液压挖掘机智能化控制系统
液压挖掘机中的电控系统
液压挖掘机中的电控系统液压挖掘机是一种常见的工程机械，具有挖掘能力强、运行平稳、作业范围广等优点。
其中，电控系统是液压挖掘机中重要的组成部分之一，对整个工作系统的稳定性、精度、效率等方面均有重要影响。
本文将从以下三个方面介绍液压挖掘机中的电控系统：基本组成、主要作用、常见故障及处理方法。
基本组成液压挖掘机的电控系统由多个部分组成，包括控制器、传感器、执行机构等，主要组成如下：1. 控制器控制器是液压挖掘机电控系统的核心部件之一，主要用于控制锁止阀、换向阀、液压马达等执行机构的工作状态。
目前常用的控制器有电液控制器和电子控制器两种。
2. 传感器传感器主要用于感知液压挖掘机的各种状态信息，如液压油温、油位、压力、转速等。
传感器将这些信息反馈给控制器，控制器通过对这些信息的处理，调节执行机构的状态，实现液压挖掘机的自动控制。
3. 执行机构执行机构是液压挖掘机电控系统的主要输出部件，包括液压马达、锁止阀、换向阀等。
通过控制执行机构的状态，液压挖掘机能够完成各种动作，如挖掘、装载、转向、提升等。
主要作用液压挖掘机中的电控系统具有以下主要作用：1. 实现自动化控制液压挖掘机中的电控系统能够自动感知和处理挖掘机各个部位的状态信息，进而实现各种自动化控制。
例如，通过控制液压马达的工作状态，能够实现挖掘机的前后移动和旋转；通过控制锁止阀和换向阀的状态，能够实现挖掘机的装载和提升等。
2. 提高工作精度通过控制液压挖掘机的各个执行机构的状态，能够实现各种精确的操作，例如在狭小的工作空间中实现精细挖掘、准确地抓取物品等。
液压挖掘机中的电控系统能够自动化地控制这些动作，从而提高操作的精度和准确度。
3. 增强安全性能液压挖掘机中的电控系统能够自动监测液压系统的各项参数，并对异常情况进行预警和处理。
在发生系统故障时，电控系统能够自动停机，保障操作人员的安全。
常见故障及处理方法液压挖掘机中的电控系统常见故障主要包括以下几种：1. 控制器故障控制器是液压挖掘机中电控系统的核心部件之一。
小议液压挖掘机的控制系统及设计
行 的各种液压泵 原理图中 ，也都集成有多种功 司机室和机罩等 。 挖掘机三维造型设计的关键是金属结构件 能。 随着 液 压 技术 的发 展 ， 可能 在 泵 上 集成 更 有 的三维造型 ， 如动臂 、 斗杆 、 铲斗 、 回转平 台、 回 多的功能。 １ ． ５可变参数 控制 转支承、 行走机构和行走架等 ， 这些金属结构件 结构较为复杂 。 动 如 为使挖掘机更好地适应各种工况下 的负载 都是由多个零件焊接成形 ， 要求 ， 动力系统内部一些控制元件的设定参数 臂本体 由上板 、 下板 、 侧板、 加强筋板、 连接耳板 静态角度保证设计尺寸的正确性 ，机构运动仿 将不再是 固定值 ， 而是能随着挖掘机具体工作 和轴套等十多个零件焊接而成 ，这些单个零件 真则从运动 角度保证 设计 的合理性 和可靠性 。 状况而改变。 例如 ， 日 在 立建机生产 的 Ｅ Ｘ系列 结构一般 比较简单 。设计者根据零件的具体结 在设计阶段把许多原本要在样机试验时才能发 挖掘机上 ，负荷传感阋上的压力补偿器没定压 构 画出反映零件特征的二维草图 ，草 图一般由 多边形 、 圆弧线和圆等构 成封 闭的图形 。 现的问题 一一加 以解决，从而为企业带来实实 差 就能随工作状 况而改变 ， 增强 了挖掘机工作 直 线 、 在 在 的 技术 经 济 效 益 。 时的适应性。 