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外文翻译---液压挖掘机的半自动控制系统 中文.doc

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外文翻译---液压挖掘机的半自动控制系统 中文.doc

液压挖掘机的半自动控制系统HirokazuAraya,MasayukiKagoshima日本机械工程研究实验室KobeSteel,Ltd.,Nishiku,KobeHyogo6512271,2000年7月27日摘要开发出了一种应用于液压挖掘机的半自动控制系统。采用该系统,即使是不熟练的操作者也能容易和精确地操控液压挖掘机。构造出了具有控制器的液压挖掘机的精确数学控制模型,同时通过模拟实验研发出了其控制算法,并将其应用在液压挖掘机上,由此可以估算出它的工作效率。依照此法,可通过正反馈及前馈控制、非线性补偿、状态反馈和增益调度等各种手段获得较高的控制精度和稳定性能。自然杂志2001版权所有关键词施工机械液压挖掘机前馈状态反馈操作1.引言液压挖掘机,被称为大型铰接式机器人,是一种施工机械。采用这种机器进行挖掘和装载操作,要求司机要具备高水平的操作技能,即便是熟练的司机也会产生相当大的疲劳。另一方面,随着操作者年龄增大,熟练司机的数量因而也将会减少。开发出一种让任何人都能容易操控的液压挖掘机就非常必要了15。液压挖掘机之所以要求较高的操作技能,其理由如下。1.液压挖掘机的操作,至少有两个操作手柄必须同时操作并且要协调好。2.操作手柄的动作方向与其所控的臂杆组件的运动方向不同。例如,液压挖掘机的反铲水平动作,必须同时操控三个操作手柄(动臂,斗柄,铲斗)使铲斗的顶部沿着水平面(图1)运动。在这种情况下,操作手柄的操作表明了执行元件的动作方向,但是这种方向与工作方向不同。如果司机只要操控一个操作杆,而其它自由杆臂自动的随动动作,操作就变得非常简单。这就是所谓的半自动控制系统。开发这种半自动控制系统,必须解决以下两个技术难题。1.自动控制系统必须采用普通的控制阀。2.液压挖掘机必须补偿其动态特性以提高其控制精度。现已经研发一种控制算法系统来解决这些技术问题,通过在实际的液压挖掘机上试验证实了该控制算法的作用。而且我们已采用这种控制算法,设计出了液压挖掘机的半自动控制系统。具体阐述如下。2.液压挖掘机的模型为了研究液压挖掘机的控制算法,必须分析液压挖掘机的数学模型。液压挖掘机的动臂、斗柄、铲斗都是由液压力驱动,其模型如图2所示。模型的具体描述如下。2.1动态模型6假定每一臂杆组件都是刚体,由拉格朗日运动方程可得以下表达式其中g是重力加速度θi铰接点角度τi是提供的扭矩li组件的长度lgi转轴中心到重心之距mi组件的质量Ii是重心处的转动惯量下标i13依次表示动臂,斗柄,铲斗。2.2挖掘机模型每一臂杆组件都是由液压缸驱动,液压缸的流量是滑阀控制的,如图3所示。可作如下假设1.液压阀的开度与阀芯的位移成比例。2.系统无液压油泄漏。3.液压油流经液压管道时无压力损失。4.液压缸的顶部与杆的两侧同样都是有效区域。在这个问题上,对于每一臂杆组件,从液压缸的压力流量特性可得出以下方程当时其中,Ai是液压缸的有效横截面积hi是液压缸的长度Xi是滑芯的位置Psi是供给压力P1i是液压缸的顶边压力P2i是液压缸的杆边压力Vi是在液压缸和管道的油量Bi是滑阀的宽度γ是油的密度K是油分子的黏度c是流量系数。2.3连杆关系在图1所示模型中,液压缸长度改变率与杆臂的旋转角速度的关系如下1动臂

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