【正文】 scertained as follows. . Automatic control tests of indi213。 thus, the effects of the control algorithm described in Chap. 3 were ascertained. . Effect of nonlinear pensation Fig. 11. Effect of nonlinear pensation on boom angle. Because dead zones exist in the electrohydraulic systems, steadystate error remains when simple position feedback without pensation is applied in the figure.. Addition of nonlinear pensation in the figure. can reduce this error. . Effect of state feedback control For the arm and bucket, stable response can be obtained by position feedback only, but adding acceleration or pressure feedback can improve fastresponse capability. As regards the boom, with only the position feedback, the response bees oscillatory. Adding acceleration or pressure feedback made the response stable without impairing fastresponse capability. As an example, Fig. 12 shows the test results when pressure feedback pensation was applied during boom lowering. . Le213。al The effects of control interval on control performance were investigated. The results are: 1. when the control interval is set to more than 100 ms, oscillation bees greater at attitudes with large moments of inertia。D Kobe Steel Engineering Reports 37 2 1987 74–78. [6] . Vaha, . Skibniewski, Dynamic model of excavator, Journal of Aerospace Engineering 6 2 1990 April. [7] H. Hanafusa, Design of electrohydraulic servo system for articulated robot, Journal of the Japan Hydraulics and Pneumatics Society 13 7 1982 1–8. [8] . Kuntze et al., On the modelbased control of a hydraulic large range robot, IFAC Robot Control 1991 207–212. 液壓挖掘機(jī)的半自動(dòng)控制系統(tǒng) 摘要 :開(kāi)發(fā)出了一種應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的半自動(dòng)控制系統(tǒng)。構(gòu)造出了具有控制器的液壓挖掘機(jī)的精確數(shù)學(xué)控制模型，同時(shí)通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)研發(fā)出了其控制算法，并將其應(yīng)用在液壓挖掘機(jī)上，由此可以估算出它的工作效率。 關(guān)鍵詞：施工機(jī)械；液壓挖掘機(jī)；前饋；狀態(tài)反饋；操作 1．引言 液壓挖掘機(jī)，被稱(chēng)為大型鉸接式機(jī)器人，是一種施工機(jī)械。另一方 面，隨著操作者年齡增大，熟練司機(jī)的數(shù)量因而也將會(huì)減少。 液壓挖掘機(jī)之所以要求較高的操作技能，其理由如下。 。在這種情況下，操作手柄的操作表明了執(zhí)行元件的動(dòng)作方向，但是這種方向與工作方向不同。這就是所謂的半自動(dòng)控制系統(tǒng)。 1. 自動(dòng)控制系統(tǒng)必須采用普通的控制閥。 現(xiàn)已經(jīng)研發(fā)一種控制算法系統(tǒng)來(lái)解決這些技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)在實(shí)際的液壓挖掘機(jī)上試驗(yàn)證實(shí)了該控制算法的作用。具體闡述如下。液壓挖掘機(jī)的動(dòng)臂、斗柄、鏟斗都是由液壓力驅(qū)動(dòng)，其模型如圖 2 所示。 動(dòng)態(tài)模型 [6] 假定每一臂桿組件都是剛體，由拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程可得以下表達(dá)式： 其中 g 是重力加速度； θi鉸接點(diǎn)角度； τi是提供的扭矩； li 組件的長(zhǎng)度； lgi轉(zhuǎn)軸中心到重心之距； mi組件的質(zhì)量； Ii是重心處的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (下標(biāo) i=13。 挖掘機(jī)模型 每一臂桿組件都是由液壓缸驅(qū)動(dòng)，液壓缸的流量是滑閥控制的，如圖 3 所示。 。 。hi是液壓缸的長(zhǎng)度 。P1i是液壓缸的頂邊壓力； P2i是液壓缸的桿邊壓力； Vi是在液壓缸和管道的油量； Bi是滑閥的寬度； γ 是油的密度； K 是油分子的黏度； c 是流量系數(shù)。