液壓挖掘機(jī)工裝軌跡控制及仿真技術(shù)研究課程設(shè)計(jì)-預(yù)覽頁
【正文】 續(xù)表22第三章 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的建模分析對(duì)于一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的表示，可采用微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程等方式。1）活塞平均面積2） 容腔總?cè)莘e3） 液壓缸固有頻率式中取4） 液壓阻尼比由上，得斗桿液壓缸傳遞函數(shù) 斗桿液壓缸的缸徑、活塞桿直徑、形成，活塞桿及負(fù)載的質(zhì)量。根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，動(dòng)臂相對(duì)于機(jī)身的轉(zhuǎn)角范圍為，動(dòng)臂液壓缸活塞桿的行程為，故動(dòng)臂的傳遞函數(shù)為D/A控制器1圖31斗桿系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：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32，同時(shí)得到其動(dòng)態(tài)時(shí)域指標(biāo)，可見其無超調(diào)，上升時(shí)間，調(diào)整時(shí)間。輸入的正弦信號(hào)，系統(tǒng)的響應(yīng)如圖35所示，從圖中可以看出，跟蹤過程存在相當(dāng)大的誤差和相位延遲。幅值穿越頻率，相位裕度，剪切頻率。 第四章 控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)為達(dá)到鏟斗尖在與地面垂直面上按特定軌跡運(yùn)動(dòng)的目的數(shù)據(jù)采集電路，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，對(duì)挖掘臂上動(dòng)臂和斗桿兩個(gè)轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制。當(dāng)依次完成所有點(diǎn)時(shí)，即完成所需軌跡的控制。它由光源、透鏡、光柵板、碼盤基片、透光狹縫、光敏元件、信號(hào)處理裝置和顯示裝置等組成。通過測(cè)定計(jì)數(shù)脈沖的頻率，即可測(cè)出工作軸的轉(zhuǎn)速。為確保工作裝置的可靠，選擇角度傳感器的量程為0125176。（1）歸零電路設(shè)計(jì) 由于增量碼盤沒有初始零位置，系統(tǒng)開始前需使計(jì)數(shù)器清零，選用74LS193光電編碼盤，利用74LS193的異步置數(shù)端使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)歸零操作。如下圖42。其工作特性如下：a） DAC0832是微處理器兼容型轉(zhuǎn)換器，可以充分利用為處理器的控制能力實(shí)現(xiàn)對(duì)D/A轉(zhuǎn)換的控制。具體電路在A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路中可以看到。LM358可用LM258或ML158代替，也可用國產(chǎn)的一些，這些都是低價(jià)格的。 控制系統(tǒng)的電路原理圖設(shè)計(jì)根據(jù)上述設(shè)計(jì)理論將數(shù)據(jù)采集電路、D/A轉(zhuǎn)換器與他們的外部接口連接在一起，放在電路板上，然后連接在51單片機(jī)的外部接口上，再與角位移傳感器相連，即構(gòu)成了控制系統(tǒng)的整體電路圖，由于碼盤的脈沖是隨時(shí)產(chǎn)生的, 為了避免發(fā)生在可逆計(jì)數(shù)期間 CPU 來讀取數(shù)據(jù), 造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤, 與 CPU 的接口電路應(yīng)接在數(shù)據(jù)鎖存器上，即接在80C31的P1接口上，如43圖所示：圖43 控制系統(tǒng)整體電路圖第五章 控制方法的選擇及MATLAB仿真技術(shù) 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用，有力的推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)大了控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍。在控制過程中，按誤差信號(hào)的比例、積分、微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)稱PID調(diào)節(jié)器，是技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)器。常規(guī)PID控制系統(tǒng)由模擬PID和被控對(duì)象組成。PID控制器是應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。