專利名稱：控制用于泵送混凝土的關(guān)節(jié)臂的振動(dòng)的方法及相關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種控制用于泵送混凝土的關(guān)節(jié)臂的振動(dòng)的方法 以及相關(guān)的裝置。
更具體地，本發(fā)明涉及一種用于減少關(guān)節(jié)臂的各個(gè),殳(segment) 所經(jīng)受的振動(dòng)的主動(dòng)控制方法，該臂用于在才喿作枳4成中泵送混凝 土，該操作機(jī)械為諸如卡車上運(yùn)送的泵、混凝土攪拌器等，無(wú)論它 們安裝或未安裝在卡車或拖車上。
背景技術(shù)：
眾所周知，建筑業(yè)中使用的重型作業(yè)車輛通常包括其上關(guān)節(jié)連 接地安裝有可延展臂和/或可伸縮延展臂的卡車以分配并澆鑄混凝 土。這些卡車可以裝備或不裝備混凝土攪拌器。
已知類型的可延展臂包括可相互樞轉(zhuǎn)且可折疊在彼此上面的 多個(gè)段，從而能夠呈現(xiàn)出接近卡車的折疊結(jié)構(gòu)和工作結(jié)構(gòu)，在工作 結(jié)構(gòu)中，這些,殳一4殳相對(duì)另一賴:地延展從而允"i午到達(dá)離卡車非常遠(yuǎn) 的區(qū)i或。
這些可延展臂的最重要的特征之一 在于它們能夠達(dá)到的最大 可能高度和/或長(zhǎng)度，從而能夠保證與相同的卡車 一起使用的最大靈 活性和通用性。關(guān)節(jié)連接的段的數(shù)量的增加或每段的度量范圍的擴(kuò)大， 一方面 帶來(lái)了在最大延展?fàn)顟B(tài)下獲得更大的總長(zhǎng)度的可能性，但另一方面 也帶來(lái)了重量和體積的增加，這不符合當(dāng)前的法規(guī)或與車輛的操作 性與功能性相矛盾。
還已知的是，關(guān)于這些臂的正確有效性的一個(gè)非常嚴(yán)重的在夾點(diǎn) 在于分配混凝土?xí)r臂經(jīng)受的振動(dòng)現(xiàn)象，這種缺點(diǎn)隨著臂的總長(zhǎng)度及 其段的數(shù)量的增大而增大。這些振動(dòng)不僅給負(fù)責(zé)為排出混凝土的管 道進(jìn)行手動(dòng)定位和引導(dǎo)的操作者帶來(lái)了相當(dāng)大的操作困難，而且也 給通過(guò)遠(yuǎn)程控制裝置來(lái)移動(dòng)臂的操作者帶來(lái)了相當(dāng)大的操作困難。
振動(dòng)的 一 個(gè)重要成分還源自這些積j械的類型和它們的形狀特 征、它們的慣性和彈性特性、以及構(gòu)造類型。這些特征使得關(guān)節(jié)臂 中產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)應(yīng)力，這些動(dòng)態(tài)應(yīng)力不4旦與枳4成在基本,爭(zhēng)止?fàn)顩r下或 不進(jìn)行泵送的任何情況下的動(dòng)作相關(guān)，而且還與動(dòng)態(tài)負(fù)載相關(guān)，該 動(dòng)態(tài)負(fù)載與泵送混凝土的步驟相關(guān)。
事實(shí)上，對(duì)于使用而言，機(jī)械總是必須在一個(gè)位置與下一個(gè)位 置之間的過(guò)渡狀態(tài)中或在其移動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行工作，這意味著機(jī)械持
振動(dòng)，該動(dòng)態(tài)振動(dòng)限制了機(jī)械的工作壽命并且降低了操作者的安全性。
此外，這些歲文應(yīng)增加了與用于泵送混凝土的活塞泵相關(guān)的受迫
脈動(dòng)運(yùn)作(forced pulsating functioning )，這經(jīng)常發(fā)生在接近機(jī)械自 身頻率的頻率處。
US-B2-7,143,682中描述了一種已知的裝置，該裝置具有抑制 關(guān)節(jié)臂的振動(dòng)的功能。在這種已知的裝置中，在該裝置系統(tǒng)的側(cè)部上設(shè)置有4卜償機(jī)構(gòu)以4卜償確定臂相對(duì)于設(shè)定位置的位移的干擾，該 干4尤可以包括例如傳送混凝土?xí)r的壓力波動(dòng)。
