基于时滞补偿方法的混凝土泵车臂架主动减振

混凝土泵车施工时,臂架末端的抖动影响设备和人员安全;在实施臂架减振控制时,臂架液控系统中的时滞问题又严重影响其减振效率。针对该问题,提出了一种适用于臂架结构的一步和多步预测补偿算法,基于臂架末端振动位移的历史数据,利用时间序列法对臂架的振动姿态进行提前预测,使预测出的臂架姿态尽可能地接近其实际情况,从而为臂架主动减振控制提供一个可靠的参考轨迹。基于该参考轨迹,控制每节臂上的液压油缸,对臂架进行反向加力,实现各节臂的联动抑振。仿真及外场试验结果表明,基于臂架振动姿态预报的时滞补偿算法能够对系统中的非线性时滞进行有效补偿,时滞补偿后的臂架主动减振控制策略能够使水平工况下臂架末端的振动位移幅值减小80%以上,取得了显著的减振效果。该种臂架主动减振控制方法在变排量、变姿态、变泵送料的情况下均可使用,具有高度的智能性和自适应性。     

基于频域参数识别的混凝土泵车臂架减振实验

针对混凝土泵车臂架末端的振动问题,考虑实际施工过程中多关节臂架姿态多变导致臂架系统动态特性随之变化的特点,采用基于频域参数识别的主动控制策略进行泵车臂架振动控制的实验研究。以臂架末端振动作为反馈变量,优选提供主动控制力的作动油缸,建立混凝土泵车臂架系统主动控制的全局模型。采用双归一化方法进行臂架系统参数的频域在线识别,推导了最优控制变量表达式,并给出了显式收敛条件。基于美国国家仪器公司软硬件搭建了混凝土泵车臂架振动主动控制实验装置,对该算法的效果进行了实验验证。实验结果表明,采用该主动控制算法,臂架末端的振动加速度幅值衰减了约59%,取得了较明显的减振实验效果,验证了该算法的可行性与实用性。     

混凝土冲击载荷作用下泵车臂架动态特性分析

针对混凝土流动冲击载荷造成混凝土泵车臂架振动的问题,基于流速周期性变化表征函数的混凝土流动冲击载荷的近似数学模型,构建了能够准确反映臂架系统动态特性的模型并进行了模态分析与动态响应分析.以水平工况下动应力、位移和加速度的实车测试数据为依据,对泵车臂架系统的动态响应仿真结果进行了误差计算分析,测试和仿真结果表明:模态计算误差均值为5.7％,危险部位动应力幅误差均值为24.96％,臂架末端振幅误差值为19.3％,臂架末端加速度幅误差值为15.7％,初步形成臂架系统可靠、高效的有限元仿真分析方法,为臂架系统的减振设计及结构动态设计奠定了基础.     

桥梁综合检测作业车臂架柔性多体动力学的建模与仿真

基于柔性多体动力学理论和拉格朗日方程建立了三节臂的桥梁检测车臂架的机械系统动力学模型.通过数值求解并结合动力学仿真分析软件,证明了采用柔性多体动力学方法建立的桥梁检测车臂架的运动微分方程,可以准确地描述桥梁检测车的各项动力学特性,通过桥梁检测车臂架末端轨迹和驱动特性分析,还表明对轻质长臂杆的桥梁检测车臂架系统考虑柔性变形的影响是非常必要的.在此基础上,对桥梁检测车臂架采用双闭环(PD)控制,为桥梁检测车工作装置轨迹控制及实现探测装置平稳和高精度的轨迹跟踪提供参考.     

混凝土泵车臂架EHA系统控制策略研究

针对混凝土泵车臂架系统响应慢、动态性能差等问题，提出了采用电静液执行器(EHA)代替臂架中的传统液压系统，从而提高系统响应速度，减少臂架振动。首先介绍了EHA的工作原理与数学模型，提出了基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制策略，其次利用AMESim与MATLAB软件搭建了混凝土泵车臂架的机械—液压—控制联合仿真模型，通过对臂架油缸伸出和缩回过程的阶跃控制仿真和正弦控制仿真，对比PID控制、模糊PID控制与基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制3种控制策略的仿真结果，结果表明，基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制下系统响应时间减少50%左右，超调量减少67%左右，速度跟踪误差减少50%左右。搭建EHA试验样机进一步验证基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制策略的有效性。     

某型号泵车臂架刚柔耦合模型仿真研究

运用多柔性体理论和方法,结合混凝土泵车臂架系统三维模型,在臂架系统刚性模型的基础上,建立了其刚柔耦合模型;应用ADAMS软件分别对混凝土泵车臂架系统的刚性模型和刚柔耦合模型进行动力学仿真研究。并通过结果对比发现,刚柔耦合模型的末端轨迹和油缸受力更接近于实际情况,从而为臂架系统的设计改良提供了新的思路。     

混凝土泵车臂架位姿方程建立及相关参数分析

通过研究和分析一种混凝土泵车的臂架系统,得到混凝土泵车臂架系统的关节角与末端位置的正解和反解,为实现混凝土泵车臂架系统的自动化控制提供理论基础.论文利用机器人D-H法理论,建立混凝土泵车臂架系统数学模型.结果表明D-H法建立的混凝土泵车臂架系统的数学模型可以满足关节角与末端位置的正反解的求解过程,提出的反解方法满足混凝土泵车的实际工作特点和要求,也满足反解的唯一性要求.     

