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液压挖掘机工作装置斗尖轨迹控制研究

作　者: 汪亮彬
导　师: 邓子龙
学　校: 辽宁石油化工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 液压挖掘机电液比例控制工作装置轨迹控制
分类号: TU621
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

反铲单斗液压挖掘机是一种应用十分广泛的工程机械,在矿业、建筑业等领域中占有重要的地位。然而其控制方式一直无重大的改进,主要由熟练工人操作控制。其动臂、斗杆和铲斗各有一个控制手柄,操作员需要同时控制三个手柄才能完成一次动作,因此对操作员来讲劳动强度大;在挖掘特定轨迹时精度不够。为了提高挖掘机的工作效率、改善其工作特性、缩短循环周期、降低能源消耗、改善工作环境及减轻操作强度,引入自动控制机构势在必行。因此,本课题主要针对液压挖掘机工作装置铲斗斗尖的运动控制进行全面研究。本文利用机器人技术、力学、液压控制技术对挖掘机器人工作装置铲斗斗尖的运动控制进行研究,主要针对下列三个方面:1液压挖掘机的电液比例技术改造。对常规液压挖掘机进行电液比例技术改造,在不改变原来系统的情况下,增加一组电液比例阀,改造完成后的挖掘机器人能够满足挖掘作业要求,为实现液压挖掘机的自动控制奠定了基础。2数字PID控制方法的研究。建立了各液压元件的数学模型,并导出液压挖掘机系统的整体数学模型。采用数字PID控制,利用Matlab7.1对系统的时域和频域特性做了详细的分析,加入PID后,系统不但稳定性大大加强,而且各方面的性能如截止频率、响应速度、跟随能力都得到优化。3挖掘机器人工作装置、液压系统联合运动控制研究。运动学模型将铲斗的目标轨迹与工作装置的目标转角序列、液压缸的长度序列和电液比例阀阀口流量序列联系起来,获得对铲斗斗尖轨迹进行规划的方法。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
1 绪论  12-18
  1.1 液压挖掘机机器人化的目的、意义  12-13
  1.2 液压挖掘机工作装置斗尖轨迹控制的研究现状  13-16
    1.2.1 液压挖掘机自动化发展的三个阶段  13-14
    1.2.2 国内挖掘机铲斗轨迹控制研究  14
    1.2.3 国外挖掘机铲斗轨迹控制研究  14-16
  1.3 研究内容  16-18
2 小型试验液压挖掘机电液比例控制系统改造  18-30
  2.1 液压挖掘机的系统构成及其工况特点  18-21
    2.1.1 挖掘机液压系统的组成  18-19
    2.1.2 液压挖掘机工况特点  19-20
    2.1.3 液压挖掘机对液压系统的要求  20-21
  2.2 原液压系统的电液比例控制系统改造  21-26
    2.2.1 原液压系统概述  21-22
    2.2.2 电液比例控制阀的选取  22-24
    2.2.3 电液比例方向阀的工作原理及连接  24-25
    2.2.4 改造完成后的液压系统  25-26
  2.3 控制系统的硬件选择  26-29
    2.3.1 倾角传感器的选用  27-28
    2.3.2 压力传感器的选用  28-29
  2.4 本章小结  29-30
3 液压挖掘机控制系统建模及仿真  30-42
  3.1 系统各元件数学模型的建立  30-36
    3.1.1 系统概述  30-31
    3.1.2 斗杆液压缸数学模型的建立与参数计算  31-33
    3.1.3 动臂液压缸数学模型的建立与参数计算  33-35
    3.1.4 电液比例阀数学模型的建立与参数计算  35
    3.1.5 比例放大器数学模型建立与参数计算  35-36
    3.1.6 反馈环节的数学模型建立与参数计算  36
    3.1.7 动臂和斗杆的数学模型与参数计算  36
  3.2 工作装置控制系统的整体建模和仿真  36-39
    3.2.1 斗杆系统数学模型的建立  36-37
    3.2.2 斗杆系统的仿真  37-38
    3.2.3 动臂系统数学模型的建立  38
    3.2.4 动臂系统的仿真  38-39
  3.3 本章小结  39-42
4 数字PID 控制  42-52
  4.1 PID 调节简述  42
  4.2 PID 调节规律  42-43
  4.3 PID 参数整定方法  43
  4.4 PID 控制参数的整定  43-46
  4.5 电液比例控制系统PID 控制仿真  46-51
    4.5.1 斗杆系统仿真  46-49
    4.5.2 动臂系统仿真  49-51
  4.6 本章小结  51-52
5 工作装置运动学模型及轨迹规划  52-66
  5.1 D—H 坐标系和运动学方程  52-53
  5.2 运动学方程  53-60
    5.2.1 正运动学方程  55-58
    5.2.2 逆运动学方程  58-60
  5.3 轨迹规划  60-65
    5.3.1 机器人轨迹规划的基本概念  60
    5.3.2 液压挖掘机作业范围  60-62
    5.3.3 挖掘机器人轨迹规划仿真  62-64
    5.3.4 驱动液压缸长度λ与电液比例阀阀口流量Q的转换  64-65
  5.4 本章小结  65-66
6 结论与展望  66-68
  6.1 本论文主要完成的工作  66
  6.2 论文主要结论  66-67
  6.3 课题展望  67-68
符号说明  68-70
参考文献  70-74
致谢  74-76
攻读学位期间发表的论文  76

液压挖掘机工作装置斗尖轨迹控制研究

内容摘要

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