一种挖掘机电控方法及系统
阅读说明：本技术 一种挖掘机电控方法及系统 (Electric control method and system for excavator ) 是由 郏玲玲 耿家文 牛东东 吕传伟 王禄 王绪通 王顶 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种挖掘机电控方法及系统,电手柄将操作手的操作转化成电信号,传输到控制器中,得到采集的电信号；控制器对采集的电信号进行滤波处理,获得滤波信号,根据预设计的斜坡控制方法对滤波信号进行斜坡控制,输出斜坡信号,根据斜坡信号值计算电控主阀电流值和电控主泵电流值,对电控主阀和电控主泵分别通电控主阀电流值和电控主泵电流值,控制电控主泵的输出流量大小和电控主阀的阀芯位置,从而实现对挖掘机液压系统的电控。(The invention discloses an excavator electric control method and system.A electric handle converts the operation of an operating hand into an electric signal and transmits the electric signal to a controller to obtain an acquired electric signal; the controller carries out filtering processing on the acquired electric signals to obtain filtering signals, carries out slope control on the filtering signals according to a pre-designed slope control method, outputs slope signals, calculates the current value of the electric control main valve and the current value of the electric control main pump according to the slope signal values, respectively conducts the current value of the electric control main valve and the current value of the electric control main pump to the electric control main valve and the electric control main pump, and controls the output flow of the electric control main pump and the valve core position of the electric control main valve, so that the hydraulic system of the excavator is electrically controlled.)
技术领域
本发明涉及一种挖掘机电控方法及系统，属于工程机械。
背景技术
电控挖掘机相比于液控挖掘机，能够更加精准控制挖掘机动作的协调性，同时减少压损，降低油耗，更加节能环保；电控挖掘机主要通过电手柄将操作手控制电手柄移动产生的操作意图转化为电信号，再通过后续的控制方法采集电信号并对挖掘机进行控制，实现挖掘机的电控操作。
电手柄信号的采集与分析是整个控制方法的前提和基础，若手柄的电信号采集出现偏差，不仅会影响动作控制的准确性，也有可能会造成动作误判，造成不必要的危害；与此同时，由于电手柄信号的加载速率和减小速率远大于传统液压手柄的先导压力信号，若电磁阀电流和电控主泵电流完全跟随电控手柄信号变化，会导致阀芯开口和主泵流量产生急剧变化，造成不必要的动作冲击、动作转换不平稳等现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种挖掘机电控方法及系统，消除电手柄信号的噪声和突变产生的动作冲击和抖动，提高挖掘机电控的稳定性。
