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系統(tǒng)辨識與實時控制斗輪式裝載機的液壓系統(tǒng)土方設備
摘要
土方設備行業(yè)的迅速整裝待發(fā)，準備在近期實現(xiàn)數(shù)字化控制技術在其產品的快速部署的效率，性能，安全性和操作舒適巨大收益。世界上主要有兩種類型的移動設備操作的最多:挖掘機和輪式裝載機?，F(xiàn)在挖掘機已受到業(yè)界的關注。輪式裝載機產品在本文研究的是另一種高容量多功能機在配置頻譜的另一端的例子。一個先進的電液開放中心的非壓力補償閥控制系統(tǒng)的狀態(tài)進行了研究，以評估通過實施數(shù)字化速度伺服控制的潛在收益?？刂颇繕耸菨M足運營商自覺響應要求，滿足運營商認為光滑度要求，創(chuàng)建一個子系統(tǒng)，可以接受命令弗勒曼自治區(qū)高層次的規(guī)劃控制。
數(shù)字化速度的閉環(huán)控制是成功實施的一個貨架輪式裝載機采用標準比例積分（PI）和閥的動態(tài)變換算法的議案。動態(tài)轉換閥是液壓流量功能，是一種發(fā)動機轉速和氣缸壓力桿端功能。魯棒性的性能進行了驗證，通過廣泛的系統(tǒng)建模，驗證，并在大卡特彼勒輪式裝載機型號的硬件測試。
簡介
汽車行業(yè)已經在效率，性能，安全性巨大收益和乘客由最近在其產品的數(shù)字化控制技術的廣泛和快速部署的舒適度。地球發(fā)展的行業(yè)正在迅速整裝待發(fā)，準備在短期內實現(xiàn)類似的收益。主要有兩種類型的推土設備：挖掘機和輪式裝載機。長遠目標是建立一個獨立的產品，不再操作技巧和耐力依靠最大限度地提高性能。衡量其性能的噸/小時，該材料的處理最小化的運作在成本/噸的形式加工材料成本的形式。我們的目標是開發(fā)控制子系統(tǒng)，改善經營人/機的性能，降低運營成本，這將作為較低級別控制子在自治區(qū)控制器的等級制度。
輪式裝載機（WTL中）有許多大小。工作重量范圍從15000-350000和馬力馬力范圍從100-1200。小到中型機器的應用程序（例如，施工和材料處理應用）最廣泛而較大的機器往往是用于礦山的應用為主。 WTL的一個常見的功能是利用卡車裝載?？ㄜ囇b載周期是一個重復的四個步驟，其中一些類型的材料是從股票樁運到卡車上。這個過程開始時，運營商的股票樁公羊和命令的聯(lián)系，以提升負載，而在同一時間向后搖桶（步驟1：旅行，股票樁和挖）。當水桶已滿載，逆向操作的變化和旅行轉向時向后一個位置，使他有足夠的空間，然后轉移到前進，前往卡車。經營者繼續(xù)這次旅行期間提出的部分，以便它清除車床上時，他減慢，達到卡車（步驟2：前往卡車）負載。運轉員接著命令桶傾倒從而釋放負載到卡車床（步驟3：轉儲）。最后，操作命令把水桶架回其水平位置。同時，旅游經營者進入反向變化和命令的聯(lián)系，以降低再挖周期（步驟4：行程開始位置）返回地面。
本研究的重點是數(shù)字化速度的閉環(huán)控制的執(zhí)行情況在執(zhí)行子一個先進的輪式裝載機移動設備的接地電流狀態(tài)系統(tǒng)。這項技術的應用不僅限于WTL以及實際上已經到了地球的各種移動設備的廣泛應用。挖掘機
液壓子系統(tǒng)的控制問題已引起廣泛關注最近有液壓子在一般系統(tǒng)。
描述輪式裝載機的子系統(tǒng)
