液压挖掘机铲斗轨迹跟踪的鲁棒控制

首先给出了挖掘机工作装置的两自由度动力学方程模型;然后基于滑模控制原理设计了状态观测器,并在此基础上根据反演法设计了挖掘机工作装置的带滑模观测器的变结构控制器;最后在改造后的挖掘机上进行了试验,并给出了所设计的控制器和常规PID控制器跟踪设定直线的效果。试验结果表明,使用常规PID控制器所得到的跟踪误差大于40 mm;而使用作者设计的控制器其跟踪误差可以控制在30 mm之内。对比结果表明,所设计的控制器对设定直线的跟踪具有良好的动态特性,对系统的不确定性具有较强的鲁棒性。     

Stewart液压平台轨迹跟踪自适应滑模控制

Stewart液压平台是一个多输入多输出（MIMO）非线性系统,其耦合运动过程中存在参数不确定性与干扰影响其轨迹跟踪精度,针对此问题,考虑了系统参数的不确定性,利用Backstepping方法结合滑模控制与自适应控制的优点,推导得到系统的多级自适应滑模控制器,以增强系统运行过程中对运动与力的跟踪性能.利用AMESim与MATLAB的联合仿真方法进行验证,与传统基于各缸位置偏差的比例 积分 微分（PID）控制器相比,结果表明,该方法在系统参数不确定所引起的干扰下,能更有效地降低各缸的位置和力的跟踪误差,从而提高了运动平台末端的动态跟踪精度.     

基于高增益观测器的挖掘机工作装置滑模控制

为了提升挖掘机自动化水平,减少传感器使用数量,节约控制成本,本文设计了基于高增益观测器的滑模控制器,控制挖掘机铲斗轨迹。建立了挖掘机关节空间与驱动空间位移、速度与力之间的关系,对挖掘工况中常见的以定切削角直线整平作业进行了轨迹规划,并得到相应驱动空间中液压缸杆位移规划曲线。以伺服阀输入电压为控制输入,建立了挖掘机驱动空间,即伺服液压系统数学模型。其次在匹配不确定性与非匹配不确定性存在条件下,采用基于高增益观测器的滑模控制使液压缸杆位移跟踪规划值,并基于奇异摄动理论证明了闭环控制系统的稳定性。相较于以挖掘机关节转矩为控制输入,本文采用伺服阀电压作为控制输入更为直接且易于实践。采用高增益观测器对状态观测,可减少传感器的使用数量,节约整机控制成本。控制器的设计对一类问题具有广泛意义且从理论上证明了复合控制系统稳定性。     

液压挖掘机工作装置运动轨迹的智能控制及示教再现

运用模糊智能控制方法对单斗液压挖掘机的动臂和铲土工作装置的运动过程进行跟踪,通过微机的智能化分析学习,实现轨迹控制和示教再现。它对提高单斗液压挖掘机的自控水平和工作效率具有较大意义。文中主要讨论了示教再现原理,系统组成和系统编程。     

液压挖掘机铲斗的轨迹跟踪控制

为了降低液压挖掘机进行精整作业时的手动操作难度,对某型液压挖掘机的工作装置进行了二自由度的动力学分析,建立了其动力学方程;通过测试试验,给出了控制阀死区补偿方法,PID参数设置方法和数值;并在上述参数下进行了仿真实验。结果表明,当铲斗末端跟踪的设定水平直线长度为2500 mm,铲斗水平跟踪速度为107 mm/s时,其精度可以控制在120mm之内,达到一般熟练工人的程度,证明了该控制方案是可行的。     

基于自适应参数估计的反推终端滑模再入飞行控制

针对空天飞行器再入飞行时动态的强非线性和不确定性问题,提出了一种基于反推法的自适应终端滑模控制方法．首先建立了ASV的具有时变参数的严反馈形式被控模型,进一步采用自适应策略在线估计被控系统的不确定参数,将一阶低通滤波器引入到虚拟控制律设计中,降低反推计算的复杂性．在反推设计的最后一步引入终端滑模控制,以提高控制系统对于匹配不确定性的鲁棒性和系统跟踪误差的收敛速度,同时引入矩阵的广义逆,避免控制增益参数估计过程中可能出现的奇异现象．最后借助Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统误差及状态信号一致最终有界．以某型ASV再入姿态跟踪控制为目标,进行了6自由度飞行仿真验证. 结果表明:所提出的自适应反推终端滑模控制方法跟踪速度快、鲁棒性强,且对不确定参数具有较强的自适应能力．     

