液压挖掘机工作装置的自适应控制
液压挖掘机轨迹规划与模型参考自适应控制方案研究
３ 结 论
计 算 结 果 表 明 ， 于 气 体 膨 胀 施 加 的 压 力 对 中 － 由 ５ 摆 端 面位 移 影 响 比较 小 ， 加 工 精 度 误 差 相 比较 ， 乎 和 几 可 以忽 略 不 计 。 构 在 运 转 中 出 现 卡 死 现 象 ， 该 主 要 机 应
连杆机构协 同工作方式及末端轨迹 ， 出了模型参考 自适应控制 （ Ｒ Ｃ 实现挖 掘机 末端轨迹精确控制方案 。 提 ＭＡ）
关键词 ： 液压 挖 掘机 中 图分 类 ＂ ：Ｄ ２ ￣ Ｔ６ １ 轨 迹 优 化 规 划 智 能 控 制 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ０— ９ ８ ２ ０ ）９— ０ ３— ３ １ ０ ４ ９ （０ ７ ０ ０ １ ０
燃机 【 】 中国专利： Ｌ ２ １０ １ ． Ｐ． Ｚ ０ １７ ８ ９ ３ 郭志平 ， 叶佩青 ， 张仕民， 微 型摆式发 动机 的总体设计 【】 等． Ｊ． 小型 内燃机与摩托车 ，０ ２ ３ （ ） ２０ ， １４ ．
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考 虑 是 由于 材 料 受 热 膨 胀 所 造 成 的 。
化 的一 个 关 键 问 题 … 。 而 ， 然 目前 国 内 外 对 于 挖 掘 机 工
似 ， 由 回转 装 置 的 回转 关 节 、 臂 相 对 回转 装 置 的 旋 它 动 转 关 节 、 杆 绕 动 臂 末 端 的 旋 转 关 节 以 及 铲 斗 绕 斗 杆 斗 末 端 的旋 转 关 节 构 成 的 １ ３ Ｒ一 Ｐ系 统 组 成 。 掘 机 工 作 挖 装 置 不 算 行 走 运 动 具 有 ４ 自 由度 。 坐 标 系 简 图 如 图 个 其
基于参数自适应模糊PID的液压挖掘机协调运动控制策略
（ ｃ ｏ ｌ ｆＡｕｏ ｔ ｎＳ ｉｎ ｅａ ｄ ＥｌｃｒｃｌＥｎ ｉｅｒｎ ， ｅｈ ｎ ｉｅｓｔ Ｂ ｉ ｎ ０ １ １ Ｃｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｔｍａｉ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｔｉａ ｏ ｏ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｂ ｉａ ｇ Ｕｎｖ ｒｉ ｙ， ｅｊ ｇ １ ０ ９ ， ｉａ ｉ
Ｅｌｃｒ ｎｃ ｐ ｅａｉｎ Ｃ ｎｅｅ ｃ ｒ ］ ２ ０ ． ｅｔｏ ｉｓＳ ｅ ｉｔ ｏ ｆｒｎ ｅ Ｃ ． ０ ４ ｏ
从仿 真 的结果来 看 ， 用 简单 的逻 辑 对 Ｓ Ｒ模 运 ４ 块 进行 控制 ， 实现 了在 负 载 突变 时 自动 调 节功 率 输
出 ， 有 很 好 的 动 态 响 应 性 能 ， 靠 性 和 实 时 性 。 文 具 可
ｔ ｉｈ ｐ ｗ ｒｂ ｓｅ［ ． ５ Ａ ｎ ａ Ｉ Ｅ ｏ ｒ ｅ ｈｇ ｏ ｅ ｕｓｓ Ａ］ ３ ｎ ｕｌ Ｅ Ｅ Ｐ ｗｅ ｄ
基于参数 自适 应模糊 Ｐ Ｄ的液压挖掘机 Ｉ 协 调 运动 控 制 策 略
刘 哲
（ 北京航 空航 天 大学 自动 化科 学与 电气工程 学 院 ， 京 １ ０ ９ ） 北 ０ １ １
Ｃｏ ｒ ｉ ａ ｅ ｏ ｅ ｎｔＣｏ ｒ ｌＳｔ ａ ｅ ｙ ｏ ｙ ｒ ｕｌ ｏ ｄ ｎ ｔ ｄ Ｍ ｖ ｍｅ ｎｔ ｏ ｒ ｔ ｇ ｆＨ ｄ ａ ｉ Ｅｘｃ ｖ ｔ ｒＢａ ｅ ｎ Ｆｕ ｚ Ｄ ｎｔ ｏ ｃ ａ ａ ｏ ｓ ｄ ｏ ｚ ｙ ＰＩ Ｃｏ ｒ ｌ
关键词 ： 液压挖 掘机 ； 协调 运动控 制 ； 模糊控 制
中 图 分 类 号 ： ７ ． Ｕ２ ０ １
文献标识 码 ： Ａ
ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔｍ ，ｗｈｃ ａ ｄ ｕ ｔｓ ｓｅ ｐ ｒ ｍｅ ｏ ｔｏ ｓｅ ｓ ｉｈ ｃ ｎ ａ ｊ ｓ ｙ ｔ ｍ ａ ａ —
工程机械控制技术专业毕业设计论文：工程机械液压系统的自适应控制算法研究
工程机械控制技术专业毕业设计论文：工程机械液压系统的自适应控制算法研究控制算法研究摘要：随着工业技术的不断发展，液压控制系统在工程机械领域得到了广泛应用。
然而，面对复杂多变的工况条件，传统的固定参数控制方法往往难以实现最优控制。
为了提高工程机械液压系统的性能和可靠性，本文旨在研究自适应控制算法在液压系统中的应用。
一、研究背景液压系统作为一种典型的动力传递装置，具有功率密度高、响应速度快等优点，被广泛应用于工程机械领域。
然而，由于工况复杂多变，如负载变化、油液温度变化等，使得液压系统表现出强烈的非线性特性。
传统的固定参数控制方法难以在这种情况下实现最优控制，因此，研究自适应控制算法在液压系统中的应用具有重要意义。
二、研究意义与目的本研究旨在探索自适应控制算法在工程机械液压系统中的应用，以提高系统的性能和可靠性。
通过引入自适应控制算法，能够根据工况变化自动调整控制参数，从而适应不同的工作条件。
这将有助于提高液压系统的稳定性、鲁棒性和适应性，为工程实践提供新的解决方案。
三、研究方法与步骤本研究将采用理论分析、实验研究和仿真分析相结合的方法，具体步骤如下：1. 系统设计：根据工程机械液压系统的特点，设计自适应控制算法的总体结构。
2. 数据采集：收集实验数据，包括系统在不同工况下的运行参数。
3. 控制模型构建：根据自适应控制算法的原理，构建相应的数学模型。
4. 算法实现：利用MATLAB/Simulink等工具，实现自适应控制算法的编程和仿真。
5. 实验验证：在实验平台上对自适应控制算法进行验证，分析系统的响应特性和控制效果。
6. 结果分析：对比实验数据和仿真结果，分析自适应控制算法的优越性和应用前景。
四、未来发展方向随着工业技术的不断发展，自适应控制算法在工程机械液压系统中的应用将更加广泛。