土方設備可細分為4個子系統(tǒng)。（1）動力裝置，（2）制動系統(tǒng)，（三）工作裝置，（4）液壓傳動器。上電列車由一個電源，通常是一個柴油發(fā)動機。電力傳輸?shù)揭环N通過液力變矩器然后連接到差距機械傳動，驅動器和最后輪胎。這通常是對WTL案件。挖掘機有水文靜態(tài)驅動列車（即，液壓泵和馬達）連接到一個軌道。幾個發(fā)動機功率起飛通過泵提供動力轉向液壓系統(tǒng)運行，制動系統(tǒng)是典型的液壓\和液壓執(zhí)行系統(tǒng)。該液壓驅動系統(tǒng)包含地面從事工具，提供了力量和運動，從事土壤或其他材料需要處理。
2.1．自由車度
出租車經營者被認為有六個自由度：三線性（前，后部，橫向，縱向）和三個角（偏航，俯仰，roll0。鏟斗有兩個自由度。督導是一種額外的自由程度。因此，車輛有著9年的自由程度。為了簡化即將舉行的分析，兩
限制將在系統(tǒng)規(guī)定。首先，前幀運動不會允許旋轉相對于后車架。第二，后車架議案將限制在一個平面上。第一個約束消除了單自由度（轉向）學位從分析中。第二個約束消除了三自由度：運營商橫向直線運動，偏航角和滾動角運動的議案。因此，我們認為只有五個自由度在我們的模型：電梯和傾斜落實桶議案和操作前，尾部和垂直直線運動和俯仰角的議案。
2.2. 連鎖
有幾種類型的WTL的實現(xiàn)使用目前的聯(lián)系。一個非常普遍的例如，所謂的Z型連桿。它是自由的兩個學位四體聯(lián)動（提升臂，杠桿，鏈接，桶）和兩個組成的非對稱液壓缸（升降機及傾斜），由九個旋轉腳關節(jié)連在一起。
2.3. 主要液壓系統(tǒng)
一個普通液壓系統(tǒng)通常用來實現(xiàn)控制流量的電梯WTL的傾斜和一缸采用開放中心非壓力補償閥芯型閥。這個系統(tǒng)包含一個水泵/釋壓閥的流體傳送到主
換向閥從而分區(qū)到液壓缸和坦克流。
組件和它們的運作是最好的形容按照液壓流體通過各種運行條件下的電路。最簡單的條件是在沒有命令從流腦放大器電流。該電梯線軸和傾斜，因為將集中在E/小時閥電磁鐵將不會被激活。在這種情況下，通過發(fā)送泵單向閥的負載流量（最大操作設置壓力）的傾斜閥芯。由于這閥芯為中心，流動收益上的電梯閥芯，這也是為中心，返回循環(huán)水箱。命名為“開放中心“的事實，即當閥門在中立的立場來，流體循環(huán)從通過到罐的閥門泵。
如果傾斜閥芯中心\及電梯閥芯右移，一開口就罐區(qū)稱為泵罐區(qū)（星期三）而受到限制。泵的壓力建立起來，克服了負載止回閥發(fā)送流向頭端（HE）的對在另一口的升降油缸稱為至氣缸區(qū)（PC）的泵。在同時，流體從桿端（重新）電梯在另一口缸流量所謂的氣缸罐區(qū)（CT）和再循環(huán)，再進行坦克。因此，
電梯活塞桿延伸提高一個可能在桶中的負載。如果電梯閥芯左移相反的情況。從他流體流經對坦克的CT，從泵流體流動以及整個閥芯如果沒有足夠的轉移完全關閉的PT太平洋橫跨可再生能源的電腦。因此，電梯活塞桿縮回桶降低到地面。如果電梯閥芯居中和傾斜閥芯被激活時，傾斜油缸的行為類似于電梯缸。
在WTL車輛，電梯管道與閥芯系列傾斜。此配置被稱為傾斜優(yōu)先事項，因為電路的傾斜流量需求可以通過預約和關閉電梯電路。此外，氣缸安全閥可能被添加到每個RE和他如果每個部分各不相同的最高工作壓力的主要救濟
