某混泥土泵车分动装置设计

某混泥土泵车分动装置设计,泥土,泵车分动,装置,设计 液压泵车工作装置轨迹控制及模型参数估计的半实物仿真研究 摘要:改装后的电液系统，适用于介绍了液压机器人挖掘机。 根据LUDV系统的工作原理和特点，推导出电液系统的数学模型，并进行了简化和实验验证。 基于增量式轨迹控制理论，设计了轨迹控制器样机，验证了控制的准确性。 轨迹控制器和虚拟现实软件构成了半实物仿真环境。 在此情况下，进行了水平直挖试验，并对试验结果进行了分析。 设定模型轨迹控制 通过对控制参数的调整，取得了良好的控制效果，最终通过轨迹控制器样机系统达到了预期的控制要求。 在实验辨识的基础上，通过对悬臂结构和承载特性的分析，给出了悬臂结构和承载特性参数的估计方法和公式，并给出了流量增益系数(Kq)的取值范围。 为挖掘机机械手的轨迹跟踪和精确定位控制奠定了基础 S铺设。 关键词:电液比例系统； 参数估计； 半实物仿真； 轨迹控制； 开放式图形库； 液压挖掘机 导言 利用它们的多功能性和方便性，液压挖掘机目前在大多数土木工程工地的施工设备车队中占主导地位。 机电一体化、自动化一直是工程机械的发展方向，因此液压挖掘机的自动化逐渐成为国家研究的重点 [1][2]工作装置的自动控制已成为国内外研究的热点问题。[3]本文从电液比例阀的动力学特性、系统的流量方程、连续性方程和非线性动力学方程出发，重点研究了液压系统工作装置的简 化模型、模型参数的估计方法和公式的估计。 力平衡方程 半物理仿真也称为半实物仿真。 系统的一部分是实际系统，另一部分是计算机仿真。 半物理仿真将控制器物理模型和控制对象模型（数学仿真）联系起来，在计算机仿真上进行实验。 该控制器的动、静态特性和非线性因素都能在试验中得到真实反映。 因此，这是一个更符合实际的模拟实验。 NTAL技术 [4]。 实验开发了一种以弹道控制物理为原型，并结合自行设计的虚拟现实虚拟现实软件进行半实物仿真的弹道控制系统。 目的是验证样机的轨迹控制策略，为实际产品的开发奠定基础 [5]。 T型EST挖掘机‘S介绍和 S型电磁干扰-物理仿真平台结构 本文以反铲液压挖掘机（见图1）为研究对象，在轨迹控制中，将工作装置看成是一个三自由度机械手（臂架、臂架和铲斗分别装有倾角传感器），铲斗尖部的控制跟踪期望轨迹，称为目标值。 在实际控制过程中，通过计算机程序控制动臂、斗杆和斗杆缸的动作，协调三个液压缸的动作，最终完成对液压缸的控制。 NG设备跟踪目标轨迹。 图1 挖掘机机械手原理图 本文以Sunward Intelligent Machines Co。Ltd。生产的SWE85液压挖掘机为机器人改造平台。 通过在原系统中安装电液比例减压阀，电液先导回路取代原液压先导回路。 改进型电液比例系统如图2所示。 试验平台采用力士乐（以下简称力士乐）生产的与负荷无关的流量分配系统 LUDV）。 图2 挖掘机电液系统改造 半物理仿真平台 半物理仿真平台如图3所示，图3右侧是轨迹控制器的原型。 弹道控制策略采用增量式控制算法，通过USB-CAN接口在PC机上开发虚拟现实软件，在半物理仿真实验环境下传输控制和反馈信号，形成硬件环路结构。 在操作过程的每一步中，上位机VR模型从轨迹控制中获取当前值 小车，通过运动学计算得到新的位置，并将新点的值返回给轨迹控制器。 角度信号经轨迹控制器进一步处理后，通过递归增量控制算法得到新的电流值，通过USB-CAN接口将电流值回传给上位机VR软件。 它们形成闭环控制。 控制电流值的输出驱动VR模型达到良好的轨迹控制效果，因为P Rototype可连续调节控制参数。 图3 半物理仿真平台 B轨迹控制策略 液压挖掘机的机械液压系统惯性质量大，包含了大量的非线性因素，这使得电动关节式工业机器人的轨迹跟踪控制变得困难，而传统的PID控制将大大增加参数整定的难度。 因此，实验使用递归基于操纵杆的增量式控制策略，即臂式液压缸以恒定速度运动，臂式液压缸以恒定速度运动，臂式液压缸以恒定速度运动。