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专利号: 2022103060121
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种挖掘机动作协调性分析方法,其特征在于,其包括以下步骤:步骤1:根据实验数据确定挖掘机动作协调性分析子指标;

根据挖掘机的实验数据,确定挖掘机总分析指标Y、以及动态响应时间Y1、执行机构速度Y2、执行机构压力冲击量Y3、精控性Y4、回转漂移量Y5及相对速度变化量Y6这6个挖掘机动作协调性分析子指标;

步骤2:确定各项分析子指标的权重;

根据步骤1确定的6个挖掘机动作协调性分析子指标,确定每个子指标的权重,具体步骤如下所示:步骤21:分配各项分析子指标所占权重,确保所有子指标的权重相加和为1;

步骤22:判断所有子指标的重要程度,构造复合动作工况判断矩阵A;

步骤23:对判断矩阵进行一致性检验;

一致性检验需要对两两指标的重要性进行比较,通过计算一致性比例进行,如果一致性比例CR小于0.1,则认为判断矩阵的一致性能够被接受,否则需要对判断矩阵进行修改,其获得方法如下所示:式中:CI表示一致性指标;λmax表示判断矩阵A的最大特征根;n表示分析子指标总数;

式中:CR表示为一致性比例;RI表示平均随机一致性指标;

步骤24:利用几何平均法求得判断矩阵最大特征值对应的特征向量;

判断矩阵最大特征值对应的特征向量获得方法如下所示:

式中:VYi表示第i个子指标几何平均算法求出的最大特征值的特征向量;Aij表示第i行子指标第j列子指标判断矩阵的元素;i和j分别表示判断矩阵中横向和纵向子指标编号;

步骤25:对特征向量进行归一化处理得到各个子指标权重;

对特征向量进行归一化处理得到各子指标权重,其获得方法如下式所示:式中:WYi表示第i个分析子指标的权重;VYi表示第i个子指标几何平均算法求出的最大特征值的特征向量;

步骤3:确定各项分析子指标权重下的隶属函数;

隶属函数为在某一项子指标权重WYi下,其所占百分比,则每项子指标权重下的隶属函数分别为动态响应隶属函数Y1'、稳态速度隶属函数Y2'、冲击隶属函数Y3'、精控性隶属函数Y4'、回转漂移隶属函数Y5'和相对速度隶属函数Y6';

步骤4:确定总评指标的合成关系;

根据步骤2和步骤3的所得结果确定总分析指标的合成关系,所对应的数学表达式如下所示:式中:Y表示挖掘机总分析指标;Y1',Y2'…Y6'分别表示第1,2…6个分析子指标的隶属函数;K1,K2…K6分别表示为第1,2…6个子指标最低要求的逻辑值;

当分析子指标达到所设定的此项指标的下限时,判别子指标的逻辑值K1,K2…K6取值为

0,否则取值为1;

步骤5:根据分析过程所得信息,进行系统分析和决策;

根据步骤4得到的分析总指标Y,划分区间,寻找当前系统不足,进行挖掘机动作协调性分析与决策,采取措施予以调整,进而提高挖掘机动作协调性以及作业效率。

2.根据权利要求1所述的挖掘机动作协调性分析方法,其特征在于,所述步骤1中的实验数据包括动臂执行机构、斗杆执行机构、铲斗执行机构和回转执行机构在运动时的输入信号数据、液压缸位移数据、液压缸运动速度数据和液压缸压力数据,其中回转执行机构的实验数据还包括回转角度数据、回转角速度数据和执行机构压力数据。

3.根据权利要求1所述的挖掘机动作协调性分析方法,其特征在于,所述步骤1中的6个子指标具体实现方式如下所示:所述子指标动态响应时间Y1即为输入信号与执行机构位移/角度输出之间的响应特性,则动态响应时间如下式所示:Y1=t1‑t2

式中:Y1表示动态响应时间;t1表示执行机构位移/角度开始时间;t2表示输入信号开始时间;

所述子指标执行机构速度Y2即为出厂时机器定义每个动作规定行程与规定运动时间的比值,则执行机构速度子指标如下式所示:式中:Y2表示执行机构速度;d表示执行机构规定行程;t3表示规定运动时间;

所述子指标执行机构压力冲击量Y3即为执行机构启动阶段的压力冲击,则压力冲击量如下所示;

式中:Y3表示执行机构压力冲击量;pmax表示执行机构启动阶段最大超调下的压力;p表示启动阶段过后稳态时的压力;

所述子指标精控性Y4即为执行机构的速度/角速度和手柄输入信号之间的线性关系,主要为手柄微操作中,当需要对执行机构速度进行小范围精细调整时,速度变化与手柄信号变化的跟随性,两者的量化线性关系,则精控性如下式所示:式中:Y4表示精控性;ΔVmax表示理论曲线与实际曲线在相同的输入信号下输出的最大差值;V0表示理论曲线与实际曲线在最小输入信号下的速度;Vn表示理论曲线与实际曲线在最大输入信号下的速度;

所述子指标回转漂移量Y5即为回转先导手柄信号停止时,挖掘机回转平台由于惯性原因的溜车角度;

