回转角度测量方法、装置、系统及工程机械

摘要

本发明涉及工程机械测控技术领域，公开了一种回转角度测量方法、装置、系统及一种工程机械，以提高回转角度测量的精确性。回转角度测量系统，包括：用于检测液压泵转速的转速传感器；至少一个接近开关，每一个接近开关在感应到回转机构感应齿轮的齿时发出感应脉冲；控制器，与液压泵、转速传感器和每一个接近开关信号连接，用于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数，根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值；根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速，根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量；根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械测控技术领域，特别是涉及一种回转角度测量方法、 装置、系统及一种工程机械。

背景技术

回转机构广泛存在于各类工程机械中（例如塔机、泵车等），回转角度的 测量对于工程机械动作的控制及安全性至关重要，因此，工程机械需要装备可 靠性和准确度较高的回转角度测量设备。

当今，市面上有很多类回转编码器，其测量精度较高，但耐冲击能力较差， 不能适用于工程机械恶劣的工作环境中。现有技术中还存在另一种回转角度测 量设备，如图1所示，包括控制器（图中未示出）以及两个接近开关1，每个 接近开关1可在感应到回转机构感应齿轮2旋转靠近的齿时发出感应脉冲给控 制器，控制器根据两个接近开关感应脉冲（如图2所示）的相位差来区分回转 机构的顺时针回转和逆时针回转，根据感应脉冲计数换算得到回转机构的回转 角度。由于接近开关1无需与感应齿轮2直接机械接触，因此，耐冲击能力较 高，能够很好的适应工程机械的作业环境。设回转机构回转一圈时，两个接近 开关产生的感应脉冲个数为N_pulse，则检测精度为360°/N_pulse。

上述回转角度测量设备存在的缺陷在于，受感应齿轮齿数的限制，回转机 构回转一圈时两个接近开关产生的感应脉冲数目有限，检测精度较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种回转角度测量方法、装置、系统及一种工程机械， 以提高回转角度测量的精确性。

本发明实施例所提供的回转角度测量系统，包括：

用于检测液压泵转速的转速传感器；

至少一个接近开关，每一个接近开关在感应到回转机构感应齿轮的齿时发 出感应脉冲；

控制器，与液压泵、转速传感器和每一个接近开关信号连接，用于根据回 转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数，根据当前感应脉冲计数得到回转角 度的粗测值；根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速，根 据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转 角度的变化量；根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度 的精测值。

在本发明技术方案中，控制器根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到 感应齿轮的转速，根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间 的时间差得到回转角度的变化量，根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变 化量得到回转角度的精测值。该精测值相比于现有技术的粗测值，检测精度大 大提高，有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。

可选的，所述接近开关至少为两个，所述控制器用于根据所述至少两个接 近开关的脉冲相位差确定回转机构的回转方向；或者，

所述回转角度测量系统还包括分别设置于回转马达的进油口和出油口的 第一压力传感器和第二压力传感器；所述控制器，分别与第一压力传感器和第 二压力传感器信号连接，用于根据回转马达的进油口和出油口的压差确定回转 机构的回转方向。

具体的，所述控制器，用于当回转机构正向回转时，将前一感应脉冲计数 增加一个计数单位得到当前感应脉冲计数；当回转机构逆向回转时，将前一感 应脉冲计数减去一个计数单位得到当前感应脉冲计数；当回转机构正向回转 时，将所述回转角度的粗测值加上回转角度的变化量，得到回转角度的精测值； 当回转机构逆向回转时，将所述回转角度的粗测值减去回转角度的变化量，得 到回转角度的精测值。

本发明实施例还提供了一种工程机械，包括前述任一技术方案所述的回转 角度测量系统，可对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。

本发明实施例还提供了一种应用前述技术方案所述回转角度测量系统的 回转角度测量方法，包括：

根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数，根据当前感应脉冲计数 得到回转角度的粗测值；

根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速，根据感应齿 轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变 化量；

根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。

同理，通过该回转角度测量方法得到的精测值相比于现有技术的粗测值， 检测精度大大提高，有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种应用前述技术方案所述 回转角度测量系统的回转角度测量装置，包括：