未来，研究方向可能包括以下几个方面：1. 优化算法设计：进一步研究更为先进的自适应控制算法，以提高系统的响应速度和稳定性。
液压挖掘机工作臂的自适应控制
掘机 的动 臂 位 于 下 端 极 限位 置 时 ， 掘 深 度 和 挖 挖
掘行程 达 到最 大＿ ． 】 ］
１ 铰 接 式 反 铲 液 压 挖 掘 机
铰接 式 反 铲 是 液 压 挖 掘 机 中 常 用 的 结 构 型 式 ， 动臂 、 杆 及 铲 斗 彼 此 铰 接 ， 执 行 机 构 液 即 斗 在 压缸 的 作 用 下 ， 部 件 绕 铰 点 摆 动 ， 成 动 臂 挖 各 完 倔 、 杆提 升 、 斗 卸土 等主 要功 能 运 动 。如 图 １ 斗 铲 ， 反 铲式 挖 掘机 工作 装 置 模 型 。在 挖掘 机 执 行 机 构 动 作过 程 中 ， 考虑 以下 几 点 ， 要 首先 是 动 臂 向 下 运
第 ３ ３卷 第 ６期
２１ ０ １年 Ｏ ６月
武
汉
工
程大学学来自报 Ｖｏ． Ｎｏ １ ３３ ．６
Ｊ ． Ｗ ｕ ａ Ｉ ｓ ． Ｔｅ ｈ ｈｎ ｎｔ ｃ．
Ｊｎ ｕ ． ２ １ ０１
文 章 编 号 ： ６ ４—２ ６ （ ０ １ ０ ０ ０ — ４ １７ ８ ９ ２ １ ） ６— １ ７ ０
动 时 ， 使 斗杆 和铲 斗 调 整 至准 确位 置 ， 进 行 下 要 并
一
步 的挖掘 动作 ； 臂 向上运 动 时 ， 动 通过 挖 掘 机 的
回转装 置 ， 工作 臂 运 动 至卸 土 位 置 ， 制 斗 杆 和 使 控 铲 斗配 合 动 作 ， 行 卸 土 。液 压 挖 掘 机 的工 况 变 进 化很 大 ， 如工 作对 象 和 环境 条 件 的不 断 改 变 ， 工 使
的 长 度 与 包 络 角 决 定 了 斗 杆 液 压 缸 的 行 程 。 当 挖
不依 靠 高 精 度 的数 学 模 型 。在 液 压 挖 掘 机 中 ， 因 参数 和 负载 变 化严 重 干 扰 其 控 制 系统 ， 执 行 机 在
液压挖掘机工作装置运动控制
实 现挖 掘机 局 部 操 作 控 制 的 自动 化 甚 至 整 机 的完
全 自动化 、智 能 化 已 成 为 可 能 ，同 时 实 现 挖 掘 的
自动化也是进一步提高挖掘机作业能力 和效率 的
需要 。因此 ，国 内外 的挖 掘 机 制 造 商及 有 关 科 研
建筑 机械 ２０．８（ ０７０ 上半月刊）
维普资讯
黼 《 壤
专题论述
ＳＵ ＶＥＹｌ ＮＧ
～
其 出发 点 是 考 虑 到 挖 掘 机 器 人 的工 作运 动 存
重复 挖掘 装载 的工况 。 ⑥Ａｒ ｏａ大学基 于模 糊 逻 辑 控 制策 略 的 自主 ｉｎ ｚ
［ 收稿 日期］２０ 一（ —１ ０７ ） ９ １ ［ 通讯地址］张大庆 ，湖 南省长沙市中南大学机 电工程学 院
机高 新技 术 的研 究 和 开 发 ，尤 其 是 在 挖 掘 机 工 作
装 置的运 动 控 制 上 ，该 项 研 究 作 为 挖 掘 机 自动 化
控制 的基 础 性 研 究 ，已逐 渐 成 为 各 国研 究 的焦 点 之一 ［３。同时 ，液压 挖掘机 工 作装 置 系统 属 于一 １］ Ｉ
［ 摘要］ 概述国内外液压挖掘机工作装置运动控制的研究 ，重点叙述了基于知识和基于模型的两种运 动控制的研究工作 ，对该项研究的现状与问题进行了分析，并提 出今后挖掘机工作装置运动控制的研究趋
势 和关键技 术 。
［ 关键词 ］ 液压挖掘 机 ；工 作装 置 ；运动 控制 ［ 中图分 类号］Ｔ ４ ２２ Ｄ ２ ． ［ 文献 标识 码］Ｂ ［ 章编 号］１０—５Ｘ（０７０—０ ３ ５ 文 ０ １５４ ２０ ）８０５— ０
液压挖掘机工作装置运动控制
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!""#$ "% ! 上半月刊 "
$ $微机 任何传感器# 其控制系 " % 通过对挖掘机工 作装置所建立的 ’ 自由度运动学模型# 把铲斗的速 度向量和 ’ 个液压缸的流量联系起来# 然后把流量 转换为电信号来驱动负载独立阀% 该系统的性能 通过突然改变液压缸的流量来检验# 最后给出试 验结果# 其控制精度水平方向在 ("")) 之内# 而 垂直方向的精度为 *"")) 之内% 但是该系统在处 理过程中加了一个假设# 那就是该系统是个准静 态系统# 忽略惯性项的影响# 采用 !) + ),- 的速度 控制铲斗进行挖掘% !韩国工程技术研究院智能工程装备系统 的有关研究%
& . #(" ’
45678 的任务是高效自主地挖掘沟渠# 并且在 没有人干预的情况下能适应各种土壤# 即使在挖 掘过程中遇到障碍 ! 如大石头 " # 该挖掘机仍能自 主避障# 完成设定轨迹的跟踪# 而且在整个挖掘 过程中无需操作手的干涉% 其计算机控制系统具 有两级分工) 高阶控制系统是含有人工智能挖掘 规则的 * 行为管理器+ # 采用有限状态机模型构建 整个软件# 并具备知识获取与学习能力, 低阶控 制器则将控制指定转化为适当的电压信号驱动电 液比例阀# 使工作装置能够正确的运动% #美国 =ABCD,E 技术学院的智能机械动力学实 & (( ’ 验室 ! 简称 7FG4" 的有关研究% 7FG4 实 验 室 !""< 年 对 带 有 反 铲 的 约 翰 迪尔 <<(" 系列拖拉机进 行 了 改 装 # 增 加 了 电 液 比例 阀 ( 位 置 和 压 力 传 感 器 以 及 ;/?@HBF($ " 触觉人 机 接 口 # 研 制 了 一 种 触 觉 增 强 型 的 挖 掘 机器人样 机 ! 简 称 /8-I8 " # 用 以 开 发 和 验 证 触觉控 制 算 法 在 移 动 装 备 上 的 应 用 # 它 属 于 主 从式机械手 结 构 % /8-I8 的 新 颖 之 处 在 于 它 可 以直接 在 触 觉 人 机 接 口 上 即 可 操 作 挖 掘 机 # 计 算机通过解运动学逆解和接受从机械手末端的 力反馈 来 实 现 自 动 挖 掘 % 由 于 用 电 液 比 例 阀 代 替 了 昂 贵 的 伺 服 阀# 因 此 成 本 相 对 较 低% /8-I8 的系统控制结构如图 ! 所示 %
