一种滑移装载机辅具阀岛协同控制方法及系统与流程

本发明涉及工程机械液压控制领域，尤其涉及一种滑移装载机辅具阀岛协同控制方法及系统。

背景技术：

1、滑移装载机通常通过液压快换接口挂接铲斗、扫雪机、破碎锤、清扫器等不同辅具。不同辅具的执行支路数量、动作方向、工作压力、所需流量以及与举升、倾翻和行走动作之间的配合关系存在差异，智能化阀岛需要根据实际挂接状态对共享泵和多个阀联进行统一控制。

2、现有控制方式多依据操纵请求直接给定各阀联开度，或者以固定优先级分配共享泵流量。由于各支路从阀命令到阀芯、液压及机构运动响应的延迟不同，且延迟随油液压缩性、负载和泄漏状态变化，容易出现阀口开度耦合、动作先后顺序波动及负载反馈滞后；当响应缺失、超时或反向时，若仍按原动作序列继续分配液压资源，还可能引发辅具误动作、载荷失稳或制动能力降低。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的滑移装载机辅具阀岛协同控制方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种滑移装载机辅具阀岛协同控制方法及系统。控制器依据辅具标识和液压接口状态加载辅具配置，构建包含举升、倾翻、左右行走和辅具动作节点的辅具约束动作图；对操纵指令以及各执行支路的阀芯、液压和机构运动状态进行时间戳对齐，利用电控-机械、机械-液压和液压-运动三段响应延迟区间预测共同阀口执行时刻的有效负载；在动作图、共享泵供能、支路压力、阀口控制和整机稳定性约束下分配目标流量、压力裕量和优先权重并生成泵阀控制量；根据分段证据窗内依次出现且方向一致的响应证据放行后续节点，并在证据异常时生成阶段故障标签、禁止故障节点及其依赖节点，保留安全优先节点后重新分配液压资源。

2、本发明提供了一种滑移装载机辅具阀岛协同控制方法，包括：

3、s1、根据辅具标识和液压接口状态加载匹配的辅具配置，生成整机与辅具动作的辅具约束动作图，确定已放行节点；

4、s2、对操纵指令及各执行支路的阀命令、阀芯、液压和机构运动状态进行时间戳对齐，依据对齐数据确定分段响应延迟区间及分段证据窗，根据分段响应延迟区间确定共同阀口执行时刻，预测该时刻各支路有效负载并形成有效负载向量；

5、s3、根据操纵指令确定已放行节点的需求流量，在辅具约束动作图、泵阀资源和整机稳定性约束下，依据有效负载向量分配目标流量并生成泵控制量和阀联控制量；

6、s4、根据泵控制量和阀联控制量驱动泵阀，在分段证据窗内依次获取阀芯、液压和机构运动响应；三类响应依次出现且均与操纵指令方向一致时生成节点完成证据，据此更新辅具约束动作图以放行后续节点，否则形成分段响应证据异常；

7、s5、发生分段响应证据异常时，按响应阶段生成支路故障标签，据此禁止辅具约束动作图中的故障节点及其依赖节点，并在辅具配置的安全优先约束下，依据有效负载向量重分配其余节点液压资源，输出降级指令。

8、可选的，s1包括：所述辅具配置包含执行支路标识、动作方向、压力边界、流量边界、稳定性边界、前置动作、互斥动作、安全优先节点和完成确认量，其中，执行支路标识和动作方向的数据来源为辅具电子标识，压力边界、流量边界、稳定性边界、前置动作、互斥动作、安全优先节点和完成确认量的数据来源为控制器中与所述辅具电子标识关联的辅具参数表；

9、所述完成确认量包括阀芯确认量、液压确认量和机构运动确认量；

10、将每一动作及其对应执行支路映射为节点，将前置动作关系映射为有向边，将互斥动作关系映射为互斥边，将所述阀芯确认量、液压确认量和机构运动确认量均满足对应确认条件的节点完成证据作为有向边的通行条件；