第一控制设备，用于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数，根 据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值；

第二控制设备，用于根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮 的转速，根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差 得到回转角度的变化量；

第三控制设备，用于根据所述回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到 回转角度的精测值。

通过该回转角度测量装置得到的精测值相比于现有技术的粗测值，检测精 度大大提高，有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。

附图说明

图1为现有的一种回转角度测量设备结构示意图；

图2为两个接近开关产生的感应脉冲示意图；

图3为本发明一实施例的回转角度测量系统结构示意图；

图4为本发明另一实施例的回转角度测量系统结构示意图；

图5为本发明一实施例的回转角度测量方法流程示意图；

图6为本发明一实施例的回转角度测量装置结构示意图。

具体实施方式

为了提高回转角度测量的精确性，本发明实施例提供了一种回转角度测量 方法、装置、系统及一种工程机械。在本发明技术方案中，控制器根据液压泵 的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速，根据感应齿轮的转速以及采 样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回转角度的变化量，根据回转角 度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精测值。该精测值相比于现有 技术的粗测值，检测精度大大提高，有利于对回转机构的回转动作进行更加精 确的控制。下面以具体实施例并结合附图详细说明本发明。

如图3所示，本发明第一实施例所提供的回转角度测量系统，包括：

用于检测液压泵4转速的转速传感器3；

至少一个接近开关1，每一个接近开关1在感应到回转机构感应齿轮的齿 时发出感应脉冲；

控制器5，与液压泵4、转速传感器3和每一个接近开关1信号连接，用 于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数，根据当前感应脉冲计数得 到回转角度的粗测值；根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的 转速，根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得 到回转角度的变化量；根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角 度的精测值。

转速传感器3的具体类型不限，例如可以为磁敏转速传感器、激光转速传 感器等等。接近开关1的具体数量不限，例如可以为一个、两个、三个等等， 接近开关1的数量越多，控制器5所接收的感应脉冲数量越多，回转角度测量 的精确度越高。

如图3所示，当接近开关至少为两个（该实施例包含两个接近开关，分别 为接近开关1a和接近开关1b）时，控制器5可根据至少两个接近开关的脉冲 相位差确定回转机构的回转方向。例如，假定感应齿轮逆时针旋转时回转机构 应顺时针回转，则当接近开关1a的脉冲发出时间先于接近开关1b的脉冲发出 时间时，可确定回转机构顺时针回转，当接近开关1a的脉冲发出时间晚于接 近开关1b的脉冲发出时间时，可确定回转机构逆时针回转。当然，回转机构 回转方向的确定与两个接近开关的相对位置以及回转机构齿轮传动的具体结 构有关，并不局限于上述确定方法。

此外，如图4所示，回转角度测量系统也可包括分别设置于回转马达的进 油口和出油口的第一压力传感器6和第二压力传感器7；控制器5分别与第一 压力传感器6和第二压力传感器7信号连接，可根据回转马达的进油口和出油 口的压差确定回转机构的回转方向。例如，假定回转机构顺时针回转时，回转 马达的进油口压力应大于出油口压力，则当回转马达的进油口和出油口的压差 为正时，可确定回转机构顺时针回转，当回转马达的进油口和出油口的压差为 负时，可确定回转机构逆时针回转。

具体的，控制器5用于当回转机构正向回转时，将前一感应脉冲计数增加 一个计数单位得到当前感应脉冲计数；当回转机构逆向回转时，将前一感应脉 冲计数减去一个计数单位得到当前感应脉冲计数；当回转机构正向回转时，将 回转角度的粗测值加上回转角度的变化量，得到回转角度的精测值；当回转机 构逆向回转时，将回转角度的粗测值减去回转角度的变化量，得到回转角度的 精测值。

回转机构的正向回转和逆向回转可以根据经验或者实际情况具体定义。例 如，可将回转机构的顺时针回转定义为正向回转，则回转机构的逆时针回转为 逆向回转；也可将回转机构的逆时针回转定义为正向回转，则回转机构的顺时 针回转为逆向回转。当回转机构正向回转时，感应脉冲计数依次增加，当回转 机构逆向回转时，感应脉冲计数依次减小。

