臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械

《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》涉及工程機械領(lǐng)域，具體而言，涉及一種臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械。

受周期性沖擊載荷的長柔性臂架，引起其劇烈振動的原因往往是由于激勵頻率與臂架結(jié)構(gòu)的固有頻率接近或者一致。比如說混凝土泵車臂架，隨著姿態(tài)的變化其豎直方向的固有頻率一直在變化，然而臂架的激勵頻率，即混凝土泵送頻率，也隨檔位的變化而變化，而且，激勵頻率與臂架的固定頻率相近，這樣，在泵送過程中，有可能出現(xiàn)臂架在特定姿態(tài)、泵送系統(tǒng)在特定檔位時，臂架的豎直方向一階固有頻率與混凝土泵送頻率恰好一樣或者接近，發(fā)生共振，導致臂架劇烈振動，不但影響臂架末端的就位精度，更會導致臂架的使用壽命大幅降低。

相關(guān)專利中也公開了一些提高工程機械穩(wěn)定性的控制方法，例如通過獲取臂架的固有頻率、控制激勵頻率和臂架頻率的差值，來避免共振，以提高工程機械的穩(wěn)定性。雖然上述方法從理論上能夠有效地避免共振，但是由于臂架隨著姿態(tài)的變化其豎直方向的固有頻率一直在變化，臂架的固有頻率難以實時準確獲取，固有頻率檢測不夠準確導致減振效果也相對較差，難以達到其預期的效果。

構(gòu)成該專利的一部分的附圖用來提供對《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》的進一步理解，該發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋該發(fā)明，并不構(gòu)成對該發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》的臂架振動控制方法的示意圖；

圖2是根據(jù)《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》的臂架振動控制裝置的示意圖。

2021年6月24日，《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》獲得第二十二屆中國專利金獎。 2100433B

• 第一實施例

如圖1所示，根據(jù)《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》的臂架振動控制方法的第一實施例，在該實施例中，控制方法包括：步驟S10：獲取臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；步驟S20：將動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；步驟S30：根據(jù)比較結(jié)果，控制激勵載荷。該發(fā)明通過動應力特征，并根據(jù)動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比結(jié)果，控制激勵載荷，從而控制臂架振動。相比現(xiàn)有技術(shù)（截至2013年12月3日）中通過測量臂架固有頻率來控制振動的方法，動應力特征相比獲取臂架固有頻率可行性高，測量結(jié)果更準確，而且相對性價比更高，從而有效地提高控制效果。

優(yōu)選地，在該發(fā)明的第一實施例中，動應力特征包括平均應力和應力幅，為了獲得平均應力和應力幅，在步驟S10中，首先獲取臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力在時域上的動應力曲線，再根據(jù)動應力曲線計算平均應力和應力幅。即平均應力為動應力曲線在第一時間段內(nèi)的平均值，應力幅為動應力曲線在第一時間段內(nèi)的最大值與最小值的差值，采用上述方法，能夠準確實時地計算臂架在預設(shè)區(qū)域內(nèi)的平均應力和應力幅，具有較高的可靠性和準確度。

優(yōu)選地，測量動應力采用動應力傳感器，即在臂架的預設(shè)區(qū)域設(shè)置動應力傳感器，能夠?qū)崟r地測量的臂架在該預設(shè)區(qū)域中的動應力的時域上的信號，從而繪制動應力在時域上的動應力曲線，進而計算平均應力和應力幅。動應力傳感器一般采用應變片或者應變花，并且配合設(shè)置相應的測量橋路，具有較高的測量精度。

優(yōu)選地，臂架的預設(shè)區(qū)域為臂架的危險區(qū)域，即臂架容易產(chǎn)生應力集中區(qū)域，或者結(jié)構(gòu)強度相對比較薄弱的區(qū)域。根據(jù)實踐經(jīng)驗，一般選擇為靠近端部的幾節(jié)臂架的焊縫附近位置。也可以根據(jù)具體的不同臂架選擇不同危險區(qū)域。

優(yōu)選地，在該發(fā)明的另一實施例中，動應力特征也可以只包括應力幅，為了獲取應力幅，在步驟S10中，也可以用其他傳感器如油缸壓力、力傳感器等得到臂架的預設(shè)油缸的油缸壓力幅（油缸壓力的波動幅值），換算成應力幅。例如，采用油缸壓力傳感器，將油缸壓力傳感器設(shè)置在臂架的預設(shè)油缸內(nèi)，用于檢測預設(shè)油缸的油缸壓力波動情況，并根據(jù)油缸壓力傳感器的獲取的油缸壓力波動情況，計算臂架載荷波動情況，再進一步計算臂架預設(shè)區(qū)域內(nèi)的動應力特征。

優(yōu)選地，在該發(fā)明的第一實施例中，步驟S20中的預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅。第一許可應力和第一許可應力幅經(jīng)驗確定或者試驗得到的數(shù)表指定。即步驟S20為平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果。也即將步驟S10中獲取的平均應力和應力幅直接與預設(shè)的第一許可應力和第一許可應力幅比較，在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，開始對激勵載荷控制。

優(yōu)選地，在步驟S30包括：根據(jù)第一比較結(jié)果，控制激勵載荷的頻率，可以采用降低或者升高激勵載荷的頻率的方法。具體地，為了提高臂架魯棒性，一般地采用降低檔位操作，即降低激勵載荷的頻率。在控制過程中，根據(jù)平均應力超過第一許可應力和應力幅超過第一許可應力幅的大小，相應的降低激勵頻率（泵送系統(tǒng)檔位），即在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅較多的情況下，則相應地降低檔位較多；在超過較少的情況下，相應地降低檔位較少。從而使激勵載荷的頻率低于臂架的固有頻率，防止產(chǎn)生共振，對臂架的振動有效控制。在控制過程中，通過測量的平均應力和應力幅，并反饋控制，直到平均應力降低到第一許可應力范圍內(nèi)，或者應力幅降低到第一許可應力幅的范圍內(nèi)，停止對臂架的激勵載荷控制。

在第一實施例中，根據(jù)第一比較結(jié)果，控制激勵載荷，也可以采用錯頻控制方法。即當平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，通過獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)。即并將激勵載荷在一個周期內(nèi)的一段時間的激勵載荷的頻率調(diào)整為f △f，另一段時間內(nèi)的激勵載荷的頻率調(diào)整為f-△f。即將原有的單一激勵頻率f的周期性載荷轉(zhuǎn)化為f △f和f-△f的錯頻載荷，從而將激勵載荷的頻率與臂架的固有頻率錯開，避免激勵載荷的頻率與臂架的固有頻率重合，從而防止產(chǎn)生共振，對臂架的振動有效控制?！鱢為控制變量，根據(jù)平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的大小，相應地調(diào)節(jié)△f的大小，能夠快速有效地將平均應力和應力幅調(diào)整到預設(shè)的范圍內(nèi)，即超過較多，相應的△f相對較大；超過較少，相應地△f相對較小。

• 第二實施例

在《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》的第二實施例中，與第一實施例不同的，在第二實施例中，步驟S20中的預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅，第二許可應力幅為臂架的預設(shè)區(qū)域在平均應力為0的對稱拉壓下的許可應力幅。具體地，可以根據(jù)經(jīng)驗選取，也可以通過實驗獲得。例如，通過以下實驗方法獲得。即首先將與臂架的預設(shè)區(qū)域內(nèi)的臂架材料、焊接接頭等形式所對應的結(jié)構(gòu)件作為疲勞實驗試件，并安裝固定，然后對疲勞實驗試件進行平均應力為0的對稱拉壓疲勞實驗；在試驗過程中，獲取90%存活率下的疲勞極限的應力幅；將90%存活率下的疲勞極限的應力幅除以相應的安全系數(shù)即可得到第二許可應力幅，安全系數(shù)一般為1.34。

在第二實施例中，在步驟S20中，首先將步驟S10中獲取的平均應力和應力幅通過相應的法則（例如GOODMAN法則或者其他相應力學法則）轉(zhuǎn)發(fā)為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅，然后再將等效應力幅與第二許可應力幅比較，在等效應力幅超過第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果。在步驟S30中，根據(jù)第二比較結(jié)果，控制激勵載荷。

在該實施例中，通過將平均應力和應力幅兩個數(shù)值通過GOODMAN法則轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅，在比較和控制過程中，均只需要將等效應力幅與第二許可應力幅比較，使得臂架過程更為簡單，降低控制的復雜程度，能夠提高可靠性和控制系統(tǒng)的相應速度。