液压挖掘机工作装置自动控制系统
1引言传统的液压挖掘机不能满足人们对地下资源、海底宇宙空间等场合下的开发利用，也不能满足人们对环境使用性作业，以及对不断提高生产率的要求。
这就要求实现挖掘机的智能化控制，代替驾驶员的人工操作，使人们摆脱简单、繁重的劳动。
近些年，单纯液压控制已不能满足整机性能的要求，智能技术正越来越多的应用于液压挖掘机传动系统控制。
智能控制就是在常规控制理论基础上，吸收人工智能、模糊数学、计算机科学、运筹学等其他学科中的新思想和新方法，对被控对象实现期望的控制。
电液比例数字控制技术可以有效地提了整机控制效果和自动化程度。
人工智能等先进的控制方法的运用，解决了挖掘机轨迹控制问题，提高整机控制技术的水平，促进智能控制技术在工程机械领域的应用，推动了液压挖掘机机电一体化技术的发展[1]。
本文介绍的挖掘机工作装置控制系统采用DSP芯片，实现了挖掘机工作装置的自动控制。
系统具有较高的控制精度和良好的操纵性[2]。
2挖掘机驱动系统及工作原理2.1液压挖掘机组成及工作原理液压挖掘机由发动机系统、液压系统、电气系统、工作装置、行走装置、覆盖件、回转系统以及驾驶室等部件组成，如图1所示。
1、发动机2、回转机构3、电气系统4、覆盖件5、驾驶室图1液压挖掘机构成根据杠杆原理，由液压缸推动动臂、斗杆和铲斗各构件之间相对旋转运动，从而实现人为控制液压挖掘机实现挖掘和卸料动作。
2.2液压驱动系统挖掘机液压系统是按照挖掘机工作装置和传动机构的要求，把各种液压元件用管路连接起来组成的。
目前国内大多采用负流量控制、全功率调节。
液压系统包括电磁比例阀、换向阀、液压马达、泵、连接管路等。
主控阀为中位开式六位三通式，主泵为双联轴向变量柱塞泵，排量为108cc。
主液压回路溢流阀压力设定为31.8MPa。
工作装置控制阀是八个阀芯的片式阀。
另外还有液压马达、油缸等液压元件。
电磁比例先导阀在电控系统作用下动作，使主控阀动作，推动液压缸伸出或者缩进，实现对挖掘机工作装置的电控操纵。
液压系统中的自适应控制算法研究
液压系统中的自适应控制算法研究第一章：引言液压传动技术在工程机械、船舶、航空航天等领域中广泛应用。
然而，由于液压执行元件的非线性、时变和耦合性，系统的控制一直是一个挑战。
为了提高液压系统的控制性能，自适应控制算法被广泛研究。
本文旨在介绍液压系统中的自适应控制算法的研究现状及未来发展方向。
第二章：液压系统的自适应控制算法2.1 基于模型的自适应控制算法液压系统的非线性和时变性质，使得常规控制方法难以实现较高的控制性能。
因此，基于模型的控制算法成为了液压系统中自适应控制的重要方法。
这种方法根据系统的数学模型来设计控制器，通过动态参数估计来实现自适应控制。
因为模型误差和参数不确定性的存在，基于模型的自适应控制算法也存在一些限制。
2.2 基于神经网络的自适应控制算法神经网络是一种非线性的模型，已被广泛应用于控制领域。
基于神经网络的自适应控制算法是液压系统中常用的方法之一。
该方法可以从信号中自动学习系统的行为模式，并基于学习结果来控制系统，适应系统非线性和时变性质。
但由于神经网络对数据量和训练参数的敏感性，需要针对具体系统设计合适的神经网络，并优化训练方法。
2.3 基于模糊逻辑的自适应控制算法模糊逻辑应用于自适应控制算法中，是一种基于经验或模糊规则的控制方法。
它可以从不同角度描述系统的特性，建立模糊规则库，使系统能够实现自适应性能。
这种方法已在某些液压系统中获得成功应用。
但由于模糊规则的模糊度较高，算法的可靠性和鲁棒性需要进一步研究。
第三章：自适应控制算法在液压系统中的应用3.1 活塞泵控制活塞泵控制作为液压系统中的基础控制，其控制效果直接影响整个液压系统的性能。
自适应控制算法在活塞泵控制中的应用已经得到广泛研究和应对，具有良好的控制效果。
3.2 液压伺服系统液压伺服系统是以液压缸为执行器的控制系统，现在已经被广泛应用于机床、成型机和机器人等领域。
对于液压伺服系统，高精度、快速、抗干扰是控制的核心问题。
自适应控制方法在液压伺服系统中的应用，可以提升系统的控制性能和鲁棒性。
液压挖掘机工作装置与液压系统设计的研究
液压挖掘机工作装置与液压系统设计的研究一、本文概述液压挖掘机作为现代土方工程中的重要设备，其工作装置与液压系统的设计直接影响到挖掘机的性能、效率和可靠性。
随着科技的进步和工程需求的提升，对液压挖掘机工作装置与液压系统的设计研究提出了更高的要求。
本文旨在深入探讨液压挖掘机工作装置与液压系统的设计原理、关键技术及其优化方法，以期为提升液压挖掘机的综合性能提供理论支持和实践指导。
本文将对液压挖掘机的工作装置进行详细介绍，包括其结构特点、工作原理以及性能要求。
在此基础上，分析工作装置与液压系统之间的相互作用关系，揭示工作装置对液压系统性能的影响机制。
本文将重点研究液压系统的设计原理，包括液压元件的选择、液压回路的布局、压力与流量的匹配等方面。
通过理论分析和实验验证，探索液压系统设计的最佳方案，以提高液压挖掘机的动力性、经济性和操纵性。
本文将探讨液压挖掘机工作装置与液压系统的优化方法。
结合现代设计理念和优化算法，对工作装置和液压系统进行综合优化，以提升挖掘机的整体性能。
对优化前后的挖掘机进行性能对比实验，验证优化方法的有效性和可行性。
通过本文的研究，旨在为液压挖掘机的设计、制造和使用提供有益的参考和借鉴，推动液压挖掘机技术的持续发展和创新。
二、液压挖掘机工作装置分析液压挖掘机的工作装置是其核心组成部分，其性能直接影响到挖掘机的作业效率、能耗以及使用寿命。
因此，对液压挖掘机的工作装置进行深入的分析和设计优化是至关重要的。
液压挖掘机的工作装置主要包括动臂、斗杆、铲斗等关键部件。
这些部件通过液压油缸和液压马达实现动力传递和动作控制。
在工作过程中，液压油的流动和压力变化直接驱动油缸和马达，从而带动工作装置的各个部件进行挖掘、提升、回转等动作。
液压挖掘机工作装置的设计需要考虑多种因素，如工作装置的力学特性、运动学特性、动力学特性等。
这些特性不仅影响到挖掘机的作业性能，还与其能耗和可靠性密切相关。
