臂架回转振动抑制设备、系统、方法及工程机械的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种臂架回转振动抑制设备、系统、方法 及工程机械。
【背景技术】
[0002] 混凝±泉车在施工过程中，经常需要对臂架进行回转操作W满足施工定位需要。 由于混凝±泉车臂架为多关节较接的细长柔性悬臂梁结构，在通过遥控器控制臂架停止回 转操作时，臂架由于运动惯性会继续往复摆动，影响臂架精确定位、定位时间的同时，也带 来了安全隐患。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种臂架回转振动抑制设备、系统、方法及工程机械，其可有 效抑制臂架回转振动。
[0004] 为了实现上述目的，本发明提供一种臂架回转振动抑制设备，该设备包括；接收装 置，用于接收停止操作臂架回转时的各节臂架与参考面之间的夹角W及臂架的回转速度； W及控制装置，用于执行W下操作；根据所述夹角及回转速度，预测所述臂架的末端位移； 及根据所预测的臂架末端位移，施加一控制电流给所述臂架的回转执行机构，W抑制所述 臂架回转振动。
[0005] 相应地，本发明还提供一种臂架回转振动抑制系统，该系统包括：角度传感器，用 于检测各节臂架与一参考面之间的夹角；速度传感器，用于检测臂架的回转速度；W及上 述臂架回转振动抑制设备。
[0006] 相应地，本发明还提供一种工程机械，该工程机械包括上述臂架回转振动抑制系 统。
[0007] 相应地，本发明还提供一种臂架回转振动抑制方法，该方法包括：接收停止操作臂 架回转时的各节臂架与参考面之间的夹角W及臂架的回转速度；根据所述夹角及回转速 度，预测所述臂架的末端位移；W及根据所预测的臂架末端位移，施加一控制电流给所述臂 架的回转执行机构，W抑制所述臂架回转振动。
[0008] 通过上述技术方案，可根据臂架振幅、相对阻尼系数及固有圆频率实现臂架末端 位移的准确预测，并可根据该提前预测的臂架末端位移（即，振动）的趋势，并施加一控制 电流，从而增加臂架的相对阻尼系数，W达到抑制振动的目的。送对于提高泉车操纵效率和 安全性有重大的意义。
[0009] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予W详细说明。
【附图说明】
[0010] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0011] 图1为本发明提供的臂架回转振动抑制系统的结构示意图；
[0012] 图2示出了臂架在被施加一回转方向的激励之后的自由振动位移曲线；
[0013] 图3示出了确定控制电流的方法流程图；
[0014] 图4示出了不同大小的控制电流所导致的臂架末端位移及相对阻尼系数；
[0015] 图5示出了本发明提供的臂架回转振动抑制方法的流程图；W及
[0016] 图6示出了未采用本发明的臂架回转振动抑制方法的臂架末端位移曲线与采用 本发明的臂架回转振动抑制方法之后的臂架末端位移曲线。
[0017] 附图标记说明
[0018] 10角度传感器 20速度传感器
[0019] 30控制设备 310接收装置
[0020] 320控制装置
【具体实施方式】
[0021] W下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0022] 图1为本发明提供的臂架回转振动抑制系统的结构示意图。如图1所示，本发明 提供了一种臂架回转振动抑制系统，该系统包括：角度传感器10,用于检测各节臂架与一 参考面（例如，水平面）之间的夹角（例如，倾角）；速度传感器20,用于检测所述臂架的 回转速度（例如，回转角速度）；W及臂架回转振动抑制设备30,该设备30包括；接收装置 310,用于接收停止操作臂架回转时的各节臂架与参考面之间的夹角W及臂架的回转速度； W及控制装置320,用于执行W下操作：根据所述夹角及回转速度，预测所述臂架的末端位 移；及根据所预测的臂架末端位移，施加一控制电流给所述臂架的回转执行机构（包含例 如电磁阀、回转马达等），W抑制所述臂架回转振动。藉此，通过考虑臂架振幅、相对阻尼系 数及固有圆频率，可实现臂架末端位移的准确预测，并可根据该提前预测的臂架末端位移 (即，振动）的趋势，并施加一控制电流，从而增加臂架的相对阻尼系数，W达到抑制振动的 目的。
[0023] 具体而言，可通过W下步骤来预测所述臂架的末端位移；根据所述夹角，确定与所 述臂架的当前姿态相对应的相对阻尼系数ξ及固有圆频率ω。；根据所述回转速度，确定 所述臂架的振幅A;及根据所述相对阻尼系数ξ、固有圆频率ω。^及振幅Α，预测所述臂架 的末端位移。