優(yōu)選地，第二實施例中，根據(jù)第二比較結(jié)果，控制激勵載荷與第一實施例類似，可以采用降低或者升高激勵載荷的頻率的方法。具體地，為了提高臂架魯棒性，一般地采用降低檔位操作，即降低激勵載荷的頻率，從而避免共振。在控制過程中，根據(jù)等效應力幅超過第二許可應力幅的大小，相應的降低激勵頻率（泵送系統(tǒng)檔位），即在等效應力幅超過第二許可應力幅較多的情況下，則相應地降低檔位較多；在超過較少的情況下，相應地降低檔位較少。從而使激勵載荷的頻率低于臂架的固有頻率，防止產(chǎn)生共振，對臂架的振動有效控制。在控制過程中，通過測量的平均應力和應力幅，轉(zhuǎn)化為等效應力幅反饋控制，直到等效應力幅降低到第二許可應力幅的范圍內(nèi)，停止對臂架的激勵載荷控制。

類似于第一實施例，也可以采用錯頻控制方法，即通過獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，將原有的單一激勵頻率f的周期性載荷轉(zhuǎn)化為f △f和f-△f的錯頻載荷，從而將激勵載荷的頻率與臂架的固有頻率錯開，避免共振?！鱢為控制變量，根據(jù)等效應力幅超過第二許可應力幅的大小，相應地調(diào)節(jié)△f的大小，當?shù)刃Ψ^第二許可應力幅較多的情況下，△f相對較大；超過較少的情況下，△f相對較小。

• 第三和第四實施例

在《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》的第三和第四實施例中，與第一實施例和第二實施例不同的是，在得到比較結(jié)果后，比較結(jié)果不直接用于激勵載荷的控制，而是將第二時間段內(nèi)的所述平均應力和應力幅與所述預設(shè)數(shù)值對比，并統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)平均應力和應力幅超過預設(shè)數(shù)值的次數(shù)和大小，并得到統(tǒng)計結(jié)果，然后根據(jù)所述統(tǒng)計結(jié)果，控制所述激勵載荷。

需要說明的是，第二時間段一般為第一時間段之后的時間端之后的時間段，在上述步驟中，既可以統(tǒng)計第一時間段，也可以統(tǒng)計第二時間段內(nèi)或者第一時間段和第二時間段內(nèi)的平均應力和應力幅超過預設(shè)數(shù)值的次數(shù)和大小。也就是說，統(tǒng)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以為第一時間段內(nèi)做出比較結(jié)果的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也可以得到比較結(jié)果之后重新檢測的數(shù)據(jù)。

相比第一實施例和第二實施例，在第三實施例和第四實施例中，加入統(tǒng)計步驟，能夠防止對激勵載荷頻繁控制，即在第三實施例和第四實施例中，不是平均應力和應力幅只要一超過預設(shè)數(shù)值，就開始控制，而且通過統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間內(nèi)的平均應力和應力幅超過預設(shè)數(shù)值的次數(shù)和大小，當超過達到一定程度（超過一定的次數(shù)或者超過的量達到一定的大小）后，再開始控制。一方面避免頻繁啟動激勵載荷控制，對系統(tǒng)正常工作產(chǎn)生一定的干擾；另外，也可以防止獲取平均應力和應力幅過程中，出現(xiàn)的偶然干擾因素，而導致測量出現(xiàn)誤差，出現(xiàn)誤控制的情況發(fā)生。

具體地，在該發(fā)明的第三實施例中，與第一實施例類似，在步驟S20中也是將第一許可應力和第一許可應力幅作用預設(shè)數(shù)值，將步驟S10中獲取的平均應力和應力幅直接與第一許可應力和第一許可應力幅比較，并在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果。

在該實施例中，得到第一比較結(jié)果（即平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅）后，則開始統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的次數(shù)，以及應力幅超過第一許可應力幅的大小，得到第一統(tǒng)計結(jié)果，并根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率。

優(yōu)選地，在第三實施例中，根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率，可以采用類似于第一實施例中降低檔位，從而降低激勵頻率的操作，將激勵頻率與臂架的固有頻率錯開，避免共振，有效地降低臂架的振動。

具體地，如果在統(tǒng)計過程中，當平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅較多時，則超過的次數(shù)很少就開始降低檔位，而且降低檔位也相應地較多，從而盡快地將平均應力和應力幅調(diào)整到預設(shè)的范圍內(nèi)，防止臂架過度振動而引起臂架壽命降低。相應地，如果在統(tǒng)計過程中，當平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅較少時，則超過次數(shù)相對較多才開始控制，且降低檔位相對較少，降低檔位（激勵頻率）的多少超過的大小相適應，而且在控制過程中，對平均應力和應力幅測量，直到平均應力和應力幅調(diào)整到的第一許可應力和第一許可應力幅的范圍內(nèi)時，停止對激勵載荷的控制。

類似地，也可以采用第一實施例中的錯頻控制方法，即通過獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，將原有的單一激勵頻率f的周期性載荷轉(zhuǎn)化為f △f和f-△f的錯頻載荷，從而將激勵載荷的頻率與臂架的固有頻率錯開，避免共振?！鱢為控制變量，根據(jù)平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的大小，相應地調(diào)節(jié)△f的大小，能夠快速有效地將平均應力和應力幅調(diào)整到預設(shè)的范圍內(nèi)，即超過較多，相應的△f相對較大；超過較少，相應地△f相對較小。

在該發(fā)明的第四實施例中，與第二實施例類似地，在步驟S20中，將平均應力和應力幅通過GOODMEN法則轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅，然后將等效應力幅與第二許可應力幅比較，在等效應力幅超過第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果；具體的第二許可應力幅的獲取，以及相應的比較方法均與第二實施例類似，不再贅述。

與第二實施例不同的是，在步驟S30中，當?shù)玫降诙容^結(jié)果（即等效應力幅超過第二許可應力幅）后，則開始統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)的等效應力幅超過許可應力幅的次數(shù)和超過許可應力幅的大小，得到第二統(tǒng)計結(jié)果，并根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率。

優(yōu)選地，在第四實施例中，根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率，可以采用類似于第三實施例中降低檔位，從而降低激勵頻率的操作，將激勵頻率與臂架的固有頻率錯開，避免共振，有效地降低臂架的振動。

具體地，如果在統(tǒng)計過程中，當?shù)刃Ψ^第二許可應力幅很多時，則超過的次數(shù)很少就開始降低檔位，而且降低檔位也相應地較多，從而盡快地將平均應力和應力幅調(diào)整到預設(shè)的范圍內(nèi)，防止臂架過度振動而引起臂架壽命降低。相應地，如果在統(tǒng)計過程中，當?shù)刃Ψ^第二許可應力幅不多，則次數(shù)相對較多才開始控制，且降低檔位較少。降低檔位（激勵頻率）的多少超過的大小相適應，而且在控制過程中，對平均應力和應力幅測量并相應地轉(zhuǎn)化為等效應力幅，直到等效應力幅調(diào)整到的第二許可應力幅的范圍內(nèi)時，停止對激勵載荷的控制。

類似地，也可以采用第二實施例中的錯頻控制方法，即通過獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，將原有的單一激勵頻率f的周期性載荷轉(zhuǎn)化為f △f和f-△f的錯頻載荷，從而將激勵載荷的頻率與臂架的固有頻率錯開，避免共振?！鱢為控制變量，根據(jù)等效應力幅超過第二許可應力幅的大小，相應地調(diào)節(jié)△f的大小，當?shù)刃Ψ^第二許可應力幅較多的情況下，△f相對較大；超過較少的情況下，△f相對較小。在控制過程中，還可以相應地增加或者減小△f的數(shù)值，控制激勵載荷的直到等效應力幅小于第二許可應力幅為止。

該發(fā)明還提供了一種臂架振動控制裝置。如圖2所示，在臂架振動控制裝置的第一實施例，控制裝置包括：采集單元，用于獲取臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；比較單元，用于將動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；控制單元，用于根據(jù)比較結(jié)果，控制激勵載荷。該發(fā)明通過獲取動應力特征，并根據(jù)動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比結(jié)果，控制激勵載荷，從而控制臂架振動。相比現(xiàn)有技術(shù)（截至2013年12月3日）中通過測量臂架固有頻率來控制振動，動應力特征相比獲取臂架固有頻率可行性高，測量結(jié)果更準確，而且相對性價比更高，從而有效地提高控制效果。

優(yōu)選地，動應力特征可以包括平均應力和應力幅，即采集單元包括第二采集模塊和第二計算模塊；第二采集模塊用于獲取預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力在時域上的動應力曲線；第二計算模塊用于根據(jù)第二采集模塊獲取的動應力曲線計算平均應力和應力幅，其中，平均應力為動應力曲線在第一時間段內(nèi)的平均值，應力幅為動應力曲線在第一時間段內(nèi)的最大值與最小值的差值。從而實時準確地計算臂架在預設(shè)區(qū)域內(nèi)的平均應力和應力幅，具有較高的可靠性和準確度。

優(yōu)選地，臂架的預設(shè)區(qū)域為臂架的危險區(qū)域，即臂架容易產(chǎn)生應力集中區(qū)域，或者結(jié)構(gòu)強度相對比較薄弱的區(qū)域。根據(jù)實踐經(jīng)驗，一般選擇為靠近端部的幾節(jié)臂架的焊縫附近位置。也可以根據(jù)具體的不同臂架選擇不同危險區(qū)域。