具體地，US，682的教導(dǎo)針對(duì)在混凝土的傳送階段中產(chǎn)生的臂 或其多個(gè)段中的一段或多段的不受控位移，具體地，該位移是由混 凝土分配臂在傳送階段中經(jīng)受的并且具有使得整個(gè)臂進(jìn)行振動(dòng)動(dòng) 作的周期性負(fù)載造成的。此外，該文獻(xiàn)沒(méi)有提供建立并使用理論數(shù) 學(xué)模型的教導(dǎo)，該理論數(shù)學(xué)模型能夠表示當(dāng)臂和/或其段經(jīng)受在開(kāi)始 傳送混凝土步驟之前操作者將臂移動(dòng)到混凝土傳送位置中的運(yùn)動(dòng) 時(shí)臂和/或其段的狀態(tài)。
JP 7133094和JP 2000-282687中描述了用于控制和補(bǔ)償關(guān)節(jié)臂 的振動(dòng)的其它裝置。
然而，在實(shí)際中，由于這些已知裝置的干預(yù)邏輯4又限于4交正枱r 測(cè)出振動(dòng)的點(diǎn)處的振動(dòng)，并試圖用本地化沖交正干預(yù)(localized correction intervention )對(duì)其進(jìn)^f亍4卜償，而非在考慮導(dǎo)W展動(dòng)的各個(gè) 構(gòu)件的條件下對(duì)臂的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)，所以這些已知裝置并 不完全令人滿意。
因此，本發(fā)明的目的在于獲得一種主動(dòng)控制關(guān)節(jié)臂的振動(dòng)的改 進(jìn)方法，該方法允許4交正并補(bǔ)償4展動(dòng)。
本申請(qǐng)人已經(jīng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)并實(shí)施了本發(fā)明以實(shí)現(xiàn)該目的、以及 隨后描述的其它優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在獨(dú)立權(quán)利要求中闡述并描述了本發(fā)明的特征，而從屬 權(quán)利要求描述了其它創(chuàng)新特征。根據(jù)本發(fā)明的用于抑制泵送混凝土的關(guān)節(jié)臂的振動(dòng)的主動(dòng)控
制方法的機(jī)能邏輯基于這樣的事實(shí)實(shí)施主動(dòng)控制的主要困難基本 包4舌以下兩點(diǎn)
-機(jī)械源自于其工作時(shí)的構(gòu)造來(lái)改變其慣性和彈性特征，這使 得應(yīng)用并調(diào)整例如"i者如上述現(xiàn)有^支術(shù)文獻(xiàn)中描述的那些控制器的 標(biāo)準(zhǔn)控制器變得困難；
-通過(guò)以成本和強(qiáng)度形式易于實(shí)施的測(cè)量，對(duì)于控制系統(tǒng)的反 々貴量的測(cè)必須能夠?qū)⑴c4展動(dòng)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的部分與定位步驟中所需 的移動(dòng)以及來(lái)自操作者的指令相關(guān)的那些部分區(qū)分開(kāi)。
需要考慮的另一點(diǎn)是，為了抑制一個(gè)特定點(diǎn)(例如傳送混凝土 的臂的末端)的振動(dòng)需要考慮其對(duì)臂的所有段的振動(dòng)的影響，該影 響包括由于l喿作者施加的定位運(yùn)動(dòng)而引起的分量和疊加至才喿作者 施加的運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)引起的分量。
需要考慮的又一點(diǎn)是本發(fā)明旨在控制沿著臂的整個(gè)長(zhǎng)度分布 的每個(gè)特定點(diǎn)的振動(dòng)，而不僅是混凝土傳送中所涉及的最后一段的 特定點(diǎn)的振動(dòng)。事實(shí)上，情況可能是還需要控制臂的中間點(diǎn)，例如 以臂的中間部分將臂引入窗口中，或者臂移動(dòng)至靠近樹(shù)、建筑物等 的情況下。
基于這些考慮，本發(fā)明基本包括一種主動(dòng)控制方法以及一種執(zhí) 行上述方法的電子控制裝置，并且該主動(dòng)控制方法和電子控制裝置 基于以下各項(xiàng)來(lái)執(zhí)行控制邏輯
