1.本发明涉及机械智能控制技术领域，具体为一种新型均匀取料的智能控制方法。
背景技术：2.大型斗轮取料机是一款集成了多个学科的复杂重大工程装备，在作业过程中，由于载荷的冲击大，通常会造成与斗轮取料机配套的皮带输送机工作过程不平稳。料堆截面在自重的影响下，通常以一定的安息角呈现梯形分布，传统的作业过程，通常采用余弦倒数法进行调速，忽略料堆安息角对取料性能的影响，造成作业过程取料不均匀、载荷冲击大、受力不平稳以及能耗等问题。
技术实现要素：3.本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种新型均匀取料的智能控制方法，不仅充分考虑了料堆截面形状对斗轮装置在切入和切出料堆时的影响，还考虑了料堆参数、取料机结构参数以及取料机与料堆相对位置参数的影响，可以快速的规划出适用于该料堆最佳的均匀取料调速函数，对以后的结构优化、多学科协同设计具有参考意义，可以有效解决背景技术中的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型均匀取料的智能控制方法，包括物理样机系统、数据采集系统、数据通讯与解码系统、电气控制执行系统和存储系统，所述物理样机系统为是基于数据采集系统得到的数据并按照电机的运行参数进行执行的物理样机，数据采集系统是利用传感器进行多源数据的采集并作为关键的信息输入量，所述数据通讯与解码系统将采集到的多源数据进行传递、解码、清洗和简化处理，得到影响物理样机均匀取料性能的料堆参数并将其导入至电气控制执行子系统中进行电机转速规划求解，然后在驱动电机按照规划后的转速曲线规律进行驱动物理样机进行均匀取料，存储系统为电机速度规划求解后的结果和实时取料过程中的速度曲线进行存档。
5.进一步的，所述物理样机系统包括取料机的斗轮、悬臂、拉杆、配重、行走装置、回转装置和俯仰装置，斗轮为堆取料机对散料的挖掘取料单元对散料进行装卸，悬臂为斗轮取料机的核心部件之一，由悬臂按照斗轮和传输挖掘后的散料，拉杆和配重是取料机的辅助装置，用来平衡斗轮取料机在工作过程中的作用力，行走装置是堆取料机的基础单元为斗轮取料机的行走提供动力，通过回转装置对当前层的料堆进行不同位置的散料进行挖掘，回转调速函数对均匀取料产生直接影响，通过俯仰装置来调节堆取料机的作业高度，以此对不同高度的料堆进行取料。
6.进一步的，所述数据采集系统是利用不同类型的传感器进行料堆参数进行识别，获得不同料堆的散料类型、料堆安息角、料堆宽度和料堆高度参数，采集到的不同类型数据通过can总线或wifi或蓝牙对数据进行传输。
7.进一步的，所述数据通讯与解码系统是对数据采集系统采集的数据进行接收和发送，并且同时由对数据通讯与解码系统不同类型的数据进行简单分类、解码、数据清洗，为
最大限度减小累计误差，对解码后的数据采用先进的ai算法进行降噪等处理。
8.进一步的，所述电气控制执行系统包括非线性求解器、控制器、速度传感器和扭矩传感器，非线性求解器为高效性能，针对得到的不同料堆参数进行回转机构调速函数规划，利用非线性求解器对得多的调速函数求解，在控制器的执行下，将获得的调速函数曲线作用于回转机构的回转电机上，为保证悬臂回转角度大于75
°
时仍可以均匀取料，速度传感器和扭矩传感器对电机输出参数进行实时监测，保证电机在安全的转速和输出扭矩下工作。
9.进一步的，所述存储系统是将电机速度规划求解后的结果和实时取料过程中的速度曲线进行保存，不仅可以查阅历史料堆参数下的调速函数，还能够为后期的改进和优化提供依据。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：在大型斗轮取料机均匀取料时，本新型均匀取料的智能控制方法，不仅充分考虑了料堆截面形状对斗轮装置在切入和切出料堆时的影响，还考虑了料堆参数、取料机结构参数以及取料机与料堆相对位置参数的影响，针对不同类型的散料料堆参数，采用该方法可以快速的规划出适用于该料堆最佳的均匀取料调速函数，对以后的结构优化、多学科协同设计具有参考意义。
附图说明
11.图1为本发明方法结构示意图；
12.图2为本发明的大型斗轮取料机工作原理结构示意图；
13.图3为本发明的大型斗轮取料机结构示意图；
14.图4为本发明的均匀取料计算分析结构示意图；