更優(yōu)選地，該發(fā)明的振動控制裝置的其他實施例中，動應力特征可以只包括應力幅，采集單元還可以包括第一采集模塊和第二計算模塊；第一采集模塊用于獲取油缸壓力得到油缸壓力幅；第二計算模塊用于通過油缸壓力幅計算應力幅。例如采用油缸壓力傳感器，油缸壓力傳感器設(shè)置在臂架的預設(shè)油缸內(nèi)，用于檢測臂架的油缸壓力波動情況，并根據(jù)油缸壓力傳感器的獲取的油缸壓力波動情況，計算臂架載荷波動情況，再進一步計算臂架預設(shè)區(qū)域內(nèi)的的動應力特征。

為了更準確地獲得應力幅，提高可靠性，采集單元可以同時具有第二采集模塊和第二計算模塊，以及第一采集模塊和第二計算模塊。即同時測量動應力和測量油缸壓力幅，來計算應力幅，兩者配合使用，既能提高精度，又能提高可靠性。

優(yōu)選地，在該發(fā)明的第一實施例中，比較單元包括第一存儲模塊和第一比較模塊，第一存儲模塊用于存儲預設(shè)數(shù)值，其中，預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅；第一比較模塊用于在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果。也即將采集單元中獲取的平均應力和應力幅直接與預設(shè)的第一許可應力和第一許可應力幅比較，在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，開始對激勵載荷控制。

優(yōu)選地，控制單元包括第一控制模塊：第一控制模塊用于根據(jù)第一比較結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率；即第一控制單元可以采用降低檔位或者增加檔位的操作，一般地，為了提高臂架魯棒性，采用降低檔位操作，來降低激勵載荷的頻率。在控制過程中，根據(jù)平均應力超過第一許可應力和應力幅超過第一許可應力幅的大小，相應的降低激勵頻率（泵送系統(tǒng)檔位），即在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅較多的情況下，則相應地降低檔位較多；在超過較少的情況下，相應地降低檔位較少。從而使激勵載荷的頻率低于臂架的固有頻率，防止產(chǎn)生共振，對臂架的振動有效控制。在控制過程中，通過測量的平均應力和應力幅，并反饋控制，直到平均應力降低到第一許可應力范圍內(nèi)，或者應力幅降低到第一許可應力幅的范圍內(nèi)，停止對臂架的激勵載荷控制。

第一控制模塊還可以用于根據(jù)第一比較結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。即當平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，通過獲取激勵載荷的當前頻率f，并將激勵載荷在一個周期內(nèi)的一段時間的激勵載荷的頻率調(diào)整為f △f，另一段時間內(nèi)的激勵載荷的頻率調(diào)整為f-△f。將原有的單一激勵頻率f的周期性載荷轉(zhuǎn)化為f △f和f-△f的錯頻載荷，從而將激勵載荷的頻率與臂架的固有頻率錯開，避免激勵載荷的頻率與臂架的固有頻率重合，從而防止產(chǎn)生共振，對臂架的振動有效控制?！鱢為控制變量，根據(jù)平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的大小，相應地調(diào)節(jié)△f的大小，能夠快速有效地將平均應力和應力幅調(diào)整到預設(shè)的范圍內(nèi)，即超過較多，相應的△f相對較大；超過較少，相應地△f相對較小。

在該發(fā)明的臂架振動控制裝置的第二實施例中，與第一實施例不同的，在第二實施例中，比較單元包括第二存儲模塊、等效應力幅計算模塊和第二比較模塊，第二存儲模塊用于存儲預設(shè)數(shù)值，其中，預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅；第二許可應力幅為臂架的預設(shè)區(qū)域在平均應力為0的對稱拉壓下的許可應力幅。具體地，第二許可應力幅可以根據(jù)經(jīng)驗選取，也可以通過實驗獲得。例如，通過以下實驗獲得，首先將與臂架的預設(shè)區(qū)域內(nèi)的臂架材料、焊接接頭等形式所對應的結(jié)構(gòu)件作為疲勞實驗試件，并安裝固定，然后對疲勞實驗試件進行平均應力為0的對稱拉壓疲勞實驗；在試驗過程中，獲取90%存活率下的疲勞極限的應力幅；將90%存活率下的疲勞極限的應力幅除以相應的安全系數(shù)即可得到第二許可應力幅，安全系數(shù)一般為1.34。

在第二實施例中，等效應力幅計算模塊用于將平均應力和應力幅轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅；即將采集單元中獲取的平均應力和應力幅通過相應的法則（例如GOODMAN法則）轉(zhuǎn)發(fā)為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅。第二比較模塊用于在等效應力幅超過第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果；控制單元，用于根據(jù)第二比較結(jié)果，控制激勵載荷。

在該實施例中，通過將平均應力和應力幅兩個數(shù)值通過GOODMAN法則轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅，在比較和控制過程中，均只需要將等效應力幅與第二許可應力幅比較，使得臂架過程更為簡單，降低控制的復雜程度，能夠提高可靠性和控制系統(tǒng)的相應速度。

在第二實施例中，控制單元包括第二控制模塊，第二控制模塊用于根據(jù)第二比較結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率；即與第一實施例類似，可以采用降低檔位或者增加檔位的操作，一般地，為了提高臂架魯棒性，采用降低檔位操作，來降低激勵載荷的頻率。在控制過程中，根據(jù)等效應力幅超過第二許可應力幅的大小，相應的降低激勵頻率（泵送系統(tǒng)檔位），即在等效應力幅超過第二許可應力幅較多的情況下，則相應地降低檔位較多；在超過較少的情況下，相應地降低檔位較少。從而使激勵載荷的頻率低于臂架的固有頻率，防止產(chǎn)生共振，對臂架的振動有效控制。在控制過程中，通過測量的平均應力和應力幅，轉(zhuǎn)化為等效應力幅反饋控制，直到等效應力幅降低到第二許可應力幅的范圍內(nèi)，停止對臂架的激勵載荷控制。

第二控制模塊還用于根據(jù)第二比較結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。即類似于第一實施例，采用錯頻控制，通過獲取激勵載荷的當前頻率f，將原有的單一激勵頻率f的周期性載荷轉(zhuǎn)化為f △f和f-△f的錯頻載荷，從而將激勵載荷的頻率與臂架的固有頻率錯開，避免共振?！鱢為控制變量，根據(jù)等效應力幅超過第二許可應力幅的大小，相應地調(diào)節(jié)△f的大小，當?shù)刃Ψ^第二許可應力幅較多的情況下，△f相對較大；超過較少的情況下，△f相對較小。

在該發(fā)明臂架振動控制裝置的第三和第四實施例中，與第一實施例和第二實施例不同的是，控制單元還包括：統(tǒng)計模塊和第三控制模塊，統(tǒng)計模塊用于根據(jù)比較結(jié)果，將第二時間段內(nèi)的平均應力和應力幅與預設(shè)數(shù)值對比，并統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)平均應力和應力幅超過預設(shè)數(shù)值的次數(shù)和大小，得到統(tǒng)計結(jié)果；其中，第二時間段為第一時間段之后的時間段；第三控制模塊，用于根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷。即相比第一和第二實施例，在第三實施例中，在得到比較結(jié)果后，比較結(jié)果不直接用于激勵載荷的控制，而是開始統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)平均應力和應力幅超過預設(shè)數(shù)值的次數(shù)和大小，并得到統(tǒng)計結(jié)果，并根據(jù)所述統(tǒng)計結(jié)果，控制所述激勵載荷。

相比第一實施例和第二實施例，加入統(tǒng)計步驟，能夠防止對激勵載荷頻繁控制，即在第三實施例和第三實施例中，不是平均應力和應力幅只要一超過預設(shè)數(shù)值，就開始控制，而且通過統(tǒng)計，當超過達到一定程度（超過一定的次數(shù)或者超過的量達到一定的大?。┖?，再開始控制。一方面避免頻繁啟動激勵載荷控制，對系統(tǒng)正常工作產(chǎn)生一定的干擾；另外，也可以防止獲取平均應力和應力幅過程中，出現(xiàn)的偶然干擾因素，而導致測量出現(xiàn)誤差，出現(xiàn)誤控制的情況發(fā)生。

具體地，在該發(fā)明的第三實施例中，與第一實施例類似地，比較單元也包括第一存儲模塊和第一比較模塊，第一存儲模塊用于存儲預設(shè)數(shù)值，其中，預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅；第一比較模塊用于在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果。即也是將第一許可應力和第一許可應力幅作用預設(shè)數(shù)值，將采集單元中獲取的平均應力和應力幅直接與第一許可應力和第一許可應力幅比較，并在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果。

在該實施例中，控制單元的統(tǒng)計模塊包括第一統(tǒng)計模塊，第一統(tǒng)計模塊在得到第一比較結(jié)果（即平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅）后，則開始統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的次數(shù)，以及應力幅超過第一許可應力幅的大小，得到第一統(tǒng)計結(jié)果。控制單元的第三控制模塊包括第一頻率控制模塊，用于根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率。