-機(jī)械的結(jié)構(gòu)化和物理數(shù)學(xué)模型，能夠在靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)條件下 定義機(jī)械自身的實(shí)際結(jié)構(gòu)；-各種結(jié)構(gòu)的^:關(guān)于列線圖(abacus)的線性表示，這些列線 圖包含通過(guò)使用多個(gè)狀態(tài)(自動(dòng)估計(jì)(auto-values)的定位)的控 制方法來(lái)估計(jì)的反^t貴控制器的增益；
-為極點(diǎn)的定位方法應(yīng)用的模態(tài)方案，該^t態(tài)方案允許將描述 整個(gè)臂及其所有段的行為的參考數(shù)學(xué)模型歸約到有限數(shù)量的自由 度(并因此具有有限數(shù)量的變量)，以便于實(shí)時(shí)管理，從而具有高 的響應(yīng)速度；
-與所謂的狀態(tài)觀察器一起的一個(gè)或多個(gè)儀器(例如傳感器 等)，能夠允許物理測(cè)量值(加速度、變形、位移或速度)與在控 制步驟中使用的"模態(tài)"模型之間的接合。
更具體地，前述一個(gè)或多個(gè)儀器配置于獲取與臂和沿其整個(gè)長(zhǎng) 度的所有段的行為相關(guān)的數(shù)據(jù)，而不僅僅獲取與臂的某一特定端點(diǎn) 的4亍為相關(guān)的數(shù)據(jù)。
如果操作者在一個(gè)指令中進(jìn)行干預(yù)，則振動(dòng)的控制邏輯借助于 反饋力而起作用，該反饋力添加至由操作者對(duì)整個(gè)臂的運(yùn)動(dòng)而給出 的指令，或者該反饋力也在其自身引起振動(dòng)的泵送4乘作過(guò)程中在臂 靜止的情況下確定一個(gè)補(bǔ)償力。
臂的剛性運(yùn)動(dòng)(下文中命名為"主要?jiǎng)幼?，?在任何情況下都 依賴于操作者的控制，而整個(gè)臂的振動(dòng)的主動(dòng)控制均以疊加至操作 者的指令的附加指令的形式起作用，該附加指令具有抑制臂的整個(gè) 結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)的任務(wù)，以使整個(gè)臂遵循操作者指揮的理i侖運(yùn)動(dòng)而運(yùn) 動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的主動(dòng)控制方法的主要目的是包含與第 一振動(dòng)模 式相關(guān)的結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)，該第一振動(dòng)才莫式主要參與(participate)到動(dòng)態(tài)負(fù)載的增加中。事實(shí)上，更高頻率的模式具有更高的阻尼，因此 對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有明顯影響。
基于需要包含變量并包含估計(jì)次數(shù)的這種考慮，使得根據(jù)本發(fā) 明的方法僅對(duì)有限數(shù)量的振動(dòng)模式提供干預(yù)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用基于數(shù)學(xué)模型而確定的控制來(lái)進(jìn)行抑制 振動(dòng)的操作，對(duì)于該數(shù)學(xué)模型的實(shí)施和應(yīng)用，其基于以結(jié)構(gòu)模式(模 態(tài)模型)的形式編寫(xiě)的參考模型。
才艮據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選形式的實(shí)施例，源自于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或源自于設(shè) 計(jì)者可獲得的結(jié)構(gòu)模型來(lái)構(gòu)造數(shù)學(xué)模態(tài)模型。
