挖掘裝載機(jī)裝載工作裝置運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、目前國內(nèi)挖掘裝載機(jī)的運(yùn)行需要較多的人工操作控制，嚴(yán)重制約了其各項(xiàng)技術(shù)性能和功能的發(fā)展和提高，使得操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量完全依賴于操作人員個(gè)人技術(shù)水平的發(fā)揮情況。隨著科技的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，挖掘裝載機(jī)智能化和機(jī)器人化成為了未來的發(fā)展方向。正是在這樣的背景下，結(jié)合相關(guān)項(xiàng)目課題，本文以實(shí)現(xiàn)挖掘裝載機(jī)裝載工作裝置的精確運(yùn)動(dòng)控制為目的，對(duì)裝載工作裝置機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及其電液比例系統(tǒng)進(jìn)行建模，并展開了對(duì)其電液比例系統(tǒng)基于數(shù)字PI

2、D控制策略的理論研究，最后將研究的理論結(jié)果應(yīng)用于裝載工作裝置這一實(shí)際對(duì)象中。主要的研究和設(shè)計(jì)工作如下： 首先綜述了國內(nèi)外挖掘裝載機(jī)的研究現(xiàn)狀，根據(jù)本文的研究需要確定挖掘裝載機(jī)的功能控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案；介紹挖掘裝載機(jī)的功能要求，闡述其分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和分析其功能組成。在此基礎(chǔ)上提出挖掘裝載機(jī)分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，完成各智能節(jié)點(diǎn)功能分配和選擇合適的通信總線，實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。在節(jié)點(diǎn)間的通訊上，采用了CAN總線

3、技術(shù)，高速可靠的通訊保證了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和正確性。 根據(jù)挖掘裝載機(jī)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，將動(dòng)臂和鏟斗等桿件組成的裝載工作裝置看作一個(gè)平面兩自由度的機(jī)器人操作臂機(jī)構(gòu)。并針對(duì)該機(jī)構(gòu)，利用D-H連桿坐標(biāo)系，首先求出鏟斗變換矩陣，得到了裝載工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并求出工作裝置中動(dòng)臂與鏟斗的位姿，從而得到鏟斗末端速度與動(dòng)臂和鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)角速度間的關(guān)系。此外，本文采用拉格朗日方程，建立了裝載工作裝置的動(dòng)力學(xué)模型。 分析了挖掘裝載機(jī)裝載工作裝置電

4、液比例系統(tǒng)的工作原理，應(yīng)用系統(tǒng)的基本方程建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合工程實(shí)際和實(shí)驗(yàn)，獲得了其簡化模型，得到了電液比例系統(tǒng)的控制框圖和傳遞函數(shù)；采用了數(shù)字PID算法來設(shè)計(jì)挖掘裝載機(jī)裝載工作裝置的位置控制器，介紹了數(shù)字PID算法工作原理，闡述了增量式PID的計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)原理。并根據(jù)數(shù)字PID算法，建立基于MATLAB/SIMULINK的挖掘裝載機(jī)裝載工作裝置的液壓控制系統(tǒng)的仿真模型，并通過對(duì)仿真結(jié)果的系統(tǒng)分析及對(duì)PID控制器控制參數(shù)的不斷調(diào)