目前液壓挖掘機(jī)的操縱方式主要為先導(dǎo)液壓控制(中大型挖掘機(jī))和機(jī)械控制(小型挖掘機(jī)),先導(dǎo)液壓控制操作比較舒適,但是如果采用先導(dǎo)液壓控制就需要一套額外的液壓系統(tǒng)(先導(dǎo)液壓系統(tǒng)),這就造成挖掘機(jī)的液壓管路布線十分復(fù)雜故障率較高,而且不易于挖掘機(jī)的自動(dòng)化控制。 電控液壓挖掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有很多比如可以輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控(山河智能SWEROB、SWEROB2010),或是對(duì)于挖掘軌跡的自動(dòng)控制從而實(shí)現(xiàn)水平挖掘。電控液壓挖掘機(jī)的多路閥可以采用單電液比例閥,可以實(shí)現(xiàn)高精度的控制,最近比較關(guān)注一種新穎的操縱方式的電控液壓挖掘機(jī)。如下圖: 圖片摘自Henning Hayn & Dieter Schwarzmann的論文“A Haptically Enhanced Operational Concept for a Hydraulic Excavator” 傳統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)操縱手柄對(duì)于司機(jī)的技能水平有很高的要求,上圖這種挖掘機(jī)操縱裝置(Personal Haptic Interface Mechanism)很明顯操縱很直觀,操縱裝置的姿勢(shì)會(huì)直接映射到工作裝置的姿勢(shì),如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理不僅操縱方便而且會(huì)有一些額外的功能是傳統(tǒng)的先導(dǎo)操縱手柄所不能實(shí)現(xiàn)的,比如挖掘機(jī)水平面平整作業(yè)可以在這種操縱裝置的前方放置一塊板子操縱裝置的指尖貼在板子上挖掘就可以實(shí)現(xiàn)水平挖掘(可能會(huì)存在控制精度誤差)。下面是這種挖掘機(jī)的控制原理: 圖片摘自Joseph George Frankel 的論文“Development of a Haptic Backhoe Testbed” 上圖的原創(chuàng)作者(Joseph George Frankel)在做這個(gè)項(xiàng)目時(shí)應(yīng)用一臺(tái)裝有Matlab的主控機(jī)(Host pc)和目標(biāo)機(jī)(Target pc)通信把控制程序傳到目標(biāo)機(jī),然后有目標(biāo)機(jī)控制挖掘機(jī)的動(dòng)作,液壓系統(tǒng)多路閥采用的是PVG32的電液比例閥,在液壓缸上安裝了位置傳感器,在主回路上安裝了壓力傳感器,整個(gè)控制系統(tǒng)為閉環(huán)PID控制系統(tǒng)。 在這種電液比例液壓系統(tǒng)中最為困難的是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),由于液壓系統(tǒng),電磁轉(zhuǎn)換系統(tǒng),機(jī)械系統(tǒng)都存在一定的非線性因素和參數(shù)的不確定性,所以設(shè)計(jì)出來的控制系統(tǒng)的魯棒性很難得到保證。 Matlab在最近的版本中完善了一些模擬液壓系統(tǒng)(SimHydraulics)、模擬機(jī)械系統(tǒng)(SimMechanics)的建模功能,可以將Pro/e,solidworks中的實(shí)體模型導(dǎo)入到SimMechanics中,再與SimHydraulics結(jié)合進(jìn)行仿真,Matlab的控制工具箱功能十分強(qiáng)大,可以利用GUI界面對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析,提供了多種方法對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 圖片摘自Joseph George Frankel 的論文“Development of a Haptic Backhoe Testbed” PID閉環(huán)反饋控制是在機(jī)械控制工程中經(jīng)常用到的控制方法,但是對(duì)于挖掘機(jī)這種非線性系統(tǒng)來講參數(shù)調(diào)整非常困難,而且由于模型本身的不確定性很可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)完全失效,模糊控制(Fuzzy logic)這種控制方法很適合這種非線性系統(tǒng),能夠好的保證系統(tǒng)的魯棒性,以上是我對(duì)與這種具有新穎的操縱裝置的電液控制挖掘機(jī)的一些展望,其中參考了一些外文的文獻(xiàn),目前正在研究模糊控制的一些理論知識(shí),如果有什么進(jìn)展會(huì)盡快跟大家分享,由于本人學(xué)識(shí)有限很多東西都是一知半解,很多東西讓大家見笑了,非常期盼大家的交流和指點(diǎn)。 |