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系統(tǒng)辨識(shí)與實(shí)時(shí)控制斗輪式裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)土方設(shè)備
摘要
土方設(shè)備行業(yè)的迅速整裝待發(fā)，準(zhǔn)備在近期實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制技術(shù)在其產(chǎn)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(dòng)設(shè)備操作的最多:挖掘機(jī)和輪式裝載機(jī)?，F(xiàn)在挖掘機(jī)已受到業(yè)界的關(guān)注。輪式裝載機(jī)產(chǎn)品在本文研究的是另一種高容量多功能機(jī)在配置頻譜的另一端的例子。一個(gè)先進(jìn)的電液開(kāi)放中心的非壓力補(bǔ)償閥控制系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行了研究，以評(píng)估通過(guò)實(shí)施數(shù)字化速度伺服控制的潛在收益?？刂颇繕?biāo)是滿足運(yùn)營(yíng)商自覺(jué)響應(yīng)要求，滿足運(yùn)營(yíng)商認(rèn)為光滑度要求，創(chuàng)建一個(gè)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(shí)施的一個(gè)貨架輪式裝載機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)比例積分（PI）和閥的動(dòng)態(tài)變換算法的議案。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換閥是液壓流量功能，是一種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和氣缸壓力桿端功能。魯棒性的性能進(jìn)行了驗(yàn)證，通過(guò)廣泛的系統(tǒng)建模，驗(yàn)證，并在大卡特彼勒輪式裝載機(jī)型號(hào)的硬件測(cè)試。
簡(jiǎn)介
汽車行業(yè)已經(jīng)在效率，性能，安全性巨大收益和乘客由最近在其產(chǎn)品的數(shù)字化控制技術(shù)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(zhǔn)備在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)類似的收益。主要有兩種類型的推土設(shè)備：挖掘機(jī)和輪式裝載機(jī)。長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是建立一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)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(shí)，該材料的處理最小化的運(yùn)作在成本/噸的形式加工材料成本的形式。我們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)控制子系統(tǒng)，改善經(jīng)營(yíng)人/機(jī)的性能，降低運(yùn)營(yíng)成本，這將作為較低級(jí)別控制子在自治區(qū)控制器的等級(jí)制度。
輪式裝載機(jī)（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(jī)器的應(yīng)用程序（例如，施工和材料處理應(yīng)用）最廣泛而較大的機(jī)器往往是用于礦山的應(yīng)用為主。 WTL的一個(gè)常見(jiàn)的功能是利用卡車裝載?？ㄜ囇b載周期是一個(gè)重復(fù)的四個(gè)步驟，其中一些類型的材料是從股票樁運(yùn)到卡車上。這個(gè)過(guò)程開(kāi)始時(shí)，運(yùn)營(yíng)商的股票樁公羊和命令的聯(lián)系，以提升負(fù)載，而在同一時(shí)間向后搖桶（步驟1：旅行，股票樁和挖）。當(dāng)水桶已滿載，逆向操作的變化和旅行轉(zhuǎn)向時(shí)向后一個(gè)位置，使他有足夠的空間，然后轉(zhuǎn)移到前進(jìn)，前往卡車。經(jīng)營(yíng)者繼續(xù)這次旅行期間提出的部分，以便它清除車床上時(shí)，他減慢，達(dá)到卡車（步驟2：前往卡車）負(fù)載。運(yùn)轉(zhuǎn)員接著命令桶傾倒從而釋放負(fù)載到卡車床（步驟3：轉(zhuǎn)儲(chǔ)）。最后，操作命令把水桶架回其水平位置。同時(shí)，旅游經(jīng)營(yíng)者進(jìn)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(kāi)始位置）返回地面。
本研究的重點(diǎn)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(gè)先進(jìn)的輪式裝載機(jī)移動(dòng)設(shè)備的接地電流狀態(tài)系統(tǒng)。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不僅限于WTL以及實(shí)際上已經(jīng)到了地球的各種移動(dòng)設(shè)備的廣泛應(yīng)用。挖掘機(jī)