結構壽命或安全的關注?；瘖y閥往添加到這些系統(tǒng)很好。這些止回閥提供缸罐流向稀土在事件或作真空操作過程中創(chuàng)建。這樣，空化可以顯著減少。這是如電梯武裝以重力驅動的功能降低或問題桶中的CT傾倒區(qū)已設計提供限制產量快速缸速度。在這種情況下，泵的流量與氣缸無法比擬從氣缸流向低壓槽和空化創(chuàng)造。這是非常以來的液壓系統(tǒng)可控的閉環(huán)控制是不可取空蝕過程中有效地失去了。
2.4. 電液壓先導
一個先導泵供應流到壓力調節(jié)閥，它維護一個穩(wěn)定供應的壓力，一個E/小時閥這也是連接到油箱。細胞外基質中的驅動程序發(fā)送到電磁鐵電流其中移動一個控制閥芯。由于這閥芯移動，一米的連接口供應壓力端口和一個節(jié)流孔連接到油箱比例開放保持或接近控制壓力。這種壓力作用在主閥芯造成它移位，打開主孔區(qū)（即，電腦斷層，鉑，電腦）。在某些情況下，位置主閥芯是用來提供反饋閉環(huán)位置控制閥芯。
2.5．數(shù)字化控制系統(tǒng)
基本低成本的組件將被選為這項研究將與一致目前的做法在這個行業(yè)。通常情況下，7位微處理器，其中使用大會編碼須達到20毫秒循環(huán)時間。旋轉式電位器用于傳感器反饋以及參考輸入信號。
3） 動態(tài)模式：平面傾斜和車輛動態(tài)電路
傾斜的動態(tài)電路模型，從投入產出關系點的觀點。輸入是傾斜電路閥芯的位置。的輸出是：（1）由于角速度斗缸位移傾斜，（2）平面運動（X,?，θ）的車輛。
下面的假設和近似作出的模型：
（1）電梯電路以象征式升降機固定角度。因此，我們期望獲得不同面值不同傾斜位置電梯電路電路模型。
（2）車輛被建模為一個在二維空間質量彈簧阻尼器系統(tǒng)，有三個自由度：的x，y，美國這是一個相當不錯的，因為車身逼近和輪胎像一個大眾彈簧阻尼系統(tǒng)。（3）軟管量和水力損失包括在水力模型。
（4）電液閥是一個二階濾波器，包括動態(tài)0.707阻尼比。這是符合實際的英/ H閥使用行為是一致的在WTL車輛。
（5）電子/小時閥芯區(qū)（稱為計量）不是閥芯位置的線性函數(shù)。閥芯面積幾何精確建模為非線性函數(shù)的閥芯位置。
（6）標準孔板方程來描述流程之間的關系率（Q）和閥芯位置（因此測光區(qū)域），壓差時，ΔP。
（7）靈活性，由于石油是考慮到壓縮為體積模量液壓油。閥芯位置之間的水桶和角速度的輸入輸出關系
獲得三個逼近階段：
（1）穩(wěn)態(tài)之間的閥芯位移和傾斜缸輸入輸出功能傾斜速度被稱為調制。該模型的非線性靜態(tài)捕捉死區(qū)的幾何關系，包括與閥門缸增益。請注意有效的死區(qū)和增益是（1）流量的功能（這是一個功能發(fā)動機轉速在WTL的情況），和（2）外部負載。換句話說，直流增益?zhèn)鬟f函數(shù)是一個流量，外部負載的非線性函數(shù)，名義電梯電路的位置。
（2）線速度之間的傾斜缸和鏟斗幾何線性關系速度是描述聯(lián)動雅可比。這是表示為一系列針對不同的電梯位置曲線（插表作為實時實現(xiàn)的）。
（3）最后，我們從后臺處理模型的液壓電路的動態(tài)過濾效果位置傾斜缸速度。穩(wěn)態(tài)增益在獲取信息的調制和傾斜傾斜運動學模型。因此，在特區(qū)動態(tài)模型的傾斜收益將約為團結（0分貝）。此外，這將是電梯的位置和外部負載的函數(shù)。因此，所有三個模型塊組件方面的評估，預計全掃一電梯的位置和負載值。é/小時閥是一個開放的中心型閥。由于閥芯命令轉變的閥芯，鉑（泵罐）區(qū)開始關閉，電腦（泵缸）面積開始打開一樣的C- T的（缸罐）區(qū)。