液压挖掘机外文文献翻译Word下载.docx

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1介绍

由于其体积小功率比大以及拥有非常大的力和力矩，液压系统已经在工业中有了一个广泛的应用。

然而,液压系统也有许多特征使高性能闭环控制器的发展复杂化;

动力学的液压系统有高度非线性[l]和很大程度上的模型不确定性。

先进控制技术尚未被开发来解决这些问题。

这导致了迫切需要结合高功率液压驱动和多功能性的电子控制的液压技术。

事实上,液压行业一直积极与大学合作。

最近卡特彼勒公司之间建立了战略伙伴关系、最大的土方设备制造商,和几个主要的研究大学包括普渡大学就是这样的一个很好的例子。

在过去,大部分液压控制系统利用线性控制理论[2,3,41。

在[5],Alleyne和亨德里克应用了非线性自适应控制的主动悬架。

他们证明了非线性控制方案比传统的线性控制器达到了一个更好的性能。

他们只考虑气缸的不确定性参数。

在[6],通过考虑特定的非线性电液伺服系统模型的不确定性，姚明和Tomizuka提出的自适应控制（电弧）的方法为高性能鲁棒控制的一个自由度电液提供一个严格的理论框架。

这个非线性相关的液压动力学（非线性函数描述的关系）仔细检查。

弧李雅普诺夫函数引起摩擦力的非线性液压动力学物理理论建立。

这使得摇摆运动控制充满挑战性;

本文主要对高性能摆动速度跟踪控制的工业液压挖掘机进行研究。

一个工业液压挖掘机由一个主架,一个旋转结构，液压马达,和一个机器人的手臂构成。

该链接安装在旋转结构,由三个独立的液压缸提供必要的运动。

尽管各种不确定性，通过调节流量,斗杆遵循司机给出的摆动速度命令平稳地加速/减速,。

然而,开发一个高性能的摇摆运动控制器仍然存在一些困难。

首先,由于运动的联动和未知的有效载荷，摆动惯性是变化的和未知的。

这个未知惯性只能度量重力和非线性压力。

工业液压系统中任何一种闭环控制都有一种常见的问题如跳跃，处理的目的:

一是推出优质的自适应控制器和其他红外非线性控制器产品，方法[6]可以处理。

第二,系统还有其他副例如swing扭矩。

第三,名义上的摇摆不应超过摆动马达，由于这些困难,挖掘机电流无法使用控制算法;

相反,所有这些困难都可以开环练习和实践解决。

因此本文提供了两个高性能的设计，通过解决theorettime-不同和未知的摇摆构造简单、实用解决办法。

2问题公式化和动态模型

对于这个ponents挖掘机初始的探讨;

（二）ponents如阀门的关键部件，假设该设计流量。

该元件在下面给出。

2.1动态模型I挖掘机摆动qt）的＆=DMP。

P〜制定和动态模型上，我们认为两大comcirmit的唯一的：

（一）旋转结构Gwing汽车公司。

其他相关的COM;

及泵所产生的被忽视的，泵和阀的分析模型

2.2摇摆电机的动态模型

马达动态摆动

pl和P2的是入口和出口的压力，Q1是入口的流量，正和负的流出，Q2是提供的流量，outllet;

代表阳性流输出及底片的流动，Qiossi代表内部或跨端口的泄漏流的简化模型，由下式给出=慈Qiossi，（PI-PZ），和Q，iossej，J=1,2，表示外部泄漏流量，Qiossej=C（PJ-偏好）是一个简化的模型，其中p，f是参考压力。

Z@Z=-QZ+DMW+Qloasi（W，PlrPZ）-Q1oaoe2（〜>

〜2）其中w表示的TIA，PL：

=PL-PA是电机，D是一个变化的摆动常数，由于frict的扭矩损失，其中b表示摇摆电机摩擦力，T，represmts的环境tacting（e.i;