液壓子系統(tǒng)的控制問(wèn)題已引起廣泛關(guān)注最近有液壓子在一般系統(tǒng)。
描述輪式裝載機(jī)的子系統(tǒng)
土方設(shè)備可細(xì)分為4個(gè)子系統(tǒng)。（1）動(dòng)力裝置，（2）制動(dòng)系統(tǒng)，（三）工作裝置，（4）液壓傳動(dòng)器。上電列車由一個(gè)電源，通常是一個(gè)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。電力傳輸?shù)揭环N通過(guò)液力變矩器然后連接到差距機(jī)械傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器和最后輪胎。這通常是對(duì)WTL案件。挖掘機(jī)有水文靜態(tài)驅(qū)動(dòng)列車（即，液壓泵和馬達(dá)）連接到一個(gè)軌道。幾個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)功率起飛通過(guò)泵提供動(dòng)力轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)運(yùn)行，制動(dòng)系統(tǒng)是典型的液壓\和液壓執(zhí)行系統(tǒng)。該液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含地面從事工具，提供了力量和運(yùn)動(dòng)，從事土壤或其他材料需要處理。
2.1．自由車度
出租車經(jīng)營(yíng)者被認(rèn)為有六個(gè)自由度：三線性（前，后部，橫向，縱向）和三個(gè)角（偏航，俯仰，roll0。鏟斗有兩個(gè)自由度。督導(dǎo)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(jiǎn)化即將舉行的分析，兩
限制將在系統(tǒng)規(guī)定。首先，前幀運(yùn)動(dòng)不會(huì)允許旋轉(zhuǎn)相對(duì)于后車架。第二，后車架議案將限制在一個(gè)平面上。第一個(gè)約束消除了單自由度（轉(zhuǎn)向）學(xué)位從分析中。第二個(gè)約束消除了三自由度：運(yùn)營(yíng)商橫向直線運(yùn)動(dòng)，偏航角和滾動(dòng)角運(yùn)動(dòng)的議案。因此，我們認(rèn)為只有五個(gè)自由度在我們的模型：電梯和傾斜落實(shí)桶議案和操作前，尾部和垂直直線運(yùn)動(dòng)和俯仰角的議案。
2.2. 連鎖
有幾種類型的WTL的實(shí)現(xiàn)使用目前的聯(lián)系。一個(gè)非常普遍的例如，所謂的Z型連桿。它是自由的兩個(gè)學(xué)位四體聯(lián)動(dòng)（提升臂，杠桿，鏈接，桶）和兩個(gè)組成的非對(duì)稱液壓缸（升降機(jī)及傾斜），由九個(gè)旋轉(zhuǎn)腳關(guān)節(jié)連在一起。
2.3. 主要液壓系統(tǒng)
一個(gè)普通液壓系統(tǒng)通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)控制流量的電梯WTL的傾斜和一缸采用開(kāi)放中心非壓力補(bǔ)償閥芯型閥。這個(gè)系統(tǒng)包含一個(gè)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(yùn)作是最好的形容按照液壓流體通過(guò)各種運(yùn)行條件下的電路。最簡(jiǎn)單的條件是在沒(méi)有命令從流腦放大器電流。該電梯線軸和傾斜，因?yàn)閷⒓性贓/小時(shí)閥電磁鐵將不會(huì)被激活。在這種情況下，通過(guò)發(fā)送泵單向閥的負(fù)載流量（最大操作設(shè)置壓力）的傾斜閥芯。由于這閥芯為中心，流動(dòng)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(kāi)放中心“的事實(shí)，即當(dāng)閥門(mén)在中立的立場(chǎng)來(lái)，流體循環(huán)從通過(guò)到罐的閥門(mén)泵。
如果傾斜閥芯中心\及電梯閥芯右移，一開(kāi)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(lái)，克服了負(fù)載止回閥發(fā)送流向頭端（HE）的對(duì)在另一口的升降油缸稱為至氣缸區(qū)（PC）的泵。在同時(shí)，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(jìn)行坦克。因此，
電梯活塞桿延伸提高一個(gè)可能在桶中的負(fù)載。如果電梯閥芯左移相反的情況。從他流體流經(jīng)對(duì)坦克的CT，從泵流體流動(dòng)以及整個(gè)閥芯如果沒(méi)有足夠的轉(zhuǎn)移完全關(guān)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(shí)，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(xiàng)，因?yàn)殡娐返膬A斜流量需求可以通過(guò)預(yù)約和關(guān)閉電梯電路。此外，氣缸安全閥可能被添加到每個(gè)RE和他如果每個(gè)部分各不相同的最高工作壓力的主要救濟(jì)
