挖掘裝載機(jī)裝載工作裝置運動控制研究.pdf

1、目前國內(nèi)挖掘裝載機(jī)的運行需要較多的人工操作控制，嚴(yán)重制約了其各項技術(shù)性能和功能的發(fā)展和提高，使得操作人員勞動強度大，作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量完全依賴于操作人員個人技術(shù)水平的發(fā)揮情況。隨著科技的發(fā)展與社會的進(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)項目課題，本文以實現(xiàn)挖掘裝載機(jī)裝載工作裝置的精確運動控制為目的，對裝載工作裝置機(jī)構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)及其電液比例系統(tǒng)進(jìn)行建模，并展開了對其電液比例系統(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際對象中。主要的研究和設(shè)計工作如下： 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)點功能分配和選擇合適的通信總線，實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)的方案設(shè)計。在節(jié)點間的通訊上，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)的實時性和正確性。 根據(jù)挖掘裝載機(jī)的機(jī)構(gòu)特點，將動臂和鏟斗等桿件組成的裝載工作裝置看作一個平面兩自由度的機(jī)器人操作臂機(jī)構(gòu)。并針對該機(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動學(xué)模型，并求出工作裝置中動臂與鏟斗的位姿，從而得到鏟斗末端速度與動臂和鏟斗轉(zhuǎn)動角速度間的關(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)合工程實際和實驗，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的計算方法實現(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，并通過對仿真結(jié)果的系統(tǒng)分析及對PID控制器控制參數(shù)的不斷調(diào)