挖掘臂的液压缸摩擦模型辨识与分析

挖掘臂的液压缸摩擦力使系统动态特性恶化,对其进行有效的摩擦补偿是提高控制性能的关键。为获得液压缸的精确摩擦模型,建立了铲斗关节动力学方程,方程中分别采用了库仑摩擦、库仑+黏性摩擦及Stribeck摩擦模型。针对系统中存在的有色噪声,采用了改进的递推最小二乘法辨识未知参数。将辨识的三种摩擦模型进行对比分析表明,Stribeck摩擦模型精度最高,能很好地预测液压缸驱动力。其中,Stribeck摩擦模型的辨识误差比库仑+黏性摩擦及库仑摩擦分别减少约8%与18%。     

危险品处理机械臂液压关节运动分析

以危险品处理机械臂液压驱动关节为研究对象,基于电液比例技术对液压驱动关节控制系统作理论分析与建模,以小臂关节为例研究了液压缸活塞杆与关节运动传递关系.从液压驱动关节比例控制原理出发,依据阀控液压缸工作动态方程,得到活塞杆速度与阀芯位移以及机构位置的确定关系.仿真结果证明了液压缸活塞直线运动与关节旋转运动之间的非线性传递关系,并指出了它们位移、速度之间特定的约束关系,为机械臂的运动轨迹规划与控制奠定了基础.     

工程起重机伸缩臂控制回路动态模型与仿真

分析了工程起重机伸缩臂控制回路的结构和工作原理，通过电磁阀的切换，实现两个液压缸的交替动作，并由液控平衡阀保证液压缸负重缩进时的稳定性。应用键合图理论，建立了液压缸伸出和缩进两个工况的键合图模型。选取容性元件和惯性元件上自变量的积分作为状态变量，推导出伸缩臂控制回路的状态方程，从而建立了动态模型，得出系统的动态特性。利用MATLAB对系统进行数值仿真，研究响应对整个系统的影响。     

装载机载重动态测量动力学分析与实现方法

在分析已有装载机载重测量动力学模型的基础上，给出动臂举升角加速度与动臂液压缸行程之间的函数关系式，通过仿真分析动臂举升角加速度对动态载重测量的影响规律，指出其除了在动臂举升的初始和终了阶段对载重测量有所影响外，在举升过程的中间大部分区段，其影响可以忽略。同时指出，若忽略角加速度的影响，则在不同的动臂举升速度下，动臂液压缸油压与动臂液压缸活塞杆行程之间的关系曲线会呈现相应的上下平移关系。因此，通过标定、速度补偿、比例计算并取均值三个步骤即可实现装载机载重的动态测量。最后通过实验验证了理论分析的正确性，所研制的载重测量系统的测量精度稳定在1％以内。     

液压挖掘机上车结构参数与液压缸摩擦力参数辨识

在液压挖掘机上车机械臂的动力学分析基础上,提出利用液压缸平稳低速运行时的动力学特性建立与摩擦力无关的挖掘机臂动力学模型,并运用该模型通过离线辨识确定臂的结构参数。基于经典摩擦力模型建立液压缸的辨识模型,通过在线辨识实验得到了液压缸的摩擦力参数,为深入研究液压挖掘机的动力学特性、建立可靠的系统仿真模型及实现臂运动的精确控制提供了依据。     

机械臂动力学分析及关节非线性摩擦模型建立

现有研究大多采用分段线性组合而成的拟非线性摩擦模型来描述机械臂各关节摩擦力矩大小及其分布,忽略了低速区关节摩擦的实际非线性变化,而该非线性变化恰恰是影响机械臂轨迹精度及稳定性的关键因素之一。基于此,着重研究机械臂关节非线性摩擦模型及其对机械臂末端轨迹的影响。对多关节机械臂进行几何机构建模,对任意设定的机械臂理想运动轨迹,通过机构运动学分析得到各关节的角位移、角速度和角加速度。考虑非线性摩擦,建立高可靠性的关节非线性摩擦的一般模型。对给定的理想运动轨迹下的角位移、角速度和角加速度进行Newton-Euler反向动力学分析,从而得到各关节的非线性驱动力矩。基于一般非线性摩擦模型,将得到的驱动力矩代入正向动力学模型中得到机械臂末端实际的运动轨迹。通过上述分析步骤,深入研究各关节在不同类型驱动力矩组合条件下对机械臂末端运动轨迹、及各关节角位移的影响。研究结果表明机械臂各关节的不同摩擦形式对末端运行轨迹影响显著,各关节驱动力矩的变化对其相邻关节的角位移也有明显影响。     

