臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械

《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械。

受周期性冲击载荷的长柔性臂架，引起其剧烈振动的原因往往是由于激励频率与臂架结构的固有频率接近或者一致。比如说混凝土泵车臂架，随着姿态的变化其竖直方向的固有频率一直在变化，然而臂架的激励频率，即混凝土泵送频率，也随档位的变化而变化，而且，激励频率与臂架的固定频率相近，这样，在泵送过程中，有可能出现臂架在特定姿态、泵送系统在特定档位时，臂架的竖直方向一阶固有频率与混凝土泵送频率恰好一样或者接近，发生共振，导致臂架剧烈振动，不但影响臂架末端的就位精度，更会导致臂架的使用寿命大幅降低。

相关专利中也公开了一些提高工程机械稳定性的控制方法，例如通过获取臂架的固有频率、控制激励频率和臂架频率的差值，来避免共振，以提高工程机械的稳定性。虽然上述方法从理论上能够有效地避免共振，但是由于臂架随着姿态的变化其竖直方向的固有频率一直在变化，臂架的固有频率难以实时准确获取，固有频率检测不够准确导致减振效果也相对较差，难以达到其预期的效果。

构成该专利的一部分的附图用来提供对《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》的进一步理解，该发明的示意性实施例及其说明用于解释该发明，并不构成对该发明的不当限定。在附图中：

图1是根据《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》的臂架振动控制方法的示意图；

图2是根据《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》的臂架振动控制装置的示意图。

2021年6月24日，《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》获得第二十二届中国专利金奖。 2100433B

• 第一实施例

如图1所示，根据《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》的臂架振动控制方法的第一实施例，在该实施例中，控制方法包括：步骤S10：获取臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；步骤S20：将动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；步骤S30：根据比较结果，控制激励载荷。该发明通过动应力特征，并根据动应力特征与预设数值对比结果，控制激励载荷，从而控制臂架振动。相比现有技术（截至2013年12月3日）中通过测量臂架固有频率来控制振动的方法，动应力特征相比获取臂架固有频率可行性高，测量结果更准确，而且相对性价比更高，从而有效地提高控制效果。

优选地，在该发明的第一实施例中，动应力特征包括平均应力和应力幅，为了获得平均应力和应力幅，在步骤S10中，首先获取臂架的预设区域在第一时间段内的动应力在时域上的动应力曲线，再根据动应力曲线计算平均应力和应力幅。即平均应力为动应力曲线在第一时间段内的平均值，应力幅为动应力曲线在第一时间段内的最大值与最小值的差值，采用上述方法，能够准确实时地计算臂架在预设区域内的平均应力和应力幅，具有较高的可靠性和准确度。

优选地，测量动应力采用动应力传感器，即在臂架的预设区域设置动应力传感器，能够实时地测量的臂架在该预设区域中的动应力的时域上的信号，从而绘制动应力在时域上的动应力曲线，进而计算平均应力和应力幅。动应力传感器一般采用应变片或者应变花，并且配合设置相应的测量桥路，具有较高的测量精度。

优选地，臂架的预设区域为臂架的危险区域，即臂架容易产生应力集中区域，或者结构强度相对比较薄弱的区域。根据实践经验，一般选择为靠近端部的几节臂架的焊缝附近位置。也可以根据具体的不同臂架选择不同危险区域。

优选地，在该发明的另一实施例中，动应力特征也可以只包括应力幅，为了获取应力幅，在步骤S10中，也可以用其他传感器如油缸压力、力传感器等得到臂架的预设油缸的油缸压力幅（油缸压力的波动幅值），换算成应力幅。例如，采用油缸压力传感器，将油缸压力传感器设置在臂架的预设油缸内，用于检测预设油缸的油缸压力波动情况，并根据油缸压力传感器的获取的油缸压力波动情况，计算臂架载荷波动情况，再进一步计算臂架预设区域内的动应力特征。

优选地，在该发明的第一实施例中，步骤S20中的预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅。第一许可应力和第一许可应力幅经验确定或者试验得到的数表指定。即步骤S20为平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果。也即将步骤S10中获取的平均应力和应力幅直接与预设的第一许可应力和第一许可应力幅比较，在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，开始对激励载荷控制。

优选地，在步骤S30包括：根据第一比较结果，控制激励载荷的频率，可以采用降低或者升高激励载荷的频率的方法。具体地，为了提高臂架鲁棒性，一般地采用降低档位操作，即降低激励载荷的频率。在控制过程中，根据平均应力超过第一许可应力和应力幅超过第一许可应力幅的大小，相应的降低激励频率（泵送系统档位），即在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅较多的情况下，则相应地降低档位较多；在超过较少的情况下，相应地降低档位较少。从而使激励载荷的频率低于臂架的固有频率，防止产生共振，对臂架的振动有效控制。在控制过程中，通过测量的平均应力和应力幅，并反馈控制，直到平均应力降低到第一许可应力范围内，或者应力幅降低到第一许可应力幅的范围内，停止对臂架的激励载荷控制。

在第一实施例中，根据第一比较结果，控制激励载荷，也可以采用错频控制方法。即当平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，通过获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环。即并将激励载荷在一个周期内的一段时间的激励载荷的频率调整为f △f，另一段时间内的激励载荷的频率调整为f-△f。即将原有的单一激励频率f的周期性载荷转化为f △f和f-△f的错频载荷，从而将激励载荷的频率与臂架的固有频率错开，避免激励载荷的频率与臂架的固有频率重合，从而防止产生共振，对臂架的振动有效控制。△f为控制变量，根据平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的大小，相应地调节△f的大小，能够快速有效地将平均应力和应力幅调整到预设的范围内，即超过较多，相应的△f相对较大；超过较少，相应地△f相对较小。

• 第二实施例

在《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》的第二实施例中，与第一实施例不同的，在第二实施例中，步骤S20中的预设数值为第二许可应力幅，第二许可应力幅为臂架的预设区域在平均应力为0的对称拉压下的许可应力幅。具体地，可以根据经验选取，也可以通过实验获得。例如，通过以下实验方法获得。即首先将与臂架的预设区域内的臂架材料、焊接接头等形式所对应的结构件作为疲劳实验试件，并安装固定，然后对疲劳实验试件进行平均应力为0的对称拉压疲劳实验；在试验过程中，获取90%存活率下的疲劳极限的应力幅；将90%存活率下的疲劳极限的应力幅除以相应的安全系数即可得到第二许可应力幅，安全系数一般为1.34。

在第二实施例中，在步骤S20中，首先将步骤S10中获取的平均应力和应力幅通过相应的法则（例如GOODMAN法则或者其他相应力学法则）转发为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅，然后再将等效应力幅与第二许可应力幅比较，在等效应力幅超过第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果。在步骤S30中，根据第二比较结果，控制激励载荷。

在该实施例中，通过将平均应力和应力幅两个数值通过GOODMAN法则转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅，在比较和控制过程中，均只需要将等效应力幅与第二许可应力幅比较，使得臂架过程更为简单，降低控制的复杂程度，能够提高可靠性和控制系统的相应速度。

优选地，第二实施例中，根据第二比较结果，控制激励载荷与第一实施例类似，可以采用降低或者升高激励载荷的频率的方法。具体地，为了提高臂架鲁棒性，一般地采用降低档位操作，即降低激励载荷的频率，从而避免共振。在控制过程中，根据等效应力幅超过第二许可应力幅的大小，相应的降低激励频率（泵送系统档位），即在等效应力幅超过第二许可应力幅较多的情况下，则相应地降低档位较多；在超过较少的情况下，相应地降低档位较少。从而使激励载荷的频率低于臂架的固有频率，防止产生共振，对臂架的振动有效控制。在控制过程中，通过测量的平均应力和应力幅，转化为等效应力幅反馈控制，直到等效应力幅降低到第二许可应力幅的范围内，停止对臂架的激励载荷控制。

