本发明涉及液压领域，尤其涉及一种液压系统的载荷均衡控制方法及系统。
背景技术：
大规模液压同步顶升系统通常包含大量的液压支点10，如图1，广泛应用在起重大桥或大型建筑中，在实际应用时，液压支点的初始布置位置是经过受力分析，载荷均衡计算后确定的。但是由于种种原因顶升系统中部分液压支点可能出现故障，此时，相当于大规模液压顶升系统中的液压支点出现了“虚腿”现象，导致部分液压支点所受载荷增大，液压支点的载荷分布不均，会造成所顶升重物的变形或损坏。如何保证出现部分液压支点失效时整体大规模液压顶升系统仍能正常运行，剩余的液压支点自动实现载荷均衡，是一项重要的工程问题。
现有技术中，通常采用报警子程序始终对系统进行不停地检测，如出现故障或遇到紧急情况，则立刻报警，并将系统停止进行原因分析。这种方法由于需要中断顶升系统工作，会影响工作效率及进度。
技术实现要素：
针对部分液压支点失效情况下的“虚腿”现象，提供一种无须中断系统工作，不影响工作效率和进度的液压系统的载荷均衡控制方法及系统。
根据本发明的一个方面，提供一种液压系统的载荷均衡控制方法，所述液压系统包括多个液压支点，所述液压系统的载荷均衡控制方法包括：计算每一个液压支点所受其他每一个液压支点的作用力，
其中，t为时间，k为调节参数，fij(t)表示在t时刻，液压支点i所受液压支点j的作用力，qi(t)为液压支点i在t时刻承受的载荷，qj(t)为液压支点j在t时刻承受的载荷，xi(t)为液压支点i在t时刻的地理位置信息，xj(t)为液压支点j在t时刻的地理位置信息，||·||表示范数；判断每一个液压支点所受其他液压支点的作用力之和是否为0，即判断每一个液压支点所受的虚拟力是否为0，
其中，fi(t)为液压支点i在时刻t所受的虚拟力，n为除去液压支点i的其他液压支点的总数；如果存在虚拟力不为0的液压支点，根据所述液压支点所受的虚拟力的大小和方向，调整所述液压支点的移动距离和移动方向，直至所有液压支点所受的虚拟力为0；如果所有液压支点所受的虚拟力为0，则液压系统的多个液压支点的载荷达到均衡。
根据本发明的另一个方面，提供一种液压系统的载荷均衡控制系统，所述液压系统包括多个液压支点，所述液压系统的载荷均衡控制系统包括：载荷传感器，安装在每一个液压支点上，测量每一个液压支点承受的载荷；控制单元，根据每一个液压支点所承受的载荷和其他液压支点承受的载荷确定所述每一个液压支点所受的虚拟力，筛选出虚拟力不为0的液压支点；移动单元，根据控制单元筛选出的虚拟力不为0的液压支点所受的虚拟力的大小和方向，调整所述液压支点的移动距离和移动方向，在调整过程中实时发送所述液压支点的位置信息给控制单元，直至所有液压支点所受的虚拟力为0；其中，所述控制单元包括：作用力模型构建单元，根据每一个载荷传感器测量的每一个液压支点承受的载荷，计算每一个液压支点所受其他每一个液压支点的作用力，
其中，t为时间，k为调节参数，fij(t)表示在t时刻，液压支点i所受液压支点j的作用力，qi(t)为液压支点i在t时刻承受的载荷，qj(t)为液压支点j在t时刻承受的载荷，xi(t)为液压支点i在t时刻的地理位置信息，xj(t)为液压支点j在t时刻的地理位置信息，||·||表示范数；虚拟力模型构建单元，根据每一个液压支点所受其他液压支点的作用力之和构建所述液压支点所受虚拟力模型，
其中，fi(t)为液压支点i在时刻t所受的虚拟力，n为除去液压支点i的其他液压支点的总数；第二判断单元，判断每一个液压支点所受其他液压支点的作用力之和是否为0，即判断每一个液压支点所受的虚拟力是否为0，筛选出所受虚拟力不为0的液压支点。
本发明上述液压系统的载荷均衡控制系统及方法具有以下益效果：