結(jié)構(gòu)壽命或安全的關(guān)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(guò)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(qū)動(dòng)的功能降低或問(wèn)題桶中的CT傾倒區(qū)已設(shè)計(jì)提供限制產(chǎn)量快速缸速度。在這種情況下，泵的流量與氣缸無(wú)法比擬從氣缸流向低壓槽和空化創(chuàng)造。這是非常以來(lái)的液壓系統(tǒng)可控的閉環(huán)控制是不可取空蝕過(guò)程中有效地失去了。
2.4. 電液壓先導(dǎo)
一個(gè)先導(dǎo)泵供應(yīng)流到壓力調(diào)節(jié)閥，它維護(hù)一個(gè)穩(wěn)定供應(yīng)的壓力，一個(gè)E/小時(shí)閥這也是連接到油箱。細(xì)胞外基質(zhì)中的驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送到電磁鐵電流其中移動(dòng)一個(gè)控制閥芯。由于這閥芯移動(dòng)，一米的連接口供應(yīng)壓力端口和一個(gè)節(jié)流孔連接到油箱比例開(kāi)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(kāi)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(lái)提供反饋閉環(huán)位置控制閥芯。
2.5．?dāng)?shù)字化控制系統(tǒng)
基本低成本的組件將被選為這項(xiàng)研究將與一致目前的做法在這個(gè)行業(yè)。通常情況下，7位微處理器，其中使用大會(huì)編碼須達(dá)到20毫秒循環(huán)時(shí)間。旋轉(zhuǎn)式電位器用于傳感器反饋以及參考輸入信號(hào)。
3） 動(dòng)態(tài)模式：平面傾斜和車輛動(dòng)態(tài)電路
傾斜的動(dòng)態(tài)電路模型，從投入產(chǎn)出關(guān)系點(diǎn)的觀點(diǎn)。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(yùn)動(dòng)（X,?，θ）的車輛。
下面的假設(shè)和近似作出的模型：
（1）電梯電路以象征式升降機(jī)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(gè)在二維空間質(zhì)量彈簧阻尼器系統(tǒng)，有三個(gè)自由度：的x，y，美國(guó)這是一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的，因?yàn)檐嚿肀平洼喬ハ褚粋€(gè)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(gè)二階濾波器，包括動(dòng)態(tài)0.707阻尼比。這是符合實(shí)際的英/ H閥使用行為是一致的在WTL車輛。
（5）電子/小時(shí)閥芯區(qū)（稱為計(jì)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(biāo)準(zhǔn)孔板方程來(lái)描述流程之間的關(guān)系率（Q）和閥芯位置（因此測(cè)光區(qū)域），壓差時(shí)，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(guān)系
獲得三個(gè)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(diào)制。該模型的非線性靜態(tài)捕捉死區(qū)的幾何關(guān)系，包括與閥門(mén)缸增益。請(qǐng)注意有效的死區(qū)和增益是（1）流量的功能（這是一個(gè)功能發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在WTL的情況），和（2）外部負(fù)載。換句話說(shuō)，直流增益?zhèn)鬟f函數(shù)是一個(gè)流量，外部負(fù)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(guān)系速度是描述聯(lián)動(dòng)雅可比。這是表示為一系列針對(duì)不同的電梯位置曲線（插表作為實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的）。
（3）最后，我們從后臺(tái)處理模型的液壓電路的動(dòng)態(tài)過(guò)濾效果位置傾斜缸速度。穩(wěn)態(tài)增益在獲取信息的調(diào)制和傾斜傾斜運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。因此，在特區(qū)動(dòng)態(tài)模型的傾斜收益將約為團(tuán)結(jié)（0分貝）。此外，這將是電梯的位置和外部負(fù)載的函數(shù)。因此，所有三個(gè)模型塊組件方面的評(píng)估，預(yù)計(jì)全掃一電梯的位置和負(fù)載值。é/小時(shí)閥是一個(gè)開(kāi)放的中心型閥。由于閥芯命令轉(zhuǎn)變的閥芯，鉑（泵罐）區(qū)開(kāi)始關(guān)閉，電腦（泵缸）面積開(kāi)始打開(kāi)一樣的C- T的（缸罐）區(qū)。