專利名稱：一種工程機械及其工況控制方法、裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測控領(lǐng)域和工程機械領(lǐng)域，具體地說，涉及一種工程機械及其工況控制方法、裝置。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的電子測控系統(tǒng)(尤其是工程機械領(lǐng)域)對數(shù)據(jù)采集提出了更高的要求，在某些場合要求檢測的信號數(shù)據(jù)更可靠、更精確。但是測控環(huán)境中存在各種各樣的噪聲，對信號的精度造成了影響。為了去除或減少采集系統(tǒng)中噪聲的影響，往往會采用成本較高、噪聲特性較小的元器件以及采用時延比較大的濾波方法。而在使用的元器件達到一定程度的情況下，要能夠良好檢測微弱信號，通常采用積分原理的濾波方法。此時，其時延與去噪效果是成反比的，去噪效果越好，時延越長。但是時延的增加使得設(shè)備的靈敏度大大降低。工程機械在作業(yè)時，對去噪效果和時延均具有不同程度的要求。然而，現(xiàn)有技術(shù)中，獲取精度的方法比較單一，不能滿足復(fù)雜的作業(yè)策略的需要，不利于安全與控制，也難以對工程機械進行多種不同工況的操作。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供用于工程機械的工況控制方法，該方法可以根據(jù)工程機械的穩(wěn)定狀態(tài)，由控制方自主地決定系統(tǒng)時延，能滿足不同工況下系統(tǒng)對靈敏度和去噪效果的要求。本發(fā)明的用于工程機械的工況控制方法，包括采集工程機械的初始數(shù)據(jù)；在采集工程機械的初始數(shù)據(jù)之前或之后，判斷工程機械是否穩(wěn)定，若是，則根據(jù)所采集數(shù)據(jù)進行精度計算；若否，所述工程機械則執(zhí)行不穩(wěn)定工況；判斷所計算精度是否滿足預(yù)設(shè)精度，若是，則所述工程機械執(zhí)行相應(yīng)穩(wěn)定工況，若否，則繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，重新計算精度，并重新判斷所計算精度是否滿足預(yù)設(shè)精度。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，在所述繼續(xù)采集數(shù)據(jù)和重新計算精度的過程之間，還包括重新判斷所述工程機械是否穩(wěn)定的步驟。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述方法還包括將計算的精度進行反饋的過程，所述反饋包括將精度直接反饋給控制方，或通過人機界面反饋給操作人員。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，根據(jù)所采集數(shù)據(jù)進行精度計算通過一元線性回歸模型或通過查表法實現(xiàn)。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，判斷工程機械是否穩(wěn)定通過以下之一的途徑實現(xiàn)通過比較輔助傳感器信號采集模塊采集的信號是否超過閾值來判斷；通過限幅比較電路判斷模塊對信號的比較來判斷；通過差分序列判斷系統(tǒng)中一組差分序列的最大絕對值是否大于閾值來判斷。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，數(shù)據(jù)的采集為多組數(shù)據(jù)的采集，每組數(shù)據(jù)包括連續(xù)采集的多個點。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，該方法還包括輸出一組或多組數(shù)據(jù)的平均值的過程， 若數(shù)據(jù)變化不穩(wěn)定，則輸出一組數(shù)據(jù)的平均值；若數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定，在輸出當(dāng)前數(shù)據(jù)與之前數(shù)據(jù)進行累加后所得的平均值。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述輸出一組或多組數(shù)據(jù)的平均值的過程包括對數(shù)據(jù)進行以下一項或多項的處理將連續(xù)采集多個點的時間間隔與主要低頻噪聲的周期進行去同步處理；對連續(xù)采集的多個點進行去除低頻噪聲處理；若采集的多個點中有個別點的數(shù)據(jù)值偏大，則拋棄該點的值，采用中值法預(yù)測該點的實際值。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述預(yù)設(shè)精度具有多個，所述工程機械在不同的預(yù)設(shè)精度上執(zhí)行不同的工況。本發(fā)明還提供一種用于工程機械的工況控制裝置，該裝置包括采集模塊，用于采集工程機械的初始數(shù)據(jù)；第一判斷模塊，用于判斷所述工程機械是否穩(wěn)定；計算模塊，用于在第一判斷模塊的判斷結(jié)果為是時，根據(jù)所采集數(shù)據(jù)進行精度計算；第一執(zhí)行模塊，用于在第一判斷模塊的判斷結(jié)果為否時，使所述工程機械執(zhí)行不
