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附錄A 外文翻譯 具有可編程閥的單桿液壓缸的節(jié)能控制和改進的工作模式選擇 摘要 本文研究了一種單桿液壓缸的節(jié)能自適應魯棒精度運動控制方法。本研究中使用的可編程閥門是五種比例閥的獨特組合，它的連接方式是，米和米的流量可以由四個閥門獨立控制，以及由第五個閥門控制的真實的橫口流量。可編程的閥門將米進和米出流分離開來，提供了巨大的靈活性來控制氣缸的運動，同時利用負載的勢能和動能減少能量的使用。本文研究了可編程閥的不同工作條件，并提出了一種簡單而有效的方法，即基于理想狀態(tài)和當前狀態(tài)的可編程閥。 介紹 液壓系統(tǒng)的使用在整個工業(yè)中都很普遍，因為它的體積比大。液壓系統(tǒng)在建筑和農業(yè)領域的應用非常廣泛，非常適合這些應用。近年來，趨勢是用電動調節(jié)閥代替機械閥門。電動液壓閥的使用意味著復雜的電子控制可以應用于控制系統(tǒng)。由于高度非線性的水力動力學[9]，液壓系統(tǒng)的控制是遠遠不夠的。此外，體積模量等參數(shù)隨油溫變化和部件磨損而發(fā)生劇烈變化。在建筑和農業(yè)機械的情況下，由液壓缸驅動的機械系統(tǒng)本身可能是高度非線性的。通常，機械連接的參數(shù)可能會有很大的變化，通常是未知的，例如外部負載。此外，外部擾動、泄漏和摩擦等重要的不確定非線性也不清楚，不能精確建模[3]。這些因素對液壓系統(tǒng)的控制有很大的困難。 電動液壓閥的出現(xiàn)和復雜數(shù)字控制的結合大大提高了液壓系統(tǒng)的性能。采用傳統(tǒng)的四路換向閥的系統(tǒng)能夠滿足Bu和Yao所示的高性能規(guī)格，但不能同時提供精確的運動控制和單個氣缸腔壓力控制，以實現(xiàn)更好的節(jié)能。有一個典型的四路方向控制閥，只有兩個氣缸狀態(tài)之一(壓力)，是完全可控的，并且有一個一維的內部動力學。雖然一維內部動力學是穩(wěn)定的[3]，但它不能被任何控制策略修改。一旦指定了所需的運動，控制輸入是唯一確定的，這使得調節(jié)單個氣缸腔的壓力不可能節(jié)省能量。其結果是，雖然可以實現(xiàn)高性能跟蹤，但同時高水平的節(jié)能是不能實現(xiàn)的。無法控制的狀態(tài)是由于在一個典型的方向控制閥中，米-in和米-out孔是機械連接在一起的。這是典型的四通方向控制閥的一個基本缺點。如果這一環(huán)節(jié)被破壞，閥門的靈活性就會大大提高，從而大大提高液壓效率[6]。 打破米與米之間的機械連接的技術是眾所周知的，已經在重工業(yè)應用中使用了好幾年。通常情況下，閥芯閥被4個poppet類型的閥門所取代[6]。在整個移動液壓行業(yè)，這一主題有許多細微的變化。Deere & Company、Moline、IL以及卡特彼勒公司、Joliet、iland和Moog Inc.等公司的專利證明了這項技術的潛力[7,1,5]。 本研究中使用的閥門配置采用四閥桿式閥桿式閥門，并使附加的閥門能夠實現(xiàn)真正的跨端口流動。該配置允許獨立的米進，米出控制除了可獲得的跨端口再生流。其結果是一個可編程的閥門能夠控制每個氣缸的狀態(tài)，并為最佳的能源使用提供再生流。本研究中使用的可編程閥配置如圖1所示。 圖1所示.可編程閥布局 可編程閥的使用提供了多個輸入來控制兩個氣缸狀態(tài)。其結果是，兩個圓柱體，和，都完全可以控制。事實上，有多種方法來控制兩個圓柱體的狀態(tài)，這使得實現(xiàn)精確的運動控制和節(jié)省能源的目標成為可能。 本研究的目的是研究可編程閥門在實現(xiàn)高性能運動跟蹤和高節(jié)能的雙重目標方面的簡單而有效的應用。不同于以往的工作，本文提出了一種基于期望狀態(tài)和軌跡的工作模式選擇方法以及當前的壓力?？删幊痰拈y門是在一個機器人手臂上實現(xiàn)的，它模仿了一個典型的液壓系統(tǒng)的工業(yè)反鏟。 具體的控制器結構由任務級控制器和閥級控制器組成。任務級控制器計算所需的氣缸力，確定可編程閥的工作方式。該閥位控制器包括一個壓力調節(jié)器算法，以保持低的離側腔壓力和自適應魯棒控制器，以提供有效的運動控制，盡管存在各種不確定性和非線性。 本文的其余部分組織為:第1節(jié)介紹了實驗設置和動態(tài)模型。第2節(jié)詳細介紹了所需的基于氣缸的工作模式選擇。第3節(jié)提供了側壓力調節(jié)器和工作側弧運動控制器。第4節(jié)給出了仿真和實驗結果，第5節(jié)給出了結論。 圖2.液壓機械手的坐標系 1 問題的制定和動態(tài)模型 本文重點介紹了三自由度電動液壓機械手臂的臂架運動控制。系統(tǒng)的坐標系、關節(jié)角和物理參數(shù)如圖2所示。電動液壓機械手的動力學方程直接取自于Bu和Yao[4]。臂架運動的動力學可以描述。 其中和分別為氣缸的頭和桿端壓力，和分別是氣缸的頭和桿端區(qū)域，表示包括外部擾動和摩擦力矩等項的集中擾動力矩。 和的重心的坐標的坐標系,和堅持重心的坐標的坐標系,是貼的質量部門,未知的質量慣性加載附加到結束的手臂。為了簡單起見，假定慣性負載是一個點質量。慣性矩和重力都依賴于未知元素。因此，慣性矩和重力被分為兩部分。術語cj和)(2 q G c僅包含可計算的數(shù)量和術語)(2 q gl m G L和2e L L m，其中包含未知量L m)。未知的術語需要通過參數(shù)的適應來估計。忽略氣缸泄漏，可以將圓筒方程寫成[9]。 在和缸總量的頭部和桿端分別為和時初始控制卷,β是有效體積彈性模量。Q1和Q2分別是供給和回流。 對于圖1中的可編程閥，Q1和Q2是由下列式子得出， 孔口流量可以描述為 其中為非線性孔板流動映射，作為壓降、和孔板開口的函數(shù)，，與傳遞函數(shù)式(6)的命令電壓有關。 其中固有頻率和阻尼比分別是和。 由于非線性流映射很難準確地確定，因此假設 和代表的是近似的閥門映射和1和表示流映射的建模錯誤。錯誤的影響將通過強有力的反饋來處理。 附錄B 外文原文