因此，在设计过程中需要进行详细的力学分析和计算，以确保工作装置能够满足各种复杂工况下的作业需求。
机械液压系统的自适应控制与优化
机械液压系统的自适应控制与优化机械液压系统是一种常见的力传递和能量转换系统，广泛应用于工业和民用领域。
然而，传统的机械液压系统通常具有固定的控制参数和工作状态，无法适应不同工况和负载变化，导致系统的性能和效率受限。
为了克服这些问题，研究人员提出了机械液压系统的自适应控制与优化方法，通过调整控制参数和工作状态，使系统能够自动适应不同的工况和负载变化，以提高系统的性能和效率。
首先，自适应控制是指机械液压系统根据实时测量的参数和反馈信息，自动调整控制策略和参数，以适应系统的动态变化和负载变化。
自适应控制首先需要实时测量和监测系统的状态和参数。
传感器是实现测量和监测的关键设备，通过测量液压系统的压力、流量、位移等参数，获取系统的实时状态和工作参数。
在自适应控制中，控制器根据测量结果和预设的控制策略，计算出相应的控制量，并通过执行机构控制系统的输出。
反馈传感器监测输出信号，并将反馈信息传递给控制器，实现闭环控制。
其次，自适应优化是指通过自动调整系统的控制参数和工作状态，使系统在给定的性能和效率要求下达到最佳工作状态的方法。
自适应优化主要包括两个方面的内容：参数调节和工作状态调节。
在参数调节中，系统根据实时测量的参数和预设的优化目标，自动调整控制参数，以达到最佳的控制效果。
优化算法和策略是实现参数调节的核心，目前常用的方法有模糊控制、神经网络和遗传算法等。
在工作状态调节中，系统根据实时测量的负载情况和工况变化，自动调整工作状态，如调整液压泵的转速和阀门的开启度，以适应不同的工作要求。
工作状态调节通常需要使用实时优化算法和模型预测控制方法，以达到最优的工作效果。
机械液压系统的自适应控制和优化方法可以显著改善系统的性能和工作效率。
首先，通过自适应控制和优化，系统可以根据实时工况和负载变化，自动调整控制参数和工作状态，以适应不同的工作要求。
这使得系统具有更好的适应性和灵活性，能够在不同的工况下实现稳定和高效的工作。
具有自适应控制的液压传动系统设计
具有自适应控制的液压传动系统设计液压传动系统在工程应用中有着广泛的应用，尤其在重型机械和工业生产中扮演着重要角色。
然而，传统的液压传动系统存在着一些问题，比如在负载突变时，系统响应速度慢，能耗高，精度不高等。
为了克服这些问题，一种具有自适应控制的液压传动系统设计应运而生。
自适应控制是指系统能够根据外界条件和负载的变化，自动调整其参数和工作状态，以达到高效、精确的控制效果。
在液压传动系统中，自适应控制可以通过引入传感器和智能控制单元实现。
首先，为了实现自适应控制，我们可以引入压力传感器和流量传感器，实时检测液压系统的工作状态。
当系统负载突变时，传感器可以感知到变化，并将信息反馈给智能控制单元。
智能控制单元根据传感器的反馈信息，通过自适应算法计算出合适的控制策略，并输出给执行元件，如液压缸或液压马达。
其次，自适应控制系统需要具备辨识和调整的能力。
辨识是指系统能够根据传感器的反馈信息，识别当前的工作状态，如负载的大小、速度的变化等。
调整则是指系统能够根据目标要求和识别结果，自动调整控制参数和工作状态，以实现高效的控制效果。
辨识和调整可以通过计算机视觉、模糊控制、人工神经网络等方法实现。
在设计具有自适应控制的液压传动系统时，还需要考虑到系统的安全性和稳定性。
一方面，系统需要具备自动诊断和故障保护的功能，当系统出现故障时能够及时报警并采取相应的措施。
另一方面，系统需要能够平稳过渡，并尽量避免系统的震荡和共振现象。
此外，为了提高液压传动系统的效率和能源利用率，可以考虑引入节能措施。
比如，可以通过优化液压泵和液压缸的工作参数、采用可变容积液压泵和变量导向阀等技术，降低系统的能耗，并达到节能的目的。
综上所述，具有自适应控制的液压传动系统设计具备了更高的响应速度、更精确的控制效果和更高的能源利用率。
通过引入传感器和智能控制单元，实现系统的自适应控制，在应对负载突变和变化环境的同时，还能保证系统的安全性和稳定性。
未来，随着科技的不断进步和应用的深入，具有自适应控制的液压传动系统将会有更广阔的发展前景，为工程应用带来更大的便利和效益。
挖掘机自适应控制系统研究与实现
挖掘机自适应控制系统研究与实现摘要：挖掘机是工程施工中常用的重型设备，其自适应控制系统可以提高施工效率和安全性。
本文通过研究挖掘机自适应控制系统的原理和实现方法，探讨如何优化挖掘机的自动化性能，提高其在不同工况下的适应能力。
1. 引言挖掘机是土木工程施工中不可或缺的设备，广泛应用于土方工程、建筑施工、矿山开采等领域。
随着科技的发展，挖掘机的自动化程度不断提高，自适应控制系统成为挖掘机领域的研究热点。
2. 挖掘机自适应控制的原理挖掘机自适应控制的原理基于传感器数据、控制算法和执行机构三个部分。
传感器用于采集挖掘机所需的外部环境信息，例如温度、湿度、重量等。
控制算法根据传感器数据分析外部环境变化，并自动调整执行机构，以达到最佳的工作状态。
挖掘机自适应控制系统的核心是控制算法的设计和实现。
3. 挖掘机自适应控制系统的关键技术（1）传感器技术：挖掘机自适应控制系统需要多种传感器来获取外部环境信息。
例如，温度传感器可以测量挖掘机的工作温度，湿度传感器可以测量挖掘机周围的湿度，重量传感器可以测量挖掘机的荷载情况等。
（2）控制算法：挖掘机自适应控制系统需要具备强大的控制算法来处理传感器数据并提出相应的调整措施。
常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
（3）执行机构：挖掘机自适应控制系统需要能够实现自动调整的执行机构，例如电动机和液压系统。
这些执行机构需要通过控制算法指令来调整挖掘机的工作状态。
4. 挖掘机自适应控制系统的实现挖掘机自适应控制系统的实现需要设计和开发相应的硬件和软件。
在硬件方面，需要选择适用于控制系统的传感器、执行机构和控制器等。
在软件方面，需要编写控制算法和用户界面等。
此外，还需要进行系统的测试和调试，以确保系统的稳定性和可靠性。
5. 挖掘机自适应控制系统的应用前景挖掘机自适应控制系统的应用前景广阔。