Tg是转矩表达式。

3SWING速度控制策略

摆动速度，I是摆动系数，IW是转矩TI，iiertia的，B和F标志（W）摆动马达和齿轮，在粘性摩擦力系数扭矩损失和F，是伦布进行配置的反作用扭矩反应力的一堵墙），和在一个斜坡上地面的重力。

I（T）和TGA重[LL]F，ROMERA1报表可以得出结论。

TZ（4J（T））+13（4J（T），ML）

（2）三个部分由下式给出该控制策略由两部分组成：

（i）网络所需的摆动速度轨迹生成，及（ii）速度追踪控制算法。

3.1上线所需的速度轨迹生成

此块是提供一种可行的所需的速度轨迹摆动电路可以跟踪。

其目的是为了实现一个平滑的加速/减速和限压。

一这个上线算法的副产品是，我们可以使用轨迹的初始化以减少的瞬态响应的速度跟踪控制器。

负载压力PL的正如看出，从（升），是成正比的惯性负载。

因此，对于限压，最大允许的所需的加速度~~JMSH·

乌尔德·

是更小的足够的使得

可以计算出

计算该系统的最大惯性负载预期遇到的问题。

G-=DMPPLM的z由伊马斯其中I1是摆不变的，12被坚持和铲斗，QER3和由于惯性负载链接位置q和t通常是未知的。

重力扭矩角CY，摆动角的惯性负载m〜，在水平的地面上，即I$。

对于驾驶员的舒适性，它限制压力的变化。

通过微分，很明显，@正比于I$。

其中PL，，最大允许压力变化率。

WM到GM=DMPPLMAS依马狮由于上部结构的惯性的摆动惯性由于热潮，链接位置的函数时间tarying，13是摆动的惯性桶中的中，其中是一个函数的NE质量的惯性负载MLMLTg是地面坡度的函数0，该链接位置q，即，TG=TG（O0，Q，M）T.GIS为零=0当CY=0。

让w输入（t）是由驱动器命令的摆动速度。

所需的摆动速度产生了轨迹wd（t）被通过一个二阶的滤波器，加速度和加限制，即，

约束Iwdl5WM和lt3dI的53〜;

[LL]中给出了详细的轨迹生成算法。

初始值WD（0）和wd（0），尽量减少瞬态响应。

'

休息频率UT和阻尼比<

T

3.2速度跟踪控制器

封闭loor，速度跟踪控制律合成基于＆ysical。

从

（2）中，摆动惯量可以被分成两部分

在（＆））和I，P（Q（T））的基础上，可以计算链路配置Q（t）的解析表达式中给出。

物理模型

（1）和（3）采用以下形式：

PL=PL和QL=Q1或PL=-P2和QL=8;

取决于要控制的端口（入口排位

为p2的的奥特莱斯）JOURNAL。

弗洛斯河和QLOSS是的扭矩的估计数字

损失和流量损失，物理参数PI，P2，P3和P4被定义为：

对于控制器的设计，我们还定义P5和P6

06=0104=L％Qioss的代表未知之间的耦合作用惯性负载和未知的马达。

假设：

（A1）的阀门和泵提供的设计流量率QL（A2）的速度和压力传感器是可用的，即w1p1，p2和ps;

（A3）的物理数量P（t）的有界知名的界限，即，Pmzn5P（t）的最大功率，其中Pmtn=[Plmzn，。

。

，P6mznIT和=[Plmox。

，PSmax]'

正在已知的;

台号位置，速度，和加速度，斗杆和铲斗的已知的计算可用于摆动部分的转动惯量和它们的衍生物，即，I，和集成电路（8）和它们的衍生物，是可以计算出来的。

假设的理由：

假设A1是一种控制算法。

A2是根据当前的硬件的设置。

A3实际上是合理的，因为我们知道系统模型的不确定性;

