起重机基于数字液压回转的S曲线启停控制系统及方法与流程

起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统及方法
技术领域
1.本发明涉及起重机控制技术领域，尤其是涉及一种起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统及方法。


背景技术：

2.传统汽车起重机在进行大型化吊装时，需要熟练操作机手，并且还会出现为了保证回转运行平稳而导致作业效率低等情况，这是由于传统的液压传动系统无法有效进行精确速度调节，为了保证回转运行平稳，操作手往往会小心翼翼以降低运行速度，牺牲作业效率来获得平稳性的目的。造成这些不足的具体技术原因是传统液压控制调速大多采用电比例阀控制，而电流信号转换成电磁力信号拖动阀芯，本身就存在很大的延时，且因为电流信号控制的阀芯开度由于转换非线性，受机械摩擦阻力及随温度变化的油液粘度变化影响对速度调节变得不可控，且在启动开始及停车结束时的低速情况下更因为电流模拟信号输出的不稳定及机械阻力变化的影响，阀口微动控制性能差。在这样粗劣的液压控制精度下，一般也只采用了最简单的线性缓冲速度调节的方式，而线性调节在启动及停止瞬间的加速度变化及急动度冲击都很大，导致起重机回转无法平稳启动及平稳停止。实现平稳吊装过分依赖起重机操作员的经验，熟练起重机操作员的训练周期长，采用线性缓冲启停控制，启动停止瞬间冲击大，导致系统不平稳。现有的高精度控制系统结构复杂，恶劣工况故障率高，不易维护，且制造成本太高，不适应于工程机械恶劣的作业工况。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统及方法，通过步进电机速度控制数字液压马达回转速度，步进电机位移控制数字液压马达回转角度，对步进电机的s曲线启停控制便能实现对起重机回转的s曲线启停平稳控制，以此实现平稳、安全、高效的吊装控制任务。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统，包括
5.手柄输入器，用于采集输入操作信号；
6.控制器，根据采集的操作信号计算得出控制信号；
7.驱动器，用于接收控制信号并输出驱动信号；
8.步进电机，用于驱动数字液压马达；
9.数字液压马达，用于驱动平台转动；
10.所述手柄输入器与所述控制器相连接，所述控制器与所述驱动器相连接，所述驱动器与所述步进电机相连接，所述步进电机与所述数字液压马达相连接，所述数字液压马达与平台相连接。
11.一种基于上述起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统的控制方法，具体步骤如下：
12.步骤s1：输入设定值和采集手柄输入器的输入操作信号；
13.步骤s2：控制器根据输入操作信号和输入设定值通过s曲线算法计算得出控制信号；
14.步骤s3：驱动器根据控制信号输出驱动信号驱动步进电机转动；
15.步骤s4：步进电机驱动数字液压马达运行，数字液压马达控制平台转动的速度和角度。
16.优选的，在步骤s2中，s曲线算法的计算公式如下：
17.v＝(1-b)x-1/(2π)*cos(2π(1-b)x 2πb-π/2) b
18.式中，x∈(0,1)，v∈(-1/(2π)*cos(2πb-π/2) b,1)，b∈(0,1)，b＝angle/360或radian/2π，其中angle为给定截取角度，radian为给定截取弧度。
19.优选的，所述步进电机的转速与所述数字液压马达的转速和角度正相关。
20.优选的，所述输入设定值为给定截取角度或给定截取弧度。
21.因此，本发明采用上述一种起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统及方法，具有以下有益效果：
22.(1)通过步进电机速度控制数字液压马达回转速度，步进电机位移控制数字液压马达回转角度，提高控制精度。
23.(2)有步进电机与数字液压马达正相关，对步进电机的s曲线启停控制便能实现对起重机回转的s曲线启停平稳控制，增加起跳速度，提高调速效率，以此实现平稳、安全、高效的吊装控制任务。
24.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
25.图1为本发明一种起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统的结构示意图；
26.图2为本发明控制方法流程图；
27.图3为没有起跳量截取值(b＝0)的曲线；
28.图4为有起跳量截取值(b＝0.2)的曲线。
具体实施方式
29.实施例
30.图1为本发明一种起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统的结构示意图，如图所示，一种起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统，包括
31.手柄输入器，用于采集输入操作信号；
32.控制器，根据采集的操作信号计算得出控制信号；
33.驱动器，用于接收控制信号并输出驱动信号；
34.步进电机，用于驱动数字液压马达；
35.数字液压马达，用于驱动平台转动。
36.手柄输入器与控制器相连接，将输入操作信号传输到控制器中进行相关计算。控制器与驱动器相连接用于发送控制信号给驱动器。驱动器与步进电机相连接，步进电机与数字液压马达相连接，步进电机的转速与数字液压马达的转速和角度正相关，通过步进电
机控制数字液压马达，提高控制精度，数字液压马达与平台相连接，用于驱动平台的回转。
