外文翻譯--液壓挖掘機(jī)的半自動(dòng)控制系統(tǒng) 中文版.doc

液壓挖掘機(jī)的半自動(dòng)控制系統(tǒng)HirokazuAraya,MasayukiKagoshima日本機(jī)械工程研究實(shí)驗(yàn)室KobeSteel,Ltd.,Nishi-ku,KobeHyogo6512271,2000年7月27日摘要開(kāi)發(fā)出了一種應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的半自動(dòng)控制系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)，即使是不熟練的操作者也能容易和精確地操控液壓挖掘機(jī)。構(gòu)造出了具有控制器的液壓挖掘機(jī)的精確數(shù)學(xué)控制模型，同時(shí)通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)研發(fā)出了其控制算法，并將其應(yīng)用在液壓挖掘機(jī)上，由此可以估算出它的工作效率。依照此法，可通過(guò)正反饋及前饋控制、非線性補(bǔ)償、狀態(tài)反饋和增益調(diào)度等各種手段獲得較高的控制精度和穩(wěn)定性能。自然雜志2001版權(quán)所有關(guān)鍵詞：施工機(jī)械；液壓挖掘機(jī)；前饋；狀態(tài)反饋；操作1引言液壓挖掘機(jī)，被稱為大型鉸接式機(jī)器人，是一種施工機(jī)械。采用這種機(jī)器進(jìn)行挖掘和裝載操作，要求司機(jī)要具備高水平的操作技能，即便是熟練的司機(jī)也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的疲勞。另一方面，隨著操作者年齡增大，熟練司機(jī)的數(shù)量因而也將會(huì)減少。開(kāi)發(fā)出一種讓任何人都能容易操控的液壓挖掘機(jī)就非常必要了1-5。液壓挖掘機(jī)之所以要求較高的操作技能，其理由如下。1.液壓挖掘機(jī)的操作，至少有兩個(gè)操作手柄必須同時(shí)操作并且要協(xié)調(diào)好。2.操作手柄的動(dòng)作方向與其所控的臂桿組件的運(yùn)動(dòng)方向不同。例如，液壓挖掘機(jī)的反鏟水平動(dòng)作，必須同時(shí)操控三個(gè)操作手柄（動(dòng)臂，斗柄，鏟斗）使鏟斗的頂部沿著水平面（圖1）運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，操作手柄的操作表明了執(zhí)行元件的動(dòng)作方向，但是這種方向與工作方向不同。如果司機(jī)只要操控一個(gè)操作桿，而其它自由桿臂自動(dòng)的隨動(dòng)動(dòng)作，操作就變得非常簡(jiǎn)單。這就是所謂的半自動(dòng)控制系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)這種半自動(dòng)控制系統(tǒng)，必須解決以下兩個(gè)技術(shù)難題。1.自動(dòng)控制系統(tǒng)必須采用普通的控制閥。2.液壓挖掘機(jī)必須補(bǔ)償其動(dòng)態(tài)特性以提高其控制精度?，F(xiàn)已經(jīng)研發(fā)一種控制算法系統(tǒng)來(lái)解決這些技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)在實(shí)際的液壓挖掘機(jī)上試驗(yàn)證實(shí)了該控制算法的作用。而且我們已采用這種控制算法，設(shè)計(jì)出了液壓挖掘機(jī)的半自動(dòng)控制系統(tǒng)。具體闡述如下。2液壓挖掘機(jī)的模型為了研究液壓挖掘機(jī)的控制算法,必須分析液壓挖掘機(jī)的數(shù)學(xué)模型。液壓挖掘機(jī)的動(dòng)臂、斗柄、鏟斗都是由液壓力驅(qū)動(dòng)，其模型如圖2所示。模型的具體描述如下。2.1動(dòng)態(tài)模型6假定每一臂桿組件都是剛體，由拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程可得以下表達(dá)式：其中g(shù)是重力加速度；i鉸接點(diǎn)角度；i是提供的扭矩；li組件的長(zhǎng)度；lgi轉(zhuǎn)軸中心到重心之距；mi組件的質(zhì)量；Ii是重心處的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(下標(biāo)i=1-3；依次表示動(dòng)臂，斗柄，鏟斗)。2.2挖掘機(jī)模型每一臂桿組件都是由液壓缸驅(qū)動(dòng)，液壓缸的流量是滑閥控制的，如圖3所示?？勺魅缦录僭O(shè)：1.液壓閥的開(kāi)度與閥芯的位移成比例。2.系統(tǒng)無(wú)液壓油泄漏。3.液壓油流經(jīng)液壓管道時(shí)無(wú)壓力損失。4.液壓缸的頂部與桿的兩側(cè)同樣都是有效區(qū)域。在這個(gè)問(wèn)題上，對(duì)于每一臂桿組件，從液壓缸的壓力流量特性可得出以下方程：當(dāng)時(shí)；其中，Ai是液壓缸的有效橫截面積；hi是液壓缸的長(zhǎng)度；Xi是滑芯的位置；Psi是供給壓力；P1i是液壓缸的頂邊壓力；P2i是液壓缸的桿邊壓力；Vi是在液壓缸和管道的油量；Bi是滑閥的寬