例如，负载为p1的下界为零，且上限将是最大负荷。

可以被删除的假设A4为代价的性能下降。

跟踪算法的设计包括两个步骤

如下：

第1步：

摇摆运动是由电机的压力PL（9）的第一个方程所描述的。

因此，第一个步骤是设计所需的负载压力PL，使PLD任何可行的期望的速度轨迹WD（T）可以跟踪，当PL=PLD的。

给定％Y的函数其中e=W-WD的速度跟踪误差。

的详细式样被给于在[11]中和由此产生的的控制功能是PLD=PLDO+PLDAPLDA=＆[？

亏损-PZ+IWD+IWD-千瓦IC（t）的EW]（13）PLDS=-LDCMPSIE2，其中irepresentSAthe代参数估计0估计/3中的表达式为0，K>

0，CSL>

0是正的标量。

可以看出，从PLD由模型补偿（前4项＆A）与所需的补偿结构[12]，一个简单的与时变增益的比例反馈控制律K，IC（t）和一个非线性鲁棒反馈期，PLDS。

该使用一个随时间变化的线性增益的目的是要实现在一个大的工作范围，因为恒定带宽摆动惯性我改变的链路配置。

步骤2：

设计一个所需的流速的FLD和QL，使实际负载压力PL跟踪esired的的负载压力PLD;

摆动马达方程（此步骤是根据第二个方程（9））而设计散热总能量的，（14）其中EP=PL-PLD压力跟踪误差和wp是一个加权系数。

使用新提出的自适应鲁棒控制技术[10，7，13，81，产生的控制法律QLQL的（W，PL，P，及WdrLjdrWdrq。

，Q，=Q）Q因子Ld为R+QLDS（15）其中，QLda代表了一种自适应-类似于控件的的的的术语，给定的

R1稳定性与实物有保证的反精度跟踪ILY的increEiing降低E~~。

R2尤其IMPOR蚁摆动控制），因为理论上讲，这控制器最终的跟踪意味着，即使是一个收益小）这是一个很好因为实际阀门模型的不确定性数量P（T）。

ient的的性能和最终的跟踪误差e，可制成arbitrarfeedback的增益K，K，和C，I，保证瞬态性能在实际应用中（例如，EXECUTE时间是通常短的的。

的结果是什么一个设计良好-的的roachieve。

无使用无限feedis的错误常数。

R3这样的结果低带宽控制器（反馈有一个非常小的跟踪误差，功能为的摆动速度控制的带宽是低的。

4求结果

一个仿真程序的单位是tities，以尽量减少压力：

bar，流速：

扭矩：

KN，质量：

1000kcg的，是从模拟在=[0-100,27.6，-4421,0-15030]T，＆=[3.4,100,110.5,4421,375.8,15030（ITI）;

速度轨迹已经发展到模拟提出摆动控制策略。

用于不同的规划参数正常化=18.85〜CTI='

WA4=0'

2177数值计算错误eflkct：

Llmin，回转速度：

radls，长度：

米。

物理参数的工业液压spccification一个和GM=5.44;

（4速度跟踪的contro1.k参数是K=62.8，K=62.8，W=4×

c8l=1.63e7E，=100ANDR=二〜{442,2XLO〜l.lx10〜2.7×

10〜4.26倍104109}。

虽然已经进行了仿​​真的各种操作条件下，只有以下typicid的操作在这里显示。

在第一个5秒的模拟，驱动程序的指令速度被假定为w输入=0.5rad/s的，这是附近的完整的的挖掘机的速度。

在那之后，驱动程序的指令速度是零。

至快速变化的链路配置的效果，运动假设TRO描臂，斗杆和铲斗45“（1-COS（吨））LT。

在仿真中，估计转矩损失和流动损失假定为零，即O=0，F=0，CIM=0，初始负载估计为零，即实际值的负载和有效体积模量被认为是mL的=3000公斤，而他们的初始估计值为0用于模拟的这些参数中的大的变化。

控制器的其它参数被归类为如下：

（i）物理界=[30+15“（1-COS（T）），120”-30“（1-MIS（$）），90°

-挖掘机制造所需要的参数I=I+I，PML，I=1.5Si1+3.66CQ12-0.17sqi;