可以预测 ， 在将来 的挖掘机动力系 将二维截面草图进行拉仲 、 旋转、 放样 、 倒角 ， 生 １ 压 挖 掘 机 的控 制 系统 分 类 液 统 中， 将会有更多的控制参数可 以调节 ， 从而使 成 三 维 图形 。最 后 将这 些 零 件 组 装并 通 过 布 尔 １Ｉ电液比例控制智能化 ． 运算等操作 ， 形成动臂 的三维实体模型。 三维造 挖掘机工作效率更高、 操纵更容易。 型最好采用参数化的草图建模方法 ，这样可以 进入 ２ Ｏ世纪 ９ Ｏ年代后 ， 随着计算 机技术 ：挖 掘机 零 部 件 的三 维 造 型 设 计 的发展 ． 电液比例控制更进一步“ 智能化” 电液 ． 挖掘机三维实体造 型包括所有零件 的三维 方便地实行零件的修改及变形设计 ，只要发现 可以容易地修改。 而且 比例泵和 比例阀的应用 日益增多 ，从而 出现 了 实体造 型， 总成和整机装配仿真。 挖掘机是 由金 某一尺寸和结构不合理 ， “ 能 液压挖掘机” 智 。这种智能化主要体现在 属结构 、 回转机构、 动力装置 、 动操纵机构 、 传 液 可以通过尺寸等修 改形 成其它挖掘机的建模 ， 以下 几个方面。 首先 ， 计算机 能够 自动监测液压 压系统和辅助设备等组成。 、 零 部件共计一千多 无须重新建模 ，为以后其 它挖掘机的设计 建模 系统和柴油机的运行参数 ， 如压力 、 柴油机转速 个 。尽管挖掘机零 、 零件模型不仅包含零 件的几何信息 ， 部件结构形式各不相同 ， 但 打下基础。 等 ，并能根据这些参数 自动控制整个挖掘机动 在计算机上进 行三维 实体造 型有一些 规 律可 还包含材料、 名称 、 精度等物理信息。就可被后 力系统运行在高效节能状态。 其次 ． 能够完成一 循 ， 一般过程如下 ： 创建草图一根据零件的基本 续 的质量特性计算 、动静干涉检查 、有 限元分 些半 自动操作 ， 如平地 、 斜坡 的修整等 ， 司机 特 征 和 附 加特 征 生 成零 件 的三 维 模 型一 依 照装 析 、 对 结构优化 、 系统 动力学 、 图面绘 制及制造等 的熟练程度要求降低 ．但工作质量却能够得到 配关系装 配零部件一形成整机装配仿真。 工 作 所共 用 。 大幅度提高。 第三 ， 够根据监测到的运行参数 能 ２１三维 造 型应 用 软 件和 基 本方 法 ． 挖掘机外观造型设计十分重要 ，是吸引用 进行故障诊断 ， 于挖掘机的维护。 便 这些功能 的 驾驶室 、 配重、 柴油箱 、 无论采用那家的三维 Ｃ Ｄ软件， Ａ 都可 以较 户非常重要的一个方面 。 出现， 使挖掘机性能得以大幅度提高。 好地完成挖掘机零 部件 的三维造型，三维造型 液压油箱和机罩等都采用曲面流线型设计 ， 驾 １ ． ２柴油机电喷控制 时 常用 以下 方法 ： 驶室宽 敞、 视野 良好 ． 造型新颖 。整个外形设计 在传统 的机械调速柴油机上 ， 喷油泵的循 ２１】 ．＿ 对形 状比较规则 的简单零 件 ， 利用三 应 给人一种赏心悦 目的感觉 。 环供油量 、 喷油提前角等都受到转速影响 ， 使柴 维软件 自带的标 准几何体（ ２３ Ｉ挖掘机配套件的三维造型 方形 、 圆柱 、 圆管、 圆 油机性能难以进一步提高 。在柴油机上应用电 锥 和球 、 沟槽 ） ， 库 直接生成零件实体 ， 如方板 、 挖 掘 机 的配 套 件主 要 有 ： 柴油 机 、 压 缸 、 液 喷控制后 ，可以使泵 的循环供油量和喷汕提前 光轴 、 轴套等 。 