基于這些數(shù)據(jù)和/或模型，能夠構(gòu)造出動(dòng)態(tài)模型，該動(dòng)態(tài)模型通 過(guò)剛性運(yùn)動(dòng)和關(guān)于所述主要?jiǎng)幼鞯淖冃蝸?lái)描述臂的行為，源自于假 定的位置由振動(dòng)模型的疊加來(lái)描述上述主要?jiǎng)幼鞯淖冃巍?br> 在該建模過(guò)程中，描述系統(tǒng)的狀態(tài)變量不再是物理變量(位移 和速度)，而是才莫態(tài)變量，并且還源自于手動(dòng)控制所施加的主要?jiǎng)?作來(lái)表示參與到臂的整個(gè)運(yùn)動(dòng)中的每種振動(dòng)模式各有多少的"測(cè)量 值"。
這些狀態(tài)變量在數(shù)量上等于系統(tǒng)的模式的數(shù)量。
然而，如上所述，更高頻率的模式是可忽略的，因此僅選取與 第一振動(dòng)模式相關(guān)的影響是可能的，從而獲得簡(jiǎn)化并歸約的"模態(tài) 模型"，該模態(tài)模型在控制器增益的合成中是有用的。
盡管由有限數(shù)量的自由度構(gòu)成，但這種數(shù)學(xué)模態(tài)模型在任何情 況下均構(gòu)成完整數(shù)學(xué)模型的最佳近似，并且從計(jì)算量的角度而言更 加便于管理。在如上所述地定義了歸約的模態(tài)模型的條件下，就能夠使用這 些狀態(tài)來(lái)估計(jì)控制器的增益，例如使用配置的自動(dòng)估計(jì)的方法。
根據(jù)本發(fā)明的非限制性的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)在復(fù)數(shù)高斯平面中 配置系統(tǒng)極點(diǎn)的位置來(lái)執(zhí)行計(jì)算。在配置極點(diǎn)的過(guò)程中，目標(biāo)在于 增加系統(tǒng)的阻尼(或者僅是自動(dòng)估計(jì)的實(shí)部)。
這些增益將表達(dá)成由主要?jiǎng)幼鬟^(guò)程中所假定的臂的位置的函 數(shù)。由于這個(gè)原因，這些增益必須制成表格且記錄在預(yù)存儲(chǔ)的表格 中，隨后通過(guò)使用各段進(jìn)行線性化的步驟引入控制系統(tǒng)中。在動(dòng)作 過(guò)程中，電子控制器源自于檢測(cè)到的位置來(lái)插入存儲(chǔ)的增益值，并 在參考狀態(tài)(其僅與例如由操作者發(fā)出的指令造成的主要?jiǎng)幼飨?符，所以沒(méi)有振動(dòng)動(dòng)作)和當(dāng)前振動(dòng)(由模態(tài)坐標(biāo)描述)之間的反 々貴控制邏輯中使用這些值。
因此，將計(jì)算得到的增益乘以參考模態(tài)坐標(biāo)(零)和測(cè)量得到 的(或估計(jì)的)值之間的差值，并能夠確定利用相關(guān)致動(dòng)器施加給 臂或至少 一部分相關(guān)段的控制力。
最后的步驟設(shè)置于估計(jì)不能直接測(cè)量得到的模態(tài)坐標(biāo)。
為實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)設(shè)置于使用狀態(tài)估計(jì)器。
如上所述，模態(tài)坐標(biāo)不能直接追溯到任何物理測(cè)量值，因此它 們是不可直接測(cè)量的。因此，出現(xiàn)了源自于(加速計(jì)、應(yīng)變儀、延 展致動(dòng)器等)可獲得的測(cè)量值來(lái)估計(jì)坐標(biāo)的問(wèn)題。估計(jì)器接收測(cè)量 值和實(shí)際作用在臂上的已知力作為輸入，并提供才莫態(tài)坐標(biāo)作為輸 出。估計(jì)器也源自于歸約才莫態(tài)才莫型的知識(shí)來(lái)工作，該沖莫態(tài)模型內(nèi)存 在源自于假定的位置來(lái)表述系統(tǒng)特征的矩陣。
估計(jì)器將估計(jì)的測(cè)量值(通過(guò)將估計(jì)的模態(tài)坐標(biāo)乘以一個(gè)適合 的矩陣來(lái)進(jìn)行計(jì)算，這將在下文中進(jìn)行更詳細(xì)地描述)與真實(shí)值進(jìn) 4亍比4交，隨后沖交正該估計(jì)^直，以<吏其在真實(shí)<直處收癥夂。通過(guò)將測(cè)量 值與估計(jì)值之間的差值乘以一組適合的增益來(lái)進(jìn)4于才交正。