MATLAB中的SIMULINK工具箱，是控制系統(tǒng)計(jì)算與仿真最先進(jìn)的工具。圖51斗桿回路PID控制系統(tǒng)Simulink模塊圖斗桿系統(tǒng)PID的參數(shù)。此時(shí)與原系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)比較如圖52所示，1為原系統(tǒng)響應(yīng)曲線，2為數(shù)字PID控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線，從圖中看出，斗桿系統(tǒng)加入PID控制后，在保證其它指標(biāo)不變的同時(shí)響應(yīng)時(shí)間明顯縮短。圖54斗桿PID控制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖圖55 開環(huán)伯德圖的比較當(dāng)給系統(tǒng)輸入的正弦信號(hào)，系統(tǒng)對(duì)其的跟蹤程度如圖55所示，圖中1為輸入信號(hào)，2為系統(tǒng)的跟蹤輸出。使用Matlab2010a，對(duì)系統(tǒng)的時(shí)域和頻域性能指標(biāo)進(jìn)行分析。圖58動(dòng)臂PID控制單元階躍響應(yīng)及誤差圖59單位階躍響應(yīng)的比較動(dòng)臂系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的開環(huán)伯德圖如圖510所示，與原系統(tǒng)伯德圖的比較如圖511所示。從圖中可以看出，跟蹤過程存在微小的誤差和相位延遲，可以在較快的時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定的控制量。參考文獻(xiàn)[1] [M] .北京：[2] 張毅剛，修林成，[M].哈爾濱：[3] [M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.[4] 李敏，丁紅昌，[J].,5[5] [M].西安：附錄坐標(biāo)變換程序：function axisTrans()clcXYZ4=[0,0,0]。 0 0 0 1]。 0 0 0 1]。 0 0 0 1]。 0 0 0 1]。構(gòu)造求解方程組程序：function F=MyfunP(theta,YZ)d1=500。l4=304。 d1 + l3*sin(theta(1) + theta(2)) + l2*sin(theta(1)) + l4*sin(theta(1) + theta(2) + theta4)YZ(2)]。N=50。l3=460。theta2=linspace(pi/6,pi/3,N)。Y= sin(theta1)*(l1 + l3*cos(the2 + the3) + l2*cos(the2) + l4*cos(the2 + the3 + theta4))。axis equal。)。title(39。NN=100。for i=1:1 [y0,z0]=ginput(1)。 else y=y0*ones(1,NN)。)。鏟斗斗尖位置逆解程序：function [theta2,theta3]=InverSolve(YZ)d1=500。l4=304。[m,n]=size(YZ)。,1e8)。theta3=theta(2,:)39。title(39。時(shí)間39。)。step(n,d)。hold on；title(39。時(shí)間39。)。bode(sys)。xlabel(39。相位39。sys=tf(n,d)。grid。xlabel(39。響應(yīng)輸出39。step(n,d)。xlabel(39。幅值39。d=[ 1 ]。hold on；title(39。時(shí)間39。)。sys=tf(n,d)。)。ylabel(39。d=[ 1 ]。lsim(sys,u,t)。)。ylabel(39。d=[ ]。plot(t,1y)。)。ylabel(39。d=[ ]。n=。斗桿原始系統(tǒng)與數(shù)字PID控制單位階躍響應(yīng)比較曲線39。)。grid on。bode(sys)。xlabel(39。相位39。sys=tf(n,d)。d=[ 1 0]。斗桿原系統(tǒng)與PID控制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖比較39。)。斗桿系統(tǒng)數(shù)字PID控制正弦跟蹤曲線：n=[ ]。sys=tf(n,d)。斗桿系統(tǒng)數(shù)字PID控制正弦跟蹤曲線39。)。動(dòng)臂系統(tǒng)數(shù)字PID控制單位階躍響應(yīng)曲線及誤差：n=[ ]。[y,t]=step(tf(n,d))。)。ylabel(39。139。)。step(n,d)。d=[ 1 ]。)。ylabel(39。動(dòng)臂PID控制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖：n=[ ]。title(39。頻率39。)grid on。bode(sys)。sys=tf(n,d)。)。ylabel(39。d=[ ]。sys=tf(n,d)。動(dòng)臂系統(tǒng)數(shù)字PID控制正弦跟蹤曲線39。)。36
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