马达 、 阅组 、 减速 器和回转支承等 ， 由专业配 都 角不再受转速的影响，从而使挖掘机能够一直 ２１ ．． ２绘制最 能反 映零件 基本特征 的几何 套厂制造 ，一般只提供安装与连接尺 寸图纸和 工作在最佳状态 。 而且加快了响应速度。 开发柴 草图 ， 外轮廓简图。 准确 的配套件三维造型无 法构造。 经拉仲、 旋转生成三维实体。 油机电喷控制器是提高挖掘机节能性的一个重 ２１３ ．．沿路径配置的二维几何图形经扫描 ， 般把配套件作为一个整体 ，只对连接与安装 要 环节 。 位置的精确建模 ， 其他部分只作外轮廓造型。 挖 蒙皮生成 曲面形实体。 １ ． ３负荷传感控制将继续发展 ２１ 从草图人手建模。设计者根据设计的 掘机采 用的液压元件外形轮廓 比较规则 ，三维 ．４ ． 负荷传感 控制从 ２ 世纪 ７ Ｏ Ｏ年代开始 兴 要求用手勾画出理想 的结构形状 ，然后赋予每 建模 比较 简单 。 起 ，各工程机械液压件生产厂商纷纷推 出了一 条 曲线 以尺寸约束或几何约束 ，使曲线按照 ２ 挖掘机部件与整机的三维造型 ． ４ 系列有关产 品。这种系统具有 良 的节能性和 设计者的意图去更新交换 ，生成参数化特征的 好 完成 了所有零件 的三 维实体造型之后 ， 就 操纵性， 即使不熟练 的司机也能很快适应。 比例 实体建模。 从草 图人手建模很容易实现参数化 、 可以进行部 件与整机的装配仿真。整个流程先 流量分配 阀的出现进一步推动了负荷传感技术 标准化、 系列化设计 ， 是挖掘机最理想的建模方 从零件到部 件， 再从一级部 件到总成， 再往上直 在挖掘机上的应用 ，使挖掘机操纵性进 一步提 式 。 到整机。 即采用 自 下而上的倒树状层次结构法， 高， 解决了西方 国家 由于熟练司机的缺乏而带 ２ ．利用三维实体间的布尔运算（ 并 、 各级部件通过引用一系列下级零部件模型组装 ．５ １ 交、 来 的问题。 因此 ， 负荷传感控制挖掘机在发达国 补 ）将多个简单零件组合成一体 ， ， 生成新的实 而成 ，它不仅描述一个部件与下级零部件之间 家的需求将会进一步上升 。 体等等，且生成的实体模型均采用参数化特征 的装配从属关系，同时也记 录所属下级零部 件 １ ． ４多功 能 组 合 造型。 之同的装配定位关 系。 为提高挖 掘机性能 ， 各种节能措施的结合 ２ 挖掘机金属结构的三维造型 ． ２ 将更加广泛。 以往的系统 中， 在 液压泵上 已经集 台液压挖掘 机的零 部件有一千 多个 。 全
液压挖掘机控制系统介绍
【一年级作文】鹿象桥_250字
鹿象桥是一座有趣的桥，因为它的形状很特别。
桥的两侧是形状各异的鹿和象，鹿有细长的脖子和弯曲的角，而象则有长长的鼻子和大大的耳朵。
每当我路过这座桥，我总会停下来欣赏一会儿。
我会想象自己也像鹿一样，优雅地跳着过桥，或者像象一样，大步流星地走着过桥。
桥下有一条小溪，水清又凉，我们可以在桥上玩耍，然后一起去水边玩耍，抓小鱼，放小船，还可以赏花赏草，欣赏大自然的美丽。
有时候桥上还有各种各样的表演，比如杂技、魔术、歌唱等。
这些表演都很精彩，让人大开眼界。
每次经过鹿象桥，我都会感到很愉快。
我相信，未来我的很多美好记忆都会和这座桥联系在一起。
智能液压挖掘机控制系统的设计 基于PID方法的控制系统
智能液压挖掘机控制系统的设计概述在现代工程领域，液压挖掘机是一种常见而重要的工程机械。
为了提高挖掘机的控制性能和准确性，智能液压挖掘机控制系统逐渐应用于该领域。
本文将介绍一种基于PID方法的智能液压挖掘机控制系统的设计。