0.75C，12秒，1220.2S~~+21.6CqlCq123-o.34cq1s1r123+1.23C，2，，，-0.04Cq123Sqle33.3cqi+1.65Cq12+0.38C，11.85Cq1Cq123o.1gcplsq123-0.09Cq12Sq1230.68C，2123CQ1=COS（91），SQ1=（Q1+4721，CQLZ3=COSI：

Q1QZ+Q3）。

gravit1）Y卡特彼勒公司。

具体而言，惯量的计算：

123+15.7CQ1-1，206.2C〜15.1C，1Sq1++115CqiCqiz5.4CqiS，IZ+25Ci12-+0.69Cq123-o.01sq123+10.8CQL〜Cq1230.17Cq12sq123，0.0003S，2123，I，P=0.0534-23-0.006Sq123+51.8C921+51.8cq1cq12，

5.93CQI+12.96C，212〜CQI〜〜0.02Cq123Sq123+0.00017S〜123SIL（9L），Cql2=COS（91+921，SQ12=+92+931，和sqlZ3=AIN（91+扭矩Tg是由T=+M〜（0.23+7.2C，升3.6CQ120.03mL）COS（〜）}GSIN

（一）所需要的的eters和（3）中的流动损失规格，并给予0.0584，C=0.05572。

D，，=0.8185和Dm的=所设计的的流量速率是与提供的阀门公关的压力，F=工具栏里。

该算法有相对较高的突破比率frequcencyCV=0.71;

所需的速度轨迹剖面和实际速度，如图所示，所需的velcicity轨迹顺利和实际的驱动程序的命令的方法速度如下密切合作，以实现所需的速度一个平滑的加速和减速。

这验证了速度跟踪能力的建议ARC策略尽管各种模型的不确定性。

此外，图1验证工作压力没有超出该行的救灾压力。

所有这些显示，该策略实现设定的目标等等。

XX文库-让每个人平等地提升自我要看到参数适应的效果，我们重新运行仿真但不使用参数适应。

在这种情况下，相当于一个确定性的控制律控制法（DRC）[7，81。

跟踪误差E，在图3ARC和刚果民主共和国。

由此可以看出，ARC由于比刚果（金）实现了更好的跟踪性能使用参数改编。

要看到凹凸不平的地面，上面的模拟重新运行与地面坡度（Y=7“，由于大1至6秒之间摆动速度，重力扭矩TG变化相当迅速。

此外，它的幅度是如此之大，它主宰着模型不确定性的一个完美的例子主要是由于不确定非线性模型的不确定性。

传统上，在这种情况下，自适应控制正常执行的操作表现欠佳并甚至会变得不稳定的有时会。

然而，跟踪误差如图所示。

4揭示建议ARC仍具有优良的速度跟踪能力和达到更好的性能比DRC+0.82Cq1230.01Sq〜3）]罪（6'

）+（0.2+B是的回转角度。

paramcalculation

（1）的扭矩损失Ž，获得从摆动马达由b=28.4，F=8.652，C，=的摆动的的电机常数是491.1。

假设要被提供由一组压力的P=255bar以及容器要验证的理想表现假设有一个阀瓦特=50Hz和阻尼阀的动态效果可在尽管的的不可避免的错的参数适应，由于中大的不确定非线性的外观。

总体而言，可以处理改变重力荷载。

5结论

本文考虑高性能的摆动速度跟踪控制的INDUSTRIA液压挖掘机。

一个ARC控制战略已经的ROosed处理各种模型的不确定性。

特价$＆E计划审议未知的效果。

和随时间变化的摆动惯性，大型液压参数的变化，未知泄漏和流量of.the摇摆电机，UE上的不均匀groun％。

＆nulation％E可以提供预期平滑的摆动加速度，velocit跟踪和减速宽保持工作ressures摆动马达线以下的救济压力。

Impgmentation实际的建议A1orithm上的简化版本工业液压挖掘机manufacfured正在由卡特彼勒公司研究中。

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