翻譯：譯文 1： 隨車液壓起重機的軌跡控制問題描述這項方案是根據(jù)如圖1所示的多自由度隨車液壓起重機控制問題提出來的?？刂齐S車起重機要求操作人員技術(shù)相當(dāng)高，它的操作機動范圍很小。如果可以讓現(xiàn)代的起重機實現(xiàn)遙控控制的話，操作人員只需要控制他手中的遙控器就可以控制起重機把重物放在他要求的任何地方。一個按鈕控制一個自由度方向上的轉(zhuǎn)動。因此只需要讓操作人員得到熟練的訓(xùn)練他就可以每次控制更多的按鈕來實現(xiàn)多個自由度的轉(zhuǎn)動。圖 1 所示為一臺隨車液壓裝載起重機部分液壓系統(tǒng)控制圖實例這項工程的目標(biāo)是設(shè)計一臺非熟練操作人員都能夠控制的移動式液壓起重機。操作人員根據(jù)吊具總成的合成軌跡控制一根操縱桿。這樣不同的自由度就可以同時被控制。多數(shù)隨車液壓起重機的結(jié)構(gòu)就像圖1所示的那樣，大多數(shù)都是非常柔性化的，因此當(dāng)受載時它們就會彎曲。這樣做可以使起重機吊重比最低。事實上吊重頂端位置也是制約控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)偏差的因素。這種問題可以通過一個好的位置偏差補償控制系統(tǒng)解決，這個系統(tǒng)還可以消除操作初期結(jié)構(gòu)上發(fā)生的擺動。繼續(xù)使結(jié)構(gòu)軌跡偏差補償控制系統(tǒng)在起重機上進一步發(fā)展，起重機的裝載能力將可以大大得到提高。當(dāng)這種在起重機里的擺動可以被控制系統(tǒng)抑制的方法能夠得到充分證明，在一個長的期限里可能有一個降低動力學(xué)安全系數(shù)的機會。這將使起重機生產(chǎn)商和用戶節(jié)省一大筆費用。方案內(nèi)容現(xiàn)以一臺如圖 2 所示的 HMF 680-4 型隨車液壓起重機來分析這些問題。在這臺起重機的不同位置安裝了傳感器來監(jiān)視系統(tǒng)上的不同參數(shù)值，它們都是一些起重機上很重要的不同連接位置的壓力、流量、應(yīng)變參數(shù)值。實驗測試可以證實起重機性能，所以可以通過精確的模型來測試起重機的性能。為了使所含蓋的幾個問題能夠描述得更清楚，這些問題被簡略的表述如下：吊具總成圖 2 測試起重機圖片1. 分析系統(tǒng)要求說明書系統(tǒng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)分析已被完成?；谙到y(tǒng)的這種要求連同確保系統(tǒng)的執(zhí)行的檢驗程序?qū)⒈涣腥肭鍐巍?. 機械子系統(tǒng)模型許多技術(shù)模型已經(jīng)存在，因此這些部件包括研究明確的模型局部動力學(xué)的表達(dá)方法。機械子系統(tǒng)的分析與局部模型偏差的詳細(xì)分析相同。這樣做是為了使計算的有效性能夠明確表達(dá)出來，同時使系統(tǒng)的動作在控制過程中能夠十分精確?；谶@種非常有前景的用公式表示一個數(shù)學(xué)子系統(tǒng)模型的方法已經(jīng)完成，它將從起重機試驗臺的實驗結(jié)果中得到校驗。3. 液壓子系統(tǒng)模型跟機械子系統(tǒng)建模一樣，液壓子系統(tǒng)模型由液壓泵、不同的液壓閥、激勵源和液壓導(dǎo)管組成。然而，并不是這些都要建模，只是那些對系統(tǒng)動力學(xué)部件影響比較大的成分才建模。液壓子系統(tǒng)模型也需要用實驗的方法來證明。除此之外是否在對偏差進行補償時，系統(tǒng)中用了比重比較大的電液比例控制閥都必須被分析，即對機械結(jié)構(gòu)的擺動進行分析。基于上述修正，對液壓系統(tǒng)如果有必要都要做。4.分析和標(biāo)準(zhǔn)的解決反轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu)起重機相對于底部有一個可以操作的特定空間，即吊具總成能達(dá)到的范圍。這是公認(rèn)的起重機工作范圍。有的部位要通過不同的路線才可以達(dá)到。因此有必要在這些區(qū)域確定最佳的運動結(jié)構(gòu)。有不同的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，習(xí)慣上用起重機上總負(fù)荷的最小值，也就是在臨界狀態(tài)點的最小壓力值。為了做這個重要的結(jié)構(gòu)壓力分析，基于實現(xiàn)這個運算法則的控制系統(tǒng)將進一步得到發(fā)展。