哈尔滨工业大学包慧铭获国家专利权
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龙图腾网获悉哈尔滨工业大学申请的专利一种基于负载口独立控制阀组的混凝土泵车泵送作业过程中臂架末端振动的抑制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118881688B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-10发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411005549.X,技术领域涉及:F16F15/027;该发明授权一种基于负载口独立控制阀组的混凝土泵车泵送作业过程中臂架末端振动的抑制方法是由包慧铭;李松晶设计研发完成,并于2024-07-25向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于负载口独立控制阀组的混凝土泵车泵送作业过程中臂架末端振动的抑制方法在说明书摘要公布了:一种基于负载口独立控制阀组的混凝土泵车泵送作业过程中臂架末端振动的抑制方法,涉及一种混凝土泵车泵送作业过程中臂架末端振动的抑制方法。本发明是要解决目前混凝土泵车泵送作业过程中臂架末端振动的抑制方法难以奏效,并且容易导致人员受伤的技术问题。本发明基于臂架控制液压缸产生作用力,对臂架末端的振动进行抑制;本发明设置负载口独立控制阀组,采用新颖的前馈‑反馈复合控制算法实现对泵车臂架末端在泵送作业过程中振动的抑制,提高作业效率和精度,保护作业安全。本发明采用主动振动抑制方法,基于混凝土泵车臂架原有的液压系统,无需额外添加硬件,因此可以很容易地在现有泵车上实现。
本发明授权一种基于负载口独立控制阀组的混凝土泵车泵送作业过程中臂架末端振动的抑制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于负载口独立控制阀组的混凝土泵车泵送作业过程中臂架末端振动的抑制方法,其特征在于基于负载口独立控制阀组的混凝土泵车泵送作业过程中臂架末端振动的抑制方法是按以下步骤进行的: 步骤1、搭建基于混凝土泵车臂架负载口独立控制液压系统,该系统包括液压模块、控制模块和传感模块; 所述的液压模块包括用于控制液压缸无杆腔的无杆腔控制阀组和用于控制液压缸有杆腔的有杆腔控制阀组,所述的液压缸为安装在混凝土泵车每一个臂架之间的液压缸;无杆腔控制阀组和有杆腔控制阀组均包含两个插装式比例流量阀,分别为控制进油的进油比例流量阀和控制回油的回油比例流量阀; 所述的控制模块包括核心控制器和双输出通道的比例阀线圈放大器;所述的核心控制器负责传感器信号的采集、比例流量阀控制量的解算和CAN总线信号的收发;无杆腔控制阀组和有杆腔控制阀组各配置一个双输出通道的比例阀线圈放大器,双输出通道的比例阀线圈放大器接收由核心控制器发送的CAN总线指令,产生用以控制阀组中进油比例流量阀和回油比例流量阀的阀芯行程的激励电流; 所述的传感模块包括多个压力传感器和两个加速度传感器;压力传感器安装于各个液压阀块与液压缸相连的工作口,两个加速度传感器分别安装于泵车臂架的底部和末节臂架的末端; 步骤2:基于前馈控制输入引起的臂架系统的振动加速度确定臂架系统末端振动加速度ask,进而得到hik并用于计算前馈补偿控制量,该控制量为比例流量阀的激励电流值,具体如下: 采用安装于泵车臂架底部的加速度传感器的输出加速度数值rk作为臂架系统的激励相关的参数,基于rk确定臂架系统末端振动加速度ask,进而得到hik,利用前馈补偿控制滤波器产生前馈补偿控制量uFk以抑制臂架末端的振动,uFk为电流,前馈补偿控制滤波过程采用自适应FIR滤波器,定义其第k个采样时间下的第i阶系数为hik,则滤波器输出的前馈补偿控制量uFk的计算公式为: 其中,N是滤波器的阶数,也就是其系数的数量;rk是测量得到的加速度; 步骤3:进行泵车臂架系统结构刚柔耦合建模: 定义多节混凝土泵车臂架的六个单自由度的铰接旋转关节角度为θi,i=1...n,n为臂节的数量;将所有的关节角度合并为一个向量,定义为驱动变量θ∈R6;在每个臂节上添加一个定义为围绕各个局部坐标系Z轴的扭曲虚拟关节,用来模拟各个臂节在垂直面上的弹性自由度,定义虚拟关节在其所在的i号臂节正交坐标系统的角度为γi,将所有的虚拟关节角度合并为一个向量,定义为弹性变量γ∈R6;由此产生的集中参数模型用于臂节垂直平面内的臂节形变,将驱动变量和弹性变量合并成广义变量q=[θTγT]T∈R12; 构建混凝土泵车臂架系统的平面机械结构模型,由以下公式给出: 其中M∈R12×12是质量矩阵,c∈R12是科里奥利力和离心力向量,g∈R12是重力向量,重力向量被划分为驱动变量块gθθ,γ∈R6和弹性变量块gγθ,γ∈R6,K∈R6×6和D∈R6×6分别是系统刚度和阻尼矩阵,Tu代表各个液压缸长度矢量与驱动坐标矢量θ之间的运动学转换关系;u∈R6是臂架系统的输入矢量,由液压缸的输出力组成; 步骤4:基于混凝土泵车臂架末端加速度信号计算反馈补偿控制量u,过程包括以下步骤: 4.1:定义状态空间向量z: 以z为状态变量,将步骤3得到的模型在工作点q=qi附近进行线性化,得到臂架系统的线性化方程: 其中,Mi、Di和Ki分别代表惯性矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵; 4.2:将βq,i定义为臂架系统前2阶模态坐标的矢量,并进行坐标转换: δq=φiβq,i 其中φi代表由臂架系统特征向量矩阵提取的与被控制模态相关的特征向量;将上式代入4.1中臂架系统的线性化方程中,得到模态状态空间方程: 其中: 其中mi、di和ki均是2×2的对角矩阵; 4.3:将反馈控制量 将上式带入模态状态空间方程,有: 其中矩阵Ac的特征值λc代表受控臂架系统的极点; 4.4:定义Uβ,i为臂架系统的右侧特征向量矩阵,得到反馈控制的增益矩阵: 其中,代表Bβ,i的上半部分; 4.5:反馈控制量的计算公式需要系统模态坐标βi,构建模态观测器来对相关的模态进行估计,模态观测器的状态空间方程写为: 其中,Go是模态观测器增益矩阵,代表估计模态坐标即为βi,a和分别代表加速度传感器测量值向量和加速度估计值向量,a是模态观测器的输入,是由加速度观测器决定,其计算公式为: 其中矩阵Co和矩阵Do分别表示对估计模态坐标和控制力的依赖关系; 4.6:通过使用极点配置法来计算模态观测器增益矩阵Go,增益矩阵Go的计算方法为: Gο=GTco-c 其中,GT为托普利兹矩阵,矩阵列向量c和co分别包含降阶的模态空间矩阵Aβ和模态观测器状态空间矩阵Aβ-GοCο的特征多项式系数;通过Go、4.3和4.5即可求得u1和u2,u1和u2均为电流; 步骤5:将步骤2中所得到的前馈补偿控制量uFk和步骤4中所得到的反馈补偿控制量的u2相加,得到臂架第一臂节液压缸无杆腔的进油比例流量阀的输出控制量,步骤4中所得到的反馈补偿控制量u1为臂架第二臂节液压缸的无杆腔的进油比例流量阀的输出控制量。
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