专利名称：混凝土泵送设备及其臂架振动半主动控制装置和控制方法
技术领域：
本发明涉及工程机械中的混凝土泵车领域，具体而言，涉及一种混凝土泵送设备及其臂架振动半主动控制装置和控制方法。
背景技术：
混凝土泵车臂架是典型的柔性多体系统，臂架跨度大，刚度低，固有频率较低。在实际泵送过程中，臂架系统特别是其高节臂段易发生剧烈振动，这种剧烈振动不但影响泵车正常的施工，同时会降低泵车的正常使用寿命。臂架产生剧烈振动的主要原因有以下几个方面臂架姿态复杂多变，不同姿态的臂架系统的固有频率相差较大，表现为泵车在某些姿态下工作时振动幅度明显高于稳定工作状态。
目前泵车臂架的振动已成为工程机械难以解决的问题之一，现有的混凝土泵车并没有针对臂架进行有效的振动控制，混凝土泵送过程中，臂架和其输送管经常处于剧烈振动，严重时会造成液压元件、密封装置的损坏以及结构连接位置的断裂。为了对泵车施工过程中的稳定性和安全性进行保障，有必要用专门的方法和装置针对泵车臂架与臂架输送管的振动进行控制。发明内容
本发明旨在提供一种混凝土泵送设备及其臂架振动半主动控制装置和控制方法， 既可以被动地发挥阻尼耗能减振的作用，又可以主动地发挥振动控制的作用，对臂架振动的控制效果更好，且结构简单，使用灵活方便。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种臂架振动半主动控制装置，包括多节臂架和连接在相邻的两节臂架之间的伸缩机构，臂架振动半主动控制装置还包括串联设置在伸缩机构的伸缩端或者固定端的变阻尼器、设置在臂架上的传感器和与传感器连接的控制器，控制器的信号输出端连接至磁流变阻尼器，并控制变阻尼器的阻尼力， 变阻尼器对臂架施加与臂架的振动方向相反的阻尼力。
进一步地，变阻尼器为磁流变阻尼器。
进一步地，控制器和磁流变阻尼器之间依次设置有D/A信号转换器和功率放大ο
进一步地，传感器为加速度传感器，加速度传感器和控制器之间设置有A/D信号转换器。
进一步地，控制器包括输入端与传感器连接的主动控制力计算模块、输入端与主动控制力计算模块连接的半主动控制力计算模块、以及输入端与半主动控制力计算模块连接的驱动电压计算模块，驱动电压计算模块的输出端连接至变阻尼器。
根据本发明的另一方面，提供了一种臂架振动半主动控制方法，包括步骤Si，加速度传感器获取臂架的加速度；步骤S2，控制器接收加速度传感器传递的加速度，根据该加速度得到驱动电压值，并输出相应的驱动电压，该驱动电压控制磁流变阻尼器输出减弱臂架振动的控制阻尼；步骤S3，变阻尼器接收控制器输出的驱动电压，并根据该驱动电压 调整自身阻尼，通过将阻尼力作用于伸縮机构减弱臂架的振动作用。进ー步地，步骤S2包括步骤S21，获取减弱臂架振动的主动控制力；步骤S22，对 减弱臂架振动的主动控制カ进行修正，获取减弱臂架振动的半主动控制力；步骤S23，根据 加速度传感器传递的加速度和减弱臂架振动的半主动控制カ获取驱动电压值。进ー步地，步骤S21包括步骤S211，对臂架进行工作模态试验，得到臂架的阻尼 比、固有频率和模态振型；步骤S212，根据臂架的阻尼比、固有频率和模态振型通过独立模 态空间方法建立状态方程；步骤S213，通过PLQ最优控制方法根据所建立的状态方程得到 増益矩阵G，最后得到减弱臂架振动的主动控制力F = GZ，其中Z为臂架位移和速度的状态 向量。进ー步地，步骤S212中的独立模态空间方法包括步骤S2121，通过模态计算得到固有频率Coi，以及相应的模态矩阵
权利要求
1.一种臂架振动半主动控制装置，包括多节臂架(10)和连接在相邻的两节所述臂架 (10)之间的伸缩机构(20)，其特征在于，所述臂架振动半主动控制装置还包括串联设置在所述伸缩机构00)的伸缩端或者固定端的变阻尼器、设置在所述臂架(10)上的传感器和与所述传感器连接的控制器(40)，所述控制器00)的信号输出端连接至所述变阻尼器，并控制所述变阻尼器的阻尼力，所述变阻尼器对所述臂架(10)施加与所述臂架(10)的振动方向相反的阻尼力。
2.根据权利要求1所述的臂架振动半主动控制装置，其特征在于，所述变阻尼器为磁流变阻尼器(30)。
3.根据权利要求2所述的臂架振动半主动控制装置，其特征在于，所述控制器00)和所述磁流变阻尼器(30)之间依次设置有D/A信号转换器(60)和功率放大器(70)。
4.根据权利要求1所述的臂架振动半主动控制装置，其特征在于，所述传感器为加速度传感器(11)，所述加速度传感器(11)和所述控制器GO)之间设置有A/D信号转换器 (50)。
5.根据权利要求1所述的臂架振动半主动控制装置，其特征在于，所述控制器GO)包括输入端与所述传感器连接的主动控制力计算模块Gl)、输入端与所述主动控制力计算模块Gl)连接的半主动控制力计算模块(42)、以及输入端与所述半主动控制力计算模块 (42)连接的驱动电压计算模块(43)，所述驱动电压计算模块的输出端连接至所述变阻尼器。