才艮據(jù)本發(fā)明，可以利用各種不同的方法來(lái)確定增益；為了計(jì)算 該增益，提供的優(yōu)選解決方案是采用"卡爾曼濾波器"或其它類似 的或相^f以的"i十算方法。


從隨后參照附圖對(duì)作為非限制性實(shí)例給出的優(yōu)選形式的實(shí)施 例的描述中，本發(fā)明的這些和其它特征將變得顯而易見(jiàn)，附圖中
圖1是其中應(yīng)用了才艮4居本發(fā)明的控制方法的用于混凝土分配的 關(guān)節(jié)臂的操作機(jī)械的示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的控制方法的方框圖3是使用在根據(jù)本發(fā)明的控制方法中的估計(jì)步驟的方框以及
圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的簡(jiǎn)化的邏輯框圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1,示出了根據(jù)本發(fā)明的能夠?yàn)榻ㄖI(yè)分配混凝土或類
似材料的可延展關(guān)節(jié)臂10，其位于重型作業(yè)車輛11上的組裝位置
中，并處于其折疊狀態(tài)以便運(yùn)輸。
重型車輛11包括駕駛員室20和支撐架21，臂10安裝在該支 撐架上。
根據(jù)本發(fā)明的可延展臂10包括多個(gè)關(guān)節(jié)連接的段，例如，在 所示實(shí)施例中，為在各自的端部處4皮此樞轉(zhuǎn)的六,殳，該六,殳分別為 第一段12、第二段13、第三段14、第四段15、第五段16和第六 段17。雖然系統(tǒng)在此未示出，但關(guān)節(jié)連接的段12-17相對(duì)于車輛11 的垂直軸線以已知的方式能夠旋轉(zhuǎn)的總角度甚至高達(dá)360° 。
參照?qǐng)D1,第一l殳12以已知的方式相對(duì)轉(zhuǎn)i荅18^區(qū)轉(zhuǎn)，并且可 以通過(guò)其自身的致動(dòng)器而相對(duì)于轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)。其它段13-17在各自的 端部處彼此順序樞轉(zhuǎn)并能夠通過(guò)其自身的致動(dòng)器源自于具體要求 來(lái)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，這些致動(dòng)器在圖4中整體以參考標(biāo)號(hào)40指示。
參照?qǐng)D2,示出了根據(jù)本發(fā)明的使用電子控制器25和狀態(tài)估計(jì) 器26來(lái)控制關(guān)節(jié)臂10的振動(dòng)的主動(dòng)控制方法的方框圖。
根據(jù)本發(fā)明的方法提供了構(gòu)造歸約數(shù)值模態(tài)模型27的步驟， 源自于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或源自于設(shè)計(jì)者可獲得的結(jié)構(gòu)模型來(lái)構(gòu)造該模型。
如上所述，在這種建模過(guò)程中，描述系統(tǒng)的狀態(tài)變量不再是物 理變量(位移和速度)，而是才莫態(tài)變量，并且這些狀態(tài)變量表示了 參與到臂10的整體動(dòng)作中的每個(gè)振動(dòng)模式的多少的影響。歸約數(shù)值模態(tài)模型27構(gòu)成了整個(gè)模型的最佳近似，并且從計(jì) 算量的角度來(lái)看是易于管理的。
本方法中的第二個(gè)步驟設(shè)置于通過(guò)歸約模態(tài)模型(對(duì)于在主要 動(dòng)作過(guò)程中機(jī)械完成的每一種構(gòu)造均不同)來(lái)在復(fù)數(shù)高斯平面中配 置由參考標(biāo)號(hào)28指示的系統(tǒng)極點(diǎn)的位置以估計(jì)狀態(tài)控制器25的增 益。在配置才及點(diǎn)28時(shí)，目標(biāo)是要增大系統(tǒng)阻尼。