一方面，它可以提高挖掘机的施工效率，实现更精确和高效的工作。
另一方面，它可以增加挖掘机的自动化程度，减少人工操作的需求，提高工作安全性。
电气液压系统中的自适应控制技术研究
电气液压系统中的自适应控制技术研究第一章电气液压系统概述电气液压系统是应用电气与液压控制相结合的技术手段，实现对机器运动控制和动力传递的一种技术方案。
它是一种基于压力、流量、位置、速度等特征量的静态和动态控制，具有传动、调速和节能等优点，广泛应用于工业机器和自动化设备中。
随着技术的不断发展，电气液压系统也面临着越来越高的性能要求，需要更加灵活、精确、节能的控制技术支持。
第二章电气液压系统的自适应控制技术2.1 自适应控制技术的概念自适应控制是指系统根据外部扰动和内部变化实时调整系统控制参数的技术手段。
它能够帮助系统快速适应各种工作条件，提高控制精度和稳定性，达到更好的节能和控制效果。
2.2 自适应控制技术在电气液压系统中的应用电气液压系统在工作过程中会受到各种因素的影响，例如负载变化、温度变化、摩擦等，导致控制参数的变化。
自适应控制技术可以通过实时调整控制参数，帮助系统快速适应这些因素的变化，提高系统的控制性能和稳定性。
例如，在流量控制阀中引入智能控制算法，可以实时调整阀口开度，使流量实现稳定控制；在位置控制系统中引入自适应控制技术，可以根据负载和摩擦等因素实时调整PID控制器的参数，提高控制精度和稳定性。
第三章电气液压系统中的自适应控制技术研究3.1 自适应流量控制自适应流量控制是指根据系统实际流量和设定流量之间的差值实时调整阀口开度的一种技术手段。
通过引入自适应神经网络控制算法，可以实现系统流量快速响应和稳定控制。
具体实现方法包括输入层的设定值和实际值、隐藏层的隐节点和权值、输出层的阀口开度等。
3.2 自适应位置控制自适应位置控制是指根据系统负载和摩擦变化等因素实时调整PID控制器的参数，保证位置控制精度和稳定性。
通过引入自适应约束滑模控制算法，可以实现非线性系统的自适应控制。
具体实现方法包括建立系统的数学模型、调整滑模控制器的参数、确定自适应控制量等。
3.3 自适应节能控制自适应节能控制是指根据负载变化和工作状态实时调整变量泵的排量和压力，实现电气液压系统节能控制的一种技术手段。
液压系统的自适应控制考核试卷
C.增加系统开环增益
D.采用智能控制算法
4.液压系统中的常见负载类型包括：（）
A.阻性负载
B.惯性负载
C.摩擦负载
D.瞬态负载
5.自适应控制策略在液压系统中的应用主要包括：（）
A.压力控制
B.流量控制
C.位置控制
D.温度控制
6.以下哪些是液压系统中可能出现的非线性现象？（）
A.系统建模
B.控制器设计
C.系）：
二、多选题（20题，每题1.5分，共30分）
1. __________
2. __________
3. __________
4. __________
5. __________
6. __________
7. __________
B.精度不够
C.磨损导致性能下降
D.与控制系统不匹配
16.以下哪些因素会影响液压系统的动态性能？（）
A.液压泵的流量脉动
B.液压缸的泄漏
C.控制阀的响应速度
D.系统的压力损失
17.自适应控制与传统的PID控制相比，以下哪些是自适应控制的优点？（）
A.对参数变化的适应性
B.对系统不确定性的鲁棒性
C.控制效果更好
8. __________
9. __________
10. __________
11. __________
12. __________
13. __________
14. __________
15. __________
16. __________
17. __________
18. __________
2.液压系统的自适应控制不需要对系统进行建模。（）
液压挖掘机的智能控制_包枫
J- J0 J- J0
J JJ
（5）
5 结束语
本文采用 CCS2 编译软件和 C 语言，应用程序建立在源 码公开的嵌入式实时操作系统 μC／OS2Ⅱ基础上。它是内核 小、实时性很强的实时多任务操作系统，可实现各种数据的实
时处理及任务间的调度。
参考文献： [1] 陈正利. 挖掘机行业在提速前进[A]. 中国工程机械行业第四届信
4.1 编码方案
遗传算法从可能潜在解集的一个群体开始，它由经过基
因编码的一定数目的个体组成[7]。由于二进制编码存在着诸多
缺点，采用效率较高、反映能力较好的浮点数编码方案。通过
调整量化和加权因子的大小，可以改变对偏差和偏差变化的
加权程度。
4.2 目标函数
考虑到电磁阀门开度控制量 u 的经济性，将超调量作为
此，Pc 和 Pm 在进化的不同阶段能够自动地调整。 定义 1—— —种群均值。设 Ch(t)( =1，2，□，m)表示第 t 代染
色体，m 表示种群的个体总数，则第 t 代种群均值：
m
Ch(t)=
1 m
∑Chi (t)
i=1
（2）
定义 2—— —个体偏离度。第 t 代个体偏离度为：
∑1
Di = 0
1 挖掘机的工作装置
1.1 结构 液压挖掘机工作装置是由动臂、斗杆、铲斗和液压油缸等
构成的连杆机构，通过电液控制系统控制液压油缸的伸缩来 实现运动控制[3]。挖掘机工作装置电液驱动控制系统的控制模 型结构如图 1 所示，并在作业过程中，采用通过电磁比例先导 阀控制多路换向阀的方法。
R（t)
U
控制器
放大器
33- 35. [10] 刘君华. 虚拟仪器编程语言 Labwindows/CVI 教程[M]. 北京：电子
液压挖掘机工作装置的自适应控制概要