基于AMESim的气门开启机构动态特性研究

节油轻载内燃机配气机构中气门开启机构动态特性取决于液压缸动态响应过程,液压缸动态特性受多种因素影响,试验中液压缸活塞杆回退慢,行程lomm时,其动态响应时间达不到0.5s.为了优化液压缸动态特性,建立了工作机构液压系统的数学模型,分析其影响因素,采用AMESim对主要影响因素进行优化仿真,并对仿真结果进行了试验验证,得出了给定条件下液压缸动态特性的影响规律.     

基于MATLAB/Simulink的AMT换档液压缸动态特性研究

机械式自动变速箱(AMT)换档液压缸的动态特性直接影响AMT系统的换档动作和换档同步环的寿命。本文结合换档液压缸在AMT系统中的应用示例,在分析了换档液压缸的结构特点的基础上,推导并建立了换档液压缸的动态数学模型,然后通过MATLAB/Simulink的建模,仿真分析了换档液压缸的动态特性,为AMT系统的设计提供了依据。     

装载机工作臂液压缸参数辨识

讨论了装载机工作臂液压缸承载状况与液压系统,在动力学分析的基础上,利用液压缸低速工作特性建立其平稳状态下的动力学模型,确定工作臂的结构参数,通过实验验证摩擦力参数,为实现装载机工作臂的精确控制提供有力的依据。     

重型车辆联合制动液压系统非线性建模与分析

介绍了重型车辆联合制动控制系统组成及原理,研究了重型车辆联合制动液压控制系统的控制特性.在MATLAB/Simulink环境下,针对液压系统中存在的非线性环节,建立了阀芯的非线性模型,并给出了仿真结果.从仿真结果与试验数据比较来看,控制达到了较为理想的效果.分析表明,阀的非线性及液压缸特性是影响液压系统动态输出的一个重要因素.     

挖掘机工作装置负载口独立控制系统节能特性研究

传统的挖掘机负载敏感系统利用1根阀芯同时控制着液压执行器的进、出口油路,在实现运动控制的过程中,造成了多余的节流损失,使得系统能耗大、效率低,为此,结合负载口独立控制技术,采用了5个二位二通比例阀作为主控制阀,设计了挖掘机工作装置负载口独立控制系统,利用机械动力学分析软件ADAMS建立了挖掘机工作装置的动力学模型,利用...     

Digital Servo Control of a Robotic Excavator

An electro-hydraulic control system is designed and implemented for a robotic excavator known as the Lancaster University Computerised and Intelligent Excavator (LUCIE). The excavator is being developed to autonomously dig trenches without human intervention. Since the behavior of the excavator arm is dominated by the nonlinear dynamics of the hydraulic actuators and by the large and unpredictable external disturbances when digging, it is difficult to provide adequate accurate, quick and smooth movement under traditional control methodology, e.g., PI/PID, which is comparable with that of an average human operator. The data-based dynamic models are developed utilizing the simplified refined instrumental variable (SRIV) identification algorithm to precisely describe the nonlinear dynamical behaviour of the electro-hydraulic actuation system. Based on data-based model and proportional-integral-plus (PIP) methodology, which is a non-minimal state space method of control system design based on the true digital control (TDC) system design philosophy, a novel control system is introduced to drive the excavator arm accurately, quickly and smoothly along the desired path. The performance of simulation and field tests which drive the bucket along straight lines beth demonstrate the feasibility and validity of the proposed control scheme.     

泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统特性

阀控液压系统动态响应快、功率密度大,但存在较大节流损失,无法解决多执行器系统载荷差异带来的节流损失;泵控非对称液压缸系统消除了节流损失,但需进行流量补偿,同时泵控多执行器系统装机功率和成本过高。针对上述问题,提出一种泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统,并将其应用于某大型液压挖掘机斗杆系统。首先在SimulationX中构建了机电液联合仿真模型,通过与斗杆空载试验结果对比,验证了模型的准确性,然后设计了系统控制策略,最后通过仿真分析了不同控制系统斗杆运行特性和能耗特性。仿真结果表明,与电液流量匹配控制系统相比,该系统改善了斗杆运行平稳性,同时降低系统能耗达63.3%,并具备能量回收的潜力。     

大型矿用液压挖掘机动臂运行及能效特性

作为大型矿用液压挖掘机的主要工作装置,重型机械臂在作业中主要做往复循环运动,下降过程中所具有的动势能会因控制阀口的节流效应转化为热能损失掉,该部分能量占发动机输出能量的20％以上,造成巨大能量浪费和废气排放.针对以上问题,提出在原双液压缸动臂驱动系统的基础上增设一个与液压蓄能器相连的独立储能液压缸,实现对重载机械臂动势...     