类似于第一实施例，也可以采用错频控制方法，即通过获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，将原有的单一激励频率f的周期性载荷转化为f △f和f-△f的错频载荷，从而将激励载荷的频率与臂架的固有频率错开，避免共振。△f为控制变量，根据等效应力幅超过第二许可应力幅的大小，相应地调节△f的大小，当等效应力幅超过第二许可应力幅较多的情况下，△f相对较大；超过较少的情况下，△f相对较小。

• 第三和第四实施例

在《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》的第三和第四实施例中，与第一实施例和第二实施例不同的是，在得到比较结果后，比较结果不直接用于激励载荷的控制，而是将第二时间段内的所述平均应力和应力幅与所述预设数值对比，并统计第一时间段和/或第二时间段内平均应力和应力幅超过预设数值的次数和大小，并得到统计结果，然后根据所述统计结果，控制所述激励载荷。

需要说明的是，第二时间段一般为第一时间段之后的时间端之后的时间段，在上述步骤中，既可以统计第一时间段，也可以统计第二时间段内或者第一时间段和第二时间段内的平均应力和应力幅超过预设数值的次数和大小。也就是说，统计的基础数据可以为第一时间段内做出比较结果的基础数据，也可以得到比较结果之后重新检测的数据。

相比第一实施例和第二实施例，在第三实施例和第四实施例中，加入统计步骤，能够防止对激励载荷频繁控制，即在第三实施例和第四实施例中，不是平均应力和应力幅只要一超过预设数值，就开始控制，而且通过统计第一时间段和/或第二时间内的平均应力和应力幅超过预设数值的次数和大小，当超过达到一定程度（超过一定的次数或者超过的量达到一定的大小）后，再开始控制。一方面避免频繁启动激励载荷控制，对系统正常工作产生一定的干扰；另外，也可以防止获取平均应力和应力幅过程中，出现的偶然干扰因素，而导致测量出现误差，出现误控制的情况发生。

具体地，在该发明的第三实施例中，与第一实施例类似，在步骤S20中也是将第一许可应力和第一许可应力幅作用预设数值，将步骤S10中获取的平均应力和应力幅直接与第一许可应力和第一许可应力幅比较，并在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果。

在该实施例中，得到第一比较结果（即平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅）后，则开始统计第一时间段和/或第二时间段内平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的次数，以及应力幅超过第一许可应力幅的大小，得到第一统计结果，并根据第一统计结果，控制激励载荷的频率。

优选地，在第三实施例中，根据第一统计结果，控制激励载荷的频率，可以采用类似于第一实施例中降低档位，从而降低激励频率的操作，将激励频率与臂架的固有频率错开，避免共振，有效地降低臂架的振动。

具体地，如果在统计过程中，当平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅较多时，则超过的次数很少就开始降低档位，而且降低档位也相应地较多，从而尽快地将平均应力和应力幅调整到预设的范围内，防止臂架过度振动而引起臂架寿命降低。相应地，如果在统计过程中，当平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅较少时，则超过次数相对较多才开始控制，且降低档位相对较少，降低档位（激励频率）的多少超过的大小相适应，而且在控制过程中，对平均应力和应力幅测量，直到平均应力和应力幅调整到的第一许可应力和第一许可应力幅的范围内时，停止对激励载荷的控制。

类似地，也可以采用第一实施例中的错频控制方法，即通过获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，将原有的单一激励频率f的周期性载荷转化为f △f和f-△f的错频载荷，从而将激励载荷的频率与臂架的固有频率错开，避免共振。△f为控制变量，根据平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的大小，相应地调节△f的大小，能够快速有效地将平均应力和应力幅调整到预设的范围内，即超过较多，相应的△f相对较大；超过较少，相应地△f相对较小。

在该发明的第四实施例中，与第二实施例类似地，在步骤S20中，将平均应力和应力幅通过GOODMEN法则转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅，然后将等效应力幅与第二许可应力幅比较，在等效应力幅超过第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果；具体的第二许可应力幅的获取，以及相应的比较方法均与第二实施例类似，不再赘述。

与第二实施例不同的是，在步骤S30中，当得到第二比较结果（即等效应力幅超过第二许可应力幅）后，则开始统计第一时间段和/或第二时间段内的等效应力幅超过许可应力幅的次数和超过许可应力幅的大小，得到第二统计结果，并根据第二统计结果，控制激励载荷的频率。

优选地，在第四实施例中，根据第二统计结果，控制激励载荷的频率，可以采用类似于第三实施例中降低档位，从而降低激励频率的操作，将激励频率与臂架的固有频率错开，避免共振，有效地降低臂架的振动。

具体地，如果在统计过程中，当等效应力幅超过第二许可应力幅很多时，则超过的次数很少就开始降低档位，而且降低档位也相应地较多，从而尽快地将平均应力和应力幅调整到预设的范围内，防止臂架过度振动而引起臂架寿命降低。相应地，如果在统计过程中，当等效应力幅超过第二许可应力幅不多，则次数相对较多才开始控制，且降低档位较少。降低档位（激励频率）的多少超过的大小相适应，而且在控制过程中，对平均应力和应力幅测量并相应地转化为等效应力幅，直到等效应力幅调整到的第二许可应力幅的范围内时，停止对激励载荷的控制。

类似地，也可以采用第二实施例中的错频控制方法，即通过获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，将原有的单一激励频率f的周期性载荷转化为f △f和f-△f的错频载荷，从而将激励载荷的频率与臂架的固有频率错开，避免共振。△f为控制变量，根据等效应力幅超过第二许可应力幅的大小，相应地调节△f的大小，当等效应力幅超过第二许可应力幅较多的情况下，△f相对较大；超过较少的情况下，△f相对较小。在控制过程中，还可以相应地增加或者减小△f的数值，控制激励载荷的直到等效应力幅小于第二许可应力幅为止。

该发明还提供了一种臂架振动控制装置。如图2所示，在臂架振动控制装置的第一实施例，控制装置包括：采集单元，用于获取臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；比较单元，用于将动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；控制单元，用于根据比较结果，控制激励载荷。该发明通过获取动应力特征，并根据动应力特征与预设数值对比结果，控制激励载荷，从而控制臂架振动。相比现有技术（截至2013年12月3日）中通过测量臂架固有频率来控制振动，动应力特征相比获取臂架固有频率可行性高，测量结果更准确，而且相对性价比更高，从而有效地提高控制效果。

优选地，动应力特征可以包括平均应力和应力幅，即采集单元包括第二采集模块和第二计算模块；第二采集模块用于获取预设区域在第一时间段内的动应力在时域上的动应力曲线；第二计算模块用于根据第二采集模块获取的动应力曲线计算平均应力和应力幅，其中，平均应力为动应力曲线在第一时间段内的平均值，应力幅为动应力曲线在第一时间段内的最大值与最小值的差值。从而实时准确地计算臂架在预设区域内的平均应力和应力幅，具有较高的可靠性和准确度。

优选地，臂架的预设区域为臂架的危险区域，即臂架容易产生应力集中区域，或者结构强度相对比较薄弱的区域。根据实践经验，一般选择为靠近端部的几节臂架的焊缝附近位置。也可以根据具体的不同臂架选择不同危险区域。