15.图5为本发明的物料切入过程示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种新型均匀取料的智能控制方法，包括物理样机系统、数据采集系统、数据通讯与解码系统、电气控制执行系统和存储系统，所述物理样机系统为是基于数据采集系统得到的数据并按照电机的运行参数进行执行的物理样机，数据采集系统是利用传感器进行多源数据的采集并作为关键的信息输入量，所述数据通讯与解码系统将采集到的多源数据进行传递、解码、清洗和简化处理，得到影响物理样机均匀取料性能的料堆参数并将其导入至电气控制执行子系统中进行电机转速规划求解，然后在驱动电机按照规划后的转速曲线规律进行驱动物理样机进行均匀取料，存储系统为电机速度规划求解后的结果和实时取料过程中的速度曲线进行存档。
18.进一步的，所述物理样机系统包括取料机的斗轮、悬臂、拉杆、配重、行走装置、回转装置和俯仰装置，斗轮为堆取料机对散料的挖掘取料单元对散料进行装卸，悬臂为斗轮取料机的核心部件之一，由悬臂按照斗轮和传输挖掘后的散料，拉杆和配重是取料机的辅助装置，用来平衡斗轮取料机在工作过程中的作用力，行走装置是堆取料机的基础单元为
斗轮取料机的行走提供动力，通过回转装置对当前层的料堆进行不同位置的散料进行挖掘，回转调速函数对均匀取料产生直接影响，通过俯仰装置来调节堆取料机的作业高度，以此对不同高度的料堆进行取料。
19.进一步的，所述数据采集系统是利用不同类型的传感器进行料堆参数进行识别，获得不同料堆的散料类型、料堆安息角、料堆宽度和料堆高度参数，采集到的不同类型数据通过can总线或wifi或蓝牙对数据进行传输。
20.进一步的，所述数据通讯与解码系统是对数据采集系统采集的数据进行接收和发送，并且同时由对数据通讯与解码系统不同类型的数据进行简单分类、解码、数据清洗，为最大限度减小累计误差，对解码后的数据采用先进的ai算法进行降噪等处理。
21.进一步的，所述电气控制执行系统包括非线性求解器、控制器、速度传感器和扭矩传感器，非线性求解器为高效性能，针对得到的不同料堆参数进行回转机构调速函数规划，利用非线性求解器对得多的调速函数求解，在控制器的执行下，将获得的调速函数曲线作用于回转机构的回转电机上，为保证悬臂回转角度大于75
°
时仍可以均匀取料，速度传感器和扭矩传感器对电机输出参数进行实时监测，保证电机在安全的转速和输出扭矩下工作。
22.进一步的，所述存储系统是将电机速度规划求解后的结果和实时取料过程中的速度曲线进行保存，不仅可以查阅历史料堆参数下的调速函数，还能够为后期的改进和优化提供依据。
23.工作原理：首先通过物理样机系统散料料堆进行取料，并且物理样机系统上安装有扫描仪、传感器等硬件，通过扫描仪、传感器等硬件对散料料堆进行扫描和参数测量，以此获得料堆的安息角、长度、宽度等信息，电气控制执行系统结合斗轮取料机的结构参数和解码后的料堆参数数据进行均匀取料电机转速规划，获得当前料堆下均匀取料的转速参数，斗轮取料机的工作流程如图2所示；
24.如图1所示，首先斗轮取料机调整俯仰机构的高度并使悬臂回转至料堆边缘，安装在悬臂上的扫面议和和传感器对散料料堆参数进行识别；将采集到的数据传递至数据通讯与解码系统，通过对采集到的数据进行分类和解码，获得影响均匀取料的料堆参数；在电气控制执行系统下，结合斗轮取料机的结构参数和料堆参数对均匀取料过程中的电机进行转速规划；最后，将得到的均匀取料下的电机转速曲线作用至斗轮取料机上并开始进行取料，实现斗轮取料机对散料料堆进行均匀取料，并得到均匀取料下的系统能耗和斗轮取料机的结构性能；
25.在对均匀取料过程电机转速求解过程时分为三个阶段：一、完全切入料堆阶段.由图4和图5给出了斗轮完全进入料堆后的示意图，其中o1和o2分别表示回转中心当前位置和下一时刻的位置，为便于阐述均匀取料的速度曲线，假定ω为回转机构的角速度，δ0和δa分别表示取料机的前进距离与ba之间的距离，r和r分别表示悬臂的长度和斗轮的半径值，νw和νn分别表示为斗轮最外端和最内端的线速度，为当前时刻与下一时刻悬臂转过的角度。为降低对取料机的冲击，通常要求进行等体积工作，设表示均匀取料量，在t时刻斗轮的取料体积可以表示为：悬臂回
转的角速度函数可以表示为：
26.二、切入/切出料堆阶段时，在切入物料时的过程示意图如图5所示，其中h表示在物料斜面上瞬时挖掘的物料高度，由图5可知，当斗轮完全切入物料时，设斗轮中心的高度与物料的上平面高度一致，此时h＝r；斗轮在切入物料的时，斗轮挖掘到物料的高度可以用式(9)表示：斗轮在切入料堆的过程中，斗轮切入的物料逐渐增加，斗轮切入料堆的实时高度可以表示为：其中θ和α0分别表示安息角和悬臂与行走机构的夹角，结合公式(2)可知，悬臂在斗轮从开始到切入料堆的过程中，回转角速度函数为：