泵车复合材料臂架振动的自适应控制

相比于全钢质混凝土泵车臂架,轻质复合材料臂架柔性大、耦合强,振动特性更加复杂,振动控制难度大.基于脉冲式混凝土激励下复合材料臂架的受力分析,以某型号混凝土泵车为研究对象建立了复合材料臂架动力学模型,并基于该模型进行了各种臂架姿态下的振动特性分析,掌握了复合材料臂架的振动特性规律.基于搭建的主动控制液压系统与振动特性专家库,开发了复合材料臂架振动自适应控制系统,实现了全工况臂架振动的实时控制.试验结果表明,该系统可使复合材料臂架典型姿态下的末端振动位移降低70%以上,控制精度达到240mm以内,实用性强.     

基于伪距离的混凝土泵车臂架避障运动控制研究

针对混凝土泵车臂架末端避障和臂架关节限制问题,提出一种基于伪距离的泵车臂架避障方法。运用超二次曲面函数表示空间障碍物,采用伪距离作为臂架与空间障碍物的接近程度指标。基于最小伪距离判别指标,对泵车臂架赋予一个避障速度,并对传统梯度投影算法进行改进,在避免关节运动超过关节极限位置的情况下实现泵车臂架的安全避障,同时保证避障过程的平稳性和臂架末端的轨迹精度。仿真及半物理实验验证了该算法在混凝土泵车臂架避障过程中的有效性,且能完成空间多障碍物避障。     

混凝土泵车臂架运动学分析与工作空间仿真

基于混凝土泵车臂架系统的结构特点,对臂架结构进行模型简化,得出臂架系统自由度。将臂架模拟成机械臂,运用D-H法对臂架模型进行运动学分析,列出臂架运动数学模型,进而借助Matlab求解臂架工作空间,绘制出臂架末端参考点的工作空间点云图。分析臂架机构参数对工作空间的影响,为泵车臂架的设计研发和现场施工泵车选型提供了参考。     

人工牵引下泵车自动浇筑的臂架移动轨迹的优化

为了解决混凝土泵车臂架末端布料管在施工现场操作人员的牵引下朝某个任意方向移动时,整个臂架能够随之平稳移动的优化控制问题,提出了基于泵车稳定性要求,以臂架系统整体重心移动范围最小为目标的臂架移动轨迹规划的优化算法。通过建立和求解受臂架多冗余度运动学方程约束的非线性优化目标函数确定了各节臂架移动的期望路径。为验证所提优化方案的合理性,对不同工况下的臂架系统的自动浇筑问题进行仿真分析,并与现有几种轨迹优化方案进行对比,分析结果表明所提优化方案确能使臂架整体重心的移动范围最小。     

泵车浇注过程自动化控制技术研究

控制自动化已成为高性能混凝土泵车的发展方向.将浇注轨迹离散成空间坐标系中多个浇注点,建立了臂架系统浇注过程的运动学模型.提出了臂架系统浇注过程中调整运动姿态的最优控制原理,并依据控制原理利用机械优化设计方法确定泵车最佳浇注路径.以泵车在几种典型浇注区域下进行自动化浇注作业情况为例,对臂架系统回避障碍问题展开探讨,并提出避障策略,给出了空间区域浇注自动化控制流程图,为实现泵车浇注过程控制自动化提供指导.     

混凝土泵车臂架柔性多体动力学建模与仿真

用柔性多体动力学的理论分析四节臂混凝土泵车臂架系统的动态特性。把泵车的臂架模拟成柔性机器臂,采用拉格朗日方程和虚功原理建立混凝土泵车臂架系统的柔性多体动力学方程,通过对泵车臂架运动微分方程的推导和数值求解,对泵车各臂杆的运动情况进行分析。结合动力学仿真分析软件,分别建立四节臂混凝土泵车臂架的刚性模型和柔性模型,给定相同的驱动力矩对两种不同情况下的运动模型进行分析。仿真得出两种模型的变形曲线和第四节臂杆的角速度曲线,对比仿真结果表明,在研究轻质长臂杆混凝土泵车的臂架系统时,考虑各个臂杆柔性变形的影响是非常必要的,同时,研究成果也为混凝土泵车浇注自动化的研究提供了数学模型。     

混凝土泵车柔性臂架建模及逆动力学研究

根据机器人理论和拉格朗日方程建立了混凝土泵车柔性臂架的动力学方程,并在完整考虑柔性坐标的基础上进行了逆动力学问题的求解.利用所得的数学模型进行了计算机仿真,给出了完成同一末端轨迹目标时刚性模型和柔性模型所需要的驱动力.仿真结果表明建立柔性壁架模型是必要的,并为混凝土泵车机器人化和自动浇注奠定了基础.     