1288 同济大学学报( 自然科学版第 35 卷卖方公司投入的努力水平 ( e 1并不会影响卖方公司在交易完成后对买方公司的持股比例以及买方支付的现金金额 . 影响卖方公司在混合支付契约中的最适持股比例 ( s * 的因素主要有 : 买卖双方公司的风险规避程度 ( r 2 , r 1 、公司价值共变异风险 ( %12 、买方公司的个别风险 ( %2 、买方公司投入的努力的成本系数 ( . 直接影响买方公司支付给卖方公司的最适现金金额( c * 的因素有: 卖方公司的持股比例 (s 、买方公司投入的努力水平( e 2 及努力成本系数( 、买方公司的风险规避程度 ( r 2 、买方公司的个别风险( %2 . 在双方道德风险规避模型之下, 当买方公司的风险规避系数( r 2 很小时, 卖方公司愿意接受的股票比例( s * 与买方公司愿意支付的现金金额 ( c * 呈负向关系. 卖方公司的风险规避程度越大, 则对买方公司的持股比例越小. 卖方公司的最适持股比例必定介于 0 与 1 之间, 买卖双方公司必须共同努力经营 , 任何一方都不能将风险完全转移给另一方, 因此, 混合性支付方式是公司资产剥离的最佳选择. 参考文献 : [ 1] Hansen Robert G . A t heory f or t he choice of exchange medium [ 7] * * in mergers and acquisitions[ J] . Journal of Business, 1987, 60: 75. [ 2] Fishman M ichael J. Preempt ive bidding and the role of t he medi um of exchange in acquisitions [ J ] . T he Journal ofFinance, 1989, X LIV( 1 : 41. [ 3] Eckbo B Espen, G iammarino Ronald M , H einkel Robert L. Asymmet ric informat ion and t he medium of exchange in takeovers: t heory and t est s [ J ] . T he R eview of Financial Studies, 1990, 13( 4 : 651. [ 4] Brow n D T, Ryngaert M D . T he mode of acquisit ion in takeovers: t axes and asymm et ric inf ormat ion[ J] . Journal of Fi nance, 1991, 46: 653. [ 5] Eckbo B Espen, Langoh r Herw ing. Informat ion disclosure, met hod of paym ent, and takeover premiums[ J ] . Journal of Fi nancial Economics, 1989, 24: 363. [ 6] Emery G ary W, Sw it zer Jeannett e A . Expect ed m arket react ion and t he choice of met hod of payment of acquisit ions[ J ] . Finan cial M anagement, 1999, 28: 73. M yers S, M ajluf N . Corporate financing an d invest ment decision w hen f irms have inf ormat ion investors do not have[ J ] . Journal of Financial Economics, 1984, 13: 187. [ 8] T ravlos N ickolaos G. Corporate t akeover bids, met hods of pay m ent, and bidding f irms% stock ret urns[ J] . The Journal of Fi nance, 1987, X LII( 4 : 943. [ 9] H olmst rom Bengt . M oral hazard an d observability[ J] . The Bell Journal of Economics, 1979, 10 ( 1 : 74. ( 编辑 : 张弘 ( 上接第 1263 页 [ 5] N guyen Hong Q uang. Robust low level cont rol of robot ic excava t ion[ D ] . S ydney: A ustralian Cent re for Field Robot ics, T he U ni versit y of Sydney, 2000. [ 6] Eugeniusz Budny, M iroslaw Chlosta, Wit old G utkow ski. Load in dependent cont rol of a hydraulic excavator [ J ] . A ut omat ion in Const ruct ion, 2003( 12 : 245. [ 7] Bradley David A, Sew ard Derek W. Developing real time au t onomous excavat ion t he LU CIE st ory [ C ] &Proceeding of t he 34t h conference on decision & control. N ew O rleans: [ s. n. ] , 1995: 3028- 3033. [ 8] Lee S U , Chang P H. Cont rol of a h eavy dut y robot ic excavator using t ime delay cont rol w it h int egral sliding surf ace[ J] . Cont rol Engineering Pract ice, 2002, 10: 697. [ 9] 陈欠根 , 纪云锋 , 吴万荣 . 负载独立流量分配 ( LU D V 控制系统 [ J ] . 