(1)当大规模液压系统中部分液压支点故障时，通过虚拟力算法控制液压支点移动，再次达到载荷均衡分布，解决了当液压系统中出现“虚腿”现象造成的整体大规模液压系统载荷不均衡的问题。
(2)本发明提出的虚拟力计算模型引入载荷差，地理位置的矢量差转化为虚拟力的方向，控制液压支点地理位置上的移动，所述虚拟力计算模型综合了载荷及地理位置信息，计算量小、易于实现，这些特点使其非常适合应用于大规模液压系统的载荷均衡控制。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是大规模液压系统同步顶升示意图；
图2是本发明所述液压系统的载荷均衡控制系统的构成框图；
图3是本发明虚拟力以及邻居支点的示意图；
图4是本发明所述液压系统的载荷均衡控制方法的流程图；
图5a是具有“虚腿”现象的液压同步顶升系统的示意图；
图5b是图5a所示液压同步顶升系统出现液压支点失效后的载荷分布示意图；
图6a是图5a所示液压顶升系统在本发明所述液压系统的载荷均衡控制方法及系统作用后液压支点的分布示意图；
图6b是图6a所示液压顶升系统达到最佳载荷均衡后的载荷分布示意图。在附图中，相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
图2是本发明所述液压系统的载荷均衡控制系统的构成框图，如图2所示，液压系统包括多个液压支点10，所述载荷均衡控制系统100包括：
载荷传感器110，安装在每一个液压支点10上，测量每一个液压支点10承受的载荷。
控制单元120，根据每一个液压支点所承受的载荷和其他液压支点承受的载荷确定所述每一个液压支点所受的虚拟力，筛选出虚拟力不为0的液压支点，控制单元120可以是工控机、plc控制器、计算机、单片机等硬件，也可以是由硬件和软件结合实现，包括：
作用力模型构建单元121，根据每一个载荷传感器110测量的每一个液压支点10承受的载荷，计算每一个液压支点所受其他每一个液压支点的作用力，
其中，t为时间，fij(t)表示在t时刻，液压支点i所受液压支点j的作用力，qi(t)为液压支点i在t时刻承受的载荷，qj(t)为液压支点j在t时刻承受的载荷，xi(t)为液压支点i在t时刻的地理位置信息，xj(t)为液压支点j在t时刻的地理位置信息，所述地理位置信息可以为液压支点的坐标，也可以是液压支点与原点的距离矢量，当多个液压支点组成的是液压同步顶升系统，液压支点只需要横向移动时，还可以为横向坐标，||·||表示范数，k为调节参数，影响液压支点所受虚拟力值的大小，根据液压系统的质量，所受摩擦力等因素设定；
虚拟力模型构建单元122，根据每一个液压支点所受其他液压支点的作用力之和构建所述液压支点所受虚拟力模型，
其中，fi(t)为液压支点i在时刻t所受的虚拟力，n为除去液压支点i的其他液压支点的总数，如图3所示，在某一时刻，液压支点i受液压支点j的作用力为fij，受液压支点k的作用力为fik，液压支点i所受虚拟力为fi；
第二判断单元123，判断每一个液压支点所受其他液压支点的作用力之和是否为0，即判断每一个液压支点所受的虚拟力是否为0，筛选出所受虚拟力不为0的液压支点。
移动单元130，根据控制单元120筛选出的所述虚拟力不为0的液压支点所受的虚拟力的大小和方向，调整所述液压支点的移动距离和移动方向，在调整过程中实时发送所述液压支点的位置信息给控制单元120，直至所有液压支点所受的虚拟力为0。移动单元130可以通过各种平移台实现。
上述液压系统的载荷均衡控制系统根据多个液压支点之间位置信息、载荷信息的分实现液压支点载荷均衡，无需中断液压系统的工作，解决了液压系统中的“虚腿”现象，结构简单，操作方便，调整效率高，在大规模液压系统中上述优点尤为明显。