所述子指标相对速度变化量Y6即为在复合运动中,当加入或退出动作时,相应其他动作的速度变化量,即对应其他动作在此阶段的速度变化量Δv与未加入或退出之前其他动作的速度v的比值,则对速度变化量如下式所示:式中:Y6表示相对速度变化量;Δv表示当加入或退出某执行机构动作时,对应其他动作在此阶段的速度变化量;v表示未加入或退出之前其他动作的速度。

4.根据权利要求1所述的挖掘机动作协调性分析方法,其特征在于,所述步骤21中分配各项分析子指标所占权重,确保个指标相加和为1;具体过程如下所示:令动态响应性指标所占权重为WY1,执行机构速度指标所占权重为WY2,压力冲击指标所占权重为WY3,精控性指标所占权重为WY4,回转漂移指标所占权重为WY5,相对速度变化指标所占权重为WY6;

式中:WY表示子指标的和,设置为1;WYi表示第i个子指标所占的权重。

5.根据权利要求1所述的挖掘机动作协调性分析方法,其特征在于,所述步骤22中判断所有子指标的重要程度,构造复合动作工况判断矩阵,具体过程如下所示:对所有子指标进行两两重要程度比较,两两重要程度比较标度有:1表示同等重要;3表示稍微重要;5表示明显重要;7表示极端重要;在下述判断矩阵A中,Aij表示为i指标相对于j指标的重要程度;i和j均属于∈1到6之间的整数;即A1j、A2j、A3j、A4j、A5j、A6j分别为动态响应指标相对于其他指标的重要程度、执行机构速度指标相对于其他指标的重要程度、压力冲击指标相对于其他指标的重要程度、精控性指标相对于其他指标的重要程度、回转漂移指标相对于其他指标的重要程度、相对速度变化指标相对于其他指标的重要程度;Ai1、Ai2、Ai3、Ai4、Ai5、Ai6分别为其他指标相对于动态响应指标的重要程度、其他指标相对于执行机构速度指标的重要程度、其他指标相对于压力冲击指标的重要程度、其他指标相对于精控性指标的重要程度、其他指标相对于回转漂移指标的重要程度、其他指标相对于相对速度变化指标的重要程度;根据两两重要程度比较的标度划分完成判断矩阵A,判断矩阵A为正互反矩阵,满足Aij×Aji=1,判断矩阵A,如下式所示:式中:A表示判断矩阵;A12、A13…A65分别表示判断矩阵的30个元素;

当i=j时,对应判断矩阵中两个相同子指标,同等重要记为1;以上述矩阵为例,假设A13=5,则表示动态响应指标相对于压力冲击指标来讲,动态响应指标明显重要,由Aij×Aji=

1则,A31=1/5。

6.根据权利要求1所述的挖掘机动作协调性分析方法,其特征在于,所述步骤23中的平均随机一致性指标RI,具体选取规则如下所示:式中:n表示分析子指标的个数。

7.根据权利要求1所述的挖掘机动作协调性分析方法,其特征在于,所述步骤3中隶属函数数值均在0到1之间,其具体实现方式如下所示:所述动态响应隶属函数是指动态响应性是执行机构开始运动时间与先导手柄输入信号开始时间的差值,此差值用x表示,隶属函数的最小边界值定义为操作手反应时间加死区行程时间,其临界值为a1,单位为毫秒;隶属函数的最大边界值为挖掘机出厂设置的手柄输入与执行机构输出之间的最大响应时间,其临界值为b1,单位为毫秒;动态响应隶属函数如下式所示:式中:Y1'表示动态响应的隶属函数;K1表示判别指标是否达到最低要求的逻辑值;a1表示最大响应时间临界值;b1表示最小响应时间临界值;x1表示响应时间;

所述稳态速度隶属函数是指稳态速度的计算是执行机构从初始位置移动到终端位置过程中的稳定速度,其值为x2,其临界a2、b2值取决于出厂要求;稳态速度隶属函数如下式所示:式中:Y2'表示稳态速度隶属函数;a2表示速度在接受区间的上限;b2表示速度在接受区间的下限;x2表示稳态速度;

所述冲击隶属函数的计算公式Y3'与权利要求3中冲击子指标的表达式Y3一致,如下式所示:Y′3=Y3

式中:Y3'表示冲击隶属函数;

所述精控性隶属函数的计算公式Y4'与权利要求3中精控性子指标表达式Y4一致,如下式所示:Y′4=Y4

式中:Y4'表示精控性隶属函数;

所述回转漂移隶属函数是指回转漂移即为回转先导手柄信号停止时,挖掘机回转平台由于惯性原因的溜车角度,回转漂移隶属函数如下式所示:式中:Y5'表示回转漂移隶属函数;x5表示为实际作业中的回转漂移量;a5表示为实际作业中所允许的回转漂移量;

所述相对速度隶属函数的计算公式Y6'与权利要求3中相对速度表达式Y6一致,如下式所示:Y′6=Y6

式中:Y6'表示相对速度隶属函数。