采样时间应位于当前感应脉冲产生之后，下一个感应脉冲产生之前。相邻 两个感应脉冲之间采样时间点的具体数量不限，考虑到控制器5的运行处理能 力，可将控制器5的程序运行周期设为采样时间间隔。

在本发明技术方案中，控制器根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到 感应齿轮的转速，根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间 的时间差得到回转角度的变化量，根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量 得到回转角度的精测值。该精测值相比于现有技术的粗测值，检测精度大大提 高，有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。

本发明实施例还提供了一种工程机械，包括前述任一技术方案的回转角度 测量系统，可对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。工程机械的具体类 型不限，例如，可以为塔机、起重机、泵车等等。

如图5所示，基于同一发明构想，本发明实施例还提供了一种应用前述技 术方案回转角度测量系统的回转角度测量方法，包括以下步骤：

步骤101、根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数，根据当前感 应脉冲计数得到回转角度的粗测值；

步骤102、根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速， 根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间差得到回 转角度的变化量；

步骤103、根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的精 测值。

其中，步骤101和步骤102的顺序也可互换。当接近开关至少为两个时， 回转机构的回转方向可根据至少两个接近开关的脉冲相位差确定；另外，可在 回转马达的进油口和出油口分别设置第一压力传感器和第二压力传感器；回转 机构的回转方向根据回转马达的进油口和出油口的压差确定。

步骤101中，根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数，具体包括： 当回转机构正向回转时，将前一感应脉冲计数增加一个计数单位得到当前感应 脉冲计数；当回转机构逆向回转时，将前一感应脉冲计数减去一个计数单位得 到当前感应脉冲计数。根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值，可具体 通过以下函数关系式：

式（1）

其中，θ_Coarse为回转角度的粗测值，N_Pulse为回转机构回转一圈时的感应脉 冲数，n为当前感应脉冲计数。

液压泵运转带动回转马达回转，回转马达经过减速机减速后驱动传动齿轮 系带动感应齿轮旋转，接近开关用于在感应到感应齿轮的齿时发出感应脉冲。 可根据液压泵的控制电流计算液压泵的排量，具体计算式为：

$q_{\mathrm{Pump}}=\frac{I_{\mathrm{Ctrl}}-I_{\mathrm{Min}}}{I_{\mathrm{Max}}-I_{\mathrm{Min}}}\times q_{\mathrm{PumpMax}}$式（2）

其中，q_Pump为液压泵的排量，q_PumpMax为液压泵的最大排量，I_ctrl为液压泵 的控制电流，I_Min为液压泵的死区控制电流，I_Max为液压泵的最大控制电流。

可根据液压泵的排量和液压泵的转速计算液压泵的流量，具体计算式为：

Q_Pump＝q_Pump×n_Pump  式（3）

其中，Q_Pump为液压泵的流量，n_Pump为液压泵的转速。

工程机械的回转马达通常为定量马达，可根据液压泵的流量计算回转马达 的流量，具体计算式为：

Q_Motor＝α×Q_Pump  式（4）

其中，Q_Motor为回转马达的流量，α为回转马达的流量损失系数。

可根据回转马达的流量计算回转马达的运转转速，具体计算式为：

$n_{\mathrm{Motor}}=\frac{Q_{\mathrm{Motor}}}{q_{\mathrm{FixedMotor}}}$式（5）

其中，n_Motor为回转马达的运转转速，q_FixedMotor为回转马达的固定排量。

回转马达驱动减速机，减速机带动传动齿轮系，传动齿轮系带动感应齿轮 旋转，设减速机的减速比为β₁，感应齿轮的传动系数为β₂，则感应齿轮的转 速n_Gear的计算式为：

n_Gear＝β₁×β₂×n_Motor  式（6）

结合式（2）至式（6）可以得出感应齿轮的转速：

$n_{\mathrm{Gear}}=\frac{{\beta }_1\times {\beta }_2\times \alpha \times q_{\mathrm{PumpMax}}}{q_{\mathrm{FixedMotor}}}\times n_{\mathrm{Pump}}\times \frac{I_{\mathrm{Ctrl}}-I_{\mathrm{Min}}}{I_{\mathrm{Max}}-I_{\mathrm{Min}}}$式（7）