更优选地，该发明的振动控制装置的其他实施例中，动应力特征可以只包括应力幅，采集单元还可以包括第一采集模块和第二计算模块；第一采集模块用于获取油缸压力得到油缸压力幅；第二计算模块用于通过油缸压力幅计算应力幅。例如采用油缸压力传感器，油缸压力传感器设置在臂架的预设油缸内，用于检测臂架的油缸压力波动情况，并根据油缸压力传感器的获取的油缸压力波动情况，计算臂架载荷波动情况，再进一步计算臂架预设区域内的的动应力特征。

为了更准确地获得应力幅，提高可靠性，采集单元可以同时具有第二采集模块和第二计算模块，以及第一采集模块和第二计算模块。即同时测量动应力和测量油缸压力幅，来计算应力幅，两者配合使用，既能提高精度，又能提高可靠性。

优选地，在该发明的第一实施例中，比较单元包括第一存储模块和第一比较模块，第一存储模块用于存储预设数值，其中，预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅；第一比较模块用于在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果。也即将采集单元中获取的平均应力和应力幅直接与预设的第一许可应力和第一许可应力幅比较，在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，开始对激励载荷控制。

优选地，控制单元包括第一控制模块：第一控制模块用于根据第一比较结果，降低或者升高激励载荷的频率；即第一控制单元可以采用降低档位或者增加档位的操作，一般地，为了提高臂架鲁棒性，采用降低档位操作，来降低激励载荷的频率。在控制过程中，根据平均应力超过第一许可应力和应力幅超过第一许可应力幅的大小，相应的降低激励频率（泵送系统档位），即在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅较多的情况下，则相应地降低档位较多；在超过较少的情况下，相应地降低档位较少。从而使激励载荷的频率低于臂架的固有频率，防止产生共振，对臂架的振动有效控制。在控制过程中，通过测量的平均应力和应力幅，并反馈控制，直到平均应力降低到第一许可应力范围内，或者应力幅降低到第一许可应力幅的范围内，停止对臂架的激励载荷控制。

第一控制模块还可以用于根据第一比较结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。即当平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，通过获取激励载荷的当前频率f，并将激励载荷在一个周期内的一段时间的激励载荷的频率调整为f △f，另一段时间内的激励载荷的频率调整为f-△f。将原有的单一激励频率f的周期性载荷转化为f △f和f-△f的错频载荷，从而将激励载荷的频率与臂架的固有频率错开，避免激励载荷的频率与臂架的固有频率重合，从而防止产生共振，对臂架的振动有效控制。△f为控制变量，根据平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的大小，相应地调节△f的大小，能够快速有效地将平均应力和应力幅调整到预设的范围内，即超过较多，相应的△f相对较大；超过较少，相应地△f相对较小。

在该发明的臂架振动控制装置的第二实施例中，与第一实施例不同的，在第二实施例中，比较单元包括第二存储模块、等效应力幅计算模块和第二比较模块，第二存储模块用于存储预设数值，其中，预设数值为第二许可应力幅；第二许可应力幅为臂架的预设区域在平均应力为0的对称拉压下的许可应力幅。具体地，第二许可应力幅可以根据经验选取，也可以通过实验获得。例如，通过以下实验获得，首先将与臂架的预设区域内的臂架材料、焊接接头等形式所对应的结构件作为疲劳实验试件，并安装固定，然后对疲劳实验试件进行平均应力为0的对称拉压疲劳实验；在试验过程中，获取90%存活率下的疲劳极限的应力幅；将90%存活率下的疲劳极限的应力幅除以相应的安全系数即可得到第二许可应力幅，安全系数一般为1.34。

在第二实施例中，等效应力幅计算模块用于将平均应力和应力幅转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅；即将采集单元中获取的平均应力和应力幅通过相应的法则（例如GOODMAN法则）转发为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅。第二比较模块用于在等效应力幅超过第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果；控制单元，用于根据第二比较结果，控制激励载荷。

在该实施例中，通过将平均应力和应力幅两个数值通过GOODMAN法则转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅，在比较和控制过程中，均只需要将等效应力幅与第二许可应力幅比较，使得臂架过程更为简单，降低控制的复杂程度，能够提高可靠性和控制系统的相应速度。

在第二实施例中，控制单元包括第二控制模块，第二控制模块用于根据第二比较结果，降低或者升高激励载荷的频率；即与第一实施例类似，可以采用降低档位或者增加档位的操作，一般地，为了提高臂架鲁棒性，采用降低档位操作，来降低激励载荷的频率。在控制过程中，根据等效应力幅超过第二许可应力幅的大小，相应的降低激励频率（泵送系统档位），即在等效应力幅超过第二许可应力幅较多的情况下，则相应地降低档位较多；在超过较少的情况下，相应地降低档位较少。从而使激励载荷的频率低于臂架的固有频率，防止产生共振，对臂架的振动有效控制。在控制过程中，通过测量的平均应力和应力幅，转化为等效应力幅反馈控制，直到等效应力幅降低到第二许可应力幅的范围内，停止对臂架的激励载荷控制。

第二控制模块还用于根据第二比较结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。即类似于第一实施例，采用错频控制，通过获取激励载荷的当前频率f，将原有的单一激励频率f的周期性载荷转化为f △f和f-△f的错频载荷，从而将激励载荷的频率与臂架的固有频率错开，避免共振。△f为控制变量，根据等效应力幅超过第二许可应力幅的大小，相应地调节△f的大小，当等效应力幅超过第二许可应力幅较多的情况下，△f相对较大；超过较少的情况下，△f相对较小。

在该发明臂架振动控制装置的第三和第四实施例中，与第一实施例和第二实施例不同的是，控制单元还包括：统计模块和第三控制模块，统计模块用于根据比较结果，将第二时间段内的平均应力和应力幅与预设数值对比，并统计第一时间段和/或第二时间段内平均应力和应力幅超过预设数值的次数和大小，得到统计结果；其中，第二时间段为第一时间段之后的时间段；第三控制模块，用于根据统计结果，控制激励载荷。即相比第一和第二实施例，在第三实施例中，在得到比较结果后，比较结果不直接用于激励载荷的控制，而是开始统计第一时间段和/或第二时间段内平均应力和应力幅超过预设数值的次数和大小，并得到统计结果，并根据所述统计结果，控制所述激励载荷。

相比第一实施例和第二实施例，加入统计步骤，能够防止对激励载荷频繁控制，即在第三实施例和第三实施例中，不是平均应力和应力幅只要一超过预设数值，就开始控制，而且通过统计，当超过达到一定程度（超过一定的次数或者超过的量达到一定的大小）后，再开始控制。一方面避免频繁启动激励载荷控制，对系统正常工作产生一定的干扰；另外，也可以防止获取平均应力和应力幅过程中，出现的偶然干扰因素，而导致测量出现误差，出现误控制的情况发生。

具体地，在该发明的第三实施例中，与第一实施例类似地，比较单元也包括第一存储模块和第一比较模块，第一存储模块用于存储预设数值，其中，预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅；第一比较模块用于在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果。即也是将第一许可应力和第一许可应力幅作用预设数值，将采集单元中获取的平均应力和应力幅直接与第一许可应力和第一许可应力幅比较，并在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果。