[0024] 对于泉车而言，其臂架在回转方向（即水平方向）产生振动的原因主要是泉车施 工操作者通过遥控器或泉车电控柜内操控手柄操作回转执行机构使臂架旋转至指定位置 急停后，类似悬臂结构的泉车臂架的巨大惯性会导致臂架末端产生较大幅度摆动，加之臂 架是很长的柔性体，回转支撑与小齿轮之间存在间隙配合，使得自由摆动持续较长时间。臂 架在回转振动过程中受到阻尼作用，其振动形式属于欠阻尼振动（〇<ξ<1，ξ为相对阻尼 系数），其振动幅值逐渐衰减。臂架末端位移可被表示为：
[00巧]
[0026] 其中，t为当前时刻；
[0027] η为衰减系数，其可决定振幅衰减的快慢，减小臂架回转振动即要增大该衰减系数 η,由于η=ξω。且固有圆周率ω。为定值，因此衰减系数η取决于相对阻尼系数S;
[002引Wd为衰减振动的自由振动圆频率，且
另外，固有圆频率ω。与臂 架的固有频率f。满足；
[0029] 辦为停止操作臂架回转时臂架的初始相位角。
[0030] 通过上述（1)式可知，臂架回转振动位移只与振幅A、自由振动圆频率ωd、相对阻 尼系数ξ、初始相位角稱有关，只要送几个参数确定了，臂架末端的位移就可W利用（1)式 来预测。本发明即基于W上思想，根据当前的振幅Α、自由振动圆频率《d、相对阻尼系数S 来预测下一段时间臂架的位移，并根据该位移来施加一控制电流至回转执行机构，W改变 相对阻尼系数ξ，更新当前的当前振动圆频率《d;之后，预测下一段时间的位移，并重复上 述过程，直到预测的位移满足控制要求为止。
[0031]W下对如何确定固有圆频率、相对阻尼系数W及振幅进行详细介绍。
[0032] 1)相对阻尼系数ξ及固有圆频率ω。
[0033] 对于臂架振动而言，臂架在有阻尼时的振动周期为：
[0034]
化）
[003引其中，Τ。为无阻尼时的振动周期。
[0036] 由（2)式可知，有阻尼时的振动周期Td大于无阻尼时的振动周期Τ。，随着相对阻 尼系数ξ增大，有阻尼时的振动周期Td也增大。
[0037] 在进行本发明的控制之前，可给臂架施加一回转方向的激励，采集臂架末端位移， 具体位移曲线如图2所示。之后，对该位移进行分析，得到相邻两个振幅Ai与A2W及振动 周期Td。
[0038] 之后，根据下式计算相邻两个振幅之比：
[0039]
巧）
[0040] 对做式取对数，结合似式及η=ξ ω。，可得到：
[00川
（4)
[0042] 根据（4)式，可计算得到在进行本发明的控制之前臂架的相对阻尼系数ξ;之后 根据该相对阻尼系数ξ及（2)式，可得出固有圆频率ω。。
[0043]由于相对阻尼系数ξ及固有圆频率ω。均与臂架姿态有关，可针对不同的臂架姿 态，计算不同的相对阻尼系数ξ及固有圆频率ω。，并将其预先存储于数据库中。随后，在 采用本发明的控制时，可根据臂架姿态（由各节臂架的倾角决定）来确定当前臂架姿态所 对应的相对阻尼系数ξ及固有圆频率ω。。
[0044]。振幅A
[0045]由于臂架回转摆动幅度大小与停止操作臂架回转时臂架的回转速度u。相关，回 转速度U。越大，振幅A越大。可通过多次试验，测量在不同回转速度下停止臂架操作时臂 架的位移数据，分析数据，得到不同回转速度U1对应的振幅Ai，从而建立回转速度与振幅 关系数据库。在采用本发明的控制时，可根据停止臂架操作时的臂架回转速度来确定对应 于该速度的振幅。
[0046] W下介绍如何确定控制电流的施加时亥!]、持续时间W及大小，具体流程如图3所 /J、-〇
[0047] 1)控制电流的施加时刻
[0048] 所述控制电流的施加时刻通过W下公式来确定：
[0049]
(奇;）
[0050] 其中，巧与f分别表示当前时刻的相位角W及每间隔预定控制间隔时间T之后 施加所述控制电流时刻的相位角；t为当前时刻；c〇d为衰减振动的自由振动圆频率，且
为停止操作臂架回转时臂架的初始相位角，其由停止操作臂架回转时 臂架运动的初始条件决定，本发明取停止操作臂架回转时臂架的位置作为控制的平衡位 置，故可取。ΛTd为臂架的振动周期；表示对^取整。
[0051] 由于控制电流的施加至臂架开始响应之间存在一定的时间滞后，因此，臂架由上 述控制电流而产生响应的初始相位角通过下式计算：
[0052]
(6,)
[005引其中，t。为臂架响应与控制系统之间的滞后时间，为臂架响应的初始相位角。
[0054] 2)控制电流的持续时间
[0055] 所述控制电流的持续时间通过W下公式来确定：
[0056]
(7)
[0057] 其中，終为臂架响应的初始相位角，
t。为施加控制电流至臂架响 应之间的滞后时间，Td为臂架的振动周期。
[005引该控制电流的方向确定如下：弯
，控制电流的方向为顺时针 方向，即该控制电流使臂架产生顺时针方向的回转；当
，控制电流的方向为逆 时针方向，即该控制电流使臂架产生逆时针方向的回转。
[005引如控制电流的大小
[0060]所述控制电流的