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装载机工作装置轨迹控制的仿真研究

作　者: 崔玉鑫
导　师: 龚捷
学　校: 吉林大学
专　业: 机械电子
关键词: 装载机 工作装置 动力学方程 计算力矩法 轨迹控制 ADAMS-Matlab联合仿真
分类号: TH243
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


随着机电一体化技术的不断发展,工程机械的自动化程度不断提高。装载机作为一种有效的物料铲装设备,广泛地应用于各种施工现场。由于它的工作特点,操作人员需要反复地铲掘、运料,卸料及频繁地车辆换向,这使操作人员在工作中易疲劳,工作效率降低。而通过装载机工作装置铲掘作业的轨迹控制研究,可以减轻劳动强度,提高装载机的作业效率。本文针对装载机工作装置铲掘作业的轨迹控制进行了研究。建立了装载机工作装置的运动学及动力学模型,采用计算力矩法,设计了装载机工作装置的轨迹跟踪控制器;并在控制算法中考虑了装载机作业工况时铲斗的受力情况,通过引入阻力补偿系统,消除了工作阻力对装载机工作装置轨迹控制的影响。运用Solidworks软件建立装载机工作装置的三维模型,将其导入到ADAMS软件中生成样机模型,再将样机模型导入到Matlab软件中,并建立控制系统框图,进行ADAMS-Matlab联合仿真实验,仿真结果表明本文设计的控制系统可以实现较高精度的装载机工作装置轨迹控制。

全文目录


提要  4-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 引言  8-9
  1.2 装载机工作装置简介  9-10
  1.3 装载机国内外发展现状  10-18
    1.3.1 国外发展现状  10-16
    1.3.2 国内发展现状  16-18
  1.4 装载机在使用中存在的问题  18
  1.5 本论文的研究内容  18-19
  1.6 课题研究的意义  19-20
第2章 装载机工作装置的运动学建模  20-34
  2.1 运用D-H 法建立装载机工作装置坐标系  20-25
    2.1.1 建立杆件坐标系的方法  20-22
    2.1.2 确定D-H 参数  22-24
    2.1.3 装载机工作装置简化模型及D-H 坐标系  24-25
  2.2 运用D-H 参数确定坐标系间的齐次变换矩阵  25-29
    2.2.1 旋转矩阵  25-26
    2.2.2 齐次变换矩阵  26-28
    2.2.3 确定坐标系间的齐次变换矩阵  28-29
  2.3 装载机工作装置运动学分析  29-33
    2.3.1 铲斗斗尖位置与关节角的关系  29-30
    2.3.2 铲斗斗尖速度与关节角速度的关系  30-31
    2.3.3 铲斗斗尖加速度与关节角加速度的关系  31-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章 装载机工作装置轨迹跟踪控制器设计  34-46
  3.1 控制策略的确定  34-36
  3.2 用Lagrange 方程建立装载机工作装置动力学方程  36-41
    3.2.1 Lagrange 方程简介  36-37
    3.2.2 装载机工作装置的动力学方程  37-41
  3.3 装载机工作装置控制系统的研究  41-45
    3.3.1 PD 控制器  41-42
    3.3.2 运用计算力矩法建立装载机工作装置控制系统模型  42-43
    3.3.3 具有阻力补偿的装载机工作装置控制系统模型  43-45
  3.4 本章小结  45-46
第4章 装载机工作装置轨迹控制系统仿真研究  46-75
  4.1 运用Solidworks 软件建立装载机工作装置三维模型  46-53
    4.1.1 Solidworks 软件简介  46-48
    4.1.2 建立装载机工作装置零件图  48-50
    4.1.3 建立装载机工作装置装配图  50-51
    4.1.4 零部件之间的干涉检查和实体检查  51-53
  4.2 运用ADAMS 软件建立样机模型  53-64
    4.2.1 ADAMS 软件简介  53-55
    4.2.2 装载机工作装置简化模型的参数设置  55-59
    4.2.3 添加相应的约束、力和测量  59-62
    4.2.4 输出样机模型  62-64
  4.3 运用Matlab 软件建立轨迹控制系统模型  64-74
    4.3.1 Matlab 软件及simulink 模块简介  64-66
    4.3.2 仿真轨迹的确定  66-67
    4.3.3 运用simulink 模块建立控制系统仿真模型  67-68
    4.3.4 ADAMS-Matlab 联合仿真  68-74
  4.4 本章小结  74-75
第5章 全文总结  75-77
  5.1 本文总结  75
  5.2 展望  75-77
参考文献  77-81
摘要  81-83
Abstract  83-85
致谢  85

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 起重机械与运输机械 > 装卸机械 > 装载机
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