穩(wěn)定工況；第二判斷模塊，用于判斷計算模塊所計算精度是否滿足預(yù)設(shè)精度；第二執(zhí)行模塊，用于在第二判斷模塊的判斷結(jié)果是為是時，使所述工程機械執(zhí)行相應(yīng)穩(wěn)定工況；繼續(xù)采集模塊，用于在第二判斷模塊的判斷結(jié)果為否時，繼續(xù)采集數(shù)據(jù)。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，該裝置還包括反饋模塊，用于將計算模塊計算的精度進行反饋，所述反饋包括將精度直接反饋給控制方，或通過人機界面反饋給操作人員。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，該裝置還包括輸出模塊，用于輸出一組或多組數(shù)據(jù)的平均值的過程，若數(shù)據(jù)變化不穩(wěn)定，則輸出一組數(shù)據(jù)的平均值；若數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定，在輸出當(dāng)前數(shù)據(jù)與之前數(shù)據(jù)進行累加后所得的平均值。本發(fā)明的另一個目的是提供一種工程機械，所述工程機械使用上述工況控制方法或工況控制裝置。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述工程機械具體為液壓鉆機，所述液壓鉆機使用傾角傳感器檢測鉆頭的姿態(tài)。本發(fā)明的工程機械及其工況控制方法、裝置，根據(jù)工程機械的穩(wěn)定狀態(tài)，在不穩(wěn)定時實現(xiàn)不穩(wěn)定工況，在穩(wěn)定時則實現(xiàn)相應(yīng)的穩(wěn)定工況。此外，根據(jù)具體的作業(yè)策略，還可以設(shè)定不同的精度，在粗調(diào)作業(yè)時實現(xiàn)較低的傳感器精度，而在微調(diào)作業(yè)時實現(xiàn)較高的傳感器精度。由于精度可控，因此控制方可自主地決定系統(tǒng)時延，能滿足不同工況下系統(tǒng)對靈敏度和去噪效果的要求，具有系統(tǒng)響應(yīng)時間穩(wěn)定可控、響應(yīng)時間快等優(yōu)點。而且，本發(fā)明可以在穩(wěn)定狀態(tài)時，不斷累積參與濾波的數(shù)據(jù)組數(shù)量，可以漸進式提高采樣精度，并且精度在理論上可以無限提高。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理圖；圖2是本發(fā)明一實施例的工況控制方法的流程圖；圖3-4是本發(fā)明判斷工程機械是否穩(wěn)定的兩種電路；圖5是本發(fā)明一實施例反饋精度的流程圖；圖6是本發(fā)明的閉環(huán)控制系統(tǒng)顯示精度的工作原理圖；圖7A-7B是本發(fā)明對多組數(shù)據(jù)進行采集的原理圖；圖8是本發(fā)明一實施例輸出平均值的流程圖；圖9是本發(fā)明工況控制裝置的結(jié)構(gòu)簡圖；圖10是采用本發(fā)明工況控制方法的液壓鉆機的工作原理圖；圖11是本發(fā)明精度和系統(tǒng)不穩(wěn)定程度之間的關(guān)系簡圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明涉及一種用于工程機械的工況控制方法和裝置，該方法和裝置可用于已知的閉環(huán)控制系統(tǒng)中。圖1所示為閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理圖?？刂品桨l(fā)送控制信息給執(zhí)行單元，執(zhí)行單元完成對測控對象的控制，測控對象的檢測信號通過數(shù)據(jù)采集之后，再經(jīng)過信號處理后反饋給控制方，控制方則根據(jù)采集并處理的信號進行判斷以便于下一步控制。在整個反饋控制中有一個系統(tǒng)延時，閉環(huán)控制上的每個環(huán)節(jié)都能夠影響系統(tǒng)延時，其中執(zhí)行單元的執(zhí)行時間和信號處理時間影響最大，特別是信號處理如果使用軟件處理，相對其他硬件電路的處理時間較大。