在主要?jiǎng)幼鬟^(guò)程中，這些增益4皮表達(dá)為實(shí)際位置的函lt,該實(shí) 際位置由關(guān)節(jié)臂10源自于操作者實(shí)際傳輸給臂10的力29的值來(lái) 設(shè)定，其中，如將在下文中進(jìn)行更詳細(xì)描述的，在加法器30中， 力29被增加到反饋控制值中。
換言之，以計(jì)算反饋矢量的方式來(lái)執(zhí)行對(duì)通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明 的數(shù)值模態(tài)模型27所施加的振動(dòng)進(jìn)行控制的操作
H￡ = [G]￡ ( 1 )
其中，e表示由歸約模態(tài)模型獲得的參考值和真實(shí)狀態(tài)之間的 誤差矢量，同時(shí)，[G]是使用上述方法計(jì)算得到的增益矩陣。振動(dòng)控 制的目的在于定義增益矩陣[G]，該增益矩陣源自于系統(tǒng)的狀態(tài)來(lái)拔二 供反饋控制動(dòng)作，以遵循圖4中所示的邏輯框圖來(lái)限制上述振動(dòng)。
可以使用下文中描述的計(jì)算過(guò)程來(lái)計(jì)算增益矩陣[G]。
規(guī)定關(guān)節(jié)臂10的動(dòng)態(tài)的等式系統(tǒng)可以寫(xiě)為
= [A(2i)] 2￡ + [B(20] (ue) ( 2 )其中，向量2L包含例如描述臂的主要?jiǎng)幼鞯奈灰坪退俣鹊奈锢?坐標(biāo)，[A]是系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣，而[B]是一個(gè)矩陣，該矩陣是關(guān)節(jié)連 接的段達(dá)到的位置的函數(shù)，該位置與致動(dòng)器40傳輸?shù)牧τ嘘P(guān)。
將t視為所關(guān)心的系統(tǒng)(即，僅為第一振動(dòng)模式)的模態(tài)坐標(biāo) 的向量，則能夠從模態(tài)模型(2)推導(dǎo)而獲得表示為下式的歸約數(shù) 學(xué)模態(tài)模型
g = [Amod] g + [Bmod] (uc) ( 3 )
在等式(l)中，我們可以將&表示為增益矩陣[G]乘以誤差函 數(shù)S:(gr丄f-g)的形式，其中，我們將增益矩陣[G]推演成多種影響的
函數(shù)，其中，第一種與矩陣[Am。d]直接相關(guān)，第二種代表通過(guò)新的極
點(diǎn)來(lái)表示系統(tǒng)阻尼的目標(biāo)增長(zhǎng)，以及最后一種與臂10的位置相關(guān)。
在作為檢測(cè)出的臂10或其各段的位置的函數(shù)的運(yùn)動(dòng)期間，電 子控制器25插入存儲(chǔ)的增益值，并在參考狀態(tài)g^f (其僅與主要?jiǎng)?作相符，所以沒(méi)有振動(dòng)動(dòng)作)和當(dāng)前振動(dòng)g (然而，由模態(tài)坐標(biāo)描 述)之間的反饋控制邏輯中使用這些值。
因此，計(jì)算得到的增益乘以參考模態(tài)坐標(biāo)(零)與那些測(cè)量得 到的(或估計(jì)的)坐標(biāo)之間的差值，并允許確定將由相關(guān)的致動(dòng)器 裝置施加給臂10或至少施加給相關(guān)段的控制力。
最后的步驟設(shè)置于估計(jì)不能直接測(cè)量的才莫態(tài)坐標(biāo)。
為了執(zhí)行這種估計(jì)，控制器25設(shè)置于使用狀態(tài)估計(jì)器26。
如上所述，為了計(jì)算控制力，需要知道歸約模型i的模態(tài)坐標(biāo)。 這些坐標(biāo)不能直4妄追溯到任何物理測(cè)量值，以及因此不能直接對(duì)其 進(jìn)行測(cè)量。因此，產(chǎn)生了根據(jù)從圖2中所示的與臂10的各段相關(guān)的多個(gè)傳感器31能夠獲得的測(cè)量值來(lái)估計(jì)坐標(biāo)的問(wèn)題，該傳感器 包括例如加速計(jì)、應(yīng)變儀、延展致動(dòng)器、或者其他類似或相似的元 件。如圖3中所示，估計(jì)器26接收來(lái)自上述傳感器31的由參考標(biāo) 號(hào)32指示的測(cè)量值和由參考標(biāo)號(hào)33指示的實(shí)際作用在臂10上的 已知力作為輸入，并以估計(jì)狀態(tài)44的形式提供模態(tài)坐標(biāo)作為輸出。