优选地，上述控制单元120还包括：第一判断单元124，判断每一个液压支点通讯范围内的邻居支点，将所述邻居支点的位置信息和承受的载荷发送给作用力模型构建单元121，只计算所述液压支点所受所述邻居支点的作用力，如图3所示，液压支点i的通讯范围为dth，液压支点j和液压支点i之间的距离为dij，dij＜dth，液压支点j在通讯范围内，液压支点j为液压支点i的邻居支点，液压支点k和液压支点i之间的距离为dik，dik＞dth，液压支点k不在通讯范围内，液压支点k不是液压支点i的邻居支点，所述通讯范围可以为设定值，也可以通过信号的收发确定，例如，所述载荷均衡控制系统100还包括：信号收发单元140，安装在每一个液压支点10上，发送无线通讯信号给其他液压支点，将接收到的反馈信号发送给第一判断单元124，反馈信号对应的其他液压支点为所述邻居支点。
上述多个液压支点的载荷均衡控制系统100可以通过有线方式传输信号也可以通过无线方式传输信息，可以是采用一个或多个控制单元的集中式的控制方式也可以是每一个液压系统采用一个控制单元的分布式控制方式，但是，由于通过有线传输信息的方法在距离远、分布广的情况下存在接线复杂的问题，缺乏安全性和美观性，这种情况下，集中式的控制方式不再适用，无线通信设备比长距离线更适用，优选地，载荷均衡控制系统100采用分布式控制方式，通过无线通信技术传输信息，也就是说，每一个液压支点10配置一个所述控制单元120，每一个液压支点10还安装有载荷传感器110和信号收发单元140，通过信号收发单元140确定每一个液压支点10的邻居支点，通过载荷传感器110感测每一个液压支点及其邻居支点的承受的载荷并通过信号收发单元140传输到每一个液压支点10的控制单元120，通过控制单元120确定每一个液压支点10所受的虚拟力，移动单元130根据不为0的虚拟力的大小和方向移动虚拟力对应的液压支点，各个单元之间实时通信，不断循环，直到所有液压支点所受的虚拟力为0。
上述载荷均衡控制系统提出的虚拟力计算模型引入载荷差，将邻居支点间的载荷差值转化为虚拟力值的大小，地理位置的矢量差转化为虚拟力的方向，控制液压支点地理位置上的移动，该计算模型综合了载荷及地理位置信息，同时为分布式控制、计算量小、易于实现，这些特点使其非常适合应用于大规模液压顶升系统的载荷均衡控制。
图4是本发明所述液压系统的载荷均衡控制方法的流程图，如图4所示，所述载荷均衡控制方法包括：
在步骤s410中，计算每一个液压支点所受其他每一个液压支点的作用力，
其中，t为时间，k为调节参数，fij(t)表示在t时刻，液压支点i所受液压支点j的作用力，qi(t)为液压支点i在t时刻承受的载荷，qj(t)为液压支点j在t时刻承受的载荷，xi(t)为液压支点i在t时刻的地理位置信息，xj(t)为液压支点j在t时刻的地理位置信息，||·||表示范数；
在步骤s420中，判断每一个液压支点所受其他液压支点的作用力之和是否为0，即判断每一个液压支点所受的虚拟力是否为0，
其中，fi(t)为液压支点i在时刻t所受的虚拟力，n为除去液压支点i的其他液压支点的总数；
在步骤s430中，如果存在虚拟力不为0的液压支点，根据所述液压支点所受的虚拟力的大小和方向，调整所述液压支点的移动距离和移动方向，直至所有液压支点所受的虚拟力为0；
如果所有液压支点所受的虚拟力为0，则多个液压系统的虚拟力载荷达到均衡。