基于Pro/ E 的液压挖掘机反铲工作装置运动仿真

采用传统的运动分析方法绘制挖掘机铲斗包络图存在工作量大、不精确和不直观等缺点。利用Pro/E 对液压挖掘机反铲工作装置进行了建模和装配, 首先分析了挖掘机的运动过程和各工况位置, 然后用Pro/ E 中的Mechanism 模块进行了机构运动学仿真, 通过对挖掘机各连接轴的设置, 找到挖掘机动臂、斗杆和铲斗的各极限位置, 得到了挖掘机铲斗斗尖运动包络图。运动仿真的结果不仅可以以动画的形式表现, 也可以以参数的形式输出,得到挖掘机的工作参数。这样可知零件之间是否干涉, 还可获知挖掘机的设计是否满足性能要求, 为改善整机性能提供设计依据。     

基于HOSMO的风电机组自适应超扭曲滑模控制

为提高风力发电系统在风速随机变化、未知扰动输入的运行环境下的最大功率跟踪控制性能,提出一种基于高阶滑模观测器(high order sliding mode observer,HOSMO)的自适应超扭曲滑模控制策略.为增强风机系统的动态跟踪性能,设计超扭曲滑模控制器.为验证并提高该方法的控制性能,对超扭曲滑模控制器中的未知参数和系统的不确定性设计自适应控制律,更好地抑制了超扭曲控制器的抖振,增强了对模型参数和外部扰动不确定性的鲁棒性.同时针对风机系统动态模型中部分状态变量难以准确测量的问题,设计了HOSMO对其实时估计,该方法对高频噪声有很好的抑制作用.将提出的控制方法与一阶滑模控制以及传统比例积分控制进行对比分析,证明了所提策略的正确性和可行性.     

挖掘机工作装置运动学仿真

以日立EX200LC-5型反铲液压挖掘机为对象,采用proe建立液压挖掘机的工作装置虚拟模型,采用Adams软件进行运动学仿真,模拟挖掘机正常工作状态.运用运动学仿真结果计算最大挖掘半径、最大挖掘深度、最大挖掘高度与已有的20t日立挖掘机参数进行比对,两者结果吻合较好.对挖掘机工作装置进行优化,使工作装置最大挖掘半径变大,其工作更有效率.     

下肢外骨骼机器人动力学参数辨识与步态跟踪

为了提高下肢外骨骼机器人步态轨迹跟踪的精度,对于下肢外骨骼二连杆动力学模型,提出一种静态与动态结合的参数辨识的实验方法,并结合穿戴者人体参数,得到人机协同系统精确的动力学模型。采用基于模型上界的滑模控制,并引入低通滤波器,进行MATLAB步态跟踪仿真。经仿真表明,髋关节和膝关节转矩的实验测量值与理论计算值的波形基本一致,动力学参数辨识结果正确;基于滑模控制的人机协同系统能够实现髋关节和膝关节对参考步态轨迹的精准跟踪,低通滤波器能够有效减小滑模控制引起的高频抖振。这为下肢外骨骼动力学参数辨识提供了一种解决方案,为基于模型的控制方法提供了一种参考模型,为下肢外骨骼人机协同系统的步态轨迹精准跟踪提供了一种参考方法。     

基于组合挖掘的反铲液压挖掘机工作装置优化设计

为了解决挖掘机在实际作业过程中挖掘力不足、燃油经济性差等常见问题,综合分析和比较国内外先进的挖掘机挖掘性能参数,提出基于组合挖掘的挖掘机工作装置优化设计新方法.挖掘机的组合挖掘方式包括基于作业路径上的多段单缸挖掘轨迹的组合和基于可行区域内离散点的双缸同时主动复合作用两种.建立优化数学模型,通过遗传算法求解多目标函数.优化结果显示:挖掘机的挖掘性能在习惯作业路径上最大挖掘力提高了10%,双缸复合挖掘时工作油缸的充分发挥比例提高了13%以及最大复合挖掘力提高了8%,证明了新优化方法在提高挖掘性能上的可行性.     

液压挖掘机作业循环状态智能识别方法

为实现液压挖掘机作业循环阶段状态的自动识别,提出采用时窗滑移特征提取与PCA-SVM相结合的方法. 以液压挖掘机2个主泵压力信号为研究对象,采用时窗滑移截取各阶段状态的小段波形,提取所有截取波段相应的时频参数并进行特征值归一化,经PCA降维处理后作为输入特征集,采用SVM进行状态分类,并分别讨论时窗宽度与重叠率对识别准确率的影响. 引入即时校正策略,对直接识别结果进行自动检验校正,纠正不符合挖掘机循环作业逻辑规则的误判结果,从而使识别准确率由80.85%提高到89.36%. 实验结果表明,所提方法能准确有效地实现液压挖掘机作业循环各阶段状态的自动识别.     