估計(jì)器26也源自于歸約模態(tài)模型27的知識(shí)來(lái)工作。
具體地，該估計(jì)器通過(guò)將從歸約模態(tài)模型27獲得的估計(jì)的模 態(tài)坐標(biāo)與由[C糾]表示的估計(jì)矩陣34相乘來(lái)計(jì)算估計(jì)的測(cè)量值。
接下來(lái)，在加法器37中，將在圖3中由參考標(biāo)號(hào)38指示的估 計(jì)的測(cè)量值與真實(shí)測(cè)量值32進(jìn)行比較，以校正估計(jì)值，從而使其 在真實(shí)值處收斂。
估計(jì)器26通過(guò)將測(cè)量值32與估計(jì)值38之間的差值乘以一組 適合的(例如由卡爾曼濾波器獲得的)增益35來(lái)進(jìn)行^^交正。
可以對(duì)前述的方法和裝置進(jìn)行1奮改和變化，這些都落入由所附 權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍中。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)電子控制器(25)來(lái)控制關(guān)節(jié)臂(10)的振動(dòng)的主動(dòng)方法，所述關(guān)節(jié)臂包括相互關(guān)節(jié)連接的多個(gè)段(12-17)，其特征在于，所述方法包括以下步驟a)構(gòu)造所述關(guān)節(jié)臂(10)由模態(tài)變量描述的數(shù)學(xué)模態(tài)模型(27)，所述數(shù)學(xué)模態(tài)模型基于以臂的結(jié)構(gòu)模式的形式編寫(xiě)的參考模型并源自于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或源自于結(jié)構(gòu)模型而獲得；b)配置所述電子控制器(25)的增益；c)將所述增益乘以參考模態(tài)坐標(biāo)與通過(guò)源自于直接測(cè)量到的量的所述模態(tài)模型(27)計(jì)算出的值之間的差值，以確定將施加給所述臂(10)或施加給至少一部分相關(guān)段的控制力；d)通過(guò)狀態(tài)估計(jì)器(26)來(lái)估計(jì)所述模態(tài)坐標(biāo)；e)將通過(guò)使用所述模態(tài)坐標(biāo)估計(jì)的測(cè)量值(38)與真實(shí)測(cè)量值(32)進(jìn)行比較以校正所述估計(jì)值，以使其在真實(shí)值處收斂。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)沿著所述臂的 長(zhǎng)度分布的多個(gè)致動(dòng)器(40)來(lái)將所述控制力施加給所述臂(10)或其相關(guān)段(12-17)的一段或多段。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，為構(gòu)建所述數(shù) 學(xué)模態(tài)模型(27)，僅使用與第一振動(dòng)模式相關(guān)的影響以獲得 具有有限數(shù)量的變量的簡(jiǎn)化且歸約的模態(tài)模型。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為估計(jì) 所述歸約模型(27)的所述模態(tài)坐標(biāo)，所述估計(jì)器(26)使用從與所述臂(10)的各段(11-17)相關(guān)的多個(gè)傳感器(31 ) 獲得的可得到的測(cè)量值，以獲取關(guān)于所述臂(10 )或沿其整個(gè) 長(zhǎng)度的各段(12-17)的行為的數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述傳感器是加速 計(jì)、應(yīng)變儀、延展致動(dòng)器、或其它類似或相似的元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，為了估計(jì)所述模態(tài) 坐標(biāo)，所述估計(jì)器(26 )從所述傳感器(31 )接收多個(gè)測(cè)量值(32)以及實(shí)際作用在所述臂(10)上的已知力(33)作為輸 入，并以估計(jì)狀態(tài)(34)的形式纟是供所述才莫態(tài)坐標(biāo)的所述估計(jì) 值作為輸出。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)在 復(fù)數(shù)高斯平面中配置所述臂(10)的極點(diǎn)(28)的位置來(lái)執(zhí)行 配置所述電子控制器的所述增益的步驟，其中，在所述才及點(diǎn)(28)的所述配置中，目標(biāo)是增大所述臂(10)的阻尼。