[0027][0028]
斗轮在切出过程中，实时高度的变化入式(5)所示： (5)，此时悬臂的回转函数可以表示为：
[0029][0030]
综上分析，悬臂的回转角速度函数可用式(7)所示：
[0031][0031]
[0032]
三、悬臂摆过的角度大于75
°
阶段时，为保证安全，通常悬臂回转机构在75
°
范围内可以进行调速，若回转角度大于75
°
后，回转机构不再进行调速，则应按照回转角度75
°
是的速度进行作业。
[0033]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：1.一种新型均匀取料的智能控制方法，包括物理样机系统、数据采集系统、数据通讯与解码系统、电气控制执行系统和存储系统，其特征在于：所述物理样机系统为是基于数据采集系统得到的数据并按照电机的运行参数进行执行的物理样机，数据采集系统是利用传感器进行多源数据的采集并作为关键的信息输入量，所述数据通讯与解码系统将采集到的多源数据进行传递、解码、清洗和简化处理，得到影响物理样机均匀取料性能的料堆参数并将其导入至电气控制执行子系统中进行电机转速规划求解，然后在驱动电机按照规划后的转速曲线规律进行驱动物理样机进行均匀取料，存储系统为电机速度规划求解后的结果和实时取料过程中的速度曲线进行存档。2.根据权利要求1所述的一种新型均匀取料的智能控制方法，其特征在于：所述物理样机系统包括取料机的斗轮、悬臂、拉杆、配重、行走装置、回转装置和俯仰装置，斗轮为堆取料机对散料的挖掘取料单元对散料进行装卸，悬臂为斗轮取料机的核心部件之一，由悬臂按照斗轮和传输挖掘后的散料，拉杆和配重是取料机的辅助装置，用来平衡斗轮取料机在工作过程中的作用力，行走装置是堆取料机的基础单元为斗轮取料机的行走提供动力，通过回转装置对当前层的料堆进行不同位置的散料进行挖掘，回转调速函数对均匀取料产生直接影响，通过俯仰装置来调节堆取料机的作业高度，以此对不同高度的料堆进行取料。3.根据权利要求1所述的一种新型均匀取料的智能控制方法，其特征在于：所述数据采集系统是利用不同类型的传感器进行料堆参数进行识别，获得不同料堆的散料类型、料堆安息角、料堆宽度和料堆高度参数，采集到的不同类型数据通过can总线或wifi或蓝牙对数据进行传输。4.根据权利要求1所述的一种新型均匀取料的智能控制方法，其特征在于：所述数据通讯与解码系统是对数据采集系统采集的数据进行接收和发送，并且同时由对数据通讯与解码系统不同类型的数据进行简单分类、解码、数据清洗，为最大限度减小累计误差，对解码后的数据采用先进的ai算法进行降噪等处理。5.根据权利要求1所述的一种新型均匀取料的智能控制方法，其特征在于：所述电气控制执行系统包括非线性求解器、控制器、速度传感器和扭矩传感器，非线性求解器为高效性能，针对得到的不同料堆参数进行回转机构调速函数规划，利用非线性求解器对得多的调速函数求解，在控制器的执行下，将获得的调速函数曲线作用于回转机构的回转电机上，为保证悬臂回转角度大于75
°
时仍可以均匀取料，速度传感器和扭矩传感器对电机输出参数进行实时监测，保证电机在安全的转速和输出扭矩下工作。6.根据权利要求1所述的一种新型均匀取料的智能控制方法，其特征在于：所述存储系统是将电机速度规划求解后的结果和实时取料过程中的速度曲线进行保存，不仅可以查阅历史料堆参数下的调速函数，还能够为后期的改进和优化提供依据。
技术总结本发明公开了一种新型均匀取料的智能控制方法，包括物理样机系统、数据采集系统、数据通讯与解码系统、电气控制执行系统和存储系统，所述物理样机系统为是基于数据采集系统得到的数据并按照电机的运行参数进行执行的物理样机，数据采集系统是利用传感器进行多源数据的采集并作为关键的信息输入量，所述数据通讯与解码系统将采集到的多源数据进行传递、解码、清洗和简化处理，不仅充分考虑了料堆截面形状对斗轮装置在切入和切出料堆时的影响，还考虑了料堆参数、取料机结构参数以及取料机与料堆相对位置参数的影响，可以快速的规划出适用于该料堆最佳的均匀取料调速函数，对以后的结构优化、多学科协同设计具有参考意义。多学科协同设计具有参考意义。多学科协同设计具有参考意义。
技术研发人员：原永亮 宋学官 任建吉 张天赐 付涛 庞勇 王一棠
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：2022.02.08
技术公布日：2022/7/5