第一頻率控制模塊包括第一頻率控制子模塊，第一頻率控制子模塊用于根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率。即第一頻率控制子模塊與第一實施例中的第一控制模塊工作類似，控制檔位降低，從而降低激勵頻率的操作，將激勵頻率與臂架的固有頻率錯開，避免共振，有效地降低臂架的振動。

具體地，如果在統(tǒng)計過程中，當平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅較多時，則超過的次數(shù)很少就開始降低檔位，而且降低檔位也相應地較多，從而盡快地將平均應力和應力幅調(diào)整到預設(shè)的范圍內(nèi)，防止臂架過度振動而引起臂架壽命降低。相應地，如果在統(tǒng)計過程中，當平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅較少時，則超過次數(shù)相對較多才開始控制，且降低檔位相對較少，降低檔位（激勵頻率）的多少超過的大小相適應，而且在控制過程中，對平均應力和應力幅測量，直到平均應力和應力幅調(diào)整到的第一許可應力和第一許可應力幅的范圍內(nèi)時，停止對激勵載荷的控制。

第一頻率控制子模塊還可以用于根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。即類似于第一實施例中第一控制模塊的錯頻控制，通過獲取激勵載荷的當前頻率f，將原有的單一激勵頻率f的周期性載荷轉(zhuǎn)化為f △f和f-△f的錯頻載荷，從而將激勵載荷的頻率與臂架的固有頻率錯開，避免共振。△f為控制變量，根據(jù)平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的大小，相應地調(diào)節(jié)△f的大小，能夠快速有效地將平均應力和應力幅調(diào)整到預設(shè)的范圍內(nèi)，即超過較多，相應的△f相對較大；超過較少，相應地△f相對較小。

在該發(fā)明臂架振動控制裝置的第四實施例中，與第二實施例類似地，比較單元包括：第二存儲模塊、等效應力幅計算模塊和第二比較模塊。第二存儲模塊，用于存儲預設(shè)數(shù)值，其中，預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅；等效應力幅計算模塊用于將平均應力和應力幅轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅；第二比較模塊用于在等效應力幅超過第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果。

在第四實施例中，控制單元的統(tǒng)計模塊包括第二統(tǒng)計模塊，用于根據(jù)第二比較結(jié)果，統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)的等效應力幅超過許可應力幅的次數(shù)和超過許可應力幅的大小，得到第二統(tǒng)計結(jié)果；控制單元的第三控制模塊包括第二頻率控制模塊，用于根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率。即與第二實施例不同的是，控制單元得到第二比較結(jié)果（即等效應力幅超過第二許可應力幅）后，則開始統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)的等效應力幅超過許可應力幅的次數(shù)和超過許可應力幅的大小，得到第二統(tǒng)計結(jié)果，并根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率。

優(yōu)選地，第二頻率控制模塊包括第二頻率控制子模塊，第二頻率控制子模塊用于根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率；即類似于第三實施例中，通過降低檔位，從而降低激勵頻率的操作，將激勵頻率與臂架的固有頻率錯開，避免共振，有效地降低臂架的振動。

具體地，如果在統(tǒng)計過程中，當?shù)刃Ψ^第二許可應力幅很多時，則超過的次數(shù)很少就開始降低檔位，而且降低檔位也相應地較多，從而盡快地將平均應力和應力幅調(diào)整到預設(shè)的范圍內(nèi)，防止臂架過度振動而引起臂架壽命降低。相應地，如果在統(tǒng)計過程中，當?shù)刃Ψ^第二許可應力幅不多，則次數(shù)相對較多才開始控制，且降低檔位較少。降低檔位（激勵頻率）的多少超過的大小相適應，而且在控制過程中，對平均應力和應力幅測量并相應地轉(zhuǎn)化為等效應力幅，直到等效應力幅調(diào)整到的第二許可應力幅的范圍內(nèi)時，停止對激勵載荷的控制。

類似地，第二頻率控制子模塊，還可以用于根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。即采用類似于第二實施例中的錯頻控制方法，通過獲取激勵載荷的當前頻率f，將原有的單一激勵頻率f的周期性載荷轉(zhuǎn)化為f △f和f-△f的錯頻載荷，從而將激勵載荷的頻率與臂架的固有頻率錯開，避免共振?！鱢為控制變量，根據(jù)等效應力幅超過第二許可應力幅的大小，相應地調(diào)節(jié)△f的大小，當?shù)刃Ψ^第二許可應力幅較多的情況下，△f相對較大；超過較少的情況下，△f相對較小。在控制過程中，還可以相應地增加或者減小△f的數(shù)值，控制激勵載荷的直到等效應力幅小于第二許可應力幅為止。

該發(fā)明還提供了一種臂架振動控制系統(tǒng)，包括：動應力傳感器，設(shè)置在臂架的預設(shè)區(qū)域，用于檢測臂架的預設(shè)區(qū)域的動應力特征，臂架振動控制裝置，用于獲取動應力傳感器檢測的臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；并將動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；而且根據(jù)比較結(jié)果，控制激勵載荷。采用動應力傳感器，能夠準確實時地測量臂架在預設(shè)區(qū)域內(nèi)的動應力特征，并根據(jù)動應力特征與預設(shè)數(shù)值的對比結(jié)果，控制激勵載荷，從而控制臂架振動。相比現(xiàn)有技術(shù)（截至2013年12月3日）中通過測量臂架固有頻率來控制振動的方法，獲取動應力特征相比獲取臂架固有頻率可行性高，測量結(jié)果更準確，而且相對性價比更高，從而有效地提高控制效果。

該發(fā)明還提供了一種臂架振動控制系統(tǒng)，包括：油缸壓力傳感器，設(shè)置在臂架的預設(shè)油缸內(nèi)，用于檢測臂架的預設(shè)油缸的油缸壓力波動情況，根據(jù)油缸壓力波動情況計算臂架的載荷波動情況，根據(jù)載荷波動情況計算臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；臂架振動控制裝置，用于獲取油缸壓力傳感器檢測的臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；并將動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；而且根據(jù)比較結(jié)果，控制激勵載荷。

采用油缸壓力傳感器，能夠準確實時地測量預設(shè)油缸的油缸壓力波動情況，然后根據(jù)油缸壓力波動情況計算臂架的載荷波動情況，根據(jù)載荷波動情況可以準確地計算臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；采用上述方式，相比現(xiàn)有技術(shù)（截至2013年12月3日）中通過測量臂架固有頻率來控制振動的方法，獲取動應力特征相比獲取臂架固有頻率可行性高，測量結(jié)果更準確，而且相對性價比更高，從而有效地提高控制效果。

該發(fā)明還通過了一種工程機械，包括臂架和前述的振動控制系統(tǒng)。截至2013年12月3日，相比相關(guān)技術(shù)，能夠有效地控制臂架振動，并且具有較好的適應性，相比相關(guān)技術(shù)中直接獲取臂架的固有頻率，具有更好的可行性、準確性和可靠性，從而具有更好的控制效果，保證臂架安全。需要說明的時，在該發(fā)明中，臂架并不特指混凝土泵車的臂架，還可以為其他受到周期性激勵的柔性工作機構(gòu)。

從以上的描述中，可以看出，《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：根據(jù)該發(fā)明的臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械。通過動應力特征，并根據(jù)動應力特征與預設(shè)數(shù)值的對比結(jié)果，控制激勵載荷，從而控制臂架振動。相比現(xiàn)有技術(shù)（截至2013年12月3日）中通過測量臂架固有頻率來控制振動的方法，獲取臂架的動應力特征相比獲取臂架的固有頻率可行性高，測量結(jié)果更準確，而且相對性價比更高，從而有效地提高控制效果。

以上所述僅為《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》的優(yōu)選實施例，并不用于限制該發(fā)明，對于該領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，該發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在該發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在該發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械專利目的

《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》旨在提供一種提高減振效果的臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械。

臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械技術(shù)方案

《臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械》提供了一種臂架振動控制方法，該控制方法包括：步驟S10：獲取臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；步驟S20：將動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；步驟S30：根據(jù)比較結(jié)果，控制激勵載荷。

進一步地，動應力特征包括應力幅，步驟S10包括：獲取臂架的預設(shè)油缸的油缸壓力幅，通過油缸壓力幅計算應力幅。

進一步地，動應力特征包括平均應力和應力幅，步驟S10包括：獲取預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力在時域上的動應力曲線；根據(jù)動應力曲線計算平均應力和應力幅，其中，平均應力為動應力曲線在第一時間段內(nèi)的平均值，應力幅為動應力曲線在第一時間段內(nèi)的最大值與最小值的差值。

進一步地，步驟S20包括：預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅，在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果；步驟S30包括：根據(jù)第一比較結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率；或者根據(jù)第一比較結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

進一步地，步驟S20包括：預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅，將平均應力和應力幅轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅，在等效應力幅超過第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果；步驟S30包括：根據(jù)第二比較結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率；或者根據(jù)第二比較結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

