[發明專利]基于操作手柄先導控制信號的挖掘機工況識別方法

有效

• 申請號: 202110703743.5
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113374021B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 夏毅敏;史余鵬;袁野;王維;駱亮霖;王成瑜;單昊忞
• 申請（專利權）人: 中南大學;中聯重科股份有限公司
• 主分類號: E02F9/20
• 分類號: E02F9/20;E02F9/22
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 叢詩洋

1.一種基于操作手柄先導控制信號的挖掘機工況識別方法，其特征在于，包括：

步驟1，建立挖掘機工況識別深度學習模型，其中，所述步驟1具體包括：

步驟11，將挖掘機挖掘準備階段操作手柄先導控制信號波形、挖掘階段操作手柄先導控制信號波形、提升回轉階段操作手柄先導控制信號波形、卸荷階段操作手柄先導控制信號波形和空斗返回階段操作手柄先導控制信號波形作為分段標志，對挖掘機作業循環進行分段，得到分段結果，分段結果包括挖掘準備階段、挖掘階段、提升回轉階段、卸荷階段和空斗返回階段；

步驟12，基于LSTM深度學習模型建立挖掘機工作循環階段識別深度學習模型，將分段標志作為挖掘機工況識別深度學習模型的輸入，將分段結果作為挖掘機工況識別深度學習模型的輸出，分段標志與分段結果之間的映射關系為挖掘準備階段操作手柄先導控制信號波形對應挖掘準備階段；挖掘階段操作手柄先導控制信號波形對應挖掘階段；提升回轉階段操作手柄先導控制信號波形對應提升回轉階段；卸荷階段操作手柄先導控制信號波形對應卸荷階段；空斗返回階段操作手柄先導控制信號波形對應空斗返回階段；

步驟2，采集挖掘機操作手柄先導控制信號，其中，所述步驟2具體包括：當先導系統為電控先導系統時，采用電流傳感器采集電控先導系統的鏟斗聯、斗桿聯、動臂聯和回轉聯的先導控制信號；當先導系統為液控先導系統時，采用壓力傳感器采集液控先導系統的鏟斗聯、斗桿聯、動臂聯和回轉聯先導控制信號；將采集到的先導控制信號輸入行車控制器；

步驟3，對先導控制信號進行預處理，其中，所述步驟3具體包括：

步驟31，在行車控制器中采用smooth濾波去除先導控制信號中的噪聲干擾，如下所示：

其中，表示濾波后的信號值，y(n-2)、y(n-1)、y(n)、y(n+1)、y(n+2)為原始信號值；

步驟32，采用系統抽樣的方式降低濾波后的先導控制信號頻率；

步驟33，對降低頻率后的先導控制信號進行歸一化處理，如下所示：

其中，x'表示歸一化后的信號值，x表示歸一化前的信號值，x_max表示特征向量中某信號值的最大值，x_min表示特征向量中某信號值的最小值；

步驟4，根據預處理后的先導控制信號構建特征向量；

步驟5，將構建的特征向量輸入挖掘機工況識別深度學習模型進行挖掘機所處工作循環階段的識別，挖掘機工況識別深度學習模型輸出識別結果；

步驟6，判斷挖掘機工況識別過程是否結束，當識別過程未結束時，跳轉到步驟3繼續下一時刻的挖掘機所處工作循環階段的識別；

步驟7，當識別過程結束時，將挖掘機工況識別深度學習模型輸出的識別結果進行統計與顯示。

2.根據權利要求1所述的基于操作手柄先導控制信號的挖掘機工況識別方法，其特征在于，所述步驟4具體包括：

讀取預處理后的先導控制信號，當先導系統為電控先導系統時，截取行車控制器一個PWM信號周期包含的鏟斗聯、斗桿聯、動臂聯和回轉聯先導控制信號，按鏟斗聯、斗桿聯、動臂聯、回轉聯的順序構建特征向量；當先導系統為液控先導系統時，截取液控先導系統的鏟斗聯、斗桿聯、動臂聯和回轉聯0.5秒內的先導控制信號，按鏟斗聯、斗桿聯、動臂聯、回轉聯的順序構建特征向量；

特征向量構建，如下所示：

(x_a1,...,x_ak,x_b1,...,x_bl,x_c1,...,x_cm,x_d1,...,x_dn) (3)

其中，x_a1,...,x_ak為歸一化后的鏟斗聯先導控制信號離散數據；x_b1,...,x_bl為歸一化后的斗桿聯先導控制信號離散數據；x_c1,...,x_cm為歸一化后的動臂聯先導控制信號離散數據；x_d1,...,x_dn為歸一化后的回轉聯先導控制信號離散數據。