5.載荷判斷方案的發(fā)展為了實現(xiàn)起重機結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)補償，需要知道起重機承受的有效載荷。因此，有必要進行不同的載荷在線可能情況分析，這樣就可以判斷哪一個傳感器需要進行載荷復(fù)合鑒定?；谶@種鑒定方案分析，可以實現(xiàn)最終的運算法則。6. 控制運算法則的發(fā)展基于這種機械液壓子系統(tǒng)模型，一種吊具總成位置軌跡控制的控制規(guī)律將會得到發(fā)展。這種控制規(guī)律可以保證系統(tǒng)按照吊臂頂?shù)倪\動軌跡運行，并且系統(tǒng)在工作情況下保持穩(wěn)定。這包含在載荷判斷和運動學(xué)最佳參數(shù)方案的分析中。7. 控制系統(tǒng)的執(zhí)行最后系統(tǒng)的控制規(guī)律已經(jīng)通過仿真試驗得出，應(yīng)該實現(xiàn)通過處理器或者數(shù)據(jù)信號處理檢驗系統(tǒng)實物了，即測試起重機。用這種測試方法將可以實現(xiàn)對系統(tǒng)制定測試，到測試結(jié)束的整個過程。這種測試技術(shù)還可以對一些典型系統(tǒng)進行控制。譯文 2： 隨車液壓起重機的控制摘 要：本文主要是描述隨車液壓起重機的控制過程。這篇論文分為五個部分：需求分析，液壓系統(tǒng)以及存在的問題的分析，不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同問題的分析，基于更加先進復(fù)雜電液比例控制閥的新技術(shù)的發(fā)展趨勢的分析。本文的研究工作是和實際的工業(yè)相結(jié)合的，比純粹的研究理論更有意義。關(guān)鍵字：隨車液壓起重機，控制策略，電液比例控制閥1.引言本文主要敘述的是對隨車起重機控制系統(tǒng)的改進方法隨車汽車起重機可以看成是一種大型柔性控制機械結(jié)構(gòu) 。這種控制系統(tǒng)把操作人員的命令由機械結(jié)構(gòu)變?yōu)閳?zhí)行動作。這樣定義這種控制系統(tǒng)是為了避免在設(shè)計它事產(chǎn)生模糊的思想這是一種通過人的命令把能量轉(zhuǎn)化成機械動作的控制系統(tǒng) 。本文所寫的就是這種控制系統(tǒng)。以這個目標(biāo)為指導(dǎo)方針來分析怎樣設(shè)計出新的控制系統(tǒng)。文章分為五個部分：1.分析這種控制系統(tǒng)必須據(jù)有易操作性，高強度，高效性，穩(wěn)定性，安全性。2.分析目前這種操作系統(tǒng)所存在的問題。3.從不同的方面分析這種控制系統(tǒng)：不同的操作方式，不同的控制方法，不同的組織結(jié)構(gòu)。4.介紹一種適合于未來工業(yè)的比較經(jīng)濟的新的控制系統(tǒng)。5.分析一種據(jù)有高性能，高效率，易控制等的比較好的控制系統(tǒng)。它將成為今后研究的比較經(jīng)濟高效的一種方案。2. 論文部分2.1 對控制系統(tǒng)必備條件的分析在一種新的操作系統(tǒng)開始正式投入工作之前，對這種控制系統(tǒng)據(jù)有嚴(yán)格的要求。對控制系統(tǒng)的影響有很多因素。例如：機械結(jié)構(gòu)的可實行性因素，可操作性因素，效率因素，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)需求必須放在第一位。這與在控制系統(tǒng)中導(dǎo)管破裂保護和超載保護有同等的地位。其次穩(wěn)定性要求也很重要；系統(tǒng)不穩(wěn)定就沒法正常工作。一旦穩(wěn)定性要求得以確定，控制系統(tǒng)性能要求就可以進一步確定。機械結(jié)構(gòu)決定了起重機的可操作性。機械機構(gòu)是隨車起重機中可以往復(fù)轉(zhuǎn)動固有頻率低的大型柔性結(jié)構(gòu)。為了防止起重機振動，必須使起重機在固有頻率下工作，或者提高起重機的固有頻率。如果它的固有頻率太低或者太高，操作人員將無法給它進行操作。最后傳動效率可以在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，穩(wěn)定性，執(zhí)行機構(gòu)確定的基礎(chǔ)上得到最優(yōu)的方案。2.2 對目前這種控制系統(tǒng)的分析在設(shè)計一種新的起重機之前，研究目前起重機存在的問題是很有必要的。