液压挖掘机外文文献翻译

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1、美国控制会议程序 宾夕法尼亚州费城，1998 年 6 月液压挖掘机的高性能摆动速度跟踪控制液压挖掘机的高性能摆动速度跟踪控制姚斌+，乔扎恩+ +的，道格拉斯克勒+ +，约翰Litherland + +机械工程学院普渡大学西拉斐特，IN 47907byaoecn.purdue.edu+ +的进阶液压集团来，Caterpillar Inc乔利埃特，伊利诺伊州 60434-0504文摘文摘客观的摇摆运动控制的工业液压挖掘机是通过调节提供的流量。尽管各种不确定性，液压 摆动马达的挖掘机遵循人类司机给的命令来摆动和加速/减速。在设计一个高性能的控制器 时的困难有:(一)摆动的惯性时间是未知的，因为运动的

2、联动和未知的有效载荷;(二)液压体 积弹性模量等参数在实际操作中表现出大的变化;(三)系统受到轻微的不确定程度非线性 (如。,泄漏流动的摆动马达),在正常操作平地;(四)系统可能会经历很大程度上的不确定非线 性。当操作在一个不平的地面,由于重力斜坡的表面通常是非常陡的，回转扭矩的变化相当 迅速。所有这些问题在本文都解决了，一个高性能的自适应控制算法,提出了可以实现的所 需的性能。仿真结果说明了所给的提出的方法。1 介绍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

3、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

4、 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

5、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问题公式化和动态模型对于这个 ponents 挖掘机初始的探讨;(二)ponent

6、s 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= D M P。 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，Q 1 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,

7、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） - Q 1 oaoe 2（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。3 SWING 速度控制策略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

8、 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，R OMERA1 报表可以得出结论。 TZ（4J（T） ）+ 13（4J（T） ，M L） （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

9、于限压，最大允许的所需的加速度 J MSH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-= D M P P L M 的 z 由伊马斯其中 I1 是摆 不变的，12 被坚持和铲斗，Q E R3 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 = D M P P L M A S 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

10、惯性桶中的中，其中是 一个函数的 NE 质量的惯性负载 M L M LTg 是地面坡度的函数 0，该链接位置 q，即，TG = TG（O0，Q，M）T.G I S 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 Iwdl 5 WM 和 lt3dI 的 5 3;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 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

11、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

12、为 R + Q L D S（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

13、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= 18.85C T I =WA4 = 02177 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 spccifica

14、tion 一个和 GM = 5.44;（4 速度跟 踪的 contro1.k 参数是 K = 62.8，K = 62.8，W = 4c8l = 1.63e7E，= 100 ANDR =二442,2 XLOl.lx102.7104.26 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

15、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 +3.66 CQ12 - 0.17sqi;0.75C，12 秒，12 2 0.2 S +21.6 CqlCq123- o.34cq1s1r123+1.23 C

16、，2， ， ， - 0.04Cq123Sqle33.3cqi + 1.65Cq12 +0.38 C，11.85 Cq1Cq123 o.1gcplsq123-0.09Cq12Sq123 0.68 C，2123CQ1 = COS（91） ，SQ1 =（Q1 + 4721，C Q L Z 3 = COSI：Q1QZ + Q3） 。 gravit1）Y 卡特彼勒公司。 具体而言，惯量的计算：123 +15.7 CQ1-1，206.2 C15.1C，1Sq1 + 115CqiCqiz 5.4CqiS，IZ + 25Ci12 - +0.69 Cq123-o.01sq123+10.8 CQLCq123 0.17Cq12sq123 ，0.0003 S，2123，I，P = 0.053 4 - 23-0.006Sq123 +51.8 C921 +51.8 cq1cq12，5.93 CQI +12.96 C，212CQI0.02Cq123Sq123