本发明属于旋挖钻机，具体涉及一种旋挖钻机自动回转定位控制系统。
背景技术：
1、旋挖钻机广泛应用于工程建设中，特别是在基础工程和地下工程领域。它主要用于钻孔作业，其高效和精准的操作性能对工程质量和施工效率具有至关重要的影响。传统的旋挖钻机在进行钻孔作业时，通常依赖于人工操作和机械反馈来控制钻机的回转角度。然而，由于钻机操作环境的复杂性和变化性，传统的控制方法常常面临定位精度不足、操作不稳定、回转角度调整迟缓等问题。
2、随着技术的发展，自动化控制系统在旋挖钻机中逐渐获得应用。这些系统旨在通过实时数据采集和智能控制来提高钻机的定位精度和操作稳定性。现代的自动回转定位控制系统通常包括角度传感器、加速度传感器和陀螺仪，这些传感器能够实时采集钻机的角度、加速度和角速度数据。这些数据对于系统的动态调整和精准控制至关重要。然而，现有技术在数据处理、控制策略制定和反馈调整方面仍存在一定的挑战，如数据融合精度不足、实时反馈能力差、控制策略不够优化等问题。基于此，本发明希望提供一种旋挖钻机自动回转定位控制系统。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，包括：角度传感器、加速度传感器、陀螺仪、中央控制单元、目标回转角度设定模块和电液比例阀控制模块；所述角度传感器、加速度传感器和陀螺仪，用于实时采集旋挖钻机的角度、加速度和角速度数据，并将数据传输至中央控制单元；所述中央控制单元，根据从角度传感器、加速度传感器和陀螺仪获取的数据，计算旋挖钻机的最佳旋转角度估计值，并利用数据融合结果估计旋挖钻机的当前姿态和运动状态，为控制系统提供准确的输入数据；所述目标回转角度设定模块，根据操作需求或预设作业计划，设定旋挖钻机的目标回转角度，并生成从当前角度到目标角度的最佳控制策略；所述电液比例阀控制模块，将生成的控制策略转化为电液比例阀的控制信号，从而精确控制旋挖钻机的回转动作。
4、作为优选，所述角度传感器、加速度传感器和陀螺仪分别安装在旋挖钻机的旋转部位、重心处和旋转轴上，以确保数据的准确性和实时性。
5、作为优选，所述传感器数据通过无线网络传输到中央控制单元。
6、作为优选，所述中央控制单元用于对采集到的数据进行滤波处理，使得系统在实际操作过程中更加稳定。
7、作为优选，所述中央控制单元利用卡尔曼滤波器对角度传感器、加速度传感器和陀螺仪的数据进行融合，生成更加精确和鲁棒的旋转角度估计值；
8、设定：n表示传感器的数量，传感器的数据融合部分通过对n个传感器的数据进行求和，从而计算出整体的校准值和测量值误差；m表示角速度数据的样本数量或角速度传感器的数量；θt为时间t时的旋转角度估计值；αt为时间t时的角加速度；ωt为时间t时的角速度；
9、具体步骤如下：
10、s1：确定角速度加权和的噪声滤波函数为g(x)，其形式为：
11、在上述公式中，噪声滤波函数通过对不同角速度数据进行指数加权求和，确保滤波后的角速度数据更加准确和稳定；
12、表示第j个角速度的指数衰减，权重由λj决定；
13、λj：权重参数，控制不同角速度数据在噪声滤波中的影响，j设定用于索引角速度数据的样本或角速度传感器的序号，在噪声滤波部分，通过对每个角速度数据样本或传感器的数据进行处理，结合权重参数λj实现对不同角速度数据的加权平均；
14、s2：确定传感器测量值的修正和加权和；对每个传感器的测量值进行修正，得到修正后的值为：zi,t-ki·pi,t；
15、在上述公式中，zi,t是第i个传感器在时间t的测量值；pi,t：为协方差矩阵，用于度量估计误差的分布，随着时间动态更新；ki：卡尔曼增益，反映了当前测量值对估计值的影响，通过卡尔曼滤波算法动态调整；ki·pi,t表示第i个传感器的校准偏差；
16、然后对修正值进行加权和：
17、在上述公式中，hi(x)为是基于特征x的传感器校准函数，用于校正传感器读数的不准确性，采用基于线性或非线性回归的函数，例如hi(x)＝βix+γi，其中，βi和γi为校准参数；
18、s3：组合加速度的衰减项：
19、考虑随时间衰减的加速度项：该公式用于结合时间积分对角速度进行修正，考虑加速度随时间的衰减影响；
20、在该公式中，αt·e-αt表示是随时间衰减的加速度；表示角速度从时间0到时间t的积分，代表了旋转角度的变化量；α：表示衰减系数，控制加速度对估计值的影响随时间的衰减程度；dt：表示微小的时间增量，在积分过程中，dt用于对时间进行离散化处理，将连续时间积分转化为离散时间求和，计算出从初始时间到当前时间的旋转角度估计值。
21、作为优选，通过时间积分计算出从初始时间到当前时间的旋转角度估计值，计算公式如下：
22、
23、其中，θt：最终计算出的旋转角度估计值，是一个动态变化的量，其值域取决于传感器测量值的范围和系统的工作状态，通常在[-360°，360°]之间变化。
24、在上述公式中，积分函数：通过对时间t的积分，计算从初始时间到当前时间的旋转角度变化；
25、复杂求和函数：通过求和函数，综合不同传感器的数据，同时考虑到传感器校准和卡尔曼增益对数据的影响；
26、噪声滤波：采用高斯滤波器对角速度数据进行噪声过滤，确保数据的准确性和稳定性；
27、指数函数：利用指数函数来对角速度数据进行权重处理，增强对短时间内突发变化的响应；
28、分式结构：通过分式结构，将加速度的影响与角速度积分的影响结合起来，形成对旋转角度估计值的精确计算；
29、该公式通过综合多传感器数据融合和复杂的数学函数，实现了对旋挖钻机旋转角度的精确估计，同时考虑了数据的噪声滤波和传感器校准问题，确保了估计值的准确性和鲁棒性。
