【正文】 地，否則會(huì)形成串模干擾，造成轉(zhuǎn)換時(shí)的誤差。 2） D/A 轉(zhuǎn)換電路 該電路由 D/A 轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832 及雙運(yùn)算放大器 LM358 等組成。 b） 集鎖存器控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道 D/A 轉(zhuǎn)換器，能實(shí)現(xiàn)多通道 D/A 的同步轉(zhuǎn)換輸出。 圖 42 脈沖整形、判向電路 D/A 轉(zhuǎn)換器及接口電路 1） DAC0832 功能介紹 DAC0832 是八位分辨率的轉(zhuǎn)換集成芯片，與處理器完全兼容。即當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)行命令 , 被控對(duì)象在控制器控制下運(yùn)行至某一預(yù)定位置時(shí) , 可以通過(guò)及時(shí)控制74LS193 的異步置數(shù)控制端 PL 為低電平 , 通過(guò)數(shù)據(jù)總線把欲定義的數(shù)據(jù)寫(xiě)入 74LS193, 實(shí)現(xiàn)歸零操作。則有 5/125= 伏 /度，即角度傳感器沒(méi)變化一度，其輸出電壓變化 伏。 （ 1）角度傳感器的標(biāo)定 液壓挖掘機(jī)的動(dòng)臂和斗桿的工作角度都有一定范圍的，根據(jù)設(shè)計(jì)的理論推薦制和樣機(jī)的實(shí)際工裝尺寸，選擇動(dòng)臂的角度范圍為 090176。在 碼盤(pán)基片的圓周上等分地制成透光狹縫，其數(shù)量從幾百條到上千條不等?？刂屏鞒虉D及系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 41 所示。 采用動(dòng)臂先動(dòng) ，斗桿跟隨的方案。輸入 sint 的正弦信號(hào)，系統(tǒng)的響應(yīng)如圖 39 所示，從圖中可以看出，跟蹤過(guò)程存在相當(dāng)大的誤差和相位延遲。 圖 34 斗桿系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖 14 圖 35 斗桿系統(tǒng)正弦跟蹤 動(dòng)臂系統(tǒng)的整體建模與仿真 圖 36 動(dòng)臂系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng) 閉環(huán)傳遞函數(shù)為 2 6 4 4 3 20 . 2 9 4 3() 8 . 2 3 6 1 0 4 . 7 4 5 1 0 0 . 1 6 2 0 . 2 9 4 3bGs s s s s??? ? ? ? ? ? ? 用 Matlab 對(duì)其進(jìn)行仿真 ，得到閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如圖 36，同時(shí)得到其動(dòng)態(tài)時(shí)域指標(biāo)，峰值 1py? ， 即無(wú)超調(diào)，上升 時(shí)間 ? ， 調(diào)整時(shí)間 ? 。圖 33 為單位階躍響 應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差曲線，由圖中可得到系統(tǒng)的靜態(tài)時(shí)域指標(biāo)，穩(wěn)態(tài)誤差 ? 。 1）活塞平均面積 2 2 2 2 32( ) ( 0 . 0 5 0 . 0 3 ) 1 . 2 6 1 044DdAm?? ???? ? ? ? 2） 容腔總?cè)莘e 3 4 3+=A (= 6 +=mtVH??????液 壓 缸 有 效 面 積 （ 活 塞 行 程 閥 至 缸 間 管 路 折 算 距 離 ） +0 .0 15 ) 10 （ 0. 2 0. 01 5 ） 2. 70 9 10 3） 液壓缸固有頻率 ? ? 2832h 44 7 10 6 104 13 09 10 85 0et AVm????? ? ? ??? ? ?? ? ? 式中 e? 取 8710? 4） 液壓阻尼比 ? ?22684 3 2221 6 21c 5 107 10 850 1 9 10 6 10 32 1032= 10 m m r = 5 10 m m = 10 a se c ehtccemKVADrkDP???????? ? ?? ? ?? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ??? ? ?式 中閥 芯 直 徑 ， ， 則單個(gè)液壓缸的傳遞函數(shù)為：? ?2 5 3 3 222227 9 2 .6 7 9 2 .65 .1 8 1 0 3 .3 1 1 02 0 .2 32 111 3 8 .9 1 3 8 .9qhhhKAGss s sss ssss ?????? ? ? ? ? ? ?? ? ? ??????? ? ? ????? 