一种旋挖钻机钻杠上提过程流量分配控制方法、装置及系统 专利技术说明

土层或岩石的钻进;采矿的设备制造及其应用技术1.本发明属于工程机械液压系统复合动作领域，涉及一种旋挖钻机钻杠上提过程流量分配控制方法、装置及系统。背景技术：2.传统旋挖钻机钻杠上提中，采用单泵控制单系统，控制方案为先动力头解锁，后主卷扬上提，过多流量用于动力头反转解锁，相比于单动作，复合动作中较多流量用于动力头系统，卷扬系统流量较少，影响卷扬上提速度。3.普通开环控制在单泵供双系统提高卷扬流量时由于负载变化无法保证动力头系统的稳定性，进而影响卷扬系统流量分配，由于其为时变非线性系统不同时刻需要选用不同的pid参数，采用传统的pid控制器，很难使整个运行过程具有较好的运行效果。技术实现要素：4.为了解决上述问题，本发明提供本发明采用的技术方案是：一种旋挖钻机钻杠上提过程流量分配控制方法，包括以下步骤：5.获取动力头系统的实际转速；6.将动力动力头系统的实际转速与期望转速相比较，得到转速偏差e与偏差变化率ec；7.将偏差e与偏差变化率ec输入到模糊控制器中，得到比例系数变化量δkp，δki，δkd；8.比例系数变化量δkp，δki，δkd输入到pid控制器中，得到电流u(t)；9.电流u(t)输入到比例放大器上，得到放大后的电流值；10.基于放大后的电流值，对阀口开度进行调整，使动力头系统在一定流量下转速保持稳态恒定，则剩余的流量分配给主卷扬系统，实现流量的分配。11.一种旋挖钻机钻杠上提过程流量分配控制装置，包括：12.获取模块：用于获取动力头系统的实际转速；13.比较计算装置：用于将动力动力头系统的实际转速与期望转速相比较，得到转速偏差e与偏差变化率ec；14.模糊控制器模块：用于将偏差e与偏差变化率ec输入到模糊控制器中，得到比例系数变化量δkp，δki，δkd；15.pid控制器模块：用于将比例系数变化量δkp，δki，δkd输入到pid控制器中，得到电流u(t)；16.比例放大器模块：用于将电流u(t)输入到比例放大器上，得到放大后的电流值；17.调整模块：用于基于放大后的电流值，对阀口开度进行调整，使动力头系统在一定流量下转速保持稳态恒定，则剩余的流量分配给主卷扬系统，实现流量的分配。18.一种旋挖钻机钻杠上提过程流量分配控制系统，包括：19.在旋挖钻杆上提过程中，用于控制钻杆节杆的反转解锁过程的动力头装置；20.在旋挖钻杆上提过程中，用于控制钻杆的上提过程的主卷扬装置；21.为动力头装置、主卷扬装置提供动力流量的泵控装置；22.和一种旋挖钻机钻杠上提过程流量分配装置，通过电比例减压阀接收信号自动控制动态负载下的动力头主阀与主卷扬主阀阀口开度，实现动力头装置和主卷扬装置的流量分配。23.本发明提供的一种旋挖钻机钻杠上提过程流量分配控制方法、装置及系统，提高了复合动作中流量分配的合理性，该方法采用单泵供双系统，克服负载变化时传统pid参数无法实时调整pid参数的缺点，本发明控制策略宏观调控动力头转速，通过模糊pid控制器将数字信号转为电信号，通过电比例减压阀接受信号自动控制动态负载下的动力头主阀与主卷扬主阀阀口开度，改善复合动作动力头与主卷扬流量分配问题，同时保证在变负载干扰下，复合动作中动力头马达转速的稳定性，提高卷扬上提效率，该方法通过比例控制动态负载下的动力头主阀阀口开度从而优化动力头系统流量变化速率，改善复合动作动力头与主卷扬流量分配问题，同时保证在变负载干扰下，复合动作中动力头马达转速的稳定性。附图说明24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。25.图1是本发明工程机械复合动作流量精确分配方法原理图；26.图2是本发明采用的流量分配控制策略图；27.图3是本发明采用的模糊pid控制简化原理图；28.图4是本发明采用的动力头解锁判断示意图。29.附图标记：1、第一主泵，2、第二主泵，3、第一主卷扬联，4、第二主卷扬联，5、第一动力头联，6、第二动力头联，7、第一压力传感器，8、第二压力传感器，9、第一单向阀，10、第二单向阀，11、第三单向阀，12、第四单向阀，13、减压阀组，14、梭阀，15、平衡阀，16、主卷扬马达，17、第一动力头马达，18、第二动力头马达，19、第一电比例减压阀组，19、第二电比例减压阀组，20、第三电比例减压阀组，21、第四电比例减压阀组，22、第四制动缸，23、制动缸。具体实施方式30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。33.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。34.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。