液壓挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、液壓挖掘機(jī)的智能化和機(jī)器人化已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，并開始在實(shí)際應(yīng)用中逐漸顯現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。正是在這樣的背景下，結(jié)合國(guó)家863課題，論文以實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)器人工作裝置的精確運(yùn)動(dòng)控制為目的，對(duì)挖掘機(jī)器人工作裝置機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及其電液比例系統(tǒng)進(jìn)行建模，并展開了對(duì)其電液比例系統(tǒng)基于CARIMA模型的辨識(shí)、預(yù)測(cè)與控制的理論研究，最后將研究的理論結(jié)果應(yīng)用于挖掘機(jī)工作裝置這一實(shí)際對(duì)象中。主要工作如下： 論述了國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)控制的研究現(xiàn)

2、狀，根據(jù)本文的研究需要確定了挖掘機(jī)器人功能要求和總體方案，并完成試驗(yàn)挖掘機(jī)器人樣機(jī)的研制。 建立挖掘機(jī)器人工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)挖掘機(jī)器人工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題編制了Matlab程序，給出了仿真結(jié)果；利用試驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法建立了挖掘機(jī)器人工作裝置的三維實(shí)體模型，并在ADAMAS中進(jìn)行了仿真，其結(jié)果與在。Matlab中的仿真結(jié)果相吻合。 針對(duì)后文中對(duì)運(yùn)動(dòng)控制研究的需要，在笛卡兒空間對(duì)挖掘機(jī)器人工作裝置進(jìn)

3、行了水平直線、斜線、垂直線及弧線的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，并給出相關(guān)的仿真結(jié)果。 分析了挖掘機(jī)器人所采用的LUDV負(fù)荷傳感液壓系統(tǒng)的工作原理，并給出其流量方程，而后應(yīng)用液壓系統(tǒng)的基本方程，對(duì)挖掘機(jī)器人工作裝置的電液比例系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)理建模，并結(jié)合工程實(shí)際和試驗(yàn)結(jié)果，獲得了其簡(jiǎn)化模型，確定上述模型中關(guān)鍵參數(shù)的估算方法和公式；并推導(dǎo)出了模型四種表達(dá)式：連續(xù)時(shí)間輸入輸出傳遞函數(shù)、連續(xù)時(shí)間狀態(tài)空間表達(dá)式、離散時(shí)間狀態(tài)空間模型和離散時(shí)間輸入輸出模型，為后

4、文的仿真及控制研究奠定了基礎(chǔ)。 分別進(jìn)行了挖掘機(jī)器人工作裝置的2自由度、3自由度PID控制研究和基于模型參考自適應(yīng)控制研究，給出了相關(guān)的理論推導(dǎo)和試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明PID控制策略僅在鏟斗末端速度不超過136mm/s時(shí)滿足控制精度要求，而后者雖然在速度上有較大提高，但在跟蹤斜線及其它復(fù)雜軌跡時(shí)精度不高。 針對(duì)上文研究中的不足，采用基于對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí)的自校正控制器作為挖掘機(jī)器人工作裝置運(yùn)動(dòng)控制的控制策略；首先，推導(dǎo)出

5、一種適合挖掘機(jī)器人工作裝置電液比例系統(tǒng)CARIMA模型的最小二乘法參數(shù)估計(jì)算法，這種算法是由帶遺忘因子的漸消記憶法與增廣矩陣法相結(jié)合而成的，利用Matlab編程分別進(jìn)行仿真研究，結(jié)果表明算法是有效的。其次，導(dǎo)出挖掘機(jī)器人工作裝置電液比例系統(tǒng)CARIMA模型的第j步預(yù)測(cè)算法，得到相應(yīng)的遞推算法，由此得出自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制律及相應(yīng)控制算法的設(shè)計(jì)步驟；對(duì)非線性系統(tǒng)和挖掘機(jī)器人工作裝置電液比例系統(tǒng)的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制分別進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果表明了該控制

6、策略的有效性；而且更重要的是，在仿真中，針對(duì)挖掘機(jī)工作裝置電液比例系統(tǒng)設(shè)計(jì)出變加權(quán)系數(shù)的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制；而在后文的試驗(yàn)中，正是通過這種控制才實(shí)現(xiàn)了對(duì)挖掘機(jī)工作裝置較高精度的運(yùn)動(dòng)控制。 最后，為了檢驗(yàn)上述的理論研究，對(duì)所設(shè)計(jì)的控制算法進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，不論是單一運(yùn)動(dòng)軌跡，還是復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡，使用論文中所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制算法，都能實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡精確的跟蹤，其控制誤差在100mm以內(nèi)，論文還將研究的算法運(yùn)用到實(shí)際項(xiàng)目中，收