为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种挖掘机电控方法，包括如下步骤：
将操作手的操作转化成电信号，传输到控制器中，得到采集的电信号；
对采集的电信号进行滤波处理，获得滤波信号；
根据预设计的斜坡控制方法对滤波信号进行斜坡控制，输出斜坡信号；
根据斜坡信号值计算电控主阀电流值和电控主泵电流值；
对电控主阀和电控主泵分别通电控主阀电流值和电控主泵电流值，控制电控主泵的输出流量大小和电控主阀的阀芯位置，从而实现对挖掘机液压系统的电控。
结合第一方面，进一步的，通过电手柄将操作手的操作转化成电信号，具体包括：电手柄内置的传感器将手柄位移量转化为相应的电信号。
结合第一方面，进一步的，不同的电信号通过不同的通讯地址进行发送，传输到控制器后控制器根据电信号的通讯地址和数据大小判定电信号对应的操作。
结合第一方面，进一步的，滤波处理方式是滑动平均值滤波，具体包括如下步骤：
把连续采集到的N个电信号看成一个队列，队列的长度固定为N；
每次采样到一个电信号放入队尾，并扔掉原来队首的一个电信号；
把队列中的N个电信号进行算术平均运算，获得新的滤波信号。
结合第一方面，进一步的，斜坡控制方法包括如下步骤：
计算本次采集到的滤波信号值Xin与上次输出的斜坡信号值Xn-1的差值，得到ΔX；
将ΔX和设定的信号变化步长k进行比较；
若∣ΔX∣小于k，则本次输出的斜坡信号值Xn＝Xin，若ΔX大于k，则本次输出的斜坡信号值Xn＝Xn-1+k，若ΔX小于k，则本次输出的斜坡信号值Xn＝Xn-1-k。
结合第一方面，进一步的，电控主阀电流值和电控主泵电流值通过线性插值的方式计算：
其中，I电控主阀是电控主阀电流值，I电控主泵是电控主泵电流值，Imin是电控主阀的最小电流值，Imax是电控主阀的最大电流值，I’min是电控主泵的最小电流值，I’max是电控主泵的最大电流值，X是斜坡信号值，Xmin是电手柄输出信号的最小值，Xmax是电手柄输出信号的最大值。
第二方面，本发明提供了一种挖掘机电控系统，包括电手柄、CAN线、控制器、电控主阀和电控主泵；
电手柄：用于将操作手的操作转化成电信号；
CAN线：用于将电信号传输到控制器中，得到采集的电信号；
控制器：对采集的电信号进行滤波处理，获得滤波信号；根据预设计的斜坡控制方法对滤波信号进行斜坡控制，输出斜坡信号；根据斜坡信号值计算电控主阀电流值和电控主泵电流值；对电控主阀和电控主泵分别通电控主阀电流值和电控主泵电流值，控制电控主泵的输出流量大小和电控主阀的阀芯位置，从而实现对挖掘机液压系统的电控。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明提供的一种挖掘机电控方法及系统，电手柄将操作手的操作转化成电信号，控制器通过对应的通讯地址采集电信号，采用滑动平均值滤波的方式对电信号进行滤波处理，获得滤波信号，通过滤波处理降低采集的电信号中的噪声，尽量避免挖掘机工作时外界干扰信号对电手柄的电信号的干扰导致采集的电信号出现偏差，尽量避免产生动作识别错误从而控制不精确的问题，减少外界干扰对控制信号的影响，根据斜坡控制方法对滤波信号进行斜坡控制，输出斜坡信号，通过斜坡控制使电手柄传输的电信号变化速率控制在合适范围内；
本发明提供的一种挖掘机电控方法及系统，根据斜坡信号值计算电控主阀电流值和电控主泵电流值，对电控主阀和电控主泵分别通相应的电流值，控制电控主泵的输出流量大小和电控主阀的阀芯位置，从而实现对挖掘机液压系统的电控；避免了电控主阀电流值和电控主泵电流值完全随采集的电信号变化导致的阀芯开口和电控主泵流量产生急剧变化，避免了不必要的动作冲击、动作转换不平稳等现象。
附图说明
图1是本发明提供的一种挖掘机电控方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
结合附图1，本发明提供的一种挖掘机电控方法，包括以下步骤：
将操作手的操作转化成电信号，传输到控制器中，得到采集的电信号：
操作手根据操作意图操纵电手柄产生相应的位移，电手柄上内置的传感器将手柄位移量转化为相应的电信号；根据通讯协议的规定，不同的操作对应的电信号占用不同的通讯地址通过CAN线传输给控制器。