35.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。36.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。37.图1是本发明工程机械复合动作流量精确分配方法原理图；38.图2是本发明采用的流量分配控制策略图；39.图3是本发明采用的模糊pid控制简化原理图；40.一种旋挖钻机钻杠上提过程流量分配控制方法，包括以下步骤：41.s1：获取动力头系统的实际转速；42.s2：将动力动力头系统的实际转速与期望转速相比较，得到转速偏差e与偏差变化率ec；43.s3：将偏差e与偏差变化率ec输入到模糊控制器中，得到比例系数变化量δkp，δki，δkd；44.s4：比例系数变化量δkp，δki，δkd输入到pid控制器中，得到电流u(t)；45.s5：电流u(t)输入到比例放大器上，得到放大后的电流值；46.s6：基于放大后的电流值，对阀口开度进行调整，使动力头系统在一定流量下转速保持稳态恒定，则剩余的流量分配给主卷扬系统，实现流量的分配。47.s1/s2/s3/s4/s5/s6顺序执行；48.一种旋挖钻机钻杠上提过程流量分配控制装置，其特征在于包括：49.获取模块：用于获取动力头系统的实际转速；50.比较计算装置：用于将动力动力头系统的实际转速与期望转速相比较，得到转速偏差e与偏差变化率ec；51.模糊控制器模块：用于将偏差e与偏差变化率ec输入到模糊控制器中，得到比例系数变化量δkp，δki，δkd；52.pid控制器模块：用于将比例系数变化量δkp，δki，δkd输入到pid控制器中，得到电流u(t)；53.比例放大器模块：用于将电流u(t)输入到比例放大器上，得到放大后的电流值；54.调整模块：用于基于放大后的电流值，对阀口开度进行调整，使动力头系统在一定流量下转速保持稳态恒定，则剩余的流量分配给主卷扬系统，实现流量的分配。55.一种旋挖钻机钻杠上提过程流量分配系统，包括：提供动力流量的泵控装置、在旋挖钻杆上提过程中，用于控制钻杆节杆的反转解锁过程的动力头装置、在旋挖钻杆上提过程中，用于控制钻杆的上提过程的主卷扬装置和旋挖钻机钻杠上提过程流量分配装置；56.所述泵控装置为动力头装置、主卷扬装置提供动力流量；57.所述旋挖钻机钻杠上提过程流量分配装置，通过电比例减压阀接收信号自动控制动态负载下的动力头主阀与主卷扬主阀阀口开度，实现动力头装置和主卷扬装置的流量分配58.所述泵控装置包括：第一主泵1、第二主泵2、第一压力传感器7、第二压力传感器8；第一主泵1、第二主泵2给整个系统提供油，59.第一压力传感器7、第二压力传感器8检测主油路压力；60.所述主卷扬装置包括：减压阀组13，梭阀14，平衡阀15，主卷扬马达16，制动缸23；61.油路流量进入主卷扬系统时首先应通过减压阀组13，梭阀14进入制动缸23；62.制动缸23：进行憋压，当压力达到制动缸23解锁压力时，方可开启；63.制动缸压力足够后，平衡阀开启，流量方可进入主卷扬马达16，马达开始工作；64.所述动力头系统包括第一动力头马达17和第二动力头马达18；65.流量进入第一动力头马达17和第二动力头马达18，第一动力头马达17和第二动力头马达18开始工作，两侧马达通过机械连接同步转速且排量达到最小。66.流量分配控制装置包括：第一主卷扬联3和第二主卷扬联4、第一动力头联5、第二动力头联6、第一电比例减压阀组19、第二电比例减压阀组20、第三电比例减压阀组21，第四电比例减压阀组22，第一单向阀9、第二单向阀10、第三单向阀11和第四单向阀12；67.通过第一主卷扬联3和第二主卷扬联4的流量经过合流再分流进入主卷扬装置；68.第一电比例减压阀组19、第二电比例减压阀组20，接收手柄发出的电信号，控制第一主卷扬联3和第二主卷扬联4阀口开闭69.通过第一动力头联5、第二动力头联6的流量进入动力头装置；70.第三电比例减压阀组21和第四电比例减压阀组22接受手柄发出的电信号，控制第一动力头联5和第二动力头联6的阀口开闭；71.流量分配控制装置控制第一主卷扬联3、第二主卷扬联、第一动力头联4、第二动力头联5的阀口开度，进而控制主卷扬装置与动力头系统装置，通过比例控制动态负载下的动力头主阀阀口开度从而优化动力头系统流量变化速率，改善复合动作动力头与主卷扬流量分配问题，同时保证在变负载干扰下，复合动作中动力头马达转速的稳定性。72.