液壓挖掘機工作裝置運動控制研究.pdf

1、液壓挖掘機的智能化和機器人化已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點，并開始在實際應用中逐漸顯現(xiàn)其優(yōu)勢。正是在這樣的背景下，結(jié)合國家863課題，論文以實現(xiàn)挖掘機器人工作裝置的精確運動控制為目的，對挖掘機器人工作裝置機構(gòu)的運動學、動力學及其電液比例系統(tǒng)進行建模，并展開了對其電液比例系統(tǒng)基于CARIMA模型的辨識、預測與控制的理論研究，最后將研究的理論結(jié)果應用于挖掘機工作裝置這一實際對象中。主要工作如下： 論述了國內(nèi)外挖掘機工作裝置運動控制的研究現(xiàn)

2、狀，根據(jù)本文的研究需要確定了挖掘機器人功能要求和總體方案，并完成試驗挖掘機器人樣機的研制。 建立挖掘機器人工作裝置運動學和動力學模型，并對挖掘機器人工作裝置的運動學和動力學問題編制了Matlab程序，給出了仿真結(jié)果；利用試驗與理論相結(jié)合的方法建立了挖掘機器人工作裝置的三維實體模型，并在ADAMAS中進行了仿真，其結(jié)果與在。Matlab中的仿真結(jié)果相吻合。 針對后文中對運動控制研究的需要，在笛卡兒空間對挖掘機器人工作裝置進

3、行了水平直線、斜線、垂直線及弧線的運動規(guī)劃，并給出相關(guān)的仿真結(jié)果。 分析了挖掘機器人所采用的LUDV負荷傳感液壓系統(tǒng)的工作原理，并給出其流量方程，而后應用液壓系統(tǒng)的基本方程，對挖掘機器人工作裝置的電液比例系統(tǒng)進行了機理建模，并結(jié)合工程實際和試驗結(jié)果，獲得了其簡化模型，確定上述模型中關(guān)鍵參數(shù)的估算方法和公式；并推導出了模型四種表達式：連續(xù)時間輸入輸出傳遞函數(shù)、連續(xù)時間狀態(tài)空間表達式、離散時間狀態(tài)空間模型和離散時間輸入輸出模型，為后

4、文的仿真及控制研究奠定了基礎(chǔ)。 分別進行了挖掘機器人工作裝置的2自由度、3自由度PID控制研究和基于模型參考自適應控制研究，給出了相關(guān)的理論推導和試驗結(jié)果，結(jié)果表明PID控制策略僅在鏟斗末端速度不超過136mm/s時滿足控制精度要求，而后者雖然在速度上有較大提高，但在跟蹤斜線及其它復雜軌跡時精度不高。 針對上文研究中的不足，采用基于對模型參數(shù)進行在線辨識的自校正控制器作為挖掘機器人工作裝置運動控制的控制策略；首先，推導出

5、一種適合挖掘機器人工作裝置電液比例系統(tǒng)CARIMA模型的最小二乘法參數(shù)估計算法，這種算法是由帶遺忘因子的漸消記憶法與增廣矩陣法相結(jié)合而成的，利用Matlab編程分別進行仿真研究，結(jié)果表明算法是有效的。其次，導出挖掘機器人工作裝置電液比例系統(tǒng)CARIMA模型的第j步預測算法，得到相應的遞推算法，由此得出自適應預測控制律及相應控制算法的設(shè)計步驟；對非線性系統(tǒng)和挖掘機器人工作裝置電液比例系統(tǒng)的自適應預測控制分別進行了仿真研究，結(jié)果表明了該控制

6、策略的有效性；而且更重要的是，在仿真中，針對挖掘機工作裝置電液比例系統(tǒng)設(shè)計出變加權(quán)系數(shù)的自適應預測控制；而在后文的試驗中，正是通過這種控制才實現(xiàn)了對挖掘機工作裝置較高精度的運動控制。 最后，為了檢驗上述的理論研究，對所設(shè)計的控制算法進行試驗研究，試驗結(jié)果表明，不論是單一運動軌跡，還是復合運動軌跡，使用論文中所設(shè)計的自適應預測控制算法，都能實現(xiàn)對運動軌跡精確的跟蹤，其控制誤差在100mm以內(nèi)，論文還將研究的算法運用到實際項目中，收