11、当辅具标识、液压接口状态和辅具配置中的接口定义一致时使能对应辅具动作节点，否则禁止所述辅具动作节点。

12、可选的，s2包括：针对每一执行支路记录阀命令发生跃迁的第一时刻、阀芯位置越过由该执行支路阀芯标定数据确定的死区边界的第二时刻、压力变化率或者估算流量越过由所述辅具配置确定的液压响应阈值的第三时刻以及机构运动量越过由所述辅具配置确定的运动响应阈值的第四时刻；

13、由第一时刻与第二时刻的差值形成电控-机械响应延迟样本，由第二时刻与第三时刻的差值形成机械-液压响应延迟样本，由第三时刻与第四时刻的差值形成液压-运动响应延迟样本；

14、根据各类延迟样本的统计边界确定电控-机械响应延迟区间、机械-液压响应延迟区间和液压-运动响应延迟区间，并分别形成阀芯证据窗、液压证据窗和运动证据窗；

15、进一步的，所述有效负载的预测包括：根据执行支路的油液有效体积和等效体积弹性模量确定压力变化与净流入流量之间的压缩性关系；

16、根据阀芯位置、阀口面积标定数据和阀口两端压差确定阀口估算流量，并以所述执行支路对应的执行器有效面积或者液压马达排量以及泄漏量对所述阀口估算流量进行修正，得到机构运动状态和支路压力的预测值；

17、按照所述电控-机械响应延迟区间、机械-液压响应延迟区间和液压-运动响应延迟区间将预测值外推至所述共同阀口执行时刻，并由该时刻的支路压力和机构受力关系确定所述有效负载；

18、根据该时刻的实测响应与预测值之差生成所述有效负载预测残差，根据当前控制周期的有效负载预测残差修正对应延迟样本的统计边界，并根据修正后的统计边界更新下一控制周期的电控-机械响应延迟区间、机械-液压响应延迟区间和液压-运动响应延迟区间。

19、可选的，s3包括：根据操纵指令幅值、执行器有效面积或者液压马达排量以及由所述辅具配置确定的动作速度边界生成各已放行节点的需求流量；

20、将共享泵可用流量、共享泵可用功率、各执行支路压力边界、阀口开度边界、阀口开度变化率边界以及由工作装置姿态、整机质心约束和行走速度确定的整机稳定性包络作为资源分配约束；

21、以各执行支路的分配流量与需求流量的偏差以及所述辅具配置给出的节点优先级为分配依据，求得目标流量和优先权重；

22、根据对应有效负载与压力边界之间的差值确定压力裕量，并在资源分配约束不能同时满足时，按照节点优先级依次保留负载保持节点、制动节点、受限撤离节点和其余已放行节点的液压资源；

23、进一步的，根据所述目标流量、压力裕量和优先权重生成泵控制量以及各阀联的目标阀口开度和开度斜坡包括：根据阀芯位移与阀口面积的标定关系、阀口两端压差和目标流量反算目标阀芯位移，将所述目标阀芯位移映射为目标阀口开度；

24、根据阀口开度变化率边界和优先权重确定开度斜坡；

25、根据所述压力裕量和优先权重，从有效负载向量中选择已分配执行支路对应的负载值并确定共享泵目标压力，根据各执行支路目标流量之和确定共享泵目标流量，并由所述共享泵目标压力和共享泵目标流量生成所述泵控制量。

26、可选的，s4包括：在阀芯证据窗内检测阀芯位置变化方向与对应阀命令方向一致且阀芯位置越过所述死区边界时，生成表征所述阀芯确认量满足对应确认条件的阀芯证据；

27、在所述阀芯证据之后的液压证据窗内检测压力变化率方向或者估算流量方向与对应操纵指令方向一致且越过所述液压响应阈值时，生成表征所述液压确认量满足对应确认条件的液压证据；

28、在所述液压证据之后的运动证据窗内检测机构运动方向与对应操纵指令方向一致且机构运动量越过所述运动响应阈值时，生成表征所述机构运动确认量满足对应确认条件的运动证据；

29、仅在阀芯证据、液压证据和运动证据依次生成时形成所述节点完成证据，并使所述辅具约束动作图中以该节点为前置节点的有向边满足通行条件。

30、可选的，s5包括：在阀芯证据缺失或者超时时生成电控-机械阶段故障标签，在液压证据缺失、超时或者方向不一致时生成机械-液压阶段故障标签，在运动证据缺失、超时或者方向不一致时生成液压-运动阶段故障标签；