第一主泵1经过两个单向阀即第一单向阀9和第三单向阀10分别连到第一主卷扬联3，第一动力头联5，第二主泵2经过两个单向阀即第二单向阀10和第四单向阀12分别连到第二主卷扬联4、第二动力头联6；两油路分别有第一压力传感器7和第二压力传感器8测量阀前压力；第二电比例减压阀组19和第三电比例减压阀组20接受手柄发出的电信号，控制第一主卷扬联3和第二主卷扬联4的阀口开闭，第三电比例减压阀组21和第四电比例减压阀组22接受手柄发出的电信号，控制第一动力头联5和第二动力头联6阀口开闭；第一主卷扬联3和第二主卷扬4联合流进入主卷扬装置，经过梭阀14、减压阀组13、制动缸23、满足压力需求后，经过平衡阀15，主卷扬马达16开始工作。第一动力头联5和第二动力头联6合流再分流进入动力头装置，第一动力头马达17和第二动力头马达18开始工作。73.该系统采取第一主泵1单泵分流进入双系统，同时提供流量给主卷扬装置和动力头装置，主泵第二主泵2单泵供主卷扬装置，当动力头主阀前电比例减压阀与主卷扬主阀前电比例减压阀同时有信号时，解锁复合动作控制策略。若动力头主阀前电比例减压阀有信号时，第一动力头联5和第二动力头联6接受手柄发出的电信号，第一动力头联5和第二动力头联6阀芯移动动力头反转解锁；动力头主阀前电比例减压阀与主卷扬主阀前电比例减压阀同时有信号时，通过钻杆上的位置传感器获取钻杆位置，观察动力头位置与钻进深度，判断解锁行程，检测动力头装置的转速，通过动力头转速积分与预期值进行对比，结合判断其是否完全解锁，速度传感器检测动力头转速，与期望值比较，得到转速偏差e与偏差变化率ec。利用模糊pid控制，调整阀口开度，使动力头转速保持稳态恒定，从而将多余的流量分配给主卷扬系统，提高动态负载下流量分配的合理性。74.图4是本发明采用的动力头解锁判断示意图。75.主泵开启后，根据电比例减压阀接受信号情况不同采取不同动作。流量分配的具体控制流程如下：76.1)动力头装置主阀前电比例减压阀接收手柄发出的电信号，动力头主阀换向，第一主泵1油路油液通过单向阀进入第一动力头联5，第二主泵2油路油液通过单向阀进入第二动力头联6，合流再分流后进入动力头装置，第一动力头马达17和第二动力头马达18工作，两侧马达通过机械连接同步转速且排量达到最小，动力头反转解锁；77.2)动力头装置主阀前电比例减压阀与主卷扬主阀前电比例减压阀同时接收手柄发出的电信号时，动力头主阀换向，通过检测动力头位置，下放深度，钻进深度，判断钻杆伸出情况，分析不同杆的伸出情况，结合对动力头转速进行速度积分，判断动力头是否完全解锁，若未完全解锁，则主卷扬联不动作，若动力头联完全解锁，主卷扬联换向，第一主泵1油路油液通过单向阀分别进入第一主卷扬联3，第一动力头联5，第二主泵2油路油液通过单向阀进入第二主卷扬联4，5、第一动力头联，6、第二动力头联合流再分流后进入动力头装置，第一动力头马达17和第二动力头马达18工作，两侧第一动力头马达17和第二动力头马达18通过机械连接同步转速且排量达到最小。主卷扬联油液通过梭阀14和减压阀13，制动缸23开始憋压，满足压力需求后制动缸23开启后，平衡阀组15开启，主卷扬马达16工作。78.动力头反转解锁同时主卷扬上提，速度传感器检测动力头转速，动力头马达最低转速为nmin，小于nmin马达将会出现爬行，扣除马达泄露和主阀泄露影响，期望值按经验选取1.4nmin，实际转速与期望转速比较，得到转速偏差e与偏差变化率ec，将偏差e与偏差变化率ec输入到模糊控制器中，将输出的比例系数变化量δkp，δki，δkd作为输入，输入到pid控制器中，由公式：[0079][0080]得到电流u(t)，输入到比例放大器上，进而调整阀口开度，使动力头转速保持稳态恒定，将多余的流量分配给主卷扬系统，完成流量分配，提高动态负载下流量分配的合理性。[0081]所述模糊pid控制，为模糊pid控制由模糊化，模糊推理，清晰化组成，通过检测偏差e与偏差变化率ec，对其进行模糊化，利用模糊规则进行推理，对模糊参数解模糊，输出ki，kp，kd，解模糊得到的并非实际参数，而是对控制参数的修正；e，ec采用三角形函数，ki，kp，kd采用高斯函数，将偏差e与偏差变化率ec输入到模糊模块中，将输出的比例系数变化量δkp，δki，δkd作为输入，输入到pid控制器中，与三个参数的初始值相加后作为新的kp，ki，kd参数对系统进行控制，kp，ki，kd的初始值可根据经验设定，模糊推理得到的模糊量不能直接用于被控对象，需要解模糊处理。本发明选择重心法解模糊。重心法输出的控制性能更加光滑，且控制灵敏度，即使输入微小信号，输出也会发生变化。其表达式为：[0082][0083]式中：z0为模糊控制器输出量解模糊后的精确值，zi为模糊控制量论域内的值；μc(zi)为zi的隶属度值。[0084]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。









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