8. —種通過(guò)電子控制器(25)來(lái)控制關(guān)節(jié)臂(10)的振動(dòng)的主動(dòng) 控制裝置，所述關(guān)節(jié)臂包括相互關(guān)節(jié)連接的多個(gè)段(12-17), 其特征在于，所述電子控制器包括指令和控制單元，其裝備 有處理和存儲(chǔ)器件，其中，源自于經(jīng)-驗(yàn)數(shù)據(jù)或源自于結(jié)構(gòu)模 型來(lái)構(gòu)造并存儲(chǔ)由模態(tài)變量描述的所述臂(10 )的數(shù)學(xué)模態(tài)模 型(27);配置所述電子控制器(25)的增益的器件；用于將 所述增益乘以參考模態(tài)坐標(biāo)與通過(guò)源自于直接測(cè)量得到的量 的所述模態(tài)模型而計(jì)算出的值之間的差值以確定將施加給所 述臂(10)或?qū)⑹┘咏o至少一部分相關(guān)段的控制力的單元；以 及用于將通過(guò)4吏用所述才莫態(tài)坐標(biāo)估計(jì)的測(cè)量4直(38 )與真實(shí)測(cè) 量值(32 )進(jìn)行比較以校正估計(jì)值，以使所述估計(jì)值在真實(shí)值 處收《支的單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，其包括沿所述臂 (10)的長(zhǎng)度分布的多個(gè)致動(dòng)器(40)，以能夠由所述電子控 制器(25 )驅(qū)動(dòng)以將相關(guān)的控制力施加給形成所述臂(10)至 少一部分段(12-17),以控制所述臂或其段所經(jīng)受的振動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明為控制用于泵送混凝土的關(guān)節(jié)臂的振動(dòng)方法及相關(guān)裝置。本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)電子控制器(25)來(lái)控制關(guān)節(jié)臂(10)的振動(dòng)的主動(dòng)控制方法，該關(guān)節(jié)臂包括相互關(guān)節(jié)連接的多個(gè)段(12-17)，該方法包括以下步驟a)源自于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或源自于結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造關(guān)節(jié)臂(10)的數(shù)學(xué)模態(tài)模型；b)配置電子控制器的增益；c)將增益乘以參考模態(tài)坐標(biāo)與通過(guò)源自于直接測(cè)量得到的量的模態(tài)模型而計(jì)算出的值之間的差值，以確定將施加給臂(10)或施加給至少一部分相關(guān)段的控制力；d)通過(guò)狀態(tài)估計(jì)器來(lái)估計(jì)模態(tài)坐標(biāo)；e)將通過(guò)使用模態(tài)坐標(biāo)估計(jì)的測(cè)量值(38)與真實(shí)測(cè)量值(32)進(jìn)行比較，以校正估計(jì)值，以使其在真實(shí)值處收斂。
文檔編號(hào)E04G21/04GK101538941SQ20091012719
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日
發(fā)明者亞歷山德羅·托西, 保羅·達(dá)里奧·馬伊尼, 尼古拉·皮里, 弗朗切斯科·里帕蒙蒂, 費(fèi)魯齊·雷斯塔 申請(qǐng)人:西法股份公司