在步骤s410中，优选地，判断每一个液压支点通讯范围内的邻居支点，只计算所述液压支点所受所述邻居支点的作用力，进一步优选地，所述判断每一个液压支点通讯范围内的邻居支点的方法包括：所述每一个液压支点发送无线通讯信号给其他液压支点，所述液压支点接收到反馈信号对应的其他液压支点为所述邻居支点。
在本发明的一个优选实施例中，多个所述液压支点单独控制，也就是说每一个液压支点均可以执行上述步骤，每一个所述液压支点根据自身承受的载荷和邻居支点承受的载荷确定所述每一个所述液压支点所受邻居支点的作用力，根据自身所受的作用力之和的大小和方向控制液压支点的位置。
在本发明的一个具体实施例中，采用上述载荷均衡控制系统，利用上述载荷均衡控制方法对具有12个阵列排布的液压支点的液压同步顶升系统的载荷进行控制，在液压同步顶升系统中，每个液压支点具备移动能力，为一套独立顶升系统，即每个液压支点有独立的能源系统、控制器(载荷(力)传感器，分布式控制单元、信号收发单元)等，而不是多个液压顶升液压支点共用一个液压能源，每个液压支点的控制单元与其邻居支点的控制单元发生作用。液压同步顶升系统中的所有液压支点都受到其邻居支点的虚拟力作用，这种虚拟力作用可以是引力也可以是斥力，在引力的作用下液压支点之间的距离收缩，在斥力的作用下系统中的液压支点距离增大，根据虚拟力，通过移动单元驱动液压支点使其运动到最优位置，通过地理位置的移动实现液压系统的载荷均衡。液压顶升系统中的液压支点在其所有的邻居支点合力作用下不断移动，直至所受的合虚拟力为零，克服了部分液压支点失效带来的整体液压系统载荷分布不均匀的问题，也就是说，当载荷不均衡时，虚拟力fi≠0，载荷差越大，虚拟力值越大，液压支点i与邻居支点的地理位置差决定了虚拟力的方向，从而决定了液压支点的运动方向。在移动单元140作用下，液压支点i开始移动，直至载荷差为0，即
图5a是具有“虚腿”现象的液压同步顶升系统的示意图，图5b是图5a所示液压同步顶升系统出现液压支点失效后的载荷分布示意图，如图5a所示，第二行第二列的液压支点失效，如图5b所示，可以采用不同颜色代表载荷的大小，也可以采用颜色的深浅代表载荷的大小，也可以采用两者结合的方式代表载荷的大小，在图5b中，采用从蓝到绿到黄到红的不同颜色以及颜色的深浅结合代表载荷的大小，例如，颜色1-3偏蓝色，颜色4和5偏绿色，颜色6-8偏黄色，颜色9偏红色，从颜色1到颜色9载荷的值逐渐变大，颜色1-3颜色由深变浅，颜色4和5以及颜色6-8由浅变深，每一个液压支点上采用上述多种颜色显示了每一个液压支点不同地方所承受的载荷，当第二行第二列的液压支点失效时，可以看出最大的载荷值为13186，载荷分布不均，最大载荷出现在失效液压支点周边液压支点上，也就是说，在第二行第一列的液压支点和第二行第三列的液压支点在靠近失效的第二行第二列的液压支点的地方均具有颜色9所示的最大载荷。
第二行第一列的液压支点所受的虚拟力为正值,所述第二行第三列的液压支点所受的虚拟力为负值,因此第二行第一列的液压支点向右移动，第二行第三列的液压支点向左移动。
图6a是图5a所示液压顶升系统在本发明所述液压系统的载荷均衡控制方法及系统作用后液压支点分布示意图，图6b是达到最佳载荷均衡系统的液压顶升系统的载荷分布示意图，如图6a和6b所示，此时最大的载荷值为12008，较图5b中的最大值明显降低，每个液压支点的载荷分布较均匀。
针对桥梁同步顶升系统等大型复杂的任务中由于种种原因导致部分液压系统失效的问题，上述载荷均衡控制系统及方法基于液压支点之间位置信息、载荷信息实现了载荷均衡控制，保证了部分液压支点失效时，整体大规模液压同步顶升系统中剩余液压支点的自动实现载荷均衡。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。