铲斗液压缸跟踪相应动作，实现铲斗尖端的直线运动[6][7] 图4 控制器的轨迹控制理论 在控制中首先在水平和垂直方向上设定一定的步长，然后得到臂架、斗杆、斗杆转角的目标期望值，得到了臂架、斗杆、斗杆转角的目标期望值。 L型2N和 L型4N基于驱动空间的运动学方程，得到了系统的运动学方程。 通过等式（1）和（2）可以观察到，ARM的控制电流值 2N型是固定的，吊杆和铲斗的当前值。在这些步骤之后，三个液压的控制 气缸已实现。 图4是控制框图。 递推增量控制算法在实际应用中与数字PID算法相同，考虑了滑阀的影响需要死区补偿，此外，还需要设置 我2N型的最大和最小控制值。 我1N型和 我3N型，连续的调节可以实现良好的控制。效果。因此，可以减少与PID算法相关的可调节参数的数量和难度。 C 基于OpenGL的虚拟现实虚拟现实软件的实现 1) OpenGL是一种高性能的开放式图形库技术，它提供了基本的三维图形单元，并具有非常清晰的图形功能。 它还具有强大的三维建模能力，以及帧缓冲动画技术，实现了实时交互操作。 OpenGL具有优越的图形编程应用接口，可广泛应用于各种计算机系统中，并逐渐成为公认的三维图形开发标准，在图形开发中得到了广泛的应用。 与硬件无关的特性可以在不同的硬件平台上实现 [8]。因此，OpenGL只提供了基本的点、线和多边形来构造三维模型。 挖掘机的三维模型非常复杂，OpenGL中的图形功能还不够完善，所以采用了另一种方法来构建。 首先画出五个主要部分:起落架、旋转平台、吊杆、臂架、铲斗，三维绘图软件Pro/E输出OBJ格式的文件，用于绘制三维模型。 然后在opengl下对文档类进行处理，读取文件类，转换成可处理的点、线、面信息，最终实现三维建模。 [8]2。此外，为了实现模范接班运动， [9][10]本文采用嵌套矩阵堆栈的方法，实现了三维模型的出栈操作和入栈操作之间的转换。 2）软件开发技术 双缓冲技术。 以便生成一个平滑的三维动画模型，使用前景和背景缓冲缓存，背景缓冲缓存计算场景并生成动画，前景显示由背景绘制的图片，增强了液压挖掘机三维动画的连续性和运动性。 实现USB-CAN通信功能。 为了保证实时性，采用多线程编程，利用线程机制控制数据的接收和发送 [11]它是仿真系统中重要的数据传输接口。 哈希表数据结构。 为了实现键盘控制的三维模型运动，采用了哈希表数据结构。 按下键时，消息处理函数onKeyDown会将相应的元素指定为1，弹出按钮时为0。 因此，在计时器处理函数ontime中，键盘中按钮的状态可以通过检查哈希值查找，并做出相应的处理。戊电气-液压比例系统模型,电液比例阀的动态特性 A 电液比例阀阀芯位移与输入电流之间的传递函数可简化为一阶环节。 X型为比例阀电流增益，B为惯性时间常量。 计算阀门流量,实验中采用OpenGL技术开发了虚拟现实软件.用VR软件实现挖掘机的三维建模它显示通过阀门的交通流量阀门开启面积成正比。因此可以简化如下， 问K型 问= 丙d W型2 P型ρ（6） 型问 是阀流量增益系数P型2.0MPa, ,在忽略泄漏影响的情况下，推导出了无杆空腔进油和杆空腔出油的连续方程。 得到液压缸[5]: β 图5 值 P型电液比例系统的C简化模型 仿真参数估计 当工作装置运行时，流量计可以用来测量流量。 图6为臂架液压缸的阶跃响应曲线，验证了方程（3）的正确性。通过试验曲线，结合式（3）和式（6），确定了试验范围 K型问可以识别。 图6 动臂油缸流量 虚拟现实软件B功能仿真 虚拟现实软件实现了对挖掘机的键盘操作仿真、自动挖掘演示和自动挖掘仿真三大功能。 软件界面如图3（左）所示。 软件按照上面的三个功能进行测试，图7(a)(b)表示自动挖掘水平线水平线的轨迹结果，角度为30°。 结果表明，该系统能够达到功能要求。 本实验主要采用了自动挖掘仿真技术。 通过下位机控制器获得比例阀的电流值。 根据仿真模型的变换计算，得到了三维模型的运动数据、屏幕上的三维动画、仿真数据的曲线。 