通过所述比例控制阀与所述转向油缸相连接,所述转向油缸与驱动轮的转向杆相连接。
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- 2022-08-29 CN CN202211039953.XA patent/CN115305984A/zh active Pending
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