進一步地，步驟S30包括：根據(jù)比較結(jié)果，將第二時間段內(nèi)的平均應力和應力幅與預設(shè)數(shù)值對比，并統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)平均應力和應力幅超過預設(shè)數(shù)值的次數(shù)和大小，得到統(tǒng)計結(jié)果；其中，第二時間段為第一時間段之后的時間段；根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷。

進一步地，步驟S20包括：預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅，在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果；步驟S30包括：根據(jù)第一比較結(jié)果，統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的次數(shù)，以及應力幅超過第一許可應力幅的大小，得到第一統(tǒng)計結(jié)果；根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率。

進一步地，根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率包括：根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率；或者根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

進一步地，步驟S20包括：預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅，將平均應力和應力幅轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅，在等效應力幅超過第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果；步驟S30包括：根據(jù)第二比較結(jié)果，統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)的等效應力幅超過許可應力幅的次數(shù)和超過許可應力幅的大小，得到第二統(tǒng)計結(jié)果，并根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率。

進一步地，根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率包括：根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率，或者根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

進一步地，第二許可應力幅按照以下方法計算：設(shè)置疲勞實驗試件，其中，疲勞實驗試件的材料對應臂架預設(shè)區(qū)域的材料；對疲勞實驗試件進行平均應力為0的對稱拉壓疲勞實驗；獲取90%存活率下的疲勞極限的應力幅；計算第二許可應力幅，第二許可應力幅為90%存活率下的疲勞極限的應力幅除以安全系數(shù)。

該發(fā)明還提供了一種臂架振動控制裝置，控制裝置包括：采集單元，用于獲取臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；比較單元，用于將動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；控制單元，用于根據(jù)比較結(jié)果，控制激勵載荷。

進一步地，動應力特征包括應力幅，采集單元包括：第一采集模塊，用于獲取臂架的預設(shè)油缸的油缸壓力幅；第一計算模塊，用于通過油缸壓力幅計算應力幅。

進一步地，動應力特征包括平均應力和應力幅，采集單元包括：第二采集模塊，用于獲取預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力在時域上的動應力曲線；第二計算模塊，根據(jù)動應力曲線計算平均應力和應力幅，其中，平均應力為動應力曲線在第一時間段內(nèi)的平均值，應力幅為動應力曲線在第一時間段內(nèi)的最大值與最小值的差值。

進一步地，比較單元包括：第一存儲模塊，用于存儲預設(shè)數(shù)值，其中，預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅；第一比較模塊，用于在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果；控制單元包括第一控制模塊：用于根據(jù)第一比較結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率；或者根據(jù)第一比較結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

進一步地，比較單元包括：第二存儲模塊，用于存儲預設(shè)數(shù)值，其中，預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅；等效應力幅計算模塊，用于將平均應力和應力幅轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅；第二比較模塊，用于在等效應力幅超過第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果；控制單元包括第二控制模塊：用于根據(jù)第二比較結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率；或者根據(jù)第二比較結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

進一步地，控制單元包括：統(tǒng)計模塊：用于根據(jù)比較結(jié)果，將第二時間段內(nèi)的平均應力和應力幅與預設(shè)數(shù)值對比，并統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)平均應力和應力幅超過預設(shè)數(shù)值的次數(shù)和大小，得到統(tǒng)計結(jié)果；其中，第二時間段為第一時間段之后的時間段；第三控制模塊，用于根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷。

進一步地，比較單元包括：第一存儲模塊，用于存儲預設(shè)數(shù)值，其中，預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅；第一比較模塊，用于在平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果；控制單元的統(tǒng)計模塊包括第一統(tǒng)計模塊，用于根據(jù)第一比較結(jié)果，統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)平均應力超過第一許可應力且應力幅超過第一許可應力幅的次數(shù)，以及應力幅超過第一許可應力幅的大小，得到第一統(tǒng)計結(jié)果；控制單元的第三控制模塊包括第一頻率控制模塊，用于根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率。

進一步地，第一頻率控制模塊包括第一頻率控制子模塊，用于根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率；或者用于根據(jù)第一統(tǒng)計結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

進一步地，比較單元包括：第二存儲模塊，用于存儲預設(shè)數(shù)值，其中，預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅；等效應力幅計算模塊，用于將平均應力和應力幅轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅；第二比較模塊，用于在等效應力幅超過第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果；控制單元的統(tǒng)計模塊包括第二統(tǒng)計模塊，用于根據(jù)第二比較結(jié)果，統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)的等效應力幅超過許可應力幅的次數(shù)和超過許可應力幅的大小，得到第二統(tǒng)計結(jié)果；控制單元的第三控制模塊包括第二頻率控制模塊，用于根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，控制激勵載荷的頻率。

進一步地，第二頻率控制模塊包括第二頻率控制子模塊，用于根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，降低或者升高激勵載荷的頻率；或者用于根據(jù)第二統(tǒng)計結(jié)果，獲取激勵載荷的當前頻率f，并控制激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，升頻控制的頻率為f △f，降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

該發(fā)明的還提供了一種臂架振動控制系統(tǒng)，包括：動應力傳感器，設(shè)置在臂架的預設(shè)區(qū)域，用于檢測臂架的預設(shè)區(qū)域的動應力特征；臂架振動控制裝置，用于獲取動應力傳感器檢測的臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；并將動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；而且根據(jù)比較結(jié)果，控制激勵載荷。

該發(fā)明的還提供了一種臂架振動控制系統(tǒng)，包括：油缸壓力傳感器，設(shè)置在臂架的預設(shè)油缸內(nèi)，用于檢測預設(shè)油缸的油缸壓力波動情況，根據(jù)油缸壓力波動情況計算臂架的載荷波動情況，根據(jù)載荷波動情況計算臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；臂架振動控制裝置，用于獲取油缸壓力傳感器檢測的臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；并將動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；而且根據(jù)比較結(jié)果，控制激勵載荷。

該發(fā)明還提供了一種工程機械，包括臂架和前述的臂架振動控制系統(tǒng)。

臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械改善效果

根據(jù)該發(fā)明的臂架振動控制方法、控制裝置、控制系統(tǒng)以及工程機械。通過動應力特征，并根據(jù)動應力特征與預設(shè)數(shù)值的對比結(jié)果，控制激勵載荷，從而控制臂架振動。相比現(xiàn)有技術(shù)（截至2013年12月3日）中通過測量臂架固有頻率來控制振動的方法，獲取臂架的動應力特征相比獲取臂架的固有頻率可行性高，測量結(jié)果更準確，而且相對性價比更高，從而有效地提高控制效果。

1、一種臂架振動控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：步驟S10：獲取所述臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；步驟S20：將所述動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；步驟S30：根據(jù)所述比較結(jié)果，控制激勵載荷；所述動應力特征包括平均應力和應力幅，所述步驟S10包括：獲取所述預設(shè)區(qū)域在所述第一時間段內(nèi)的動應力在時域上的動應力曲線；根據(jù)所述動應力曲線計算平均應力和應力幅，其中，所述平均應力為所述動應力曲線在所述第一時間段內(nèi)的平均值，所述應力幅為所述動應力曲線在所述第一時間段內(nèi)的最大值與最小值的差值。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架振動控制方法，其特征在于，所述步驟S20包括：所述預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅，在所述平均應力超過所述第一許可應力且所述應力幅超過所述第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果；所述步驟S30包括：根據(jù)所述第一比較結(jié)果，降低或者升高所述激勵載荷的頻率；或者根據(jù)所述第一比較結(jié)果，獲取所述激勵載荷的當前頻率f，并控制所述激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，所述升頻控制的頻率為f △f，所述降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行所述降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架振動控制方法，其特征在于，所述步驟S20包括：所述預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅，將所述平均應力和所述應力幅轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅，在所述等效應力幅超過所述第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果；所述步驟S30包括：根據(jù)所述第二比較結(jié)果，降低或者升高所述激勵載荷的頻率；或者根據(jù)所述第二比較結(jié)果，獲取所述激勵載荷的當前頻率f，并控制所述激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，所述升頻控制的頻率為f △f，所述降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行所述降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架振動控制方法，其特征在于，所述步驟S30包括：根據(jù)所述比較結(jié)果，將第二時間段內(nèi)的所述平均應力和應力幅與所述預設(shè)數(shù)值對比，并統(tǒng)計所述第一時間段和/或第二時間段內(nèi)所述平均應力和應力幅超過所述預設(shè)數(shù)值的次數(shù)和大小，得到統(tǒng)計結(jié)果；其中，所述第二時間段為所述第一時間段之后的時間段；根據(jù)所述統(tǒng)計結(jié)果，控制所述激勵載荷。