泵的壓力開始建立自的P- T是限制其流動油箱。當泵的壓力超過了何氣缸壓力，負載單向閥泵的流量持久性有機污染物允許進入氣缸他說。這種流動延伸圓柱的部隊從各地稀土流缸在C - T區(qū)油箱。由于外部負載變化時，閥芯的最低金額需要匹配通過泵壓變化，以及不同加載命令。這結果有效的死區(qū)和增益變化。如果外部負載相反（即超過運行負荷狀態(tài)），延長了氣缸率將主要取決于除兩端的壓降壓降的CT區(qū)的CT是這樣的：流量比泵進入氣缸的何流更少。接著率將延長泵驅動。
（4）閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能目標
液壓系統(tǒng)元件（泵，油缸，伺服閥）的大小，以便它們能提供必要的功率級（流量和壓力）為移動的WTL是設計用來處理負載范圍內桶。在這里，我們將不再重復液壓控制系統(tǒng)元件尺寸分析，但是，我只想說這它們大小，以滿足下列議案的電源要求：電梯電路在全面提高10秒，電梯的電路全部在3.5降低，傾斜在4.0的電路全機架，傾斜電路充分潮濕條件下，最大負荷2.5秒。最大負載能力是斗1.2錳。
（5）結果：仿真和實驗
該實驗模型上進行了卡特彼勒WTL的889種類的車輛。為傾斜電路的控制算法實現(xiàn)用微型控制器，對船上的8位分辨率的A / D，D / A轉換。有效的死區(qū)是負載和發(fā)動機轉速的功能。在實時實現(xiàn)不同低估死區(qū)值使用，以避免過沖。不準確的死區(qū)補償?shù)捻憫窃贔ig.14.It顯示延時效果觀察到，在響應時間減少到低于0.2的時候賠償范圍內，其實際有效價值1.0毫米的。圖15顯示了上升時間敏感閥改造的收益。據(jù)觀察，為了滿足時間要求提高0.5秒的增益必須相當準確。圖16shows一兩個實驗和分析比較下一個完整的電梯，完全轉儲，無負荷，高怠速架步反應的條件。造成這種狀況的性能標準的0.5秒和5％上升時間小于0.2秒的延遲就形成一個關心過沖閥變換的動態(tài)執(zhí)行中遇到的壓力是再反饋級過濾反應所需的穩(wěn)定。據(jù)推測，壓力應低通濾波在或低于閉環(huán)系統(tǒng)帶寬，以一個臨界值。在這樣的閉環(huán)控制能夠響應增益的變化，就好像他們是死區(qū)對系統(tǒng)干擾。實驗和分析都反映了這種過濾。雖然沒有顯示，在穩(wěn)定性上WTL的模型進行的實驗都保持990.Therefore，這樣一種高血壓控制用PI型制度的有效控制閉環(huán)控制加閥變換模型為基礎的補償要求非常精確的模型。
(6) 總結
一個先進的電液開放為中心的非壓力補償?shù)膶崿F(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)進行了研究，以評估執(zhí)行速度伺服控制，同時滿足運營商的響應和平滑性能規(guī)格的潛力，并建立一個模塊化的子系統(tǒng)，將接受從命令自治區(qū)高層次上的WTL的車輛規(guī)劃控制器。閉環(huán)速度控制成功地實施了傾斜電路貨架使用標準的比例積分控制器，具有動態(tài)轉換閥偶函數(shù)。閥的動態(tài)變換是發(fā)動機轉速（液壓流量）和桿端氣缸壓力的作用。閥門共享的動態(tài)變換在實時控制算法提供的自由化效果類似壓力補償?shù)呢摵蓚鞲幸簤合到y(tǒng)和元件成本降低的結果。強大的性能進行了驗證，通過廣泛的系統(tǒng)建模與一個 WTL model990車試驗。