當(dāng)前液壓隨車起重機主要存在以下三個問題：1.不穩(wěn)定性2.不經(jīng)濟性3.低效性2.2.1 不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性是一個嚴(yán)重問題，他可能會損傷操作人員或者會是設(shè)備受到毀壞。當(dāng)一個系統(tǒng)不穩(wěn)定時通常產(chǎn)生嚴(yán)重振動。為了消除當(dāng)前系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，設(shè)計人員既花費了很多時間來研究又花費了很多財力設(shè)計出更加復(fù)雜的機構(gòu)。如圖1所示為一種起重機，它適合于在高速下工作。但是為了可以安全的工作必須合理控制其運行速度。要提高它的控制速度又必須增加更加昂貴復(fù)雜的機械系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的參數(shù)，如溫度或壓力同樣影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一個參數(shù)合理的液壓系統(tǒng)比一個設(shè)計參數(shù)不合理的液壓系統(tǒng)穩(wěn)定，為了使整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，有時必須降低次要的參數(shù)值。2.2.2 不經(jīng)濟性目前的液壓系統(tǒng)是純液壓的機械系統(tǒng)，因此如果用戶想實現(xiàn)一個功能，他就必須買一個能使現(xiàn)這個功能的液壓機械組件。因為大多數(shù)用戶又不同的使用要求，要求同一個設(shè)備可以進行升級。這就意味著這些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備可以人為的改造，這就增加了組件升級費用。2.2.3 低效性液體在液壓系統(tǒng)的兩個液壓缸之間流動時效率較低。這是因為大多數(shù)液壓閥都是用一個閥心來控制兩個節(jié)流口，由于這個鏈接不可能使閥芯兩側(cè)的壓力相等，因此在流出端就產(chǎn)生一個與液流方向相反的背壓力，同時也增加了流入端的壓力。由激勵源產(chǎn)生的這個背壓力與閥芯兩端的壓力差成正比的，給油缸的實際壓力沒有被有效的作用在油缸上。例如，給液壓缸的壓力為1000psi/1600psi 傳到液壓缸時就只有 0psi/600 psi 了。無論如何，這樣的話，提供的電量必須高于有效電量，這些額外的電量就被白白的浪費了2.3 控制系統(tǒng)不同的控制方法目前主要用電液比例控制閥來控制液壓閥的運動。然而對控制筒有不同的控制方法。電液比例控制閥對閥的關(guān)/開，公共汽車系統(tǒng)，電源的智能激勵，泵的調(diào)節(jié)方案控制精度都較高。必須對這種系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行分析，找出合理的方案。2.4 近期方案即使這種十分新的系統(tǒng)最佳外形的布局已經(jīng)得以證明是可行的，但是起重機制造商和配件商還不能立刻就接受這種技術(shù)。這是一個漸進的過程，所以提出了一種臨時解決的方案。這種方案是由微型計算機和升縮機構(gòu)組成。這種離合閥可使這種更加高效穩(wěn)定的執(zhí)行控制機構(gòu)得以實現(xiàn)。微型計算機可以對閥進行柔性控制?？梢园堰@些變量編入軟件。這樣就消除了制造商許許多多不同的變量問題。起重機制造廠家可以根據(jù)產(chǎn)品功能選擇不同型號的液壓閥。配件商也將不得不生產(chǎn)這種型號的閥，這樣不僅降低了制造成本，而且使起重機的性能得到提高。2.5 更高效方案的分析這種分析依賴于不同布局結(jié)果，液壓泵控制的區(qū)域決定將要用的控制方法，再依次對這個區(qū)域進行分析。不同的區(qū)域?qū)⒂貌煌姆椒ㄌ接?，用不同的刀具位置控制?. 實驗設(shè)備本文的中心是研究發(fā)展中的經(jīng)濟型機械控制方案的可實現(xiàn)問題，更多重點是先進的實驗結(jié)果。實驗結(jié)果由兩種方法獲得。第一種是通過研究單自由起重機實驗臺獲得，第二種是通過研究一臺由丹麥一家起重機廠送給英國的一所軍校的起重機獲得。如圖 1 所示圖1系統(tǒng)實驗臺 左：單自由度起重機模型 右：隨車起重機實物雖然目前這種升縮分離機構(gòu)在生產(chǎn)商中沒有被普遍接受，但是兩分離閥將會被逐漸取代。