液压与气动 , 2003( 10 : 10. CHE N Q iangen, JI Y unfeng, WU Wanrong. Load independent f low dist ribution cont rol syst em [ J] . Hydraulic and Pneumat ic, 2003( 10 : 10. [ 13] [ 12] [ 11] [ 10] 李洪人 . 液压控制系统[ M ] . 北京 : 国防工业出版社 , 1981. LI Hongren. H ydraulic controlling system[ M ] . Beijing: N at ional Defense Indust ry Press, 1981. 张伟汉 . 阀控非对称油缸控制系统及特性研究 [ D ] . 长春 : 长春理工大学光电与机械工程学院 , 2002. ZHA NG W eihan. T he research of non symmet ry oil cyl inder sys tem controlled by symm et ry valve and charact erist ic [ D ] . Changchun: Photo Electronic and M echanical College, Changchun U niversity of S cience and Technology, 2002. 王占林 . 近代液压控制[ M ] . 北京 : 机械工业出版社 , 1997. WA NG Zhanlin. M odern hydraulic control [ M ] . Beijing: China M achin e Press, 1997. 张成乾 , 张国强 . 系统辨识与参数估计 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 , 1986. ZHAN G Chengqian, ZHAN G G uoqiang. S yst em ident if icat ion and parameters est imat ion [ M ] . Beijing: China M achine Press, 1986. ( 编辑 : 杨家琪。
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式中: X v 为阀芯位移 ; I 为比例阀的 控制电流; K I 为比例阀的电流增益 ; b 为惯性环节的时间常数. 2. 2 电液比例阀的流量方程 针对本试验平台 , 由 L UDV 系统工作原理 得阀的流量方程 , 如式( 2) , ( 3) 所示 . Q 1 = C d WX v C d WX v - Cd WX v Q 2 = C d WX v 2 2 2 p1 = p, I ( t) ∀ 0 ( 2) 2 ( p 1 - p r) , I ( t ) < 0
. 目前各类工程机械正向机电一体
[ 2, 3]
化和作业自动化方向发展, 液压挖掘机自动化也逐 渐成为各国的研究重点 ; 其工作装置的 自动控
[ 4]
制又成为国内外研究的热 点课题
. 1989 年 , 同济
Байду номын сангаас
大学工程机械教研室研制出我国第一台微机控制的 挖掘机正铲装置试验台, 通过编程实现设定直线轨 迹的挖掘作业过程控制 ; 1991 年, 浙江大学 的机械 设计研究所完成了液压挖掘机作业过程微机操纵技 术的初步研究, 在试验台上完成了基于设定路径的 挖掘作业循环过程 . 但由于实验研究与实际生产间 的差距 , 以上成果 至今均未能投 入使用[ 4] . 国 外在 这方面的研究较为深入, 澳大利亚机器人技术中心 对 PC05 7 小松微型挖掘机进行液压系统改造 , 提 出了对工作装置进行模糊滑模控制和力 / 阻抗控制 , 其控制精度在 20 cm 以内, 而且其控制方法对液压 系统 的 非线 性 及系 统 的不 确定 性 有 较好 的 鲁 棒 性
Abstract: T he paper present s an introduct ion of the retrofit ted elect ro hydraulic system and hardw are archit ecture of cont rol syst em f or hydraulic robotic excavat or and the model of electro hydraulic system derived according t o t he principle of load independent f low distribution ( LUDV) system. Based on t he above study and relevant result s of ex periments, the model w as simplified, and the reference model for cont rol w as est ablished; an adaptive controller ( AC) and the adaptive control law were developed from the local paramet er opt imum. T he test ex periment on the t rajectory t racking control of t he excavat or bucket tip w as carried out, and the result of tracking object ive line for the AC and proportional int egral different ial ( P ID) controller is present ed respectively. According t o t hese result s, the errors bet ween the test ed data and t he t arget dat a for PID cont roller are more than 110 mm w hen t he level tracking velocit y of t he bucket speed is 107 m m!s- 1 ; since the t racing error of AC in this paper is less t han 100 mm at the speed of 135 mm !s- 1 , and t he maximal nonlinearit y is reduced t o 3. 