混凝土泵车臂架系统优化设计及试验

混凝土泵车工作时臂架末端振动较大,严重影响操作稳定性和安全性,因此针对混凝土泵车臂架结构的优化设计研究很有必要。以某型号混凝土泵车为研究对象,联合MATLAB软件和HyperWorks软件进行整车输送管激励载荷求解和施加,通过瞬态动响应仿真分析得到臂架末端振动。在原始模型上对臂架板厚和刚度进行修改,最终确定减振效果最明显的优化方案。通过实车打水试验对优化后的臂架减振效果进行检验,验证了该技术手段的可靠性,为混凝土泵车进一步减振研究和稳定性分析提供了方法。     

基于多传感器融合的柔性机械臂姿态检测与末端定位研究

柔性机械臂在竖直平面内受重力作用会发生弹性变形,严重影响臂架末端定位精度,采用变形补偿末端位置反馈控制需要检测柔性臂变形后姿态和末端位置。根据假设模态法小变形理论,提出一种基于应变传感器、正交编码器和姿态传感器的低成本测量方法,采集数据并计算得到柔性臂变形后姿态及末端竖直方向变形量。搭建了两自由度柔性机械臂实验系统,对提出的测量方法进行验证。结果表明该测量方法可较为准确地测量柔性臂变形姿态,实验中臂末端竖直方向绝对变形量达8.4 cm,相对于臂长变形为9.5%,测量计算误差为7%,满足柔性臂控制时的测量精度要求。     

混凝土臂泵车柔性臂架激振力优化研究

在混凝土泵车柔性臂架动力学方程的基础上,经过简化处理得到臂架的振动方程。以臂架振动激振力最小为优化目标,以末端软管轨迹为约束条件,得到满足条件的关节转角的表达式。由计算机仿真得到臂架转角及各柔性坐标对应的激振力,仿真结果表明满足末端轨迹的要求小臂架振动激振力的数值很小,因此这种方法在满足臂架末端运动轨迹的条件下有效抑制了柔性臂架的振动。     

混凝土泵车操纵性特性研究

基于微积分、理论力学以及机械原理等基础理论,对混凝土泵车臂架末端速度进行了理论推导,并且在推导的同时,建立了混凝土泵车的动力学分析模型.分别对相同的泵车臂架模型进行了理论计算和数值计算,并且对计算结果进行了对比分析,二者结果吻合非常良好.     

混凝土泵车臂架回转系统动力学分析及预测

针对混凝土泵车臂架回转系统的振动性能,基于多体动力学理论建立包括回转齿轮啮合驱动的臂架刚柔耦合动力学模型,对其动态特性和振动响应进行动力学预测分析。动力学仿真求解和试验测试结果表明,仿真模型与试验样机的固有频率误差为4%左右,阻尼比误差为13%,臂架末端横向振动位移曲线基本吻合,验证了动力学模型和仿真结果的准确性和有效性。通过对典型姿态下臂架回转系统的动力学预测,得到臂架在水平、弓形和L形姿态下的末端横向振动位移的最大幅值分别为1 300 mm、980 mm和244 mm;振动衰减时间分别为50 s、55 s和62 s;横向振动阻尼比分别为0.026 7、0.02和0.01;横向振动固有频率分别为0.224 6 Hz、0.253 9 Hz和0.302 7 Hz;预测分析结果为臂架的减振研究提供理论依据。     

混凝土泵车臂架振动的动态特性

针对混凝土泵车输送管内周期性压力脉动载荷与末端摩擦脉动载荷造成泵车臂架系统振动的问题,采用刚柔耦合建模理论对某型号泵车包括臂架、液压油缸、支承连杆及输送管等部件在内的臂架系统创建虚拟样机模型并进行动力学仿真分析,分析分配回路延迟响应时间对泵车臂架系统振动的影响,并对泵车整车实物做振动测试。测试和仿真结果表明:输送管内压力脉动载荷与末端摩擦脉动载荷的联合作用造成臂架系统振动,其激励频率达到泵车臂架系统固有频率时引起臂架系统共振;缩短分配回路的延迟响应时间能够有效降低臂架系统振动的振幅。