【正文】 2。本設(shè)計(jì)采用MCS51系列的8031單片機(jī)，其集成度高、速度快、處理能力強(qiáng)、可擴(kuò)展性能好、尋址范圍大。其工作裝置運(yùn)動(dòng)軌跡的自動(dòng)控制是研制中的一個(gè)重要課題。)驅(qū)動(dòng)件(mm)缸徑(mm)活塞桿直徑(mm)動(dòng)臂91520090雙缸5030斗桿460160120單缸5020鏟斗304125165單缸50202）工作負(fù)載參數(shù)：m=800kg3）工裝軌跡參數(shù)：挖掘直線4）控制系統(tǒng)要求：以51單片機(jī)為控制處理器5）角度傳感器選擇：光電編碼器 工作量：研究?jī)?nèi)容： 依據(jù)項(xiàng)目要求，在三周的課程設(shè)計(jì)內(nèi)，主要完成以下設(shè)計(jì)任務(wù)：1）挖掘機(jī)工裝軌跡控制的機(jī)、電、液一體化系統(tǒng)簡(jiǎn)圖；2）角位移傳感器的選擇3）液壓挖掘機(jī)工裝軌的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；4）液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的建模分析；5）控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)；6）控制方法的選擇及分析；7）系統(tǒng)的整體及MATLAB仿真分析。在實(shí)際工作中鏟斗被鎖死，故只對(duì)動(dòng)臂和斗桿進(jìn)行分析。選用電液比例閥需要考慮諸多因素，如負(fù)載性質(zhì)、大小，控制速度、加速度、精度，系統(tǒng)頻寬，工作環(huán)境，可靠性，經(jīng)濟(jì)性，尺寸和重量等。本章通過(guò)計(jì)算各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，進(jìn)而得到整個(gè)被控系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，作為控制仿真的模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)獲取系統(tǒng)的特性，檢驗(yàn)控制方法的效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制參數(shù)的整定等目標(biāo)。圖39 動(dòng)臂系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖圖310動(dòng)臂系統(tǒng)無(wú)控制器正弦跟蹤曲線通過(guò)數(shù)字仿真得到：動(dòng)臂和斗桿原系統(tǒng)是穩(wěn)定的，但響應(yīng)較慢，跟隨輸入?yún)?shù)的變化的能力不能令人滿意，不能在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到所設(shè)定的控制量，不適于實(shí)際要求。斗桿的角度變化范圍為0120176。c） DAC0832內(nèi)部無(wú)參考電壓源，需要外接。PID控制器是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，在產(chǎn)生過(guò)程的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：輸入為單位階躍信號(hào)，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線及誤差曲線如圖51所示,1為系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，2為誤差曲線。從圖511中可以看出，系統(tǒng)加入PID控制后，比原來(lái)的截止頻率變大，截止帶寬變寬，及系統(tǒng)允許工作的最高頻率范圍變大，動(dòng)態(tài)性能變好，響應(yīng)的快速性變好。 sin(theta3) cos(theta3) 0 l3*sin(theta3)。theta4=pi*11/6。[the2,the3]=meshgrid(theta2,theta3)。)。,z39。 X0=theta(:,i)。斗桿系統(tǒng)無(wú)控制器單位階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差曲線程序：n=。 斗桿系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖程序：n=。u=sin(t)。動(dòng)臂系統(tǒng)數(shù)字無(wú)控制器單位階躍響應(yīng)39。)。頻率39。時(shí)間39。時(shí)間(s)39。xlabel(39。)。xlabel(39。xlabel(39。時(shí)間(s)39。t=0::500。sys=tf(n,d)。n=。t=0::50。響應(yīng)輸出39。)grid on。d=[ 1 0 0]。)。動(dòng)臂系統(tǒng)原始系統(tǒng)與數(shù)字PID控制單位階躍響應(yīng)比較曲線：n=[ ]。title(39。grid。bode(sys)。斗桿PID控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖39。step(n,d)。title(39。title(39。title(39。[y,t]=step(tf(n,d))。動(dòng)臂系統(tǒng)無(wú)控制器單位階躍響應(yīng)曲線程序：n=。斗桿系統(tǒng)無(wú)控制器正弦跟蹤程序：n=。ylabel(39。ylabel(39。options = optimset(39。 end plot(y,z,39。Z/mm39。theta1=pi/2。l2=915。 sin(theta2) cos(theta2) 0 l2*sin(theta2)。同時(shí)得到其動(dòng)態(tài)時(shí)域指標(biāo)，峰值，即無(wú)超調(diào)，峰值時(shí)間，調(diào)整時(shí)間，靜態(tài)時(shí)域指標(biāo)穩(wěn)態(tài)誤差。本文用MATLABR2010a實(shí)現(xiàn)對(duì)反鏟單斗液壓挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)仿真。