31、根据支路故障标签携带的执行支路标识和响应阶段，禁止对应故障节点以及经由前置动作关系依赖所述故障节点的节点；

32、将与所述故障节点无依赖关系的负载保持节点、制动节点和受限撤离节点保持为可分配状态，并将禁止故障节点后释放的共享泵可用流量和共享泵可用功率纳入剩余节点的资源分配约束，根据所述辅具配置给出的节点优先级和所述有效负载向量，在所述资源分配约束下求解得到剩余节点的液压资源分配结果；

33、进一步的，在安全降级状态下，对被禁止执行支路保持阀口关闭或者将其阀口开度限制在由所述辅具配置确定的降级开度边界内；

34、将根据所述辅具配置中的支路属性和有效负载状态判定为承担保持载荷并与负载保持节点对应的执行支路确定为承载执行支路，对所述承载执行支路维持负载保持压力，对行走执行支路维持制动状态或者按受限撤离节点对应的速度边界生成撤离控制量；

35、对于保持阀口关闭的执行支路，仅在所述辅具配置给出的安全核验条件满足时，按照限制在所述降级开度边界内的诊断阀命令进入恢复核验，并在恢复核验期间采集阀芯证据、液压证据和运动证据；

36、当连续获得的合格响应证据组的数量达到所述辅具配置给出的恢复确认次数时，解除相应支路故障标签，将对应节点重新加入所述辅具约束动作图，记录恢复核验期间的阀命令跃迁时刻、阀芯响应时刻、液压响应时刻和机构运动响应时刻，按照相邻时刻的差值分别形成新增电控-机械响应延迟样本、机械-液压响应延迟样本和液压-运动响应延迟样本，并根据所述统计边界更新对应的分段响应延迟区间，其中，每一合格响应证据组包含方向一致且顺序符合阀芯证据窗、液压证据窗和运动证据窗的阀芯证据、液压证据和运动证据；

37、在合格响应证据组的数量未达到所述恢复确认次数时，使对应执行支路返回阀口关闭状态。

38、另一方面，本发明还提供一种滑移装载机辅具阀岛协同控制系统，包括：

39、配置构图模块，用于获取辅具标识和液压接口状态，加载辅具配置，生成辅具约束动作图并输出各节点的使能状态和放行状态；

40、时延负载预测模块，用于对操纵指令以及各执行支路的阀芯状态、液压状态和机构运动状态进行时间戳对齐，确定分段响应延迟区间和分段证据窗，并形成共同阀口执行时刻的有效负载向量；

41、泵阀资源分配模块，用于根据各节点的使能状态、有效负载向量和资源分配约束确定目标流量、压力裕量和优先权重，并生成泵控制量、目标阀口开度和开度斜坡；

42、证据放行模块，用于在分段证据窗内依次判定阀芯响应、液压响应和机构运动响应，生成节点完成证据，并更新辅具约束动作图以放行后续节点；

43、故障降级模块，用于根据异常响应阶段生成支路故障标签，禁止故障节点及其依赖节点，保留辅具配置指定的安全优先节点，对未被禁止的节点重新分配液压资源并输出安全降级状态下的控制指令。

44、本发明的有益效果是：

45、1、通过将辅具配置、动作依赖关系和互斥关系统一表示为辅具约束动作图，使不同辅具挂接后的动作使能、前置确认和协同放行具有明确依据，减少不符合配置的辅具动作被误触发的风险。

46、2、通过分段响应延迟和共同阀口执行时刻的有效负载预测，使多支路资源分配能够兼顾动态负载、共享泵供能能力、阀口变化率和整机稳定性，提高举升、倾翻、行走及辅具动作的协同精度。

47、3、通过阀芯、液压和机构运动三类证据的按序确认以及阶段化故障降级，在异常支路被禁止或限幅的同时保留负载保持、制动和受限撤离能力，并对剩余节点重新分配资源，提高故障状态下的作业安全性和可控性。