Fi是液壓缸的動(dòng)摩擦力。因而，假定滑閥相對(duì)參考輸入有以下的一階延遲。 3 角度控制系統(tǒng) 如圖 4 所示， θ角基本上由隨動(dòng)參考輸入角 θγ 通過(guò)位置反饋來(lái)控制。以下詳細(xì)討論其控制算法。在半自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)自控與手控的協(xié)調(diào)，必須使用手動(dòng)的主控閥。因此，自動(dòng)控制操作中，利 用這種關(guān)系，閥芯位移可由所要求的閥的開(kāi)度反推出來(lái)。 狀態(tài)反饋 建立在第 2 節(jié)所討論的模型的基礎(chǔ)上，若動(dòng)臂角度控制動(dòng)態(tài)特性以一定的標(biāo)準(zhǔn)位置逼近而線(xiàn)性化（滑芯位移 X 10，液壓缸壓力差 P 110，動(dòng)臂夾角 θ10），則該閉環(huán)傳遞函數(shù)為 其中， Kp 是位置反饋增益系數(shù)； 由于系統(tǒng)有較小的系數(shù) a1,所以反應(yīng)是不穩(wěn)定的。 X10 是 0，給出的系數(shù)a0= 10 ,a1= 10 ,a2= 10 .加上加速度反饋放大系數(shù) Ka，因而閉環(huán)（圖 4 的上環(huán)）的傳遞函數(shù)就是 加入這個(gè)因素 ,系數(shù) S 就變大，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。 但是，一般很難精確的測(cè)出加速度。于是，液壓缸力由測(cè)出的缸內(nèi)的壓力計(jì)算而濾掉其低頻部分 [7， 8]。 4 伺服控制系統(tǒng) 當(dāng)一聯(lián)軸器是手動(dòng)操控，而其它的聯(lián)軸器是因此而被隨動(dòng)作控制時(shí)，這必須使用伺服控制系統(tǒng)。為了獲得更精確的控制引入以下控制系統(tǒng)。 實(shí)際上，用不同的 △ θ2值可確定 1。 采用測(cè)量斗柄操作手柄的位置（如角度）取代測(cè)斗柄的角速度，因?yàn)轵?qū)動(dòng)斗柄的角速度與操作手柄的位置近似成比例。因此，要在所有位置以恒定的增益穩(wěn)定的控制機(jī)器是困難的。如圖 7 所示，自適應(yīng)放大系數(shù)（ KZ 或 Kθ）作為函數(shù)的兩個(gè)變量， 2 和 Z 、 2 表示斗柄的伸長(zhǎng)量， Z 是表示鏟斗的高度。（在 SK16 大型液壓挖掘機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)?？刂葡到y(tǒng)啟動(dòng) 5 秒以后，逐步加載擾動(dòng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可驗(yàn)證其操作性。 結(jié)構(gòu) 圖 10 的例子中，控制系統(tǒng)由控制器、傳感器、人機(jī)接口和液壓系統(tǒng)組成。液壓控制系統(tǒng)控制產(chǎn)生的液壓力與電磁比例閥的電信號(hào)成比例，主控閥的滑芯的位置控制流入液壓缸液壓油的流量。除此之外，在每一液壓缸上安裝壓力傳感器以便獲得壓力反饋信號(hào)。 控制功能 控制系統(tǒng)有三種控制模式，能根據(jù)操作桿 和選擇開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換。 （ 1）反鏟水平動(dòng)作模式：用水平反鏟切換開(kāi)關(guān)，在手控斗柄推動(dòng)操作中，系統(tǒng)自動(dòng)的控制斗柄以及保持斗柄底部的水平運(yùn)動(dòng)。對(duì)動(dòng)臂操作桿的手控操作能暫時(shí)中斷自動(dòng)控制，因?yàn)槭挚夭僮鞯膬?yōu)先級(jí)高于自動(dòng)控制。保持鏟斗角度等于其剛開(kāi)始舉升時(shí)角度以阻止原材料從鏟斗中泄漏。 系統(tǒng)主要采用 C 語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能，以構(gòu)建穩(wěn)定模組提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。核實(shí)本文第 4 節(jié)所闡述的控制算法的作用，如下所述。5186。 非線(xiàn)性補(bǔ)償?shù)淖饔? 圖 11 表明動(dòng)臂下降時(shí)的測(cè) 試結(jié)果。加入非線(xiàn)性補(bǔ)償后（圖 11 中的開(kāi)）能減少這種錯(cuò)誤的產(chǎn)生。以動(dòng)臂為例，僅只有位置反饋時(shí)，響應(yīng)趨向不穩(wěn)定。例如，圖 12 表示動(dòng)臂下降時(shí)，采用壓力反饋補(bǔ)償時(shí)的測(cè)試結(jié)果。 前饋控制作用 在只有位置反饋的情況下，增大放大系數(shù) Kp，減少 △ Z 錯(cuò)誤，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)延時(shí)，例如圖 13所示的 “關(guān) ”，也就是 Kp 不能減小。如圖示的 “開(kāi) ”。不穩(wěn)定振蕩可根據(jù)其位置改變放大系數(shù) Kp 來(lái)消除，如第 節(jié)所討論的。與不裝補(bǔ)償裝置的情況相比較，圖中的關(guān)表示 不裝時(shí)，開(kāi)的情況具有補(bǔ)償提供穩(wěn)定響應(yīng)。 50ms 時(shí)，其控制操作不能作如此大提高。 受載作用 利用控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)執(zhí)行實(shí)際挖掘動(dòng)作，以研究其受載時(shí)的影響。 8 結(jié)論 本文表明狀態(tài)反饋與前饋控制組合，使精確控制液壓挖掘機(jī)成為可能。因而應(yīng)用這些控制技術(shù)，允許即使是不熟練的司機(jī)也能容易和精確地操控液壓挖掘機(jī)。 參考文獻(xiàn) [1] J. 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