對于電控液壓挖掘機的展望

taiyuankejizhu

    目前液壓挖掘機的操縱方式主要為先導(dǎo)液壓控制（中大型挖掘機）和機械控制（小型挖掘機），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，而且不易于挖掘機的自動化控制。

    電控液壓挖掘機的優(yōu)點有很多比如可以輕松實現(xiàn)遠程操控（山河智能SWEROB、SWEROB2010），或是對于挖掘軌跡的自動控制從而實現(xiàn)水平挖掘。電控液壓挖掘機的多路閥可以采用單電液比例閥，可以實現(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。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)的液壓挖掘機操縱手柄對于司機的技能水平有很高的要求，上圖這種挖掘機操縱裝置（Personal Haptic Interface Mechanism）很明顯操縱很直觀，操縱裝置的姿勢會直接映射到工作裝置的姿勢，如果控制系統(tǒng)設(shè)計合理不僅操縱方便而且會有一些額外的功能是傳統(tǒng)的先導(dǎo)操縱手柄所不能實現(xiàn)的，比如挖掘機水平面平整作業(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現(xiàn)水平挖掘（可能會存在控制精度誤差）。下面是這種挖掘機的控制原理：

                                                                           

                          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）在做這個項目時應(yīng)用一臺裝有Matlab的主控機（Host pc）和目標機（Target pc）通信把控制程序傳到目標機，然后有目標機控制挖掘機的動作，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，由于液壓系統(tǒng)，電磁轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，機械系統(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）、模擬機械系統(tǒng)（SimMechanics）的建模功能，可以將Pro/e,solidworks中的實體模型導(dǎo)入到SimMechanics中，再與SimHydraulics結(jié)合進行仿真，Matlab的控制工具箱功能十分強大，可以利用GUI界面對控制系統(tǒng)進行分析，提供了多種方法對控制參數(shù)進行調(diào)整。

                                                                              

                          圖片摘自Joseph George Frankel 的論文“Development of a Haptic Backhoe Testbed”

           PID閉環(huán)反饋控制是在機械控制工程中經(jīng)常用到的控制方法，但是對于挖掘機這種非線性系統(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，以上是我對與這種具有新穎的操縱裝置的電液控制挖掘機的一些展望，其中參考了一些外文的文獻，目前正在研究模糊控制的一些理論知識，如果有什么進展會盡快跟大家分享，由于本人學(xué)識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。

bacon1989

師兄終于露面了。。。

taiyuankejizhu

bacon1989 發(fā)表于 2011-9-1 22:21
師兄終于露面了。。。

+ P+ \0 I3 M/ T% M- c0 s* ]! G我一直在呀，只不過最近比較活躍，歡迎交流，哈哈.....

xiaodoudou996

如果把液壓馬達換為電馬達，那個左先導(dǎo)手柄上如何接呀？求高手解釋一下？

xiaodoudou996

樓主寫得很好，就是太謙虛了

xiaoshxin

這么高深的東西

英德康

# p1 f) t$ d# L5 Z& m* z謝謝樓主詳細介紹，目前挖掘機先導(dǎo)控制跑冒滴漏，微控性差，尤其在推廣使用國III，國IV電控發(fā)動機的今天，先導(dǎo)控制更是無法與發(fā)動機電控模塊接口，限制了電噴發(fā)動機的節(jié)能功能。電液比例控制低成本的做法是利用原有國產(chǎn)的液控多路閥，用電液比例減壓閥控制液控多路閥即可實現(xiàn)挖掘機的電液比例控制。挖掘機電液比例控制取代先導(dǎo)潛力很大，若能以此系統(tǒng)做平臺，實現(xiàn)水平作業(yè)，那將是成本低，收益高的好方案。

詳見裝載機電控升級改造一：工作機構(gòu)多路閥電液比例控制及發(fā)動機變工況功率匹配
http://bbs.cmiw.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=260197
' q+ m4 E7 a+ ~! Y, B  ~

red1945

電控的優(yōu)勢就是延遲短，而且成本是越來越低，起初肯定高！延遲短了操作性能好，也省油，畢竟挖機的工況復(fù)雜，負荷變化快

英德康

xiaodoudou996 發(fā)表于 2012-5-13 12:07
如果把液壓馬達換為電馬達，那個左先導(dǎo)手柄上如何接呀？求高手解釋一下？

液壓馬達換電機驅(qū)動？還是電機液壓泵？
你是不是講液壓泵換成泵電機組？若是這樣，都可以使用先導(dǎo)手柄控制，但微控性不好，不節(jié)能。
5 a/ T# W/ h( B1 k3 B單比例調(diào)速：
- [) C# Y! ?2 @, ^2 p7 Q# h電子手柄代替先導(dǎo)減壓手柄，用泵電機組控制器（CUTIS和ZAPI）控制電機的比例調(diào)速和開關(guān)電磁換向閥，可以實現(xiàn)單功能比例調(diào)速。
也可采用比例減壓閥對現(xiàn)有先導(dǎo)液控多路閥進行電液比例改造，可以全功率比例調(diào)速。即：電機馬達實現(xiàn)一級調(diào)速，即：粗調(diào)，用比例減壓閥的先導(dǎo)多路閥實現(xiàn)“精調(diào)”，即可提高微控性，提高作業(yè)效率，也可節(jié)能。
多機構(gòu)同步比例調(diào)速：
, W- H) J+ [% Q8 ~) w4 t若想實現(xiàn)多功能同步動作，則需采用電液比例多路閥和比例放大控制器（TECNORD， REXROTH，HAWE），新一代比例放大器可以實現(xiàn)四個通道雙向比例控制，同時具備電馬達控制器或發(fā)動機油門的控制接口，可以實現(xiàn)電馬達的比例調(diào)速和功率匹配。
- T5 h3 ^' k; f8 A2 x英德康 www.indcom.com.cn
3 \- n0 e. G5 H* O; l

液壓iHydraulic

這個電控液壓挖掘機應(yīng)用普遍嗎? 目前一些國產(chǎn)機連先導(dǎo)液控都做不大好!!