在该实施例中，控制单元的统计模块包括第一统计模块，第一统计模块在得到第一比较结果（即平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅）后，则开始统计第一时间段和/或第二时间段内平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的次数，以及应力幅超过第一许可应力幅的大小，得到第一统计结果。控制单元的第三控制模块包括第一频率控制模块，用于根据第一统计结果，控制激励载荷的频率。

第一频率控制模块包括第一频率控制子模块，第一频率控制子模块用于根据第一统计结果，降低或者升高激励载荷的频率。即第一频率控制子模块与第一实施例中的第一控制模块工作类似，控制档位降低，从而降低激励频率的操作，将激励频率与臂架的固有频率错开，避免共振，有效地降低臂架的振动。

具体地，如果在统计过程中，当平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅较多时，则超过的次数很少就开始降低档位，而且降低档位也相应地较多，从而尽快地将平均应力和应力幅调整到预设的范围内，防止臂架过度振动而引起臂架寿命降低。相应地，如果在统计过程中，当平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅较少时，则超过次数相对较多才开始控制，且降低档位相对较少，降低档位（激励频率）的多少超过的大小相适应，而且在控制过程中，对平均应力和应力幅测量，直到平均应力和应力幅调整到的第一许可应力和第一许可应力幅的范围内时，停止对激励载荷的控制。

第一频率控制子模块还可以用于根据第一统计结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。即类似于第一实施例中第一控制模块的错频控制，通过获取激励载荷的当前频率f，将原有的单一激励频率f的周期性载荷转化为f △f和f-△f的错频载荷，从而将激励载荷的频率与臂架的固有频率错开，避免共振。△f为控制变量，根据平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的大小，相应地调节△f的大小，能够快速有效地将平均应力和应力幅调整到预设的范围内，即超过较多，相应的△f相对较大；超过较少，相应地△f相对较小。

在该发明臂架振动控制装置的第四实施例中，与第二实施例类似地，比较单元包括：第二存储模块、等效应力幅计算模块和第二比较模块。第二存储模块，用于存储预设数值，其中，预设数值为第二许可应力幅；等效应力幅计算模块用于将平均应力和应力幅转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅；第二比较模块用于在等效应力幅超过第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果。

在第四实施例中，控制单元的统计模块包括第二统计模块，用于根据第二比较结果，统计第一时间段和/或第二时间段内的等效应力幅超过许可应力幅的次数和超过许可应力幅的大小，得到第二统计结果；控制单元的第三控制模块包括第二频率控制模块，用于根据第二统计结果，控制激励载荷的频率。即与第二实施例不同的是，控制单元得到第二比较结果（即等效应力幅超过第二许可应力幅）后，则开始统计第一时间段和/或第二时间段内的等效应力幅超过许可应力幅的次数和超过许可应力幅的大小，得到第二统计结果，并根据第二统计结果，控制激励载荷的频率。

优选地，第二频率控制模块包括第二频率控制子模块，第二频率控制子模块用于根据第二统计结果，降低或者升高激励载荷的频率；即类似于第三实施例中，通过降低档位，从而降低激励频率的操作，将激励频率与臂架的固有频率错开，避免共振，有效地降低臂架的振动。

具体地，如果在统计过程中，当等效应力幅超过第二许可应力幅很多时，则超过的次数很少就开始降低档位，而且降低档位也相应地较多，从而尽快地将平均应力和应力幅调整到预设的范围内，防止臂架过度振动而引起臂架寿命降低。相应地，如果在统计过程中，当等效应力幅超过第二许可应力幅不多，则次数相对较多才开始控制，且降低档位较少。降低档位（激励频率）的多少超过的大小相适应，而且在控制过程中，对平均应力和应力幅测量并相应地转化为等效应力幅，直到等效应力幅调整到的第二许可应力幅的范围内时，停止对激励载荷的控制。

类似地，第二频率控制子模块，还可以用于根据第二统计结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。即采用类似于第二实施例中的错频控制方法，通过获取激励载荷的当前频率f，将原有的单一激励频率f的周期性载荷转化为f △f和f-△f的错频载荷，从而将激励载荷的频率与臂架的固有频率错开，避免共振。△f为控制变量，根据等效应力幅超过第二许可应力幅的大小，相应地调节△f的大小，当等效应力幅超过第二许可应力幅较多的情况下，△f相对较大；超过较少的情况下，△f相对较小。在控制过程中，还可以相应地增加或者减小△f的数值，控制激励载荷的直到等效应力幅小于第二许可应力幅为止。

该发明还提供了一种臂架振动控制系统，包括：动应力传感器，设置在臂架的预设区域，用于检测臂架的预设区域的动应力特征，臂架振动控制装置，用于获取动应力传感器检测的臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；并将动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；而且根据比较结果，控制激励载荷。采用动应力传感器，能够准确实时地测量臂架在预设区域内的动应力特征，并根据动应力特征与预设数值的对比结果，控制激励载荷，从而控制臂架振动。相比现有技术（截至2013年12月3日）中通过测量臂架固有频率来控制振动的方法，获取动应力特征相比获取臂架固有频率可行性高，测量结果更准确，而且相对性价比更高，从而有效地提高控制效果。

该发明还提供了一种臂架振动控制系统，包括：油缸压力传感器，设置在臂架的预设油缸内，用于检测臂架的预设油缸的油缸压力波动情况，根据油缸压力波动情况计算臂架的载荷波动情况，根据载荷波动情况计算臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；臂架振动控制装置，用于获取油缸压力传感器检测的臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；并将动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；而且根据比较结果，控制激励载荷。

采用油缸压力传感器，能够准确实时地测量预设油缸的油缸压力波动情况，然后根据油缸压力波动情况计算臂架的载荷波动情况，根据载荷波动情况可以准确地计算臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；采用上述方式，相比现有技术（截至2013年12月3日）中通过测量臂架固有频率来控制振动的方法，获取动应力特征相比获取臂架固有频率可行性高，测量结果更准确，而且相对性价比更高，从而有效地提高控制效果。

该发明还通过了一种工程机械，包括臂架和前述的振动控制系统。截至2013年12月3日，相比相关技术，能够有效地控制臂架振动，并且具有较好的适应性，相比相关技术中直接获取臂架的固有频率，具有更好的可行性、准确性和可靠性，从而具有更好的控制效果，保证臂架安全。需要说明的时，在该发明中，臂架并不特指混凝土泵车的臂架，还可以为其他受到周期性激励的柔性工作机构。

从以上的描述中，可以看出，《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》上述的实施例实现了如下技术效果：根据该发明的臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械。通过动应力特征，并根据动应力特征与预设数值的对比结果，控制激励载荷，从而控制臂架振动。相比现有技术（截至2013年12月3日）中通过测量臂架固有频率来控制振动的方法，获取臂架的动应力特征相比获取臂架的固有频率可行性高，测量结果更准确，而且相对性价比更高，从而有效地提高控制效果。

以上所述仅为《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》的优选实施例，并不用于限制该发明，对于该领域的技术人员来说，该发明可以有各种更改和变化。凡在该发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在该发明的保护范围之内。

臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械专利目的

《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》旨在提供一种提高减振效果的臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械。

臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械技术方案

《臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械》提供了一种臂架振动控制方法，该控制方法包括：步骤S10：获取臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；步骤S20：将动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；步骤S30：根据比较结果，控制激励载荷。

进一步地，动应力特征包括应力幅，步骤S10包括：获取臂架的预设油缸的油缸压力幅，通过油缸压力幅计算应力幅。

进一步地，动应力特征包括平均应力和应力幅，步骤S10包括：获取预设区域在第一时间段内的动应力在时域上的动应力曲线；根据动应力曲线计算平均应力和应力幅，其中，平均应力为动应力曲线在第一时间段内的平均值，应力幅为动应力曲线在第一时间段内的最大值与最小值的差值。