30、作为优选，在目标回转角度设定模块中，生成从当前角度到目标角度的最佳控制策略的方法为：根据角度差值计算控制信号，假设使用比例控制kp，则控制信号＝kp×角度差值。
31、作为优选，最佳控制策略通过控制电机的电流和电压，实现精确的转速控制通过：监测液压系统的压力变化，确保系统的稳定性和响应速度；该控制策略动态调整电机电流和液压系统压力，实时更新控制信号，确保旋挖钻机的回转角度精确控制。
32、作为优选，在电液比例阀控制模块，将生成的最佳控制策略转化为电液比例阀的控制信号后，中央控制单元通过控制信号精确调节电机和液压系统，实现旋挖钻机的回转动作；在回转过程中，实时监测角度、加速度和角速度数据，再按照上述方式持续动态调整控制信号，确保旋转角度的精确控制。
33、作为优选，旋挖机的姿态表示旋挖钻机的旋转角度，运动状态具体为角速度、角加速度。
34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
35、(1)本发明提供的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，利用卡尔曼滤波器对角度传感器、加速度传感器和陀螺仪的数据进行融合，提高了旋转角度估计值的准确性和鲁棒性。通过对数据的滤波处理和噪声去除，确保了数据在不同时间点上的一致性，从而提升了系统的稳定性和可靠性；
36、(2)本发明提供的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，中央控制单元根据实时数据计算出最佳旋转角度估计值，并生成从当前角度到目标角度的最佳控制策略，该策略能够精确控制旋挖钻机的回转动作，实现更加稳定和准确的钻孔操作；
37、(3)本发明提供的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，系统能够实时监测钻机的角度、加速度和角速度数据，并动态调整控制信号，确保钻机的回转角度按照预设要求精确控制，通过对电机电流和液压系统压力的动态调整，进一步提升了系统的响应速度和操作稳定性。
1.一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，其特征在于，包括：角度传感器、加速度传感器、陀螺仪、中央控制单元、目标回转角度设定模块和电液比例阀控制模块；所述角度传感器、加速度传感器和陀螺仪，用于实时采集旋挖钻机的角度、加速度和角速度数据，并将数据传输至中央控制单元；所述中央控制单元，根据从角度传感器、加速度传感器和陀螺仪获取的数据，计算旋挖钻机的最佳旋转角度估计值，并利用数据融合结果估计旋挖钻机的当前姿态和运动状态，为控制系统提供准确的输入数据；所述目标回转角度设定模块，根据操作需求或预设作业计划，设定旋挖钻机的目标回转角度，并生成从当前角度到目标角度的最佳控制策略；所述电液比例阀控制模块，将生成的控制策略转化为电液比例阀的控制信号，从而精确控制旋挖钻机的回转动作。
2.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，其特征在于：所述角度传感器、加速度传感器和陀螺仪分别安装在旋挖钻机的旋转部位、重心处和旋转轴上，以确保数据的准确性和实时性。
3.根据权利要求2所述的旋挖钻机自动回转定位控制系统，其特征在于：所述传感器数据通过无线网络传输到中央控制单元。
4.根据权利要求3所述的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，其特征在于：所述中央控制单元用于对采集到的数据进行滤波处理，使得系统在实际操作过程中更加稳定。
5.根据权利要求4所述的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，其特征在于：所述中央控制单元利用卡尔曼滤波器对角度传感器、加速度传感器和陀螺仪的数据进行融合，生成更加精确和鲁棒的旋转角度估计值；
6.根据权利要求5所述的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，其特征在于，通过时间积分计算出从初始时间到当前时间的旋转角度估计值，计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，其特征在于，在目标回转角度设定模块中，生成从当前角度到目标角度的最佳控制策略的方法为：根据角度差值计算控制信号，假设使用比例控制kp，则控制信号＝kp×角度差值。
8.根据权利要求7所述的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，其特征在于，最佳控制策略通过控制电机的电流和电压，实现精确的转速控制通过：监测液压系统的压力变化，确保系统的稳定性和响应速度；该控制策略动态调整电机电流和液压系统压力，实时更新控制信号，确保旋挖钻机的回转角度精确控制。
9.根据权利要求8所述的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，其特征在于：在电液比例阀控制模块，将生成的最佳控制策略转化为电液比例阀的控制信号后，中央控制单元通过控制信号精确调节电机和液压系统，实现旋挖钻机的回转动作；在回转过程中，实时监测角度、加速度和角速度数据，再按照上述方式持续动态调整控制信号，确保旋转角度的精确控制。
10.根据权利要求9所述的一种旋挖钻机自动回转定位控制系统，其特征在于：旋挖机的姿态表示旋挖钻机的旋转角度，运动状态具体为角速度、角加速度。