因兩個(gè)液壓缸并聯(lián)驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂，故動(dòng)臂液壓缸的傳遞函數(shù)為 2 ??2Gs ? ? 5 3 3 2222 1 5 8 5 .25 .1 8 1 0 3 .3 1 1 02 1qhhhKAGss s ssss ??????? ? ? ? ????????? 其它環(huán)節(jié)傳遞函數(shù) 試驗(yàn)臺(tái) ，并與之配有配套的放大器11 VT5010，依據(jù)廠家提供的技術(shù)規(guī)格，其頻率特性為 2HZ，這一值在一般情況下為系統(tǒng)在公稱(chēng)壓力時(shí)閥相應(yīng)的最高頻率，在一般工作情況下，其頻率響應(yīng)一般在 1HZ 左右，這一值同系統(tǒng)的動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu) —— 液壓缸的頻響相比，電液比例閥的頻率特性是不可忽略的，視為一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)討論，其傳遞函數(shù)可近似的寫(xiě)成 ? ? ? ?? ?3 ss 1Q KG I s Ts?? ? 式中 :T? 電液比例閥的時(shí)間常數(shù) K? 電液比例閥增益 由產(chǎn)品性能查得：比例閥的額定流量： 0 10 / minQL? 線圈輸入電流最大值： 2200cI mA? 則電液比例閥的流量增益： 4 40e1 1 0= 2 = 2 = 1 . 0 7 1 06 0 2 . 2QK I ???? 當(dāng)電液比例閥的頻率特性為 1HZ 時(shí)，其時(shí)間常數(shù) : 11= = 0 .1 5 92 f 2 1T ??? ? 則電液比例閥的傳遞函數(shù)為 : ? ? ? ?? ? 43 s 1 .0 7 1 0s=1 0 .1 5 9 + 1Q KG I s Ts s??? ? 比例放大器的輸入信號(hào)為 DAC0832 卡的輸出電壓信號(hào)，范圍為 010V，其輸出信號(hào)為比例閥的電磁鐵的線圈電流，范圍為 ，故此放大器傳遞函數(shù)為 ? ? ? ?? ?4 s 2 .2s 0 .2 210IG Vs? ? ? 所選的傳感器是光電編碼器，它輸出的脈沖數(shù) ， 每轉(zhuǎn) 1024 個(gè)脈沖。在本文中，對(duì)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的描述采用傳遞函數(shù)的方式。并將鏟斗以30 鎖死，即 4 30? ? 。 1X 是工裝縱向?qū)ΨQ(chēng)面上的一根水平軸， 2X 在動(dòng)臂兩端鉸點(diǎn)連線上，3X 在斗桿兩端鉸點(diǎn)連線上。 按照 DH 坐標(biāo)系的規(guī)則和定義，設(shè)置微機(jī)操縱系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的桿件坐標(biāo)系，如圖21 所示。因此在本設(shè)計(jì)中采用微機(jī)控制比例法系統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)工裝軌跡的控制。 （ 3） 電液轉(zhuǎn)換部分 此部分主要由電液比例閥，放大器組成?？刂蒲b置中的選擇是光電編碼器，將角度值轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)，輸出信號(hào)為脈沖 ， 出線方式為電纜側(cè)出。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由液壓缸、電液比例流量閥、比例放大器、角度傳感器 和 D/A卡等環(huán)節(jié)組成，如圖 13 所示。 圖 12 液壓挖掘機(jī)機(jī) 電液一體化系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 反鏟單斗液壓挖掘機(jī)的液壓控制系統(tǒng)是一種典型的位置控制系統(tǒng)，其可分為動(dòng)臂、斗桿、鏟斗三個(gè)控制回路，且具有相似結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于任意給定，需要通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副之間的間隙及液壓馬達(dá)工作時(shí)的 內(nèi)部泄露 ，會(huì)對(duì)位置精度產(chǎn)生影響，但由于實(shí)際作業(yè)要求，誤差在允許范圍之內(nèi)，不會(huì)影響工作穩(wěn)定性。模型不具備回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，無(wú)回轉(zhuǎn)功能。