进一步地，步骤S20包括：预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅，在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果；步骤S30包括：根据第一比较结果，降低或者升高激励载荷的频率；或者根据第一比较结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

进一步地，步骤S20包括：预设数值为第二许可应力幅，将平均应力和应力幅转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅，在等效应力幅超过第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果；步骤S30包括：根据第二比较结果，降低或者升高激励载荷的频率；或者根据第二比较结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

进一步地，步骤S30包括：根据比较结果，将第二时间段内的平均应力和应力幅与预设数值对比，并统计第一时间段和/或第二时间段内平均应力和应力幅超过预设数值的次数和大小，得到统计结果；其中，第二时间段为第一时间段之后的时间段；根据统计结果，控制激励载荷。

进一步地，步骤S20包括：预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅，在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果；步骤S30包括：根据第一比较结果，统计第一时间段和/或第二时间段内平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的次数，以及应力幅超过第一许可应力幅的大小，得到第一统计结果；根据第一统计结果，控制激励载荷的频率。

进一步地，根据第一统计结果，控制激励载荷的频率包括：根据第一统计结果，降低或者升高激励载荷的频率；或者根据第一统计结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

进一步地，步骤S20包括：预设数值为第二许可应力幅，将平均应力和应力幅转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅，在等效应力幅超过第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果；步骤S30包括：根据第二比较结果，统计第一时间段和/或第二时间段内的等效应力幅超过许可应力幅的次数和超过许可应力幅的大小，得到第二统计结果，并根据第二统计结果，控制激励载荷的频率。

进一步地，根据第二统计结果，控制激励载荷的频率包括：根据第二统计结果，降低或者升高激励载荷的频率，或者根据第二统计结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

进一步地，第二许可应力幅按照以下方法计算：设置疲劳实验试件，其中，疲劳实验试件的材料对应臂架预设区域的材料；对疲劳实验试件进行平均应力为0的对称拉压疲劳实验；获取90%存活率下的疲劳极限的应力幅；计算第二许可应力幅，第二许可应力幅为90%存活率下的疲劳极限的应力幅除以安全系数。

该发明还提供了一种臂架振动控制装置，控制装置包括：采集单元，用于获取臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；比较单元，用于将动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；控制单元，用于根据比较结果，控制激励载荷。

进一步地，动应力特征包括应力幅，采集单元包括：第一采集模块，用于获取臂架的预设油缸的油缸压力幅；第一计算模块，用于通过油缸压力幅计算应力幅。

进一步地，动应力特征包括平均应力和应力幅，采集单元包括：第二采集模块，用于获取预设区域在第一时间段内的动应力在时域上的动应力曲线；第二计算模块，根据动应力曲线计算平均应力和应力幅，其中，平均应力为动应力曲线在第一时间段内的平均值，应力幅为动应力曲线在第一时间段内的最大值与最小值的差值。

进一步地，比较单元包括：第一存储模块，用于存储预设数值，其中，预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅；第一比较模块，用于在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果；控制单元包括第一控制模块：用于根据第一比较结果，降低或者升高激励载荷的频率；或者根据第一比较结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

进一步地，比较单元包括：第二存储模块，用于存储预设数值，其中，预设数值为第二许可应力幅；等效应力幅计算模块，用于将平均应力和应力幅转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅；第二比较模块，用于在等效应力幅超过第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果；控制单元包括第二控制模块：用于根据第二比较结果，降低或者升高激励载荷的频率；或者根据第二比较结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

进一步地，控制单元包括：统计模块：用于根据比较结果，将第二时间段内的平均应力和应力幅与预设数值对比，并统计第一时间段和/或第二时间段内平均应力和应力幅超过预设数值的次数和大小，得到统计结果；其中，第二时间段为第一时间段之后的时间段；第三控制模块，用于根据统计结果，控制激励载荷。

进一步地，比较单元包括：第一存储模块，用于存储预设数值，其中，预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅；第一比较模块，用于在平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果；控制单元的统计模块包括第一统计模块，用于根据第一比较结果，统计第一时间段和/或第二时间段内平均应力超过第一许可应力且应力幅超过第一许可应力幅的次数，以及应力幅超过第一许可应力幅的大小，得到第一统计结果；控制单元的第三控制模块包括第一频率控制模块，用于根据第一统计结果，控制激励载荷的频率。

进一步地，第一频率控制模块包括第一频率控制子模块，用于根据第一统计结果，降低或者升高激励载荷的频率；或者用于根据第一统计结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

进一步地，比较单元包括：第二存储模块，用于存储预设数值，其中，预设数值为第二许可应力幅；等效应力幅计算模块，用于将平均应力和应力幅转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅；第二比较模块，用于在等效应力幅超过第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果；控制单元的统计模块包括第二统计模块，用于根据第二比较结果，统计第一时间段和/或第二时间段内的等效应力幅超过许可应力幅的次数和超过许可应力幅的大小，得到第二统计结果；控制单元的第三控制模块包括第二频率控制模块，用于根据第二统计结果，控制激励载荷的频率。

进一步地，第二频率控制模块包括第二频率控制子模块，用于根据第二统计结果，降低或者升高激励载荷的频率；或者用于根据第二统计结果，获取激励载荷的当前频率f，并控制激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，升频控制的频率为f △f，降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

该发明的还提供了一种臂架振动控制系统，包括：动应力传感器，设置在臂架的预设区域，用于检测臂架的预设区域的动应力特征；臂架振动控制装置，用于获取动应力传感器检测的臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；并将动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；而且根据比较结果，控制激励载荷。

该发明的还提供了一种臂架振动控制系统，包括：油缸压力传感器，设置在臂架的预设油缸内，用于检测预设油缸的油缸压力波动情况，根据油缸压力波动情况计算臂架的载荷波动情况，根据载荷波动情况计算臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；臂架振动控制装置，用于获取油缸压力传感器检测的臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；并将动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；而且根据比较结果，控制激励载荷。

该发明还提供了一种工程机械，包括臂架和前述的臂架振动控制系统。

臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械改善效果

根据该发明的臂架振动控制方法、控制装置、控制系统以及工程机械。通过动应力特征，并根据动应力特征与预设数值的对比结果，控制激励载荷，从而控制臂架振动。相比现有技术（截至2013年12月3日）中通过测量臂架固有频率来控制振动的方法，获取臂架的动应力特征相比获取臂架的固有频率可行性高，测量结果更准确，而且相对性价比更高，从而有效地提高控制效果。

1、一种臂架振动控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：步骤S10：获取所述臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；步骤S20：将所述动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；步骤S30：根据所述比较结果，控制激励载荷；所述动应力特征包括平均应力和应力幅，所述步骤S10包括：获取所述预设区域在所述第一时间段内的动应力在时域上的动应力曲线；根据所述动应力曲线计算平均应力和应力幅，其中，所述平均应力为所述动应力曲线在所述第一时间段内的平均值，所述应力幅为所述动应力曲线在所述第一时间段内的最大值与最小值的差值。

2、根据权利要求1所述的臂架振动控制方法，其特征在于，所述步骤S20包括：所述预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅，在所述平均应力超过所述第一许可应力且所述应力幅超过所述第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果；所述步骤S30包括：根据所述第一比较结果，降低或者升高所述激励载荷的频率；或者根据所述第一比较结果，获取所述激励载荷的当前频率f，并控制所述激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，所述升频控制的频率为f △f，所述降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行所述降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