图7 虚拟现实直线轨迹模型效果图 五、S型电磁干扰-物理模拟试验 在仿真实验中，上位机PC通过USB-CAN接口连接轨迹控制器样机，其通信方式为全双工方式。 它还发送一个新的工作装置角度值，轨迹控制器实时发送控制电流值，构成硬件在环结构。 在调试实验中，硬件如图7所示。 对于实时仿真，仿真系统要求学习系统保持状态一致性、行为一致性和时间一致性。 回路仿真是半物理仿真的基本要求，它连接着实际的设备，具有实时性 [14][15]在轨迹控制器中，原型系统通过实时操作系统进行任务调度，保证了实时性；PC主机是多线程程序，保证了实时仿真。 本实验设定的挖掘机水平工作轨迹是一条从内到外的直线运动，铲斗齿尖z坐标保持-100cm。 铲斗在x轴上从500cm运行到300cm，y轴坐标保持0，位移过程分为 至150个时间步长，每个步长为1.33cm。 递推控制参数需要在控制算法中反复调整仿真，最终达到跟踪控制的目的。 通过上述仿真调整控制参数，通过USB-CAN接口观察挖掘机模型的运动状态，绘制控制效果曲线，验证控制算法的合理性，并对由此产生的跟踪误差进行估计。 动臂角度调整相对较小，由此产生的角度误差也较小，因此动臂角度的理论值与实际值基本一致。 但是臂和铲斗的大角度变化会产生一定的跟踪 误差，即由于铲斗在运动过程中角速度变化较大，在规定的步长情况下不可避免地会影响曲线的角度，理论计算和实际值如图8所示。 从图9中可以看出，动臂和铲斗的控制电流信号总是变化的，但臂的信号趋于恒定值。 吊杆和铲斗正在跟踪臂。 图10显示了一个水平线轨迹，该轨迹跟踪带有步进变化的目标 其一波动大，但稳定快，中间过程曲线不太灵敏，控制效果好。相对稳定。 通过对虚拟样机中的轨迹跟踪曲线和虚拟样机模型动作实现的分析，达到了自动直线轨迹控制的目的，运动控制系统能够工作在期望的控制要求，仿真实验在一定程度上证明了样机系统的正确性。 [16]。 图8 铲斗理论转角值与实际转角值的跟踪曲线 图9 运动装置电流值跟踪曲线 六。结论 1. 本文结合试验机液压系统的特点，建立了电液比例系统的数学模型，得到了系统的简化模型。 模型中存在一些未知的关键参数，本文分别通过理论推导和实验方法给出了它们的变化范围，并通过实验对模型进行了验证。 因此，设计实用的控制器是可行的。 2. 3. 为了验证挖掘机控制策略的正确性，实验还设计了半物理仿真平台。 基于下位机控制器的增量式递推控制算法是研究弹道控制策略的一种简单有效的方法。 同时，通过USB-CAN接口与基于OpenGL的上位机仿真虚拟现实软件的数据交换，确保了控制器样机通过反复调试，达到了预期的轨迹控制效果 从而证明了控制系统设计的正确性。 图10水平轨迹跟踪曲线 4. 本文结合试验机液压系统的特点，建立了电液比例系统的数学模型，得到了系统的简化模型。 模型中存在一些未知的关键参数，本文分别通过理论推导和实验方法给出了它们的变化范围，并通过实验对模型进行了验证。 因此，设计实用的控制器是可行的。 5. 为了验证挖掘机控制策略的正确性，实验还设计了半物理仿真平台。 基于下位机控制器的增量式递推控制算法是研究弹道控制策略的一种简单有效的方法。 同时，通过USB-CAN接口与基于OpenGL的上位机仿真虚拟现实软件的数据交换，确保了控制器样机通过反复调试，达到了预期的轨迹控制效果 从而证明了控制系统设计的正确性。 参考文献: [1] Haga Masakazu，Watanabe Hiroshi，藤岛和夫。 液压挖掘机挖掘控制系统[J]。 机电一体化，2001（11）:665-676 [2] 张大清，何清华，郝鹏。 液压挖掘机铲斗轨迹跟踪控制[J]。 吉林大学学报（工程技术版）。 2005，35（5）:490-494 [3] 塞普蒂米乌·萨尔库迪安·沙赫拉姆·塔法佐利 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