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽字： 檢查日期： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 姓 名： 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 號(hào)： 1008102 任務(wù)起至日期： 2021 年 11 月 18 日至 2021 年 12 月 6 日 課程設(shè)計(jì)題目： 液壓挖掘機(jī)工裝軌跡控制及仿真技術(shù)研究 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求： 1）結(jié)構(gòu)參數(shù) 名稱(chēng) 長(zhǎng)度(mm) 行程(mm) 轉(zhuǎn)角范圍(186。 二、總結(jié)報(bào)告由指導(dǎo)教師填寫(xiě)意見(jiàn)、簽字后，統(tǒng)一交所在院（系）保存，以備檢查。在動(dòng)臂和斗桿的銷(xiāo)軸上分別安裝了角度傳感器，用以檢測(cè)相對(duì)位角。) 驅(qū)動(dòng)件(mm) 缸徑(mm) 活塞桿直徑 (mm) 動(dòng)臂 915 200 90 雙缸 50 30 斗桿 460 160 120 單缸 50 20 鏟斗 304 125 165 單缸 50 20 表 11 結(jié)構(gòu)參數(shù)表 樣機(jī)的挖掘軌跡以停機(jī)面為基準(zhǔn)。 現(xiàn)有控制裝置主要是連桿機(jī)構(gòu)，通常只能保證簡(jiǎn)單挖掘軌跡。其機(jī)、電液一體化系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖 12 所示 。 電液控制系統(tǒng)是在要控制的轉(zhuǎn)軸處增加了角度傳感器獲取轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，通過(guò)控制器處理并由電液轉(zhuǎn)換元件驅(qū)動(dòng)液壓缸運(yùn)動(dòng)，使鏟斗達(dá)到預(yù)計(jì)的軌跡。 R Y 給定值 輸出值 圖 13 系統(tǒng)控制框圖 控制器 D/A 放大器 電液比例閥 液壓缸 動(dòng)臂 /斗桿 角度傳感器 3 （ 1）角度傳感器 在研究過(guò)程中，要對(duì)鏟斗齒尖的軌跡進(jìn)行控制，通過(guò)角度傳感器將動(dòng)臂和斗桿各自的相對(duì)轉(zhuǎn)角位置轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，供控制器處理。光電編碼器的輸出脈沖經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路輸進(jìn)單片機(jī)， 運(yùn)算后將結(jié)果 經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換芯片的模入模出控制卡 轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，將控制量以電壓形式輸出。雖然與伺服閥相比，比例閥的頻寬較窄、精度稍差，但如果和微機(jī)及角度傳感器構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，應(yīng)用合適的控制方法，完全可以達(dá)到較高的定位精度。 4 第二章 液壓挖掘機(jī)工裝軌跡的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題 運(yùn) 動(dòng)學(xué) 正問(wèn)題 是指對(duì)給定的液壓挖掘機(jī)，已知桿件幾何參數(shù)和關(guān)節(jié)變量，求鏟斗相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)。去鏟斗縱向?qū)?稱(chēng)面上鏟斗與斗桿的鉸接點(diǎn) 3O 與斗齒尖連成 4X 軸，鉸點(diǎn)的回轉(zhuǎn)軸線為軸。 1d 1l 2 2? 0 0 2l 3 3? 0 0 3l 4 4? 0 0 4l 6 圖 22 斗尖包絡(luò)區(qū)域 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問(wèn)題 為簡(jiǎn)化計(jì)算，將第 1 號(hào)坐標(biāo)系 1X 軸建立在 0 0 0Y O Z??平面內(nèi)， 1 90?? 。 7 表 22 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問(wèn)題求解 Y Z theta2 theta3 8 續(xù)表 22 9 第三章