3、根据权利要求1所述的臂架振动控制方法，其特征在于，所述步骤S20包括：所述预设数值为第二许可应力幅，将所述平均应力和所述应力幅转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅，在所述等效应力幅超过所述第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果；所述步骤S30包括：根据所述第二比较结果，降低或者升高所述激励载荷的频率；或者根据所述第二比较结果，获取所述激励载荷的当前频率f，并控制所述激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，所述升频控制的频率为f △f，所述降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行所述降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

4、根据权利要求1所述的臂架振动控制方法，其特征在于，所述步骤S30包括：根据所述比较结果，将第二时间段内的所述平均应力和应力幅与所述预设数值对比，并统计所述第一时间段和/或第二时间段内所述平均应力和应力幅超过所述预设数值的次数和大小，得到统计结果；其中，所述第二时间段为所述第一时间段之后的时间段；根据所述统计结果，控制所述激励载荷。

5、根据权利要求4所述的臂架振动控制方法，其特征在于，所述步骤S20包括：所述预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅，在所述平均应力超过所述第一许可应力且所述应力幅超过所述第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果；所述步骤S30包括：根据所述第一比较结果，统计所述第一时间段和/或所述第二时间段内所述平均应力超过所述第一许可应力且所述应力幅超过所述第一许可应力幅的次数，以及所述应力幅超过所述第一许可应力幅的大小，得到第一统计结果；根据所述第一统计结果，控制所述激励载荷的频率。

6、根据权利要求5所述的臂架振动控制方法，其特征在于，所述根据所述第一统计结果，控制所述激励载荷的频率包括：根据所述第一统计结果，降低或者升高所述激励载荷的频率；或者根据所述第一统计结果，获取所述激励载荷的当前频率f，并控制所述激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，所述升频控制的频率为f △f，所述降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行所述降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

7、根据权利要求4所述的臂架振动控制方法，其特征在于，所述步骤S20包括：所述预设数值为第二许可应力幅，将所述平均应力和所述应力幅转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅，在所述等效应力幅超过所述第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果；所述步骤S30包括：根据所述第二比较结果，统计第一时间段和/或第二时间段内的所述等效应力幅超过所述许可应力幅的次数和超过许可应力幅的大小，得到第二统计结果，并根据所述第二统计结果，控制所述激励载荷的频率。

8、根据权利要求7所述的臂架振动控制方法，其特征在于，根据所述第二统计结果，控制所述激励载荷的频率包括：根据所述第二统计结果，降低或者升高所述激励载荷的频率，或者根据所述第二统计结果，获取所述激励载荷的当前频率f，并控制所述激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，所述升频控制的频率为f △f，所述降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行所述降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

9、根据权利要求3或7所述的臂架振动控制方法，其特征在于，所述第二许可应力幅按照以下方法计算：设置疲劳实验试件，其中，所述疲劳实验试件的材料对应所述臂架预设区域的材料；对所述疲劳实验试件进行平均应力为0的对称拉压疲劳实验；获取90％存活率下的疲劳极限的应力幅；计算所述第二许可应力幅，所述第二许可应力幅为所述90％存活率下的疲劳极限的应力幅除以安全系数。

10、一种臂架振动控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：采集单元，用于获取所述臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；比较单元，用于将所述动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；控制单元，用于根据所述比较结果，控制激励载荷；所述动应力特征包括平均应力和应力幅，所述采集单元包括：第二采集模块，用于获取所述预设区域在所述第一时间段内的动应力在时域上的动应力曲线；第二计算模块，根据所述动应力曲线计算平均应力和应力幅，其中，所述平均应力为所述动应力曲线在所述第一时间段内的平均值，所述应力幅为所述动应力曲线在所述第一时间段内的最大值与最小值的差值。

11、根据权利要求10所述的臂架振动控制装置，其特征在于，所述比较单元包括：第一存储模块，用于存储所述预设数值，其中，所述预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅；第一比较模块，用于在所述平均应力超过第一许可应力且所述应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果；所述控制单元包括第一控制模块：用于根据所述第一比较结果，降低或者升高所述激励载荷的频率；或者根据所述第一比较结果，获取所述激励载荷的当前频率f，并控制所述激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，所述升频控制的频率为f △f，所述降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行所述降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

12、根据权利要求10所述的臂架振动控制装置，其特征在于，所述比较单元包括：第二存储模块，用于存储所述预设数值，其中，所述预设数值为第二许可应力幅；等效应力幅计算模块，用于将所述平均应力和所述应力幅转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅；第二比较模块，用于在所述等效应力幅超过所述第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果；所述控制单元包括第二控制模块：用于根据所述第二比较结果，降低或者升高所述激励载荷的频率；或者根据所述第二比较结果，获取所述激励载荷的当前频率f，并控制所述激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，所述升频控制的频率为f △f，所述降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行所述降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

13、根据权利要求10所述的臂架振动控制装置，其特征在于，所述控制单元包括：统计模块：用于根据所述比较结果，将第二时间段内的所述平均应力和应力幅与所述预设数值对比，并统计所述第一时间段和/或第二时间段内所述平均应力和应力幅超过所述预设数值的次数和大小，得到统计结果；其中，所述第二时间段为所述第一时间段之后的时间段；第三控制模块，用于根据所述统计结果，控制所述激励载荷。

14、根据权利要求13所述的臂架振动控制装置，其特征在于，所述比较单元包括：第一存储模块，用于存储所述预设数值，其中，所述预设数值为第一许可应力和第一许可应力幅；第一比较模块，用于在所述平均应力超过第一许可应力且所述应力幅超过第一许可应力幅的情况下，得到第一比较结果；所述控制单元的统计模块包括第一统计模块，用于根据所述第一比较结果，统计所述第一时间段和/或所述第二时间段内所述平均应力超过所述第一许可应力且所述应力幅超过所述第一许可应力幅的次数，以及所述应力幅超过所述第一许可应力幅的大小，得到第一统计结果；所述控制单元的第三控制模块包括第一频率控制模块，用于根据所述第一统计结果，控制所述激励载荷的频率。

15、根据权利要求14所述的臂架振动控制装置，其特征在于，所述第一频率控制模块包括第一频率控制子模块，用于根据所述第一统计结果，降低或者升高所述激励载荷的频率；或者用于根据所述第一统计结果，获取所述激励载荷的当前频率f，并控制所述激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，所述升频控制的频率为f △f，所述降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行所述降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

16、根据权利要求13所述的臂架振动控制装置，其特征在于，所述比较单元包括：第二存储模块，用于存储所述预设数值，其中，所述预设数值为第二许可应力幅；等效应力幅计算模块，用于将所述平均应力和所述应力幅转化为平均应力为0的对称拉压下的等效应力幅；第二比较模块，用于在所述等效应力幅超过所述第二许可应力幅的情况下，得到第二比较结果；所述控制单元的统计模块包括第二统计模块，用于根据所述第二比较结果，统计第一时间段和/或第二时间段内的所述等效应力幅超过所述许可应力幅的次数和超过许可应力幅的大小，得到第二统计结果；所述控制单元的第三控制模块包括第二频率控制模块，用于根据所述第二统计结果，控制所述激励载荷的频率。