5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的臂架振動控制方法，其特征在于，所述步驟S20包括：所述預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅，在所述平均應力超過所述第一許可應力且所述應力幅超過所述第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果；所述步驟S30包括：根據(jù)所述第一比較結(jié)果，統(tǒng)計所述第一時間段和/或所述第二時間段內(nèi)所述平均應力超過所述第一許可應力且所述應力幅超過所述第一許可應力幅的次數(shù)，以及所述應力幅超過所述第一許可應力幅的大小，得到第一統(tǒng)計結(jié)果；根據(jù)所述第一統(tǒng)計結(jié)果，控制所述激勵載荷的頻率。

6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的臂架振動控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第一統(tǒng)計結(jié)果，控制所述激勵載荷的頻率包括：根據(jù)所述第一統(tǒng)計結(jié)果，降低或者升高所述激勵載荷的頻率；或者根據(jù)所述第一統(tǒng)計結(jié)果，獲取所述激勵載荷的當前頻率f，并控制所述激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，所述升頻控制的頻率為f △f，所述降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行所述降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的臂架振動控制方法，其特征在于，所述步驟S20包括：所述預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅，將所述平均應力和所述應力幅轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅，在所述等效應力幅超過所述第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果；所述步驟S30包括：根據(jù)所述第二比較結(jié)果，統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)的所述等效應力幅超過所述許可應力幅的次數(shù)和超過許可應力幅的大小，得到第二統(tǒng)計結(jié)果，并根據(jù)所述第二統(tǒng)計結(jié)果，控制所述激勵載荷的頻率。

8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的臂架振動控制方法，其特征在于，根據(jù)所述第二統(tǒng)計結(jié)果，控制所述激勵載荷的頻率包括：根據(jù)所述第二統(tǒng)計結(jié)果，降低或者升高所述激勵載荷的頻率，或者根據(jù)所述第二統(tǒng)計結(jié)果，獲取所述激勵載荷的當前頻率f，并控制所述激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，所述升頻控制的頻率為f △f，所述降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行所述降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

9、根據(jù)權(quán)利要求3或7所述的臂架振動控制方法，其特征在于，所述第二許可應力幅按照以下方法計算：設(shè)置疲勞實驗試件，其中，所述疲勞實驗試件的材料對應所述臂架預設(shè)區(qū)域的材料；對所述疲勞實驗試件進行平均應力為0的對稱拉壓疲勞實驗；獲取90％存活率下的疲勞極限的應力幅；計算所述第二許可應力幅，所述第二許可應力幅為所述90％存活率下的疲勞極限的應力幅除以安全系數(shù)。

10、一種臂架振動控制裝置，其特征在于，所述控制裝置包括：采集單元，用于獲取所述臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；比較單元，用于將所述動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；控制單元，用于根據(jù)所述比較結(jié)果，控制激勵載荷；所述動應力特征包括平均應力和應力幅，所述采集單元包括：第二采集模塊，用于獲取所述預設(shè)區(qū)域在所述第一時間段內(nèi)的動應力在時域上的動應力曲線；第二計算模塊，根據(jù)所述動應力曲線計算平均應力和應力幅，其中，所述平均應力為所述動應力曲線在所述第一時間段內(nèi)的平均值，所述應力幅為所述動應力曲線在所述第一時間段內(nèi)的最大值與最小值的差值。

11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的臂架振動控制裝置，其特征在于，所述比較單元包括：第一存儲模塊，用于存儲所述預設(shè)數(shù)值，其中，所述預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅；第一比較模塊，用于在所述平均應力超過第一許可應力且所述應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果；所述控制單元包括第一控制模塊：用于根據(jù)所述第一比較結(jié)果，降低或者升高所述激勵載荷的頻率；或者根據(jù)所述第一比較結(jié)果，獲取所述激勵載荷的當前頻率f，并控制所述激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，所述升頻控制的頻率為f △f，所述降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行所述降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

12、根據(jù)權(quán)利要求10所述的臂架振動控制裝置，其特征在于，所述比較單元包括：第二存儲模塊，用于存儲所述預設(shè)數(shù)值，其中，所述預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅；等效應力幅計算模塊，用于將所述平均應力和所述應力幅轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅；第二比較模塊，用于在所述等效應力幅超過所述第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果；所述控制單元包括第二控制模塊：用于根據(jù)所述第二比較結(jié)果，降低或者升高所述激勵載荷的頻率；或者根據(jù)所述第二比較結(jié)果，獲取所述激勵載荷的當前頻率f，并控制所述激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，所述升頻控制的頻率為f △f，所述降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行所述降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

13、根據(jù)權(quán)利要求10所述的臂架振動控制裝置，其特征在于，所述控制單元包括：統(tǒng)計模塊：用于根據(jù)所述比較結(jié)果，將第二時間段內(nèi)的所述平均應力和應力幅與所述預設(shè)數(shù)值對比，并統(tǒng)計所述第一時間段和/或第二時間段內(nèi)所述平均應力和應力幅超過所述預設(shè)數(shù)值的次數(shù)和大小，得到統(tǒng)計結(jié)果；其中，所述第二時間段為所述第一時間段之后的時間段；第三控制模塊，用于根據(jù)所述統(tǒng)計結(jié)果，控制所述激勵載荷。

14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的臂架振動控制裝置，其特征在于，所述比較單元包括：第一存儲模塊，用于存儲所述預設(shè)數(shù)值，其中，所述預設(shè)數(shù)值為第一許可應力和第一許可應力幅；第一比較模塊，用于在所述平均應力超過第一許可應力且所述應力幅超過第一許可應力幅的情況下，得到第一比較結(jié)果；所述控制單元的統(tǒng)計模塊包括第一統(tǒng)計模塊，用于根據(jù)所述第一比較結(jié)果，統(tǒng)計所述第一時間段和/或所述第二時間段內(nèi)所述平均應力超過所述第一許可應力且所述應力幅超過所述第一許可應力幅的次數(shù)，以及所述應力幅超過所述第一許可應力幅的大小，得到第一統(tǒng)計結(jié)果；所述控制單元的第三控制模塊包括第一頻率控制模塊，用于根據(jù)所述第一統(tǒng)計結(jié)果，控制所述激勵載荷的頻率。

15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的臂架振動控制裝置，其特征在于，所述第一頻率控制模塊包括第一頻率控制子模塊，用于根據(jù)所述第一統(tǒng)計結(jié)果，降低或者升高所述激勵載荷的頻率；或者用于根據(jù)所述第一統(tǒng)計結(jié)果，獲取所述激勵載荷的當前頻率f，并控制所述激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，所述升頻控制的頻率為f △f，所述降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行所述降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

16、根據(jù)權(quán)利要求13所述的臂架振動控制裝置，其特征在于，所述比較單元包括：第二存儲模塊，用于存儲所述預設(shè)數(shù)值，其中，所述預設(shè)數(shù)值為第二許可應力幅；等效應力幅計算模塊，用于將所述平均應力和所述應力幅轉(zhuǎn)化為平均應力為0的對稱拉壓下的等效應力幅；第二比較模塊，用于在所述等效應力幅超過所述第二許可應力幅的情況下，得到第二比較結(jié)果；所述控制單元的統(tǒng)計模塊包括第二統(tǒng)計模塊，用于根據(jù)所述第二比較結(jié)果，統(tǒng)計第一時間段和/或第二時間段內(nèi)的所述等效應力幅超過所述許可應力幅的次數(shù)和超過許可應力幅的大小，得到第二統(tǒng)計結(jié)果；所述控制單元的第三控制模塊包括第二頻率控制模塊，用于根據(jù)所述第二統(tǒng)計結(jié)果，控制所述激勵載荷的頻率。

17、根據(jù)權(quán)利要求16所述的臂架振動控制裝置，其特征在于，所述第二頻率控制模塊包括第二頻率控制子模塊，用于根據(jù)所述第二統(tǒng)計結(jié)果，降低或者升高所述激勵載荷的頻率；或者用于根據(jù)所述第二統(tǒng)計結(jié)果，獲取所述激勵載荷的當前頻率f，并控制所述激勵載荷執(zhí)行升頻控制和降頻控制，其中，所述升頻控制的頻率為f △f，所述降頻控制的頻率為f-△f，并以執(zhí)行升頻控制的升頻時間段和執(zhí)行所述降頻控制的降頻時間段的總時長為周期循環(huán)，△f為控制變量。

18、一種臂架振動控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：動應力傳感器，設(shè)置在所述臂架的預設(shè)區(qū)域，用于檢測所述臂架的預設(shè)區(qū)域的動應力特征；臂架振動控制裝置，用于獲取所述動應力傳感器檢測的所述臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；并將所述動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；而且根據(jù)所述比較結(jié)果，控制激勵載荷；其中，所述臂架振動控制裝置包括：采集單元，用于獲取所述臂架的預設(shè)區(qū)域在第一時間段內(nèi)的動應力特征；比較單元，用于將所述動應力特征與預設(shè)數(shù)值對比，得到比較結(jié)果；控制單元，用于根據(jù)所述比較結(jié)果，控制激勵載荷；所述動應力特征包括平均應力和應力幅，所述采集單元包括：第二采集模塊，用于獲取所述預設(shè)區(qū)域在所述第一時間段內(nèi)的動應力在時域上的動應力曲線；第二計算模塊，根據(jù)所述動應力曲線計算平均應力和應力幅，其中，所述平均應力為所述動應力曲線在所述第一時間段內(nèi)的平均值，所述應力幅為所述動應力曲線在所述第一時間段內(nèi)的最大值與最小值的差值。