尤其是在一些計(jì)算量大、精度要求高的系統(tǒng)中。這種芯片的價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易。光柵板透光狹縫為兩條，每條后面安裝一個(gè)光敏元件。圖37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。取直線軌跡，將所需控制的軌跡離散為若干點(diǎn)坐標(biāo)，并根據(jù)上述方程，可得出斗尖的在每一點(diǎn)時(shí)的動(dòng)臂、斗桿的角度序列。并配有與之配套的放大器VT5010S30.在液壓控制系統(tǒng)中，雖然采用伺服閥精度最高，且響應(yīng)最快，但其成本高，對(duì)污染敏感，很少用在普通場(chǎng)合。挖掘機(jī)在實(shí)際工作中，挖掘階段轉(zhuǎn)臺(tái)不回轉(zhuǎn)，靜止不動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)，工作裝置不挖掘，二者運(yùn)動(dòng)是分開(kāi)的。綜合課程設(shè)計(jì)II項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告題目：液壓挖掘機(jī)工裝軌跡控制及仿真技術(shù)研究院（系） 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生 學(xué)號(hào) 班號(hào) 指導(dǎo)教師 填報(bào)日期 2013年12月5日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院制2013年11月說(shuō) 明一、總結(jié)報(bào)告應(yīng)包括下列主要內(nèi)容：1．項(xiàng)目背景分析；2．研究計(jì)劃要點(diǎn)與執(zhí)行情況；3．項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)的解決；4．具體研究?jī)?nèi)容與技術(shù)實(shí)現(xiàn)；5．技術(shù)指標(biāo)分析；6．存在的問(wèn)題與建議。工作裝置挖掘軌跡的控制，可歸結(jié)為動(dòng)臂、斗桿和鏟斗三個(gè)桿件的平面控制問(wèn)題，即對(duì)于任意給定的動(dòng)臂、斗桿目標(biāo)軌跡和鏟斗方位角，可將其變換為工裝三桿件的目標(biāo)轉(zhuǎn)角序列，由微機(jī)控制電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使動(dòng)臂、斗桿和鏟斗跟蹤各自的目標(biāo)轉(zhuǎn)角，從而實(shí)現(xiàn)軌跡控制。而比例閥的價(jià)格只有伺服閥的1/81/10，但具有與節(jié)流閥相似的抗污染能力。利用MATLAB解上述方程組，得到數(shù)值解如表22所。圖37動(dòng)臂系統(tǒng)無(wú)控制器單位階躍響應(yīng)圖38 動(dòng)臂系統(tǒng)無(wú)控制器單位階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為圖38為系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)伯德圖，有圖可以得到系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻域性能指標(biāo)，幅值裕度。碼盤基片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光敏元件把通過(guò)透光狹縫和光柵板射來(lái)的忽明忽暗的光信號(hào)（近似于正弦信號(hào)）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)整形、放大等電路的變換后變成脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)量脈沖的數(shù)目，即可測(cè)出工作軸的轉(zhuǎn)角，并通過(guò)數(shù)顯裝置進(jìn)行顯示。DAC0832是最早和微處理器兼容的、雙緩沖的轉(zhuǎn)換器。計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)越性更加突出。 斗桿系統(tǒng)PID控制仿真用MATLAB的Simulink工具箱，可以繪制出斗桿回路的PID控制模型，如下所示。此時(shí)與原系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)比較如圖59所示，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。 0 0 1 0。l3=460。theta4=pi*11/6。)。r39。TolFun39。幅值39。幅值39。d=[ 1 ]。d=[ 1 ]。plot(t,1y)。斗桿系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖39。動(dòng)臂系統(tǒng)無(wú)控制正弦跟蹤曲線39。斗桿系統(tǒng)數(shù)字PID控制單位階躍響應(yīng)及誤差39。title(39。)。title(39。title(39。動(dòng)臂系統(tǒng)數(shù)字PID控制單位階躍響應(yīng)及誤差39。d=[ ]。grid on。sys=tf(n,d)。動(dòng)臂系統(tǒng)PID控制正弦跟蹤曲線：n=[ ]。)。sys=tf(n,d)。hold on。d=[ 1 0 0]。hold on。xlabel(39。)。)。頻率39。)。xlabel(39。xlabel(39。xlabel(39。動(dòng)臂系統(tǒng)數(shù)字無(wú)控制器單位階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差39。title(39。t=0::50。grid on。grid on。for i=1:m theta(:,i)=fsolve((X)MyfunP(X,YZ(i,:)),X0,options)。endhold offyz=[y39。挖掘軌跡圖39。theta3=linspace(pi*7/6,pi*11/6,N)。theta1=pi/2。 T23=[cos(theta3) sin(the