控制器接收电手柄传输的电信号数据后，根据电信号数据的通讯地址和大小对操作者的操作意图进行识别，对应到需要控制的电控主阀，对电控主阀上预设的第一比例电磁阀通电。
对采集的电信号进行滤波处理，获得滤波信号：
由于整机振动和人手不经意的晃动，会引起的电手柄传输的电信号出现偏差，为减少挖掘机在工作过程中由于整机的震动和人手不经意的晃动对电手柄传输的电信号产生的干扰，控制器对采集到的电信号进行滤波处理。
具体滤波处理方法是滑动平均值滤波，具体包括如下步骤：把连续采集到的N个电信号看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个电信号则放入队尾，并扔掉原来队首的一个电信号(遵循先进先出原则)，把队列中的N个电信号进行算术平均运算，获得新的滤波结果，得到滤波信号。
本发明提供的一种挖掘机电控方法，通过滑动平均值滤波来降低采集的电信号中的噪声，尽量避免挖掘机工作时外界干扰信号对电手柄的电信号的干扰导致采集的电信号出现偏差，尽量避免产生动作识别错误从而控制不精确的问题，减少外界干扰对控制信号的影响。
根据预设计的斜坡控制方法对滤波信号进行斜坡控制，输出斜坡信号：
为避免电手柄传输的电信号变化速率导致电控主阀阀芯开口和电控主泵流量产生急剧变化，造成不必要的动作冲击、动作转换不平稳等现象，控制器根据预设计的斜坡控制方法对滤波信号进行斜坡控制。
斜坡控制方法具体包括如下步骤，设本次采集到的滤波信号值为Xin，设上次输出的斜坡信号值为Xn-1，则本次采集到的滤波信号值和上次输出的斜坡信号值得差值为ΔX，根据现场测试，获取合适的信号变化步长k，k为正值，将ΔX和设定的信号变化步长k进行比较，则可以分为以下三种情况：若∣ΔX∣小于k，则本次输出的斜坡信号值Xn＝Xin，若ΔX大于k，则本次输出的斜坡信号值Xn＝Xn-1+k，若ΔX小于k，则本次输出的斜坡信号值Xn＝Xn-1-k。
本发明提供的一种挖掘机电控方法，根据斜坡控制方法对滤波信号进行斜坡控制，输出斜坡信号，通过斜坡控制使电手柄传输的电信号变化速率控制在合适范围内，结合后续的控制方法避免电手柄传输的电信号变化速率导致电控主阀阀芯开口和电控主泵流量产生急剧变化。
根据斜坡信号值计算电控主阀电流值和电控主泵电流值：
本发明提供的一种挖掘机电控方法，根据斜坡信号值，通过线性插值的方式计算电控主阀电流值和电控主泵电流值；
其中，I电控主阀是计算得出的电控主阀电流值，I电控主泵是计算得出的电控主泵电流值，Imin是电控主阀的最小电流值，Imax是电控主阀的最大电流值，Imin和Imax由电控主阀的自身特性决定，I’min是电控主泵的最小电流值，I’max是电控主泵的最大电流值，I’min和I’max由电控主泵的自身特性决定，X是斜坡信号值，Xmin是电手柄输出信号的最小值，Xmax是电手柄输出信号的最大值，Xmin和Xmax由电手柄的自身特性决定。
根据计算得出的电控主阀电流值和电控主泵电流值进行后续的控制方法，完成挖掘机相应操作动作。
对电控主阀和电控主泵分别通电控主阀电流值和电控主泵电流值，控制电控主泵的输出流量大小和电控主阀的阀芯位置，从而实现对挖掘机液压系统的电控：
控制器计算得出电控主阀电流值后，发出控制信号，对电控主阀通相应的电控主阀电流值，电控主阀上的第一比例电磁阀得电，通过第一比例电磁阀的二次压力来控制电控主阀阀芯的开启，实现对电控主阀阀芯位置的控制，电控主阀用于控制液压油的流量分配，最终实现对液压油的流量分配。
控制器计算得出电控主泵电流值后，发出控制信号，对电控主泵通相应的电控主泵电流值，电控主泵上的第二比例电磁阀得电，通过第二比例电磁阀的二次压力来控制电控主泵的流量输出，电控主泵为整个液压系统提供动作所需要的液压油，最终实现对液压油流量输出的控制。
本发明提供的一种挖掘机电控方法，对电控主阀和电控主泵分别通电控主阀电流值和电控主泵电流值，控制电控主泵的输出流量大小和电控主阀的阀芯位置，从而实现对挖掘机液压系统的电控，减少不必要的液压冲击，避免了电控主阀电流值和电控主泵电流值完全随采集的电信号变化导致的阀芯开口和电控主泵流量产生急剧变化，避免了不必要的动作冲击、动作转换不平稳等现象。