19、一種工程機械，包括臂架，其特征在于，還包括權(quán)利要求18所述的臂架振動控制系統(tǒng)。

一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置及其控制方法專利目的

為了解決專利背景中有關(guān)技術(shù)的數(shù)字量輸入點可靠性不高的技術(shù)問題，《一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置及其控制方法》實施例提出了一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置，其包括可編程邏輯控制器PLC數(shù)字量輸入處理模塊和至少一路數(shù)字量輸入控制電路。

一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置及其控制方法技術(shù)方案

《一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置及其控制方法》包括可編程邏輯控制器PLC數(shù)字量輸入處理模塊和至少一路數(shù)字量輸入控制電路，所述PLC數(shù)字量輸入處理模塊與所述數(shù)字量輸入控制電路相連接，其中所述數(shù)字量輸入控制電路包括第一數(shù)字量輸入電路和第二數(shù)字量輸入電路，所述第一數(shù)字量輸入電路和第二數(shù)字量輸入電路接收同一個輸入端口輸入的數(shù)字量，并對所述數(shù)字量進行控制輸出；所述PLC數(shù)字量輸入處理模塊包括至少一個輸入故障檢測模塊，用于接收所述第一數(shù)字量輸入電路和第二數(shù)字量輸入電路控制輸出的數(shù)字量信號，并檢測所述數(shù)字量輸入控制電路是否出現(xiàn)故障，當檢測結(jié)果為是時，設(shè)置故障狀態(tài)告警信息。

其中，所述輸入故障檢測模塊包括：第一邊沿檢測單元，與所述第一數(shù)字量輸入電路的輸出端連接，用于接收所述第一數(shù)字量輸入電路控制輸出的數(shù)字量信號，并檢測所述第一數(shù)字量輸入電路的輸出電壓狀態(tài)信息；第二邊沿檢測單元，與所述第二數(shù)字量輸入電路的輸出端連接，用于接收所述第二數(shù)字量輸入電路控制輸出的數(shù)字量信號，并檢測所述第二數(shù)字量輸入電路的輸出電壓狀態(tài)信息；故障判斷單元，用于分析所述第一邊沿檢測單元和第二邊沿檢測單元檢測的輸出電壓狀態(tài)信息，當輸出電壓狀態(tài)信息一致時，則判斷出所述數(shù)字量輸入控制電路沒有出現(xiàn)故障；當輸出電壓狀態(tài)信息不一致時，則判斷出所述數(shù)字量輸入控制電路出現(xiàn)故障；故障狀態(tài)告警單元，用于當所述故障判斷單元判斷出所述數(shù)字量輸入控制電路出現(xiàn)故障時，設(shè)置所述數(shù)字量輸入控制電路的故障狀態(tài)告警信息；其中，所述輸入故障檢測模塊還包括：第一數(shù)字濾波單元，用于對所述第一邊沿檢測單元檢測的輸出電壓狀態(tài)信息進行濾波后輸入所述故障判斷單元；第二數(shù)字濾波單元，用于對所述第二邊沿檢測單元檢測的輸出電壓狀態(tài)信息進行濾波后輸入所述故障判斷單元。

其中，所述故障狀態(tài)告警單元具體用于，當所述故障判斷單元分析出只有一個輸出電壓狀態(tài)為上升沿狀態(tài)或下降沿狀態(tài)時，設(shè)置所述數(shù)字量輸入控制電路的故障狀態(tài)告警信息。

其中，所述PLC數(shù)字量輸入處理模塊還包括表決輸出單元，用于當所述故障判斷單元判斷出所述數(shù)字量輸入控制電路沒有出現(xiàn)故障時，表決輸出所述第一數(shù)字量輸入電路輸入的數(shù)字量信號，或表決輸出所述第二數(shù)字量輸入電路輸入的數(shù)字量信號；當所述故障判斷單元分析出一個輸出電壓狀態(tài)為上升沿狀態(tài)，另一個輸出電壓狀態(tài)為持續(xù)低電平狀態(tài)時，表決輸出所述上升沿狀態(tài)對應的輸入電路輸入的數(shù)字量信號；當所述故障判斷單元分析出一個輸出電壓狀態(tài)為下降沿狀態(tài)，另一個輸出電壓狀態(tài)為持續(xù)低電平狀態(tài)時，表決輸出所述下降沿狀態(tài)對應的輸入電路輸入的數(shù)字量信號；當所述故障判斷單元分析出一個輸出電壓狀態(tài)為上升沿狀態(tài)或下降沿狀態(tài)，另一個輸出電壓狀態(tài)為持續(xù)高電平狀態(tài)時，表決輸出所述持續(xù)高電平狀態(tài)對應的輸入電路輸入的數(shù)字量信號。

其中，所述PLC數(shù)字量輸入處理模塊還包括狀態(tài)記錄存儲器，用于記錄所述數(shù)字量輸入控制電路的故障狀態(tài)信息，和/或所述表決輸出單元的表決輸出信息。

其中，所述PLC數(shù)字量輸入控制裝置還包括通信模塊，用于根據(jù)所述表決輸出單元表決輸出的數(shù)字量信號，與外部PLC主控制器進行通信連接。

相應地，《一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置及其控制方法》實施例公開了一種PLC控制系統(tǒng)，包括可編程邏輯控制器PLC主控制器以及PLC數(shù)字量輸入控制裝置，所述PLC數(shù)字量輸入控制裝置為上述的PLC數(shù)字量輸入控制裝置，所述PLC數(shù)字量輸入控制裝置對接收的數(shù)字量信號進行控制，并輸入所述PLC主控制器。

相應地，《一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置及其控制方法》實施例公開了一種PLC數(shù)字量輸入控制方法，包括：第一數(shù)字量輸入電路和第二數(shù)字量輸入電路接收同一個可編程邏輯控制器PLC數(shù)字量輸入端口輸入的數(shù)字量，并對所述數(shù)字量進行控制輸出；至少一個輸入故障檢測模塊接收所述第一數(shù)字量輸入電路和第二數(shù)字量輸入電路控制輸出的數(shù)字量信號，并檢測數(shù)字量輸入控制電路是否出現(xiàn)故障，當檢測結(jié)果為是時，設(shè)置故障狀態(tài)告警信息，具體包括：第一邊沿檢測單元接收所述第一數(shù)字量輸入電路控制輸出的數(shù)字量信號，并檢測所述第一數(shù)字量輸入電路的輸出電壓狀態(tài)信息；第二邊沿檢測單元接收所述第二數(shù)字量輸入電路控制輸出的數(shù)字量信號，并檢測所述第二數(shù)字量輸入電路的輸出電壓狀態(tài)信息；分析所述第一邊沿檢測單元和第二邊沿檢測單元檢測的輸出電壓狀態(tài)信息，當輸出電壓狀態(tài)信息一致時，則判斷出數(shù)字量輸入控制電路沒有出現(xiàn)故障；當輸出電壓狀態(tài)信息不一致時，則判斷出數(shù)字量輸入控制電路出現(xiàn)故障；當判斷出數(shù)字量輸入控制電路出現(xiàn)故障時，設(shè)置數(shù)字量輸入控制電路的故障狀態(tài)告警信息。

其中，所述分析所述第一邊沿檢測單元和第二邊沿檢測單元檢測的輸出電壓狀態(tài)信息的步驟包括：對所述第一邊沿檢測單元檢測的輸出電壓狀態(tài)信息進行濾波處理；對所述第二邊沿檢測單元檢測的輸出電壓狀態(tài)信息進行濾波處理；分析濾波處理后的所述第一邊沿檢測單元和第二邊沿檢測單元檢測的輸出電壓狀態(tài)信息。

其中，所述當判斷出數(shù)字量輸入控制電路出現(xiàn)故障時，設(shè)置數(shù)字量輸入控制電路的故障狀態(tài)告警信息的步驟具體為：當分析出只有一個輸出電壓狀態(tài)為上升沿狀態(tài)或下降沿狀態(tài)時，設(shè)置數(shù)字量輸入控制電路的故障狀態(tài)告警信息。

其中，《一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置及其控制方法》的PLC數(shù)字量輸入控制方法還包括：當判斷出數(shù)字量輸入控制電路沒有出現(xiàn)故障時，表決輸出所述第一數(shù)字量輸入電路輸入的數(shù)字量信號，或表決輸出所述第二數(shù)字量輸入電路輸入的數(shù)字量信號；當分析出一個輸出電壓狀態(tài)為上升沿狀態(tài)，另一個輸出電壓狀態(tài)為持續(xù)低電平狀態(tài)時，表決輸出所述上升沿狀態(tài)對應的輸入電路輸入的數(shù)字量信號；當分析出一個輸出電壓狀態(tài)為下降沿狀態(tài)，另一個輸出電壓狀態(tài)為持續(xù)低電平狀態(tài)時，表決輸出所述下降沿狀態(tài)對應的輸入電路輸入的數(shù)字量信號；當分析出一個輸出電壓狀態(tài)為上升沿狀態(tài)或下降沿狀態(tài)，另一個輸出電壓狀態(tài)為持續(xù)高電平狀態(tài)時，表決輸出所述持續(xù)高電平狀態(tài)對應的輸入電路輸入的數(shù)字量信號。