而時延的增加會使得設(shè)備的靈敏度大大降低。工程機械在作業(yè)時，對去噪效果和時延均具有不同程度的要求。然而，現(xiàn)有技術(shù)中，獲取精度的方法比較單一，不能滿足復(fù)雜的作業(yè)策略的需要，不利于安全與控制，也難以對工程機械進行多種不同工況的操作。采用本發(fā)明用于工程機械的工況控制方法和裝置可以克服以上缺陷和不足。采樣精度的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)是采樣分辨率(采樣位數(shù))，采樣位數(shù)高，精度相對較好。但是如果噪聲較大，即使采樣位數(shù)高，實際的采樣精度也會受到很大的影響。采樣精度又可以用信噪比來衡量，以如下公式表示
信噪比=20
噪聲最大幅值從以上公式可以看出，要提高信噪比，有兩個途徑增加信號有效幅值范圍和減小噪聲最大幅值。本發(fā)明從減小噪音最大幅值出發(fā)，通過累積的原理，當(dāng)同步累積的數(shù)據(jù)足夠多時， 便能夠?qū)⑿⌒盘枏脑肼曋刑崛〕鰜?，在條件滿足時甚至能夠?qū)⑿盘柗敌∮谠肼暦档奈⑷跣盘枏脑肼曋刑崛〕鰜?。本發(fā)明根據(jù)工程機械的穩(wěn)定狀態(tài)，在不穩(wěn)定時實現(xiàn)不穩(wěn)定工況，在穩(wěn)定時則實現(xiàn)相應(yīng)的穩(wěn)定工況，由此控制方或操作人員可以實現(xiàn)相應(yīng)作業(yè)策略。比如，在不穩(wěn)定時，執(zhí)行高速作業(yè)，而在穩(wěn)定時，執(zhí)行低速作業(yè)。此外，本發(fā)明還可以使閉環(huán)控制系統(tǒng)中的測控對象實現(xiàn)多個預(yù)設(shè)精度，閉環(huán)控制系統(tǒng)中根據(jù)不同預(yù)設(shè)精度實現(xiàn)不同的作業(yè)策略，比如在粗調(diào)作業(yè)時實現(xiàn)較低的傳感器精度，而在微調(diào)作業(yè)時實現(xiàn)較高的傳感器精度，本發(fā)明也可以將采樣精度分為多個級別，在不同級別實現(xiàn)不同的作業(yè)模式，本發(fā)明并不受限于此。本發(fā)明可以在較低預(yù)設(shè)精度時，進行較少的數(shù)據(jù)累積，而在較高預(yù)設(shè)精度時，進行較多的數(shù)據(jù)累積， 從而漸進式地實現(xiàn)多個預(yù)設(shè)精度的目的。具體地，本發(fā)明一實施例的用于工程機械的工況控制方法的流程圖如圖2所示， 包括采集工程機械的初始數(shù)據(jù)(步驟1)；判斷工程機械是否穩(wěn)定(步驟2)，若是，則根據(jù)所采集數(shù)據(jù)進行精度計算(步驟 4)；若否，所述工程機械則執(zhí)行不穩(wěn)定工況(步驟3)；判斷所計算精度是否滿足預(yù)設(shè)精度(步驟幻，若是，則所述工程機械執(zhí)行相應(yīng)穩(wěn)定工況(步驟6)，若否，則繼續(xù)采集數(shù)據(jù)(步驟7)，重新計算精度(返回步驟4)，并重新判斷所計算精度是否滿足預(yù)設(shè)精度(返回步驟5)。應(yīng)當(dāng)清楚，判斷工程機械是否穩(wěn)定(步驟幻可以在采集工程機械的初始數(shù)據(jù)(步驟1)之后進行，也可以在其之前進行，兩種方案都可以實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果，本發(fā)明并不受限于此。在工程機械的工作狀態(tài)經(jīng)常不穩(wěn)定時，還可以在所述繼續(xù)采集數(shù)據(jù)和重新計算精度的過程之間，包括重新判斷所述工程機械是否穩(wěn)定的步驟(返回步驟幻。如果不穩(wěn)定，則執(zhí)行不穩(wěn)定工況，并將之前采集數(shù)據(jù)清零，如果穩(wěn)定，則將當(dāng)前采集數(shù)據(jù)與之前采集數(shù)據(jù)進行累計。在該方法中，預(yù)設(shè)精度既可以由控制方確定，也可以由操作人員通過人機界面確定，本發(fā)明并不受限于此。作為優(yōu)選，所述預(yù)設(shè)精度具有多個，所述工程機械在不同的預(yù)設(shè)精度上執(zhí)行不同的工況。當(dāng)預(yù)設(shè)精度較高時，則需要在進行較多的數(shù)據(jù)累計，而當(dāng)預(yù)設(shè)精度較低時，則僅需要進行較少的數(shù)據(jù)累計。其中，數(shù)據(jù)的采集依賴于測控對象所處的狀態(tài)。如果測控對象處于不穩(wěn)定狀態(tài)，則數(shù)據(jù)的變化較大。