6.一种臂架振动半主动控制方法，其特征在于，包括步骤Si，加速度传感器(11)获取臂架(10)的加速度；步骤S2，控制器00)接收加速度传感器(11)传递的加速度，根据该加速度得到驱动电压值，并输出相应的驱动电压，该驱动电压控制变阻尼器输出减弱臂架(10)振动的控制阻尼；步骤S3，变阻尼器接收控制器00)输出的驱动电压，并根据该驱动电压调整自身阻尼，通过将阻尼力作用于伸缩机构O0)减弱臂架(10)的振动作用。
7.根据权利要求6所述的臂架振动半主动控制方法，其特征在于，步骤S2包括步骤S21，获取减弱臂架(10)振动的主动控制力；步骤S22，对减弱臂架(10)振动的主动控制力进行修正，获取减弱臂架(10)振动的半主动控制力；步骤S23，根据加速度传感器(11)传递的加速度和减弱臂架(10)振动的半主动控制力获取驱动电压值。
8.根据权利要求7所述的臂架振动半主动控制方法，其特征在于，步骤S21包括步骤S211，对臂架(10)进行工作模态试验，得到臂架(10)的阻尼比、固有频率和模态振型；步骤S212，根据臂架(10)的阻尼比、固有频率和模态振型通过独立模态空间方法建立状态方程；步骤S213，通过PLQ最优控制方法根据所建立的状态方程得到增益矩阵G，最后得到减弱臂架(10)振动的主动控制力F = GZ，其中Z为臂架位移和速度的状态向量。
9.根据权利要求8所述的臂架振动半主动控制方法，其特征在于，步骤S212中通过独立模态空间方法建立状态方程包括步骤S2121，通过模态计算得到固有频率ω”以及相应的模态矩阵Φ = [Φ” Φ2, · · · Φ J引入模态坐标 η = [ n2,... ηη]获取新坐标与旧坐标之间线性变换关系方程ηW = [Φ] W = Z^i=l步骤S2122，将模态坐标代入运动方程得到引入模态后的运动方程 η+ Ico^i η+ ω^η = et+ Ji i = 1,2.... 其中ω” Ii分别为系统的固有频率和阻尼比；ei为激励载荷向量，&为模态控制力向量，将运动方程转换为状态方程其中= 为状态向量，A, B, D分别为结构的系数矩阵，干扰矩阵，控制矩阵， 使状态方程满足以下关系
10.根据权利要求8所述的臂架振动半主动控制方法，其特征在于，步骤S213中的PLQ最优控制方法包括步骤S2131，通过模态计算得到固有频率ω”以及相应的模态矩阵Φ = [Φ” Φ2, · · · Φ J引入模态坐标 η = [ n2,... ηη]获取新坐标与旧坐标之间线性变换关系方程
11.根据权利要求7所述的臂架振动半主动控制方法，其特征在于，步骤S23包括将加速度信号进行二次积分和滤波，获得速度和位移信号，并将获得的速度和位移信号输入控制器GO)的驱动电压计算模块03)。
12.根据权利要求6所述的臂架振动半主动控制方法，其特征在于，加速度传感器(11) 和控制器GO)之间还包括有A/D信号转换器(50)，步骤Sl和步骤S2之间还包括步骤S021，A/D信号转换器(50)将加速度传感器(11)传递的加速度信号转换为数字信号，并将该数字信号输送至控制器GO)。
13.根据权利要求6所述的臂架振动半主动控制方法，其特征在于，该变阻尼器为磁流变阻尼器(30)，控制器00)和磁流变阻尼器(30)之间还包括有D/A信号转换器(60)，步骤S2和步骤S3之间还包括步骤S201，D/A信号转换器(60)将控制器00)输出的驱动电压转换为模拟信号，并将该模拟信号输送至磁流变阻尼器(30)。
14.根据权利要求13所述的臂架振动半主动控制方法，其特征在于，该D/A信号转换器 (60)和磁流变阻尼器(30)之间还包括功率放大器(70)，步骤S201之后还包括步骤S202，功率放大器(70)对D/A信号转换器(60)输出的模拟信号进行放大，然后将该放大后的模拟信号输送至磁流变阻尼器(30)。
15.一种混凝土泵送设备，包括臂架振动半主动控制装置，其特征在于，所述臂架振动半主动控制装置为权利要求1至5中任一项所述的臂架振动半主动控制装置。
全文摘要
本发明提供了一种混凝土泵送设备及其臂架振动半主动控制装置和控制方法。该臂架振动半主动控制装置包括多节臂架(10)和连接在相邻的两节臂架(10)之间的伸缩机构(20)，还包括串联设置在伸缩机构(20)的伸缩端或者固定端的变阻尼器、设置在臂架(10)上的传感器和与传感器连接的控制器(40)，控制器(40)的信号输出端连接至变阻尼器，并控制变阻尼器的阻尼力，变阻尼器对臂架(10)施加与臂架(10)的振动方向相反的阻尼力。根据本发明的臂架振动半主动控制装置，既可以被动地发挥阻尼耗能减振的作用，又可以主动地发挥振动控制的作用，对臂架振动的控制效果更好，且结构简单，使用灵活方便。
文档编号E04G21/04GK102493652SQ20111040673
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者刘仰清, 吴德志, 曾光, 朱俊辉, 王惠科 申请人:中联重科股份有限公司