1、PDF外文：http:/ 4175 字 出处： Araya H, Kagoshima M. Semi-automatic control system for hydraulic shovelJ. Automation in construction, 2001, 10(4): 477-486. 液压挖掘机的半自动控制系统 Hirokazu Araya ,Masayuki Kagoshima 日本机械工程研究实验室 Kobe Steel, Ltd., Nishi-ku, Kobe Hyogo 651 2271, 2000年 7月 27日 &n
2、bsp; 摘要
3、;开发出了一种应用于液压挖掘机的半自动控制系统。采用该系统，即使是不熟练的操作者也能容易和精确地操控液压挖掘机。构造出了具有控制器的液压挖掘机的精确数学控制模型，同时通过模拟实验研发出了其控制算法，并将其应用在液压挖掘机上，由此可以估算出它的工作效率。依照此法，可通过正反馈及前馈控制、非线性补偿、状态反馈和增益调度等各种手段获得 较高的控制精度和稳定性能。自然杂志 2001 版权所有 关键词：施工机械；液压挖掘机；前馈；状态反馈；操作
4、; 1引言 液压挖掘机，被称为大型铰接式机器人，是一种施工机械。采用这种机器进行挖掘和装载操作，要求司机要具备高
5、水平的操作技能，即便是熟练的司机也会产生相当大的疲劳。另一方面，随着操作者年龄增大，熟练司机的数量因而也将会减少。开发出 一种让任何人都能容易操控的液压挖掘机就非常必要了 1-5。 液压挖掘机之所以要求较高的操作技能，其理由如下。 1.液压挖掘机的操作，至少有两个操作手柄必须同时操作并且要协调好。 2.操作手柄的动作方向与其所控的臂杆组件的运动方向不同。 例如，液压挖掘机的反铲水平动作，必须同时操控三个操作手柄（动臂，斗柄，铲斗）使铲斗的顶部沿着水平面（图 1）运动。在这种情况下，操作手柄的操作表明了执行元件的动作方向
6、，但是这种方向与工作方向不同。 如果司机只要操控一个操作杆，而其它自由杆臂自动的随动动作，操作就变得非 常简单。这就是所谓的半自动控制系统。 开发这种半自动控制系统，必须解决以下两个技术难题。 1. 自动控制系统必须采用普通的控制阀。 2. 液压挖掘机必须补偿其动态特性以提高其控制精度。 现已经研发一种控制算法系统来解决这些技术问题，通过在实际的液压挖掘机上试验证实了该控制算法的作用。而且我们已采用这种控制算法，设计出了液压挖掘机的半自动控制系统。具体阐述如下。 2液压挖掘机的模型 为了研究液压挖
7、掘机的控制算法 ,必须分析液压挖掘机的数学模型。液压挖掘机的动臂、斗柄、铲斗都是由液 压力驱动，其模型如图 2 所示。模型的具体描述如下。 2.1 动态模型 6 假定每一臂杆组件都是刚体，由拉格朗日运动方程可得以下表达式： 其中
8、; &nbs
9、p; g 是 重力加速度； i铰接点角度； i是提供的扭矩； li组件的长度； lgi转轴中心到重心之距； mi组件的质量； Ii是重心处的转动惯量 (下标 i=1-3；依次表示动臂，斗柄，铲斗 )。 2.2 挖掘机模型 每一臂杆组件都是由液压缸驱动，液压缸的流量是滑阀控制的，如图 3 所示。可作如下假设： 1.液压阀的开度与阀芯的位移成比例。 2.系统无液压油泄漏。 3.液压油流经液压管道时无压力损失。 4.液压缸的顶部与杆的两侧同样都是有效区域。 在这个问题上，对于每一臂杆组件，从液压缸的压力流量特性可 得出以下方程：