如果測控對象處于穩(wěn)定狀態(tài)，比如靜止?fàn)顟B(tài)，則數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，此時更容易通過累計實現(xiàn)小信號從噪聲中的提取，從而達到更高的采樣精度。此外，還可以在相對穩(wěn)定狀態(tài)(如數(shù)據(jù)變化在某一閾值內(nèi)的狀態(tài))時，通過累計提高采樣精度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，無論在靜止、不穩(wěn)定、相對穩(wěn)定等狀態(tài)，通過圖2所述的方法，均能夠?qū)崿F(xiàn)采樣精度的漸進式提高，本發(fā)明并不受限于此。所述穩(wěn)定包括靜止或相對穩(wěn)定狀態(tài)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過多種途徑判斷工程機械是否穩(wěn)定，本發(fā)明并不受限于此。圖3-4是本發(fā)明判斷工程機械是否穩(wěn)定的兩種電路。圖3所示的電路是通過比較輔助傳感器信號采集模塊采集的信號是否超過閾值來進行判斷。該電路包括輔助傳感器信號采集模塊、穩(wěn)定判斷模塊、傳感器信號采集模塊和處理控制模塊。輔助傳感器信號采集模塊可以是如相關(guān)的振動加速度傳感器，通過簡單比較其信號是否超過某組閥值，穩(wěn)定判斷模塊就能判斷出系統(tǒng)是否處于一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)該判斷結(jié)果可以確定處理控制模塊的下一步控制動作。圖4所示的電路則是通過限幅比較電路判斷模塊對信號的比較來進行判斷。該電路包括傳感器信號采集模塊、限幅比較電路判斷模塊和處理控制模塊。傳感器信號發(fā)送至傳感器信號采集模塊和限幅比較電路判斷模塊，通過對信號的比較可以判斷工程機械是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)該判斷結(jié)果可以確定處理控制模塊的下一步控制動作。與此同時，還可以通過差分序列判斷系統(tǒng)中一組差分序列的最大絕對值是否大于閾值來進行判斷。設(shè)有η個數(shù)據(jù)的一組信號為X，其中的元素為χ (k)，其差分序列為D，其中的元素為 d(k)，k e
d(k)d(k+l) < 0則判定x(k)是野點，予以剔除，其值用前后亮點的中值替代
權(quán)利要求
1.一種用于工程機械的工況控制方法，其特征在于，包括 采集工程機械的初始數(shù)據(jù)；在所述采集工程機械的初始數(shù)據(jù)之前或之后，判斷工程機械是否穩(wěn)定，若是，則根據(jù)所采集數(shù)據(jù)進行精度計算；若否，所述工程機械則執(zhí)行不穩(wěn)定工況；判斷所計算精度是否滿足預(yù)設(shè)精度，若是，則所述工程機械執(zhí)行相應(yīng)穩(wěn)定工況，若否， 則繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，重新計算精度，并重新判斷所計算精度是否滿足預(yù)設(shè)精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工程機械的工況控制方法，其特征在于，在所述繼續(xù)采集數(shù)據(jù)和重新計算精度的過程之間，還包括重新判斷所述工程機械是否穩(wěn)定的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工程機械的工況控制方法，其特征在于，還包括將計算精度進行反饋的過程，所述反饋包括將精度直接反饋給控制方，或通過人機界面反饋給操作人員。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工程機械的工況控制方法，其特征在于，根據(jù)所采集數(shù)據(jù)進行精度計算通過一元線性回歸模型或通過查表法實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工程機械的工況控制方法，其特征在于，判斷工程機械是否穩(wěn)定通過以下之一的途徑實現(xiàn)通過比較輔助傳感器信號采集模塊采集的信號是否超過閾值來判斷； 