17、根据权利要求16所述的臂架振动控制装置，其特征在于，所述第二频率控制模块包括第二频率控制子模块，用于根据所述第二统计结果，降低或者升高所述激励载荷的频率；或者用于根据所述第二统计结果，获取所述激励载荷的当前频率f，并控制所述激励载荷执行升频控制和降频控制，其中，所述升频控制的频率为f △f，所述降频控制的频率为f-△f，并以执行升频控制的升频时间段和执行所述降频控制的降频时间段的总时长为周期循环，△f为控制变量。

18、一种臂架振动控制系统，其特征在于，包括：动应力传感器，设置在所述臂架的预设区域，用于检测所述臂架的预设区域的动应力特征；臂架振动控制装置，用于获取所述动应力传感器检测的所述臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；并将所述动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；而且根据所述比较结果，控制激励载荷；其中，所述臂架振动控制装置包括：采集单元，用于获取所述臂架的预设区域在第一时间段内的动应力特征；比较单元，用于将所述动应力特征与预设数值对比，得到比较结果；控制单元，用于根据所述比较结果，控制激励载荷；所述动应力特征包括平均应力和应力幅，所述采集单元包括：第二采集模块，用于获取所述预设区域在所述第一时间段内的动应力在时域上的动应力曲线；第二计算模块，根据所述动应力曲线计算平均应力和应力幅，其中，所述平均应力为所述动应力曲线在所述第一时间段内的平均值，所述应力幅为所述动应力曲线在所述第一时间段内的最大值与最小值的差值。

19、一种工程机械，包括臂架，其特征在于，还包括权利要求18所述的臂架振动控制系统。

一种PLC数字量输入控制装置及其控制方法专利目的

为了解决专利背景中有关技术的数字量输入点可靠性不高的技术问题，《一种PLC数字量输入控制装置及其控制方法》实施例提出了一种PLC数字量输入控制装置，其包括可编程逻辑控制器PLC数字量输入处理模块和至少一路数字量输入控制电路。

一种PLC数字量输入控制装置及其控制方法技术方案

《一种PLC数字量输入控制装置及其控制方法》包括可编程逻辑控制器PLC数字量输入处理模块和至少一路数字量输入控制电路，所述PLC数字量输入处理模块与所述数字量输入控制电路相连接，其中所述数字量输入控制电路包括第一数字量输入电路和第二数字量输入电路，所述第一数字量输入电路和第二数字量输入电路接收同一个输入端口输入的数字量，并对所述数字量进行控制输出；所述PLC数字量输入处理模块包括至少一个输入故障检测模块，用于接收所述第一数字量输入电路和第二数字量输入电路控制输出的数字量信号，并检测所述数字量输入控制电路是否出现故障，当检测结果为是时，设置故障状态告警信息。

其中，所述输入故障检测模块包括：第一边沿检测单元，与所述第一数字量输入电路的输出端连接，用于接收所述第一数字量输入电路控制输出的数字量信号，并检测所述第一数字量输入电路的输出电压状态信息；第二边沿检测单元，与所述第二数字量输入电路的输出端连接，用于接收所述第二数字量输入电路控制输出的数字量信号，并检测所述第二数字量输入电路的输出电压状态信息；故障判断单元，用于分析所述第一边沿检测单元和第二边沿检测单元检测的输出电压状态信息，当输出电压状态信息一致时，则判断出所述数字量输入控制电路没有出现故障；当输出电压状态信息不一致时，则判断出所述数字量输入控制电路出现故障；故障状态告警单元，用于当所述故障判断单元判断出所述数字量输入控制电路出现故障时，设置所述数字量输入控制电路的故障状态告警信息；其中，所述输入故障检测模块还包括：第一数字滤波单元，用于对所述第一边沿检测单元检测的输出电压状态信息进行滤波后输入所述故障判断单元；第二数字滤波单元，用于对所述第二边沿检测单元检测的输出电压状态信息进行滤波后输入所述故障判断单元。

其中，所述故障状态告警单元具体用于，当所述故障判断单元分析出只有一个输出电压状态为上升沿状态或下降沿状态时，设置所述数字量输入控制电路的故障状态告警信息。

其中，所述PLC数字量输入处理模块还包括表决输出单元，用于当所述故障判断单元判断出所述数字量输入控制电路没有出现故障时，表决输出所述第一数字量输入电路输入的数字量信号，或表决输出所述第二数字量输入电路输入的数字量信号；当所述故障判断单元分析出一个输出电压状态为上升沿状态，另一个输出电压状态为持续低电平状态时，表决输出所述上升沿状态对应的输入电路输入的数字量信号；当所述故障判断单元分析出一个输出电压状态为下降沿状态，另一个输出电压状态为持续低电平状态时，表决输出所述下降沿状态对应的输入电路输入的数字量信号；当所述故障判断单元分析出一个输出电压状态为上升沿状态或下降沿状态，另一个输出电压状态为持续高电平状态时，表决输出所述持续高电平状态对应的输入电路输入的数字量信号。

其中，所述PLC数字量输入处理模块还包括状态记录存储器，用于记录所述数字量输入控制电路的故障状态信息，和/或所述表决输出单元的表决输出信息。

其中，所述PLC数字量输入控制装置还包括通信模块，用于根据所述表决输出单元表决输出的数字量信号，与外部PLC主控制器进行通信连接。

相应地，《一种PLC数字量输入控制装置及其控制方法》实施例公开了一种PLC控制系统，包括可编程逻辑控制器PLC主控制器以及PLC数字量输入控制装置，所述PLC数字量输入控制装置为上述的PLC数字量输入控制装置，所述PLC数字量输入控制装置对接收的数字量信号进行控制，并输入所述PLC主控制器。

相应地，《一种PLC数字量输入控制装置及其控制方法》实施例公开了一种PLC数字量输入控制方法，包括：第一数字量输入电路和第二数字量输入电路接收同一个可编程逻辑控制器PLC数字量输入端口输入的数字量，并对所述数字量进行控制输出；至少一个输入故障检测模块接收所述第一数字量输入电路和第二数字量输入电路控制输出的数字量信号，并检测数字量输入控制电路是否出现故障，当检测结果为是时，设置故障状态告警信息，具体包括：第一边沿检测单元接收所述第一数字量输入电路控制输出的数字量信号，并检测所述第一数字量输入电路的输出电压状态信息；第二边沿检测单元接收所述第二数字量输入电路控制输出的数字量信号，并检测所述第二数字量输入电路的输出电压状态信息；分析所述第一边沿检测单元和第二边沿检测单元检测的输出电压状态信息，当输出电压状态信息一致时，则判断出数字量输入控制电路没有出现故障；当输出电压状态信息不一致时，则判断出数字量输入控制电路出现故障；当判断出数字量输入控制电路出现故障时，设置数字量输入控制电路的故障状态告警信息。

其中，所述分析所述第一边沿检测单元和第二边沿检测单元检测的输出电压状态信息的步骤包括：对所述第一边沿检测单元检测的输出电压状态信息进行滤波处理；对所述第二边沿检测单元检测的输出电压状态信息进行滤波处理；分析滤波处理后的所述第一边沿检测单元和第二边沿检测单元检测的输出电压状态信息。

其中，所述当判断出数字量输入控制电路出现故障时，设置数字量输入控制电路的故障状态告警信息的步骤具体为：当分析出只有一个输出电压状态为上升沿状态或下降沿状态时，设置数字量输入控制电路的故障状态告警信息。

