裝載機(jī)自主鏟掘作業(yè)位置控制系統(tǒng)仿真研究.pdf

1、裝載機(jī)作為工程機(jī)械的典型代表，在礦山、建筑業(yè)等領(lǐng)域中有著重要的地位。為了提高工作效率、減輕操作者勞動強(qiáng)度以及適用于在十分惡劣的環(huán)境或無法接近的場所中作業(yè)，裝載機(jī)機(jī)器人化無疑是未來的發(fā)展方向。對裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動控制是實現(xiàn)自動鏟掘的基礎(chǔ)，因此，本文以HT-25J型裝載機(jī)的工作裝置為研究對象，對其自主鏟掘作業(yè)位置控制系統(tǒng)進(jìn)行了一些研究，主要完成以下五個方面工作：
　　(1)根據(jù)經(jīng)驗和有關(guān)文獻(xiàn)，以確保鏟掘作業(yè)在最少時間內(nèi)完成同樣的鏟斗

2、裝載率為條件，給出較理想的曲線鏟掘作業(yè)軌跡方程。采用D-H法建立裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動學(xué)模型，推導(dǎo)鏟掘軌跡由直角坐標(biāo)空間向關(guān)節(jié)空間轉(zhuǎn)換以及由關(guān)節(jié)空間向驅(qū)動空間轉(zhuǎn)換。借助MATLAB進(jìn)行編程，得到車體速度、動臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸驅(qū)動方程的軌跡規(guī)劃。
　　(2)應(yīng)用三維軟件Pro/E建立裝載機(jī)工作裝置的幾何模型，再利用MATLAB/SimMechanics工具箱建立工作裝置的物理模型。在SimMechanics模型中，輸入軌跡規(guī)劃所求得的車

3、體速度、動臂油缸位移和轉(zhuǎn)斗油缸位移三個信號進(jìn)行運(yùn)動仿真，得到裝載機(jī)鏟掘作業(yè)鏟斗齒尖軌跡圖，結(jié)果與期望軌跡基本吻合，驗證了軌跡規(guī)劃的正確性。
　　(3)根據(jù)電液比例控制技術(shù)，設(shè)計了以電液比例方向閥為核心元件的裝載機(jī)工作裝置液壓控制系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的分析，推導(dǎo)每個環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，得到位置控制系統(tǒng)的開、閉環(huán)傳遞函數(shù)。對系統(tǒng)進(jìn)行階躍信號的響應(yīng)仿真，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)具有時變性和非線性，且有微小的振蕩，為位置控制器設(shè)計打下基礎(chǔ)。
　　(4

4、)根據(jù)設(shè)計的裝載機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)，應(yīng)用MATLAB/SimHydraulics工具箱建立工作裝置的液壓物理模型。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合PID控制和模糊控制的優(yōu)點，設(shè)計出合理的模糊自適應(yīng)PID控制器用于工作裝置位置控制系統(tǒng)中。在MATLAB里的仿真結(jié)果表明，動臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸都能按給定的軌跡運(yùn)動，位移誤差控制在0.5mm內(nèi)，跟蹤效果好，有較強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性。
　　(5)綜合MATLAB/SimMechanics里建立的裝載機(jī)機(jī)械模型、