液压挖掘机工作装置的动力学仿真

在Catia软件中建立挖掘机工作装置的三维模型,基于机械系统动力学自动分析(ADAMS)软件,建立虚拟样机模型,并进行动力学仿真分析.对油缸添加Step函数,实现挖掘机虚拟样机在典型姿态下的挖掘过程仿真,考察挖掘机在某些工况下的挖掘性能,进一步得出动臂、斗杆、铲斗等构件各铰接点处的受力情况及响应曲线.同时,对挖掘机油缸在额定液压下的最大铲斗挖掘力进行校核.研究表明,所测挖掘机工作装置各铰接点的受力情况符合挖掘实际工况.     

YS220型液压挖掘机工作姿态的仿真分析

介绍了YS220型液压挖掘机的结构和工作原理,使用三维造型UG软件创建液压挖掘机的三维模型.采用分析挖掘机本身与土壤的作用力的方法对YS220型液压挖掘机在整个挖掘区域中的整机理论挖掘阻力进行了计算和分析.基于动态仿真软件ADAMS建立了液压挖掘机虚拟样机模型,运用DOE仿真分析方法对液压挖掘机工作姿态进行动态仿真,得到了液压挖掘机最危险工况位置,为液压挖掘机的结构改进设计提供了可靠的依据.     

挖掘机铲斗强度分析

以WY100C 液压挖掘机(斗容量为1 m³)为样机, 对挖掘机反铲工作装置--- 铲斗应用Pro/ E 建立实体模型, 并应用Pro/M ECH ANICA 模块对挖掘机铲斗的设计模型在受最大应力的危险工况下进行有限元强度分析。分析结果表明, 挖掘机铲斗的前部斗齿、斗后壁耳板的根部、铰接处和补强区域是最危险的部分, 设计时应重点考虑其强度要求, 其它部分相对较安全。挖掘机反铲工作装置-铲斗的强度分析为铲斗的设计及改善铲斗的性能提供了理论依据。     

基于模糊决策的推土机滑模鲁棒自适应控制

针对推土机作业效率低的问题,提出了一种推土机工作装置的自动控制方法.根据推土机发动机转速和转速变化率,结合操作经验和试验结果,采用模糊决策的方法对铲刀位置进行优化.考虑电液伺服系统的特性,设计了一种基于逐步递推方法的滑模鲁棒自适应控制器,用以跟踪经过模糊决策的铲刀目标位置.利用逐步递推方法和状态反馈线性化的方法,得到系统的滑模控制器;依据Lyapunov稳定性理论,得出系统的参数自适应律,并在自适应控制中引入鲁棒控制的设计方法,实现对模糊决策量的精确位置跟踪控制.实验结果表明,滑模鲁棒自适应控制具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能,模糊决策合理地优化铲刀目标调整位置,提高推土作业效率.     

小型液压挖掘机动臂的性能分析

以某小型液压挖掘机工作装置的动臂为研究对象,运用Pro/E三维软件建立挖掘机工作装置动臂的三维模型,通过Pro/E软件与ANSYS软件的无缝接口,将动臂三维Pro/E模型导入ANSYS软件中建立有限元分析模型。利用ANSYS软件对动臂有限元模型进行静态和模态分析,得到动臂的应力云图、应变图、模态频率和主振型等分析结果,为结构优化设计提供理论依据。     

基于刚-柔混合建模的时变结构动力学分析

为适应液压挖掘机高速、轻量化的要求，以具有时变固频特性的液压挖掘机工作装置为研究对象，提出了以角加速度判断时变结构的关键工况，利用刚性多体动力学和有限元方法对液压挖掘机在整个作业循环中的动力学特性进行建模和分析.分析了液压挖掘机工作装置在受力最大处的动态应力分布，并与传统刚性体模型的分析结果进行了比较.结果表明，刚 柔混合建模方法与刚性体建模方法相比，获得的位移和应力较小，反映出以往的设计偏于保守，为轻量化设计提供了依据.     

永磁直线电机伺服系统模型参考离散滑模控制

针对高精度永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统存在的参数变化、端部效应和负载扰动等诸多不确定性问题，设计了模型参考离散滑模(MRDSMC)位置跟踪控制器.将伺服问题转化为调节问题，并采用一步延迟扰动近似来补偿未知扰动，此外，为了抑制由高频未建模动态引起的抖振，在MRDSMC设计中加入低通滤波器.理论推导与仿真结果表明，该方案能有效地抑制PMLSM伺服系统的参数变化和阻力扰动的影响，具有很强的鲁棒位置跟踪性能.