其中，《一种PLC数字量输入控制装置及其控制方法》的PLC数字量输入控制方法还包括：当判断出数字量输入控制电路没有出现故障时，表决输出所述第一数字量输入电路输入的数字量信号，或表决输出所述第二数字量输入电路输入的数字量信号；当分析出一个输出电压状态为上升沿状态，另一个输出电压状态为持续低电平状态时，表决输出所述上升沿状态对应的输入电路输入的数字量信号；当分析出一个输出电压状态为下降沿状态，另一个输出电压状态为持续低电平状态时，表决输出所述下降沿状态对应的输入电路输入的数字量信号；当分析出一个输出电压状态为上升沿状态或下降沿状态，另一个输出电压状态为持续高电平状态时，表决输出所述持续高电平状态对应的输入电路输入的数字量信号。

其中，《一种PLC数字量输入控制装置及其控制方法》的PLC数字量输入控制方法还包括：实时记录数字量输入控制电路的故障状态信息，和/或表决输出信息。

一种PLC数字量输入控制装置及其控制方法有益效果

《一种PLC数字量输入控制装置及其控制方法》通过第一数字量输入电路和第二数字量输入电路接收同一个PLC数字量输入端口输入的数字量，当其中一路输入电路发生故障失效时，还有另外一路输入电路保证数字量的正常输入，可有效解决2010年11月前有关技术中数字量输入的可靠性问题，有效降低了有关技术中由于光耦失效直接给用户造成的损失；PLC数字量输入控制装置可以检测数字量输入控制电路是否出现故障，当检测结果为是时，设置故障状态告警信息，并向PLC主控制器表决输出有效的数字量信号，用户可以便捷地了解数字量输入的情况，保证了在数字量输入电路发生彻底故障前用户可以进行主动的修复从而避免损失，使用户能够更加高效地进行系统的维护，避免了不可控的自动化应用系统的异常，大大提高了PLC数字量输入的可靠性。

焦炉集气管放散控制装置及控制方法专利目的

《焦炉集气管放散控制装置及控制方法》的目的是提供一种以PLC控制柜为核心的焦炉集气管放散控制装置及控制方法，通过对集气管压力的连续监控控制集气管放散阀执行机构的动作，保持压力在一段可靠范围内的波动，同时控制配套的点火装置、蒸汽拢火消烟阀门、蒸汽灭火阀门的顺序动作，以达到最优方案，反应迅速，安全可靠，燃烧效果好，保护环境。

焦炉集气管放散控制装置及控制方法技术方案

《焦炉集气管放散控制装置及控制方法》通过以下技术方案实现：

焦炉集气管放散控制装置，该装置由燃烧器、放散管、点火器柜、控制柜、放散阀、放散阀执行机构、拢火阀、灭火阀、压力变送器组成，燃烧器位于放散管上部，点火器柜与燃烧器上的点火枪通过电缆相连接，拢火阀连接燃烧器拢火管，灭火阀连接燃烧器灭火管；放散阀位于放散管与集气管的连接处，与放散阀执行机构相连接，在放散管入口处的集气管上设有压力变送器；点火器柜、灭火阀、拢火阀、放散阀执行机构、压力变送器通过连接电缆与控制柜相连接。

见图1，燃烧器，它包括点火枪、防风罩、筒体、稳燃装置、拢火管、灭火管，筒体位于放散管的出口处，通过大法兰与放散管相连接，稳燃装置位于筒体上部，为半封闭结构；拢火管和灭火管是由蒸汽总管分出的两个支管，支管一从筒体下部进入筒体内部，分为几个均匀布置的支管至筒体上部，为灭火管；支管二进入筒体出口处的环管，由环管分出若干支小蒸汽喷嘴位于燃气出口的外围，为拢火管；防风罩位于燃烧器外部，为四周封闭结构，在防风罩上设有两个点火枪安装管，点火枪安装管内安装有点火枪，对称安装在防风罩上。

在防风罩上还设有火焰检测杆安装管，火焰检测杆采用热偶测温方式。在燃烧器上还设有测温探杆，与控制柜相连接。

焦炉集气管放散控制方法，该方法以PLC控制柜为核心，通过对集气管压力的连续监控控制集气管放散阀执行机构的动作，保持压力在一段可靠的范围内的波动，同时控制配套的点火装置、蒸汽拢火消烟阀门、蒸汽灭火阀门的顺序动作，使点火器、放散执行机构、拢火阀、灭火阀按照一定逻辑执行相应的配合动作，建立一套设计有效的压力与放散控制的数学模型，以达到最优方案，使荒煤气在火炬头燃烧器处被点燃，将放散气体进行无烟燃烧；所述的PLC控制柜分别与点火器柜、灭火阀、拢火阀、放散阀执行机构、压力变送器相连接。

所述的数学模型为：压力上限、压力上上限、压力下限参数可以任意设定，设压力上上限值、压力上限值、压力下限值、适时压力值分别为P3、P2、P1、P，（以下叙述中的时间参数可根据现场情况更改）：

（1）当P＞P3持续5秒，自动点火放散程序启动，打开放散阀，同时点火器柜开始工作（一般为30秒），放散阀在打开过程中会自动停止5秒钟，使燃烧器上的火焰稳定，当火焰检测杆检测到火焰10秒后打开拢火阀；如果火焰检测杆未检测到火焰，系统会在程序启动后60秒重新打开点火器柜并关闭放散阀至点火位停留2秒，然后打开放散阀至全开后，如果仍未检测到火焰，系统将继续重复上步操作；下一步不管检测到火焰与否，程序将打开拢火阀，发出间隔3秒的报警声（如本系统无火焰检测装置，系统将不重复点火）。

（2）当P＜P1持续5秒，熄火放散程序启动，首先迅速打开灭火阀，同时关闭拢火阀，延时3秒后开始关闭放散阀，放散阀全关60秒后关闭灭火阀，放散过程结束。

焦炉集气管放散控制装置及控制方法改善效果

通过增加空气的混合和蒸汽消烟的方式在燃烧完全、降低污染上有了飞跃性的改进；通过防风罩、蒸汽拢火和稳燃环设计在燃烧稳定和对外界环境适应性上有了改进；通过蒸汽灭火管设计在熄火的可靠性上有了保证；通过高性能的点火装置在点火可靠率上达到了100％；通过自动化技术的应用在控制准确及时性上达到了智能化全自动控制；通过程序控制在降低劳动强度和减少劳动力上基本实现了无人职守的操作模式；通过防波动放散曲线设计在焦炉事故状态控制准确率上达到了98％以上。

焦炉集气管荒煤气放散控制装置的新颖性和创造性体现在：

1）燃烧器理论应用于焦炉集气管荒煤气放散控制装置，其可靠的点火、充分燃烧、防风、降低辐射、稳燃、防脱火、可靠灭火的特点为环保效果和安全生产提供了保证。

2）防波动放散曲线设计应用于焦炉集气管荒煤气放散控制装置，其曲线主要的三个设定值可以根据用户的实际经验修改，其曲线模型设计可以将一些假相的工作异常状态和故障状态屏蔽，可靠率达到98％，根据集气管有效的实现自动放散，改变了以往的工艺操作模式。

3）完全自动化设计应用于焦炉集气管荒煤气放散控制装置，直接降低了荒煤气对环境的污染，同时减少了劳动力、降低了劳动成本，消除了安全生产隐患。

4）推广前景：适用于新建焦炉和旧式焦炉的改造，在中国共产党第十七次全国代表大会提出节能环保的可持续发展的方针指导下、世界各国对环境保护的倡导下，焦炉集气管荒煤气放散控制装置具有广阔的的推广前景。