[發明專利]一種挖掘機工作裝置的自動控制系統及控制方法

無效

• 申請號: 201010581065.1
• 申請日: 2010-12-09
• 公開（公告）號: CN102041824A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 戴晴華;徐瑾;宋杰
• 申請（專利權）人: 三一重機有限公司
• 主分類號: E02F9/20
• 分類號: E02F9/20
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種挖掘機的控制方法和裝置，尤其涉及一種對挖掘機的工作裝置進行自動控制的方法和裝置。

背景技術

液壓挖掘機是一種廣泛應用的工程機械，其工作環境惡劣，且由于操縱動作單一，長時間作業極易導致駕駛員疲勞。應用微機控制液壓挖掘機，必然能減輕駕駛員的勞動強度，提高勞動效率，節省能源，提高安全性。

由于挖掘機的作業對象和環境變化大，挖掘作業要適應各種工況、土質環境，且在施工中每一具體操作的內容和要求都不同，很難形成規律，這要求在控制方式的選擇上應具有智能化的特點，自動控制系統應具有自我適應作業對象和環境變化的能力。

現有技術中，在采用微機控制實現工作裝置軌跡控制的研究中，大都采用建立工作裝置的位姿數學模型，依據給定的斗齒目標軌跡，經過計算，轉換為工作裝置的相對轉角序列，由微機控制電液伺服系統，使三個桿件各自跟蹤其目標轉角，實現軌跡控制。對于挖掘機這類工程機械，這種控制方式比較復雜，難以適應各種復雜作業環境的要求，使用上存在一定的局限性。

發明內容

本發明目的是提供一種用于液壓挖掘機工作裝置的自動控制方法以及采用該控制方法的控制系統，通過該控制系統能夠實現液壓挖掘機工作裝置在設定工況下的自動操縱，準確而穩定地控制工作裝置的位置和姿態，使工作裝置按照預期的軌跡運動，完成作業任務。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種挖掘機工作裝置的自動控制系統，包括：動臂角度傳感器、斗桿角度傳感器、鏟斗角度傳感器、動臂油缸壓力傳感器、斗桿油缸壓力傳感器、鏟斗油缸壓力傳感器、轉速傳感器、動臂油缸電液比例閥、斗桿油缸電液比例閥、鏟斗油缸電液比例閥，?

(1)設有激光定位儀，用于檢測挖掘機工作裝置與挖掘對象的相對位置；

(2)帶有軟件程序的可編程控制器，各個傳感器的信號輸出端與所述可編程控制器連接，所述可編程控制器的輸出端分別與動臂油缸電液比例閥、斗桿油缸電液比例閥、鏟斗油缸電液比例閥的控制端連接；

(3)所述可編程控制器中的軟件程序包括控制動臂的BP神經網絡模塊、控制斗桿的BP神經網絡模塊、控制鏟斗的BP神經網絡模塊，以及分別控制各電液比例閥的電液控制模塊。

上述技術方案中，各BP神經網絡模塊的輸出分別連接對應的電液比例閥的電液控制模塊。

一種挖掘機工作裝置的自動控制方法，采用上述自動控制系統實現，包括下列步驟：

(1)訓練樣本的獲取：由駕駛員先在設定工況下進行多次重復挖掘動作，按預先設定的時間間隔采樣：激光定位儀記錄預定挖掘對象和工作裝置的相對位置e，各角度傳感器分別采集記錄動臂、斗桿和鏟斗的相對轉角樣本信息θ，各壓力傳感器分別采集記錄動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸的壓力樣本信息p，轉速傳感器采集發動機轉速樣本信息n，并采樣動臂、斗桿、鏟斗油缸電液比例閥控制信號u；

(2)訓練BP神經網絡模塊：

將步驟(1)采集的樣本數據分別作為控制動臂、斗桿、鏟斗的BP神經網絡模塊的訓練樣本，經過控制器內編好的BP神經網絡控制程序，通過其自適應的學習功能進行訓練，得到滿足精度的神經網絡權值和閾值，從而獲得訓練好的BP神經網絡；

(3)用激光定位儀測定當前挖掘對象和動臂、斗桿、鏟斗的相對位置數據e(t)，各角度傳感器分別采集當前動臂、斗桿和鏟斗的相對轉角θ(t)，各壓力傳感器分別測量動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸的壓力樣本信息p(t)，轉速傳感器采集發動機轉速樣本信息n(t)；

(4)將步驟(3)得到的數據作為訓練好的各BP神經網絡模塊的輸入，輸出即為動臂、斗桿和鏟斗油缸的電液控制模塊的控制輸入量u(t)，經過各電液控制模塊，分別控制動臂、斗桿、鏟斗油缸的行程，得到下一時刻動臂、斗桿和鏟斗的位置e(t+1)、相對轉動角度θ(t+1)、油缸壓力p(t+1)、發動機轉速n(t+1)；?

(5)將步驟(3)和步驟(4)獲得的數據相比較，計算位置差值Δe(t+1)，并與步驟(4)的其他數據共同構成下一時刻的系統輸入量；

(6)重復步驟(3)至(5)，通過整個控制系統的循環迭代，最終實現對工作裝置在整個挖掘過程中的軌跡控制。

由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：