8% from 4. 8% , t he proposed AC proves valid and feasible. Key words: excavator; elect ro hydraulic proport ional system; load independent flow dist ribut ion sys tem; trajectory t racing; adaptive cont rol
; 但是由于在研究 中采用的是伺 服阀, 无 论从
成本的角度, 还是从节能的角度, 与工程实际差距较 远. 波兰华沙的施工机械化和矿业学院应用负载独 立液压阀控制挖掘过程, 其控制精度水平方向在 10 cm 之内 , 而垂直方向的精度为 50 cm 之内, 速度为 2 m !min - 1 ; 由于该研究没有外加传感器 , 而且是在 静 态下 进 行 研 究 , 所 以 在 实 际 工 程 中 是 不 适 用 的[ 6] . 英国 Lancaster 大学对 JCBB01 挖掘机改造得 到 了 L ancaster U niversity Computerized Intelligent Ex cavator( L UCIE) 挖掘机. 该挖掘机可以在不同的 土壤类型和地形情况下挖出设定深度的壕沟, 该挖 掘机能实现自主避障 , 完成设定轨迹的跟踪, 而且在 整个挖掘过程中无需操作手的干涉 [ 7] . 韩国现代研 究院的机器人研究分院提出一种基于时间延迟控制 ( T DC) 的鲁棒控制方法, 并在 Hyundai 的 H X60W 2 型挖掘机上进行了试验, 主要是针对直线挖掘 , 无论 水平直线还是倾斜直线挖掘 , 其精度均在 10 cm 之 内[ 8] . 以上两家为了实 现对工作装置 的控制, 并未 考虑系统的节能性, 同样难于在工程实际中推广. 考 虑到以上的问题 , 本文的试验平台采用湖南山河智 能机械有限公司的 SWE85 型挖掘 机, 仅在该 挖掘 机上稍加改造
第 35 卷
液压挖掘机由于其经济性及具有适应多种用途 的优点, 被广泛应用于农业、 建筑及军事等领域 , 在 基础建设方面起到举足轻重的作用 , 已成为工程机 械的主流产品
[ 1]
型挖掘机工作 装置三自由度水平直线 挖掘进行研 究 , 这种工作模式在挖掘机进行精整作业时经常用 到 , 如将成堆的土摊平、 简单的压实、 对地面进行刨 平作业等 . 而要实现在正常速度下仍然保持较高的 精度, 需要操作手同时协调地控制动臂液压、 斗杆及 铲斗液压缸 , 因此只有熟练的操作手才能完成. 而本 文研究的目的是: 即使普通的操作手通过一个自动 按钮也可以实现水平直线挖掘, 而且在实现自动控 制的同时, 更考虑了整个系统的节能性, 因此有较好 的实用价值 .
[ 5]
1 试验挖掘机简介
本文对液压挖掘机进行机器人技术改造后的电 液比例系统如图 1 所示 . 其硬件控制系统构成如图 2 所示 , 系统为上、 下位机两级结构 , 上位机 PC 计算 机根据目标轨迹计算出相应的目标转角序列传递给 下位机 , 而下位机根据上位机的目标转角指令, 应用 采样检测到的关节位置信号和油缸压力信号 , 执行 位置控制算法 , 而后输出电压信号控制先导阀驱动 工作液压缸 .
[ 9]
2. 3 液压缸的连续性方程 可 通常工程机械不允许存在外漏油现象, 近年来 由于密封技术的发展, 已经基本杜绝了外泄现象 ; 实 际上作者通过多次试验 , 发现试验机内泄确实很小. 因而可以忽略内外泄的影响 . 当无杆腔进油, 有杆腔 回油时 , 得到液压缸的连续性方程为 ! ! Q 1 = A 1 y + V 1 p 1 / e, Q 2 = A 2 y- V 2 p 2 /
第 35 卷第 9 期 2007 年 9 月
同 济 大 学 学 报( 自 然 科 学 版)
JOURNAL OF T ONGJI UNIVERSIT Y( NATU RAL SC IENC E)
V ol. 35 N o. 9 Sep. 2007
液压挖掘机工作装置的自适应控制
何清华1 , 张大庆1, 2 , 黄志雄1 , 张新海1
图2
控制系统的硬件结构示意图
Fig. 2 Hardware architecture of control system
第9期
何清华 , 等 : 液压挖掘机工作装置的自适应控制
1261
2 电液比例系统模型
2. 1 电液比例阀动态特性 由于系统的电液比例系统由比例减压阀与多路 阀组成 , 因此将电液比例阀阀芯的位移与输入电流 之间的传递函数简化为一阶环节. X v( s ) / I ( s ) = K I ( 1 + bs ) ( 1)
Adaptive Control of Hydraulic Excavator Manipulator
H E Qi nghua 1 , ZH A NG Daqi ng 1 , 2 , H UA NG Zhix iong 1 , ZH A NG X i nhai 1
( 1. College of M echanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China; 2. Hunan Sunward Intelligent M achinery CO. , LT D, Changsha 410100, China)
[ 3]
图 1 改造后的电液比例系统示意图 Fig. 1 Retrof itted electro hydraulic system of excavator