由于β1、β2、α、q_PumpMax、q_FixedMotor、I_Max、I_Min均为常值，因此，感应 齿轮的转速n_Gear只与液压泵的转速n_Pump和液压泵的控制电流I_ctrl有关，步骤 102中，可根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿轮的转速。

步骤102中，根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间 的时间差得到回转角度的变化量，可具体通过以下函数关系式：

式（8）

其中，△θ为回转角度的变化量，N_Pulse为回转机构回转一圈时的感应脉冲 数，N_PulseGear为感应齿轮旋转一圈时的感应脉冲数，T为采样时间，T₀为当前 感应脉冲产生时间。

步骤103中，根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回转角度的 精测值，具体包括：

当回转机构正向回转时，将回转角度的粗测值加上回转角度的变化量，得 到回转角度的精测值θ_Fine，即θ_Fine＝θ_Coarse+Δθ；

当回转机构逆向回转时，将回转角度的粗测值减去回转角度的变化量，得 到回转角度的精测值θ_Fine，即θ_Fine＝θ_Coarse-Δθ。

通过该回转角度测量方法得到的精测值相比于现有技术的粗测值，检测精 度大大提高，有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。

如图6所示，基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种应用前述 技术方案回转角度测量系统的回转角度测量装置，包括：

第一控制设备8，用于根据回转机构的回转方向确定当前感应脉冲计数， 根据当前感应脉冲计数得到回转角度的粗测值；

第二控制设备9，用于根据液压泵的转速和液压泵的控制电流得到感应齿 轮的转速，根据感应齿轮的转速以及采样时间距当前感应脉冲产生时间的时间 差得到回转角度的变化量；

第三控制设备10，用于根据回转角度的粗测值和回转角度的变化量得到回 转角度的精测值。

通过该回转角度测量装置得到的精测值相比于现有技术的粗测值，检测精 度大大提高，有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。

第二控制设备9，具体用于通过以下函数关系式得到感应齿轮的转速：

$n_{\mathrm{Gear}}=\frac{{\beta }_1\times {\beta }_2\times \alpha \times q_{\mathrm{PumpMax}}}{q_{\mathrm{FixedMotor}}}\times n_{\mathrm{Pump}}\times \frac{I_{\mathrm{Ctrl}}-I_{\mathrm{Min}}}{I_{\mathrm{Max}}-I_{\mathrm{Min}}};$

第二控制设备9，具体用于通过以下函数关系式得到回转角度的变化量：

其中，n_Gear为感应齿轮的转速，β₁为减速机的减速比，β₂为感应齿轮的 传动系数，α为回转马达的流量损失系数，q_PumpMax为液压泵的最大排量， q_FixedMotor为回转马达的固定排量，n_Pump为液压泵的转速，I_ctrl为液压泵的控制电 流，I_Max为液压泵的最大控制电流，I_Min为液压泵的死区控制电流，△θ为回转 角度的变化量，N_Pulse为回转机构回转一圈时的感应脉冲数，N_PulseGear为感应齿 轮旋转一圈时的感应脉冲数。

当接近开关至少为两个时，第一控制设备8，具体用于根据至少两个接近 开关的脉冲相位差确定回转机构的回转方向；或者，

当回转角度测量系统还包括分别设置于回转马达的进油口和出油口的第 一压力传感器和第二压力传感器时；第一控制设备8，具体用于根据回转马达 的进油口和出油口的压差确定回转机构的回转方向。

第一控制设备8，具体用于当回转机构正向回转时，将前一感应脉冲计数 增加一个计数单位得到当前感应脉冲计数；当回转机构逆向回转时，将前一感 应脉冲计数减去一个计数单位得到当前感应脉冲计数；

第三控制设备10，具体用于当回转机构正向回转时，将回转角度的粗测值 加上回转角度的变化量，得到回转角度的精测值；当回转机构逆向回转时，将 回转角度的粗测值减去回转角度的变化量，得到回转角度的精测值。

通过该回转角度测量装置得到的精测值相比于现有技术的粗测值，检测精 度大大提高，有利于对回转机构的回转动作进行更加精确的控制。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。