37.一种基于上述起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统的控制方法，具体步骤如下：
38.步骤s1：输入设定值和采集手柄输入器的输入操作信号，输入设定值为给定截取角度或给定截取弧度。
39.步骤s2：控制器根据输入操作信号和输入设定值通过s曲线算法计算得出控制信号。
40.s曲线算法的计算公式如下：
41.v＝(1-b)x-1/(2π)*cos(2π(1-b)x 2πb-π/2) b
42.式中，x∈(0,1)，v∈(-1/(2π)*cos(2πb-π/2) b,1)，b∈(0,1)，b＝angle/360或radian/2π，其中angle为给定截取角度，radian为给定截取弧度。
43.设加速度为a＝1 sin x,x∈(-π/2,3π/2)；
44.对加速度求导得：j＝a'＝(1 sin x)'＝cos x；
45.将x＝3π/2分别代入上述两个公式，得：加速度a＝0，急动度＝0；
46.加速度求积分得：v＝∫adx＝∫(1 sinx)dx，x∈(-π/2,3π/2)；
47.解上述速度公式，得：v＝x-cos x c，x∈(-π/2,3π/2)，将c＝π/2代入，为计算方便，沿纵轴压缩2π倍，得到如下公式：
48.v＝1/(2π)*((x-cos x) π/2)＝1/(2π)*(x-cos x) 1/4，
49.那么当x∈(-π/2,3π/2)，则v∈(0,1)；
50.将x右移π/2，得到如下公式，x∈(0,2π)，v∈(0,1)：
51.v＝1/(2π)*(x-π/2-cos(x-π/2)) 1/4＝1/(2π)*(x-cos(x-π/2))；
52.将x压缩2π，得到如下最终公式，x∈(0,1)，v∈(0,1)：
53.v＝1/(2π)*(2πx-cos(2πx-π/2))，即未进行截取起跳的s曲线控制计算公式。
54.在实际应用过程中，电机转速从0到vmotor，只需将速度曲线v乘以比例系数vmotor即可，
55.假设截取b段起跳距离，b∈(0,1)；
56.若是给定截取角度angle，则b＝angle/360；
57.若是给定截取弧度radian，则b＝radian/2π；
58.为了保证x仍从0开始，首先将曲线向x轴负方向平移b距离：
59.v＝1/(2π)*(2π(x b)-cos(2π(x b)-π/2))＝(1/2π)*(2πx-cos(2π(x b)-π/2)) b
60.其中x∈(0,1-b)，v∈(0,1)；
61.为了保证x仍从0到1之间变化，将曲线沿x轴方向拉伸1/(1-b)倍：
62.v＝1/(2π)*(2π(1-b)x-cos(2π((1-b)x b)-π/2)) b
63.＝(1-b)x-1/(2π)*cos(2π(1-b)x 2πb-π/2) b
64.得到最终s曲线公式为：
65.v＝(1-b)x-1/(2π)*cos(2π(1-b)x 2πb-π/2) b
66.x∈(0,1)，v∈(-1/(2π)*cos(2πb-π/2) b,1)
67.其中b∈(0,1)，b＝angle/360或者b＝radian/2π，
68.angle为给定截取角度，radian为给定截取弧度，
69.当x＝0时，v＝-1/(2π)*cos(2πb-π/2) b,
70.当x＝1时，v＝1,
71.当对于未进行截取起跳的s曲线控制计算公式如下：
72.v＝1/(2π)*(2πx-cos(2πx-π/2))。
73.图3为没有起跳量截取值(b＝0)的曲线，如图所示，x∈(0,1)，v∈(0,1)，当x为0时，亦即启动瞬间，速度v，加速度a，急动度j等皆为0，可以以非常平滑的方式启动。当x为1时，亦即提速末端，加速度a，急动度j等仍皆为0，可以以非常平顺的方式结束加速阶段保持最终高速运转。由此，通过以上方式计算得到的结果控制步进电机速度，通过步进电机与数字液压马达的速度线性关系可以得到非常平滑的起重机回转平台回转控制效果。
74.对于进行了截取起跳的改进型s曲线控制计算公式如下：
75.v＝(1-b)x-1/(2π)*cos(2π(1-b)x 2πb-π/2) b
76.图4为有起跳量截取值(b＝0.2)的曲线，如图4所示，x∈(0,1)，v∈(-1/(2π)*cos(2πb-π/2) b,1)，a＝v'＝(1-b)*(1 sin(2π(1-b)x 2πb-π/2))，j＝a'＝2π(1-b)2cos(2π(1-b)x 2πb-π/2)，当x为0时，亦即启动瞬间，起跳速度v＝-1/(2π)*cos(2πb-π/2) b，此时加速度a＝(1-b)*(1 sin(2πb-π/2)),急动度j＝2π(1-b)2cos(2πb-π/2)，如图4所示，一般截取角度会取小于10度值，即b《0.028,此时a《0.015,j《1.04,依然可以以较平顺的方式启动，因为存在起跳速度，故而不会使得启动时间过长。当x＝1时处于加速末端，此时v＝1,a＝0,j＝0，依然可以以非常平顺的方式结束加速阶段，使系统保持高速稳定运转。
77.步骤s3：驱动器根据控制信号输出驱动信号驱动步进电机转动；
78.步骤s4：步进电机驱动数字液压马达运行，数字液压马达控制平台转动的速度和角度。
79.因此，本发明采用上述一种起重机基于数字液压回转的s曲线启停控制系统及方法，有步进电机与数字液压马达正相关，对步进电机的s曲线启停控制便能实现对起重机回转的s曲线启停平稳控制，增加起跳速度，提高调速效率，以此实现平稳、安全、高效的吊装控制任务。
80.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。