液压挖掘机臂的造型与控制

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1、液压挖掘机臂的造型与控制摘要：为了找到一个可行的方式去控制挖掘机臂和实现自主控制，动态模型的机械臂被当作是一个平面机械，根据拉格朗日方程，它有三个自由度。改进之后的挖掘机装有比例阀，它将相关传感器（三个倾斜仪）和计算机控制系统（EPEC的运动控制器）联系在一起，这样，电液比例系统的整个非线性数学模型得以实现。基于自适应鲁棒控制器近似阀门的非线性增益系数不连续的投影，我们提出了整个系统的非线性处理，误差处理是通过鲁棒控制器的反馈和鲁棒控制器的设计完成的。机械臂运动控制实验表明，通过控制器，跟踪可以达到更好的效果而且角跟踪的最

2、大误差必须小于四度。1.简介15液压挖掘机是一种多功能的工程机械，通常用于挖掘、倾倒、表面处理、提升及其他工作。然而，液压挖掘机的驾驶者必须有多年训练经验才能工作起来又快又娴熟。每个液压挖掘机有三个铰接件：动臂、斗杆和铲斗。操纵者只有两只手，所以，对于初学习者来说同时精确控制三个铰接件并不是一件容易的事。此外，驾驶者必须在各种危险的环境下，有时甚至得在尘土非常多的环境下工作，这对于他们的健康将有非常大的危害。因为这些原因，研究液压挖掘机的自动化对于提高生产力，生产效率和安全是很有必要的，目前，挖掘机的自动化研究已在各地广泛

3、进行。在所有的被用作发展复杂多变任务的基础的基本元素中，挖掘机动力臂控制目前是最重要最基本方面，挖掘机自动化过程中存在以下问题：机械结构中的变量参数、各种非线性液压执行机构和地面的扰动。为了解决这些问题，已经进行了许多研究，这些研究要么按照基于规则的研究分类要么按照基于研究的模型分类。本篇论文提出了一种不连续检验，它是基于接近非线性增益系数的自适应鲁棒控制器以及整个系统的非线性，误差处理是通过鲁棒控制器的反馈和鲁棒控制器的设计，最后，臂的运动控制实验被用来证明此方案的可行性。1.挖掘机机械臂的模型2.1机械臂的动力模型机械

4、臂由控制系统、液压传动系统和挖掘机机械臂组成。机械臂包含动臂、斗杆和铲斗。图1.展示了液压挖掘机动力臂的原理图，其中指定了变量θ2、θ3、θ4代表动臂、斗杆、铲斗各自之间的铰接角度。图1.基本坐标系上的O0x0，y0，z0点用来描述铲斗尖端的位置，O1x1，y1，z1、O2x2，y2，z2、O3x3，y3，z3各自代表每一个节点。驾驶室的转角（θ1）并没有在图1.中显示出来，因为在此研究中没有考虑它。在图1.中，Gi表示连接件i极坐标系中的重心位置，θ2代表动臂关于水平面的链接角，θ23=θ2+θ3代表斗杆链接角，θ234

5、=θ2+θ3+θ415代表铲斗链接角。动力模型可以根据拉格朗日方程来求解。以动臂为例，动臂的动力学方程如下：Dc+mLLe2θ2+Gcθ2+mLgLgθ2=∂y∂θ2P1A1-P2A2-Tt，θ2,θ2（1）这里，DC=I2+m2r22+m3+m4L22+m3l2r3cosθ4+α4+I3+m3r32+m4L32+I4+m4r42+2m4L2L3C3+2m4L3r4cosθ4+α4+2m4L2r4cosθ34+α4GC=m2gr2cosθ2+α2+m3+m4gL2cosθ2+m3gr3cosθ23+α3+m4gL3cosθ

6、23+r4cosθ234+α4Lg=L2C2+L3C23+L4C234Le2=L2cosθ2+L3cosθ23+L4cosθ2342+L2sinθ2+L3sinθ23+L4sinθ2342且i=2、3、4P1和P2是动臂在顶端和连杆处各自的压力;A1和A2是活塞在两处的横截面积;Tt，θ2，θ2是总的扰动力矩；I2、I3、I4分别是动臂、斗杆、铲斗相对于挖掘机重心的转动惯量；m2、m3、m4分别是三者的质量；mL是铲斗中未知负载的质量。15图1.挖掘机的图解模型以及其控制器和传感器的位置2.2电液比例系统模型2.2.1液压

7、缸连续性方程液压挖掘机臂的驱动缸是由力士乐XS14阀门控制的。方向阀的节流面积由比例溢流阀输出压力决定，而输出压力是有控制器输出电流决定的。液压系统模型如图2.所示我们做了如下假设：1）比例阀是一个对称的三位四通阀，其中阀的静区也是对称的，而且流动的是紊流。2）在输送线路阀门和执行机构之间的动态特性可以忽略不计。3）液压缸容积内每处压力相等，温度和体积弹性模量是常数。4）油液泄漏是层流。15油液被认为是可压缩的。在工程机械方面是不允许外泄漏情况发生的，而且随着密封技术的发展，外泄漏现象已经逐渐消失。所以，外泄漏现象可以被忽

8、略。之后，y可以用Q2来表示，油液的连续性方程如下：P1=βeV1Q1-CKP1-P2-A1∂y∂θ2θ2（2）P2=βeV1CKP1-P2-Q2+A2∂y∂θ2θ2（3）这里Q1和Q2供应和回流到缸里的流量；V1和V2各自是从液压缸流出和流入液压缸的容积；βe是有效体积弹性模量；CK是内泄漏细数，它被