[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

本發明提供了一種基于操作手柄先導控制信號的挖掘機工況識別方法，包括：步驟1，建立挖掘機工況識別深度學習模型；步驟2，采集挖掘機操作手柄先導控制信號；步驟3，對先導控制信號進行預處理；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。本發明采用操作手柄控制信號波形作為識別標志，實時性高，基于能解決信息長期依賴關系的LSTM深度學習模型建立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，準確性高，識別結果可應用于挖掘機分階段節能控制。

技術領域

本發明涉及工程機械技術領域，特別涉及一種基于操作手柄先導控制信號的挖掘機工況識別方法。

背景技術

挖掘機作為一種典型的工程機械，憑借自身在惡劣多變作業環境下的強適應性和高靈活性成為城市改造、礦產資源開發、軌道建設等項目中不可或缺的關鍵土方施工設備。

隨著快速交付建設項目需求的不斷增長，在加快項目建設進度的同時盡可能的降低施工成本逐漸成為項目經理關注的重點。一方面，為了保障項目施工進度，項目經理需要實時掌握施工現場所有設備和人員的具體作業信息，例如，為了充分發揮挖掘機的作業能力，需要獲悉挖掘機每個時刻所處的工作循環階段，如挖掘、提升回轉、卸荷、空斗返回、移動、待機等，據此統計分析出設備的循環時間、空閑時間、直接工作率等績效指標，項目經理能夠基于定量、可視化的績效指標進行項目相關的決策，例如資源分配，工作計劃和調度以及操作員培訓等，這種數據驅動的項目決策基礎就是包括挖掘機在內的設備工況的準確分析。另一方面，挖掘機作業過程中執行機構的動作規律和負載變化具有明顯的周期性，現有的分檔功率控制模式難以滿足周期變化負載的變功率需求，使得發動機工作點遠離經濟工作區，造成大量的能源浪費和環境污染。為了提高施工設備的能量利用率，挖掘機制造商搭建了車輛健康監測系統，通過對系統關鍵運行參數的監測以期實現分階段節能控制、節能減排的目標，其中，挖掘機的工況識別是提高發動機與負載匹配性的重要基礎。因此，研究挖掘機工況的實時、準確識別方法對于提高項目建設進度、降低施工成本具有重要意義。

目前，機器視覺和多傳感器信息融合技術是實現挖掘機工況識別的主要方法。基于機器視覺的挖掘機工況識別結果精度受視點和尺度偏差、環境光照等因素影響較大；通常算法復雜、計算量大，不利于在挖掘機行車控制器中完成計算；而通過現場預先設置的攝像機采集圖片——遠程計算機完成識別的方法無法將定量、可視化的工作效率指標反作用于挖掘機本身能量利用率的提高，即無法用于發動機工作點的實時調節、滿足挖掘機的分階段節能控制需求。基于多傳感器信息融合技術的挖掘機工況識別方法忽略了液壓系統響應存在固有的滯后性，根據執行機構的運動信息或液壓系統的性能參數進行挖掘機工況識別會在工作循環階段轉換期間產生無法避免的延遲錯誤，進而影響整機操作的順應性和分階段節能控制的響應速度、效果。

為了依次完成一個完整工作周期內的五個工作循環階段，挖掘機手需要按照一定順序控制各執行機構動作。各工作循環階段內發生動作的執行機構組合不同，并且某一關鍵執行機構的動作往往意味著某工況階段的開始，如動臂提升代表著提升回轉階段的開始。而實時反應執行機構動作的原始信號就是操作手柄的控制信號。因此，操作手柄控制信號可以作為識別挖掘機工作循環階段的依據。

發明內容

本發明提供了一種基于操作手柄先導控制信號的挖掘機工況識別方法，其目的是為了解決傳統的基于機器視覺和多傳感器信息融合技術的挖掘機工況識別方法忽略了液壓系統響應滯后性導致的錯誤識別，且識別結果無法應用于挖掘機分階段節能控制的問題。

為了達到上述目的，本發明的實施例提供了一種基于操作手柄先導控制信號的挖掘機工況識別方法，包括：

步驟1，建立挖掘機工況識別深度學習模型；

步驟2，采集挖掘機操作手柄先導控制信號；

步驟3，對先導控制信號進行預處理；