外文翻譯--液壓挖掘機的半自動控制系統(tǒng) 中文版.doc

液壓挖掘機的半自動控制系統(tǒng)HirokazuAraya,MasayukiKagoshima日本機械工程研究實驗室KobeSteel,Ltd.,Nishi-ku,KobeHyogo6512271,2000年7月27日摘要開發(fā)出了一種應用于液壓挖掘機的半自動控制系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)，即使是不熟練的操作者也能容易和精確地操控液壓挖掘機。構造出了具有控制器的液壓挖掘機的精確數學控制模型，同時通過模擬實驗研發(fā)出了其控制算法，并將其應用在液壓挖掘機上，由此可以估算出它的工作效率。依照此法，可通過正反饋及前饋控制、非線性補償、狀態(tài)反饋和增益調度等各種手段獲得較高的控制精度和穩(wěn)定性能。自然雜志2001版權所有關鍵詞：施工機械；液壓挖掘機；前饋；狀態(tài)反饋；操作1引言液壓挖掘機，被稱為大型鉸接式機器人，是一種施工機械。采用這種機器進行挖掘和裝載操作，要求司機要具備高水平的操作技能，即便是熟練的司機也會產生相當大的疲勞。另一方面，隨著操作者年齡增大，熟練司機的數量因而也將會減少。開發(fā)出一種讓任何人都能容易操控的液壓挖掘機就非常必要了1-5。液壓挖掘機之所以要求較高的操作技能，其理由如下。1.液壓挖掘機的操作，至少有兩個操作手柄必須同時操作并且要協調好。2.操作手柄的動作方向與其所控的臂桿組件的運動方向不同。例如，液壓挖掘機的反鏟水平動作，必須同時操控三個操作手柄（動臂，斗柄，鏟斗）使鏟斗的頂部沿著水平面（圖1）運動。在這種情況下，操作手柄的操作表明了執(zhí)行元件的動作方向，但是這種方向與工作方向不同。如果司機只要操控一個操作桿，而其它自由桿臂自動的隨動動作，操作就變得非常簡單。這就是所謂的半自動控制系統(tǒng)。開發(fā)這種半自動控制系統(tǒng)，必須解決以下兩個技術難題。1.自動控制系統(tǒng)必須采用普通的控制閥。2.液壓挖掘機必須補償其動態(tài)特性以提高其控制精度?，F已經研發(fā)一種控制算法系統(tǒng)來解決這些技術問題，通過在實際的液壓挖掘機上試驗證實了該控制算法的作用。而且我們已采用這種控制算法，設計出了液壓挖掘機的半自動控制系統(tǒng)。具體闡述如下。2液壓挖掘機的模型為了研究液壓挖掘機的控制算法,必須分析液壓挖掘機的數學模型。液壓挖掘機的動臂、斗柄、鏟斗都是由液壓力驅動，其模型如圖2所示。模型的具體描述如下。2.1動態(tài)模型6假定每一臂桿組件都是剛體，由拉格朗日運動方程可得以下表達式：其中g是重力加速度；i鉸接點角度；i是提供的扭矩；li組件的長度；lgi轉軸中心到重心之距；mi組件的質量；Ii是重心處的轉動慣量(下標i=1-3；依次表示動臂，斗柄，鏟斗)。2.2挖掘機模型每一臂桿組件都是由液壓缸驅動，液壓缸的流量是滑閥控制的，如圖3所示?？勺魅缦录僭O：1.液壓閥的開度與閥芯的位移成比例。2.系統(tǒng)無液壓油泄漏。3.液壓油流經液壓管道時無壓力損失。4.液壓缸的頂部與桿的兩側同樣都是有效區(qū)域。在這個問題上，對于每一臂桿組件，從液壓缸的壓力流量特性可得出以下方程：當時；其中，Ai是液壓缸的有效橫截面積；hi是液壓缸的長度；Xi是滑芯的位置；Psi是供給壓力；P1i是液壓缸的頂邊壓力；P2i是液壓缸的桿邊壓力；Vi是在液壓缸和管道的油量；Bi是滑閥的寬