挖掘机电液流量匹配控制系统动态性能研究

分析了液压挖掘机基于与负载压力无关流量分配（LUDV）多路阀的电液流量匹配控制（EFMC）系统的控制原理,建立了EFMC系统的液压挖掘机虚拟样机模型,采用实时检测油缸速度信号的反馈闭环控制方法提高流量匹配的精度。分别建立液压挖掘机EFMC系统动力学模型与液压系统模型并根据其实际工况进行联合仿真,研究了挖掘作业过程动态特性及节能特性。与传统的基于LUDV的负载敏感系统实验结果进行对比,结果表明: EFMC系统与传统负载敏感系统相比,改善了系统的动态响应特性和稳定性,泵的压力裕度明显减小,提高了系统的节能性,反馈闭环控制系统动态响应特性也明显得到提高。研究方法可为进一步研究挖掘机的动态性、节能性、稳定性提供理论依据和参考。     

基于SimulationX的挖掘机高压斗杆缸缓冲装置的仿真与试验研究

为研究高压油缸的行程末端缓冲装置的缓冲性能,获得油缸缓冲行程阶段的压力、流量等参数,以一款国产挖掘机高压斗杆缸作为研究对象,将计算机仿真技术应用到实际工程研究中。基于SimulationX仿真软件搭建了挖掘机工作装置液压系统的仿真模型(特别是缓冲模型),开展了液压-机械多体动力学联合仿真;在典型工况下对液压挖掘机斗杆缸的压力、流量等参数进行了试验,通过比对仿真结果,对控掘机液压系统仿真的准确性进行了评价。结果表明,所建立的仿真模型是合理的、科学的,该仿真技术在工程领域更进一步的推广是可行的。     

A novel nonlinear model of rotor/bearing/seal system and numerical analysis

A novel nonlinear model of rotor/bearing/seal system based on the Hamilton principle is proposed for steam turbine systems in power plants. The Musznyska model and unsteady bearing oil-film force model were applied to describe the nonlinear steam excitation force and oil-film force. The Runge-Kutta method was used to solve the motion equation of the rotor/seal/bearing system. The dynamic characteristics of the rotor/bearing/seal system were analyzed with bifurcation diagrams, time-history diagrams, trajectory diagrams, Poincare maps and frequency spectrums. The numerical analysis indicates that the seal force and the oil-film force influence the nonlinear dynamic characteristics of the rotor system. With the increase of rotation speed, the rotor system exhibits rich forms of periodic, double-periodic, multi-periodic, quasi-periodic and chaotic motion. The combined impact of steam excitation force and bearing oil-film force may cause a severe vibration which seriously affects the safety and stability of the rotor. The presented model provides a theoretic foundation for further research on the ultra-supercritical steam turbines.     

液压挖掘机器人的力与位置混合控制系统的研究

利用模糊滑模控制理论和混合控制理论设计了力和位置混合控制器,它在对液压缸的驱动力进行控制的同时,又对液压活塞杆的位置进行跟踪控制。仿真试验表明,模糊滑模控制器既具有滑模控制鲁棒性好和响应速度快的特点,又利用模糊控制有效地削弱了普通滑模控制的抖振现象,能够很好地满足挖掘机器人运动系统的要求。     

基于SimMechanics的挖掘机模型仿真分析

为了查找挖掘机设计方案的不足,方便对原方哺进行修改,提高设计效率,利用MATLAB/SimMechanics仿真工具箱对挖掘机上部回转平台及工作装置进行了建模仿真,得到了液压挖掘机工作装置包络图,确定了其工作尺寸参数;通过对挖掘机铲斗施加重力负载,得到了动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的受力变化图,结果显示铲斗油缸的受力变化很大.