如圖2所示是一種幅度-脈沖變換液壓缸，它是通過數(shù)字信息處理器/奔騰雙信息處理器運行程序來控制液壓閥的。由數(shù)字信號處理器運行控制代碼，奔騰處理器來判斷并提供圖形用戶界面。4. 當(dāng)前工作4.1 直線軸流控琺當(dāng)今市場常見的直線流控器都需要壓力補償。壓力補償器可以使閥芯突然受壓時保持恒定的壓力。但是新增加的壓力補償器會使閥的結(jié)構(gòu)比簡單的隨動閥更加復(fù)雜。另一種解決方法是用流控器測量閥的壓力降來調(diào)整閥芯的位置來實現(xiàn)。這種想法雖然簡單，但是由于壓力傳感器和微控器的費用比較高，想普遍運用于商品上是很難的。然而目前這種利用微控器和壓力傳感器的思想對于生產(chǎn)商來說是可以接受的。雖然依據(jù)方程來看很簡單，但是要實現(xiàn)卻很難。流控器的位置精度取決于位置傳感器的精度壓力傳感器的精度。噪聲會影響位置傳感器和壓力傳感器的穩(wěn)定性。采用延時控制可以消除影響穩(wěn)定性的噪聲，這樣，超過閥的運行范圍的特征值用就不能用柏努力方程計算，應(yīng)用更復(fù)雜的方程來計算。圖2升縮分離機構(gòu)4.2 液壓缸控制方法根據(jù)不同的受力方向和速度方向這種液壓缸有四種工作情形。如圖3所示：多數(shù)是普通的隨動液壓閥，它這種控制方法已經(jīng)在文獻(xiàn)中可以找到，依靠一般的測量法測液壓缸的速度位移相當(dāng)復(fù)雜。它們也需要相當(dāng)復(fù)雜的運算法則來控制。本文主要分析基于簡單的PI控制器和沒有嚴(yán)格速度位移要求的液壓缸的控制方法。這種系統(tǒng)的控制方法比復(fù)雜的控制方法簡單得多，由于它不需要特殊的傳感器而且容易被大多數(shù)工程師理解所以比較容易被廠商采用。在設(shè)計一種控制方法時另一種特別的控制方法也需要了解，它也是液控中常用的一種方法。移動液壓閥要求低泄漏，以前的液壓閥大們通常有很大的交迭。然而，使生產(chǎn)商能夠接受的這種線軸式液壓缸的驅(qū)動性能相當(dāng)慢。這種具有很大交迭的重合以及激發(fā)很慢的液壓閥很難滿足現(xiàn)在的要求。交迭和較慢的驅(qū)動使壓力控制變得相當(dāng)困難。圖 3 起重機工作的不同情形圖 4 減壓控制器新的控制方法可以用一個例子清楚簡單的描述出來。從入口端實行流控制，出口端就實現(xiàn)液壓力。流控制符合柏努力方程。液壓控制過程中PI控制器維持較小的壓力來提高效率并且可以防止氣穴現(xiàn)象。這些都是為了解決大交迭和較低的驅(qū)動所做的工作，壓力控制器僅僅能排除控制中的一點問題。這就意味著如果控制人員想提高壓力，卻不能使液壓缸移動，只能夠降低控制口的開口量。這樣做的作用只能使操作人員想改變活塞的方向時使它準(zhǔn)時脫離零位。這種情況下外力方向和活塞運動仍然不能改變，這種方式需要改進。既然這樣，需要壓力控制器在出口變大時提供與外力方向相反的有用壓力，當(dāng)已知入口端的壓力下降的時候，它可以增加與外力相反的壓力。這個壓力也受PI控制器控制，如圖4所示就是是一個這種控制系統(tǒng)的控制模型結(jié)構(gòu)。在寫本文的時候這種控制的實驗已經(jīng)在圖1所示的實驗臺上完成了，由于起重機上安裝了載荷單向閥，所以穩(wěn)定性沒有達(dá)到要求。然而，用液壓單向閥取代這種載荷單向閥，可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定。在液壓系統(tǒng)中，載荷閉式閥可以實現(xiàn)超載保護和卸載保護兩種功能。由于在這種控制方法中使用伸縮閥機構(gòu)對卸載保護很起作用，因此在起升機構(gòu)中很有必要使用有這種功能的單向閥。一個操作單向閥的駕駛員可以做這一點，沒有增加復(fù)雜的動力來阻止起重機的傾。安裝了這種單向閥，起重機操作人員不需要再增加更復(fù)雜的外力來防止起重機產(chǎn)生傾翻。5. 結(jié)束語即使沒有大量的實驗設(shè)施，但是實驗還是完成了，一個好的開始是成功的一半。這個論文題的大輪闊已經(jīng)確定，它是有意義而且合理的。這個工作分為需求分析、目前的系統(tǒng)分析、不同布局分析、近期的解決辦法的分析和最優(yōu)解決方案的發(fā)展趨勢分析五個部分。在本論題的最后，液壓隨車起重機的控制模將會被修改。6. 感謝語感謝 Danfoss Fluid Power A/S為這個研究提供了部分基金。也感謝H?jbjerg Maskinfabrik (HMF) A/S愿意為這種起重機的測試提供技術(shù)上的支持