实施例二
本发明提供的一种挖掘机电控系统，包括电手柄、CAN线、控制器、电控主阀、电控主泵。
在挖掘机施工过程中，操作手根据施工情况及操作意图操纵电手柄产生相对应的位移，电手柄上内置的传感器将手柄位移量转化为相应的电信号，电手柄完成将操作手的操作转化成电信号的工作。
电手柄将操作手的操作转化成电信号后，通过CAN线将电信号传输至控制器中，根据通讯协议的规定，不同的操作所对应的电信号占用不同的通讯地址通过CAN线传输给控制器，CAN线实现电信号的传输。
控制器接收到电手柄传输来的电信号，即采集到电手柄转化的电信号，先进行操作信号的识别，根据电信号数据的通讯地址和大小对操作者的操作意图进行识别，对应到需要控制的电控主阀，对电控主阀上预设的第一比例电磁阀通电。
控制器识别电信号的操作信号后，为减少挖掘机在工作过程中由于整机的震动和人手不经意的晃动对手柄电信号产生的干扰，对接收到的电信号进行滤波处理，具体滤波方式为滑动平均值滤波；具体包括如下步骤：把连续采集到的N个电信号看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个电信号则放入队尾，并扔掉原来队首的一个电信号(遵循先进先出原则)，把队列中的N个电信号进行算术平均运算，获得新的滤波结果，得到滤波信号。
本发明提供的一种挖掘机电控系统，通过滑动平均值滤波来降低采集的电信号中的噪声，尽量避免挖掘机工作时外界干扰信号对电手柄的电信号的干扰导致采集的电信号出现偏差，尽量避免产生动作识别错误从而控制不精确的问题，减少外界干扰对控制信号的影响。
控制器对电信号进行滤波处理得到滤波信号后，为避免电手柄传输的电信号变化速率导致电控主阀阀芯开口和电控主泵流量产生急剧变化，造成不必要的动作冲击、动作转换不平稳等现象，控制器根据预设计的斜坡控制方法对滤波信号进行斜坡控制；具体包括如下步骤，设本次采集到的滤波信号值为Xin，设上次输出的斜坡信号值为Xn-1，则本次采集到的滤波信号值和上次输出的斜坡信号值得差值为ΔX，根据现场测试，获取合适的信号变化步长k，k为正值，将ΔX和设定的信号变化步长k进行比较，则可以分为以下三种情况：若∣ΔX∣小于k，则本次输出的斜坡信号值Xn＝Xin，若ΔX大于k，则本次输出的斜坡信号值Xn＝Xn-1+k，若ΔX小于k，则本次输出的斜坡信号值Xn＝Xn-1-k。
控制器对滤波信号进行斜坡控制得到斜坡信号后，根据斜坡信号值，通过线性插值的方式计算电控主阀电流值和电控主泵电流值；
其中，I电控主阀是计算得出的电控主阀电流值，I电控主泵是计算得出的电控主泵电流值，Imin是电控主阀的最小电流值，Imax是电控主阀的最大电流值，Imin和Imax由电控主阀的自身特性决定，I’min是电控主泵的最小电流值，I’max是电控主泵的最大电流值，I’min和I’max由电控主泵的自身特性决定，X是斜坡信号值，Xmin是电手柄输出信号的最小值，Xmax是电手柄输出信号的最大值，Xmin和Xmax由电手柄的自身特性决定。
控制器计算得出电控主阀电流值后，发出控制信号，对电控主阀通相应的电控主阀电流值，电控主阀上的第一比例电磁阀得电，通过第一比例电磁阀的二次压力来控制电控主阀阀芯的开启，实现对电控主阀阀芯位置的控制，电控主阀用于控制液压油的流量分配，最终实现对液压油的流量分配。
控制器计算得出电控主泵电流值后，发出控制信号，对电控主泵通相应的电控主泵电流值，电控主泵上的第二比例电磁阀得电，通过第二比例电磁阀的二次压力来控制电控主泵的流量输出，电控主泵为整个液压系统提供动作所需要的液压油，最终实现对液压油流量输出的控制。
本发明提供的一种挖掘机电控系统，对电控主阀和电控主泵分别通电控主阀电流值和电控主泵电流值，控制电控主泵的输出流量大小和电控主阀的阀芯位置，从而实现对挖掘机液压系统的电控，减少不必要的液压冲击，避免了电控主阀电流值和电控主泵电流值完全随采集的电信号变化导致的阀芯开口和电控主泵流量产生急剧变化，避免了不必要的动作冲击、动作转换不平稳等现象。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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