[发明专利]一种挖掘机工作循环阶段自动识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种液压挖掘机工作循环的自动识别方法。

背景技术

挖掘机是一种广泛应用于建筑施工的工程机械，具有功率大、施工效率高等优点。

现有挖掘机往往采用分档功率控制，由司机根据不同的工作情况选择重载、经济或轻载工作模式，设定之后一般不再调整。对挖掘机而言，挖掘作业是其主要工作方式，一个完整的挖掘循环包括挖掘、提升回转、卸载、空斗、挖掘准备等5个阶段。每一个阶段的负载都不相同，若使用同一发动机功率，必然会造成能量损失。因此，有必要对不同的阶段采取针对性的控制方式，以提高挖掘机操作性能，减少燃油消耗。

要实现挖掘机的分阶段控制，首先要识别出挖掘机工作循环的各个阶段。目前的识别方法有两种：一是在挖掘机上安装摄像机，拍摄挖掘机工作过程，将照片与数据库中的标准照片进行匹配，得到挖掘机当前工作阶段；二是通过安装在挖掘机执行机构各关节角处的倾角传感器，获得执行机构的位移及速度，再经过推导得出挖掘机所处阶段。这些方法都需要额外安装摄像头或传感器，增加了整机成本，而且无法获得有效的负载信息，不利于后续的分阶段控制。

挖液压掘机采用双泵双回路液压系统：斗杆油缸、回转马达、左行走马达由前泵（靠近发动机的泵）供油，铲斗油缸、动臂油缸、右行走马达由后泵（远离发动机的泵）供油。有些动作前后泵会合流，以提高工作速度，如动臂提升、斗杆伸出收回等。不考虑阀口压力损失及溢流，各油缸（马达）单独动作情况下，主泵压力等于该油缸（马达）进口压力；复合动作情况下，主泵压力由对应回路油缸（马达）中压力较大的那个决定。因此，主泵压力可以在一定程度上反映油缸（马达）的压力，进而反映出执行机构的运动情况。另外，主泵压力信号采集简单，已经被越来越多的控制系统所使用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种挖掘机工作循环阶段自动识别方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种挖掘机工作循环阶段自动识别方法，该方法包括以下步骤：

（1）建立神经网络模型：以作业循环挖掘阶段开始后0.4秒内两个主泵压力波形、作业循环提升回转阶段开始后0.4秒内两个主泵压力波形、作业循环卸载阶段开始后0.4秒内两个主泵压力波形、作业循环空斗返回阶段开始后0.4秒内两个主泵压力波形及作业循环空斗返回结束前0.4秒内两个主泵压力波形作为分段标志，对作业循环进行分段；在PC机上建立一个ＢＰ神经网络模型，实现分段标志与循环阶段之间映射；映射关系为：作业循环挖掘阶段开始后0.4秒内两个主泵压力波形对应挖掘阶段；作业循环提升回转阶段开始后0.4秒内两个主泵压力波形对应提升回转阶段；作业循环卸载阶段开始后0.4秒内两个主泵压力波形对应卸载阶段；作业循环空斗返回阶段开始后0.4秒内两个主泵压力波形对应空斗返回阶段；作业循环空斗返回结束前0.4秒内两个主泵压力波形对应挖掘准备阶段； 

（2）采集主泵压力信号，传输至控制单元中：挖掘机工作过程中，两个压力传感器分别采集挖掘机的两个主泵上的压力信号，并将压力信号传送至控制单元中；

（3）对压力数据进行预处理：控制单元首先对压力信号作预处理，去除压力信号中的噪声干扰；

（4）读取预处理后的压力传感器头0.4秒采集的压力数据；

（5）提取读取的压力数据的特征向量，输入神经网络模型，根据输出结果判断挖掘机对应的工作阶段； 

（6）优化神经网络输出结果，构建产生式系统，对神经网络输出结果进行优化；（7）显示输出结果：两个主泵压力及优化后的输出结果通过CAN总线传输至显示单元，绘成曲线后显示在显示屏上； 

（8）顺序读取数据并在显示屏上实时显示挖掘机的工作循环：从前一次读取结束的位置继续读入预处理后的压力传感器0.02秒采集的压力数据，并将最早读入的预处理后的压力传感器0.02秒采集的压力数据剔除，保持总数据量不变；重复步骤5、6、7，直至没有数据读入，优化后的输出结果顺序输出至显示单元，从而在显示屏上实时显示挖掘机的工作循环。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1、直接利用已有的压力传感器，不需要额外增加成本。

2、实时性高，仅需一小段压力数据即可判断挖掘机工作在循环哪一阶段。

3、使用产生式系统对识别结果进行优化，提高了识别准确率。

附图说明

图1是本发明所述的挖掘机工作循环各阶段自动识别的流程图；

图2是本发明所述的挖掘机一个工作循环的主泵压力波形及其分段；