其中，《一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置及其控制方法》的PLC數(shù)字量輸入控制方法還包括：實時記錄數(shù)字量輸入控制電路的故障狀態(tài)信息，和/或表決輸出信息。

一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置及其控制方法有益效果

《一種PLC數(shù)字量輸入控制裝置及其控制方法》通過第一數(shù)字量輸入電路和第二數(shù)字量輸入電路接收同一個PLC數(shù)字量輸入端口輸入的數(shù)字量，當其中一路輸入電路發(fā)生故障失效時，還有另外一路輸入電路保證數(shù)字量的正常輸入，可有效解決2010年11月前有關(guān)技術(shù)中數(shù)字量輸入的可靠性問題，有效降低了有關(guān)技術(shù)中由于光耦失效直接給用戶造成的損失；PLC數(shù)字量輸入控制裝置可以檢測數(shù)字量輸入控制電路是否出現(xiàn)故障，當檢測結(jié)果為是時，設(shè)置故障狀態(tài)告警信息，并向PLC主控制器表決輸出有效的數(shù)字量信號，用戶可以便捷地了解數(shù)字量輸入的情況，保證了在數(shù)字量輸入電路發(fā)生徹底故障前用戶可以進行主動的修復從而避免損失，使用戶能夠更加高效地進行系統(tǒng)的維護，避免了不可控的自動化應用系統(tǒng)的異常，大大提高了PLC數(shù)字量輸入的可靠性。

焦爐集氣管放散控制裝置及控制方法專利目的

《焦爐集氣管放散控制裝置及控制方法》的目的是提供一種以PLC控制柜為核心的焦爐集氣管放散控制裝置及控制方法，通過對集氣管壓力的連續(xù)監(jiān)控控制集氣管放散閥執(zhí)行機構(gòu)的動作，保持壓力在一段可靠范圍內(nèi)的波動，同時控制配套的點火裝置、蒸汽攏火消煙閥門、蒸汽滅火閥門的順序動作，以達到最優(yōu)方案，反應迅速，安全可靠，燃燒效果好，保護環(huán)境。

焦爐集氣管放散控制裝置及控制方法技術(shù)方案

《焦爐集氣管放散控制裝置及控制方法》通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

焦爐集氣管放散控制裝置，該裝置由燃燒器、放散管、點火器柜、控制柜、放散閥、放散閥執(zhí)行機構(gòu)、攏火閥、滅火閥、壓力變送器組成，燃燒器位于放散管上部，點火器柜與燃燒器上的點火槍通過電纜相連接，攏火閥連接燃燒器攏火管，滅火閥連接燃燒器滅火管；放散閥位于放散管與集氣管的連接處，與放散閥執(zhí)行機構(gòu)相連接，在放散管入口處的集氣管上設(shè)有壓力變送器；點火器柜、滅火閥、攏火閥、放散閥執(zhí)行機構(gòu)、壓力變送器通過連接電纜與控制柜相連接。

見圖1，燃燒器，它包括點火槍、防風罩、筒體、穩(wěn)燃裝置、攏火管、滅火管，筒體位于放散管的出口處，通過大法蘭與放散管相連接，穩(wěn)燃裝置位于筒體上部，為半封閉結(jié)構(gòu)；攏火管和滅火管是由蒸汽總管分出的兩個支管，支管一從筒體下部進入筒體內(nèi)部，分為幾個均勻布置的支管至筒體上部，為滅火管；支管二進入筒體出口處的環(huán)管，由環(huán)管分出若干支小蒸汽噴嘴位于燃氣出口的外圍，為攏火管；防風罩位于燃燒器外部，為四周封閉結(jié)構(gòu)，在防風罩上設(shè)有兩個點火槍安裝管，點火槍安裝管內(nèi)安裝有點火槍，對稱安裝在防風罩上。

在防風罩上還設(shè)有火焰檢測桿安裝管，火焰檢測桿采用熱偶測溫方式。在燃燒器上還設(shè)有測溫探桿，與控制柜相連接。

焦爐集氣管放散控制方法，該方法以PLC控制柜為核心，通過對集氣管壓力的連續(xù)監(jiān)控控制集氣管放散閥執(zhí)行機構(gòu)的動作，保持壓力在一段可靠的范圍內(nèi)的波動，同時控制配套的點火裝置、蒸汽攏火消煙閥門、蒸汽滅火閥門的順序動作，使點火器、放散執(zhí)行機構(gòu)、攏火閥、滅火閥按照一定邏輯執(zhí)行相應的配合動作，建立一套設(shè)計有效的壓力與放散控制的數(shù)學模型，以達到最優(yōu)方案，使荒煤氣在火炬頭燃燒器處被點燃，將放散氣體進行無煙燃燒；所述的PLC控制柜分別與點火器柜、滅火閥、攏火閥、放散閥執(zhí)行機構(gòu)、壓力變送器相連接。

所述的數(shù)學模型為：壓力上限、壓力上上限、壓力下限參數(shù)可以任意設(shè)定，設(shè)壓力上上限值、壓力上限值、壓力下限值、適時壓力值分別為P3、P2、P1、P，（以下敘述中的時間參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場情況更改）：

（1）當P＞P3持續(xù)5秒，自動點火放散程序啟動，打開放散閥，同時點火器柜開始工作（一般為30秒），放散閥在打開過程中會自動停止5秒鐘，使燃燒器上的火焰穩(wěn)定，當火焰檢測桿檢測到火焰10秒后打開攏火閥；如果火焰檢測桿未檢測到火焰，系統(tǒng)會在程序啟動后60秒重新打開點火器柜并關(guān)閉放散閥至點火位停留2秒，然后打開放散閥至全開后，如果仍未檢測到火焰，系統(tǒng)將繼續(xù)重復上步操作；下一步不管檢測到火焰與否，程序?qū)⒋蜷_攏火閥，發(fā)出間隔3秒的報警聲（如本系統(tǒng)無火焰檢測裝置，系統(tǒng)將不重復點火）。

（2）當P＜P1持續(xù)5秒，熄火放散程序啟動，首先迅速打開滅火閥，同時關(guān)閉攏火閥，延時3秒后開始關(guān)閉放散閥，放散閥全關(guān)60秒后關(guān)閉滅火閥，放散過程結(jié)束。

焦爐集氣管放散控制裝置及控制方法改善效果

通過增加空氣的混合和蒸汽消煙的方式在燃燒完全、降低污染上有了飛躍性的改進；通過防風罩、蒸汽攏火和穩(wěn)燃環(huán)設(shè)計在燃燒穩(wěn)定和對外界環(huán)境適應性上有了改進；通過蒸汽滅火管設(shè)計在熄火的可靠性上有了保證；通過高性能的點火裝置在點火可靠率上達到了100％；通過自動化技術(shù)的應用在控制準確及時性上達到了智能化全自動控制；通過程序控制在降低勞動強度和減少勞動力上基本實現(xiàn)了無人職守的操作模式；通過防波動放散曲線設(shè)計在焦爐事故狀態(tài)控制準確率上達到了98％以上。

焦爐集氣管荒煤氣放散控制裝置的新穎性和創(chuàng)造性體現(xiàn)在：

1）燃燒器理論應用于焦爐集氣管荒煤氣放散控制裝置，其可靠的點火、充分燃燒、防風、降低輻射、穩(wěn)燃、防脫火、可靠滅火的特點為環(huán)保效果和安全生產(chǎn)提供了保證。

2）防波動放散曲線設(shè)計應用于焦爐集氣管荒煤氣放散控制裝置，其曲線主要的三個設(shè)定值可以根據(jù)用戶的實際經(jīng)驗修改，其曲線模型設(shè)計可以將一些假相的工作異常狀態(tài)和故障狀態(tài)屏蔽，可靠率達到98％，根據(jù)集氣管有效的實現(xiàn)自動放散，改變了以往的工藝操作模式。

3）完全自動化設(shè)計應用于焦爐集氣管荒煤氣放散控制裝置，直接降低了荒煤氣對環(huán)境的污染，同時減少了勞動力、降低了勞動成本，消除了安全生產(chǎn)隱患。

4）推廣前景：適用于新建焦爐和舊式焦爐的改造，在中國共產(chǎn)黨第十七次全國代表大會提出節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展的方針指導下、世界各國對環(huán)境保護的倡導下，焦爐集氣管荒煤氣放散控制裝置具有廣闊的的推廣前景。