泵的壓力開(kāi)始建立自的P- T是限制其流動(dòng)油箱。當(dāng)泵的壓力超過(guò)了何氣缸壓力，負(fù)載單向閥泵的流量持久性有機(jī)污染物允許進(jìn)入氣缸他說(shuō)。這種流動(dòng)延伸圓柱的部隊(duì)從各地稀土流缸在C - T區(qū)油箱。由于外部負(fù)載變化時(shí)，閥芯的最低金額需要匹配通過(guò)泵壓變化，以及不同加載命令。這結(jié)果有效的死區(qū)和增益變化。如果外部負(fù)載相反（即超過(guò)運(yùn)行負(fù)荷狀態(tài)），延長(zhǎng)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(jìn)入氣缸的何流更少。接著率將延長(zhǎng)泵驅(qū)動(dòng)。
（4）閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能目標(biāo)
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(jí)（流量和壓力）為移動(dòng)的WTL是設(shè)計(jì)用來(lái)處理負(fù)載范圍內(nèi)桶。在這里，我們將不再重復(fù)液壓控制系統(tǒng)元件尺寸分析，但是，我只想說(shuō)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(jī)架，傾斜電路充分潮濕條件下，最大負(fù)荷2.5秒。最大負(fù)載能力是斗1.2錳。
（5）結(jié)果：仿真和實(shí)驗(yàn)
該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕线M(jìn)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(shí)現(xiàn)用微型控制器，對(duì)船上的8位分辨率的A / D，D / A轉(zhuǎn)換。有效的死區(qū)是負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的功能。在實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)不同低估死區(qū)值使用，以避免過(guò)沖。不準(zhǔn)確的死區(qū)補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)是在Fig.14.It顯示延時(shí)效果觀察到，在響應(yīng)時(shí)間減少到低于0.2的時(shí)候賠償范圍內(nèi)，其實(shí)際有效價(jià)值1.0毫米的。圖15顯示了上升時(shí)間敏感閥改造的收益。據(jù)觀察，為了滿足時(shí)間要求提高0.5秒的增益必須相當(dāng)準(zhǔn)確。圖16shows一兩個(gè)實(shí)驗(yàn)和分析比較下一個(gè)完整的電梯，完全轉(zhuǎn)儲(chǔ)，無(wú)負(fù)荷，高怠速架步反應(yīng)的條件。造成這種狀況的性能標(biāo)準(zhǔn)的0.5秒和5％上升時(shí)間小于0.2秒的延遲就形成一個(gè)關(guān)心過(guò)沖閥變換的動(dòng)態(tài)執(zhí)行中遇到的壓力是再反饋級(jí)過(guò)濾反應(yīng)所需的穩(wěn)定。據(jù)推測(cè)，壓力應(yīng)低通濾波在或低于閉環(huán)系統(tǒng)帶寬，以一個(gè)臨界值。在這樣的閉環(huán)控制能夠響應(yīng)增益的變化，就好像他們是死區(qū)對(duì)系統(tǒng)干擾。實(shí)驗(yàn)和分析都反映了這種過(guò)濾。雖然沒(méi)有顯示，在穩(wěn)定性上WTL的模型進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)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(chǔ)的補(bǔ)償要求非常精確的模型。
(6) 總結(jié)
一個(gè)先進(jìn)的電液開(kāi)放為中心的非壓力補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行了研究，以評(píng)估執(zhí)行速度伺服控制，同時(shí)滿足運(yùn)營(yíng)商的響應(yīng)和平滑性能規(guī)格的潛力，并建立一個(gè)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(shí)施了傾斜電路貨架使用標(biāo)準(zhǔn)的比例積分控制器，具有動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換閥偶函數(shù)。閥的動(dòng)態(tài)變換是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（液壓流量）和桿端氣缸壓力的作用。閥門(mén)共享的動(dòng)態(tài)變換在實(shí)時(shí)控制算法提供的自由化效果類似壓力補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷傳感液壓系統(tǒng)和元件成本降低的結(jié)果。強(qiáng)大的性能進(jìn)行了驗(yàn)證，通過(guò)廣泛的系統(tǒng)建模與一個(gè) WTL model990車試驗(yàn)。