通過限幅比較電路判斷模塊對信號的比較來判斷；通過差分序列判斷系統(tǒng)中一組差分序列的最大絕對值是否大于閾值來判斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的用于工程機械的工況控制方法，其特征在于，數(shù)據(jù)的采集為多組數(shù)據(jù)的采集，每組數(shù)據(jù)包括連續(xù)采集的多個點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于工程機械的工況控制方法，其特征在于，還包括輸出一組或多組數(shù)據(jù)的平均值的過程，若數(shù)據(jù)變化不穩(wěn)定，則輸出一組數(shù)據(jù)的平均值；若數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定，在輸出當(dāng)前數(shù)據(jù)與之前數(shù)據(jù)進行累加后所得的平均值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于工程機械的工況控制方法，其特征在于，所述輸出一組或多組數(shù)據(jù)的平均值的過程包括對數(shù)據(jù)進行以下一項或多項的處理將連續(xù)采集多個點的時間間隔與主要低頻噪聲的周期進行去同步處理； 對連續(xù)采集的多個點進行去除低頻噪聲處理；若采集的多個點中有個別點的數(shù)據(jù)值偏大，則拋棄該點的值，采用中值法預(yù)測該點的實際值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的用于工程機械的工況控制方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)精度具有多個，所述工程機械在不同的預(yù)設(shè)精度上執(zhí)行不同的工況。
10.一種用于工程機械的工況控制裝置，其特征在于，包括 采集模塊，用于采集工程機械的初始數(shù)據(jù)；第一判斷模塊，用于判斷所述工程機械是否穩(wěn)定；計算模塊，用于在第一判斷模塊的判斷結(jié)果為是時，根據(jù)所采集數(shù)據(jù)進行精度計算； 第一執(zhí)行模塊，用于在第一判斷模塊的判斷結(jié)果為否時，使所述工程機械執(zhí)行不穩(wěn)定工況；第二判斷模塊，用于判斷計算模塊所計算精度是否滿足預(yù)設(shè)精度； 第二執(zhí)行模塊，用于在第二判斷模塊的判斷結(jié)果是為是時，使所述工程機械執(zhí)行相應(yīng)穩(wěn)定工況；繼續(xù)采集模塊，用于在第二判斷模塊的判斷結(jié)果為否時，繼續(xù)采集數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于工程機械的工況控制裝置，其特征在于，還包括反饋模塊，用于將計算模塊計算的精度進行反饋，所述反饋包括將精度直接反饋給控制方，或通過人機界面反饋給操作人員。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的用于工程機械的工況控制裝置，其特征在于，還包括輸出模塊，用于輸出一組或多組數(shù)據(jù)的平均值的過程，若數(shù)據(jù)變化不穩(wěn)定，則輸出一組數(shù)據(jù)的平均值；若數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定，在輸出當(dāng)前數(shù)據(jù)與之前數(shù)據(jù)進行累加后所得的平均值。
13.—種工程機械，其特征在于，所述工程機械使用權(quán)利要求1-9任一項所述的工況控制方法或權(quán)利要求10-12任一項所述的工況控制裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的工程機械，其特征在于，所述工程機械具體為液壓鉆機，所述液壓鉆機使用傾角傳感器檢測鉆頭的姿態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種工程機械及其工況控制方法、裝置。該方法包括采集工程機械的初始數(shù)據(jù)；在采集工程機械的初始數(shù)據(jù)之前或之后，判斷工程機械是否穩(wěn)定，若是，則根據(jù)所采集數(shù)據(jù)進行精度計算；若否，所述工程機械則執(zhí)行不穩(wěn)定工況；判斷所計算精度是否滿足預(yù)設(shè)精度，若是，則所述工程機械執(zhí)行相應(yīng)穩(wěn)定工況，若否，則繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，重新計算精度，并重新判斷所計算精度是否滿足預(yù)設(shè)精度。本發(fā)明可以根據(jù)工程機械的穩(wěn)定狀態(tài)，執(zhí)行不同的工況。具有精度可控、系統(tǒng)響應(yīng)時間穩(wěn)定可控、響應(yīng)時間快等優(yōu)點。而且，本發(fā)明的精度在理論上可以無限提高。
文檔編號E21B44/00GK102322253SQ20111011640
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者周翔, 熊俊, 趙聿晴 申請人:三一重工股份有限公司