PID控制器介绍PID控制器是一种经典的控制器设计方法，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例控制部分根据目标值和实际值的误差来提供输出信号；积分控制部分将误差进行积分，并根据积分结果调整输出信号；微分控制部分则根据误差变化率对输出信号进行调整。
PID控制器通过不断调整控制参数，使得系统的输出值逐渐接近目标值。
智能液压挖掘机控制系统的设计智能液压挖掘机控制系统基于PID方法，通过对挖掘机的各项参数进行实时监测和控制，实现对挖掘机的智能化控制。
系统硬件设计智能液压挖掘机控制系统的硬件设计主要包括传感器、执行机构和控制器。
传感器用于实时采集挖掘机的关键参数，例如挖掘机的位置、速度和负载。
执行机构用于根据控制信号对挖掘机进行相应的动作，例如挖掘机的起升、回转和伸缩。
控制器是系统的核心，它接收传感器采集的数据，并根据PID控制算法计算出相应的控制信号，然后将控制信号发送给执行机构。
系统软件设计智能液压挖掘机控制系统的软件设计主要包括数据处理和控制算法两个部分。
数据处理模块用于接收传感器采集的数据，并对数据进行滤波和处理，以提高数据的准确性和稳定性。
控制算法模块则根据PID控制算法对处理后的数据进行计算，得到相应的控制信号，并将控制信号发送给执行机构。
控制算法模块可以通过软件调整PID参数，以适应不同工况下的挖掘机控制需求。
系统性能测试为了评估智能液压挖掘机控制系统的性能，可以进行一系列的实验和测试。
例如，测试系统在不同负载下的控制精度和稳定性，测试系统对动作速度的控制能力等。
通过这些测试，可以对系统进行优化和改进，提高系统的控制性能和可靠性。
结论智能液压挖掘机控制系统的设计基于PID方法，通过对挖掘机的各项参数进行实时监测和控制，可以实现挖掘机的智能化控制。
智能挖掘机设计与控制系统
智能挖掘机设计与控制系统一、引言智能挖掘机作为一种新型的挖掘机设备，得益于先进的技术手段，能够实现更加灵活高效的挖掘操作，对于建筑工地、矿山等领域的挖掘作业具有重要的意义。
本文将介绍智能挖掘机的设计与控制系统。
二、设计系统智能挖掘机的设计系统可以分为软件系统和硬件系统两部分。
软件系统主要进行控制策略的设计和调试，硬件系统则依赖于相关控制单元对机器的操作实现。
2.1 软件系统软件系统的设计包括底层实时操作系统、中间层控制模块和上层上位机系统。
底层实时操作系统主要是控制机器进行各种动作，如行驶、转弯、挖掘等。
中间层控制模块提供自动控制、导航和自主决策等功能，上位机则用于显示和管理机器状态信息。
整个系统需要实现良好的连接和交互，才能提供高效的控制。
2.2 硬件系统硬件系统主要由挖掘机主体结构、动力系统和控制单元三部分构成。
挖掘机主体结构涉及到各种机械部件的设计和制造，包括机架、旋转系统、工作装置等。
动力系统包括内燃机、电动机、变速器等，为机器提供动力支持。
控制单元包括操纵杆、控制按钮、驾驶室等，驾驶员通过这些控制单元实现对机器的操作。
三、控制系统智能挖掘机的控制系统主要是从底层控制到高层控制全面覆盖的体系，包括传感器、执行机构、控制器和算法决策等四部分。
3.1 传感器传感器是智能挖掘机的关键组成部分，对机器进行各种状态参数的监测，如温度、压力、速度、姿态等，将这些信息传递到控制器中。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计、温度传感器等。
3.2 执行机构执行机构是机器动作控制的重要支持部分，能够根据控制信号实现机械臂、斗齿等操作。
常见的执行机构包括油缸、电机、齿轮箱等。
3.3 控制器控制器是智能挖掘机的关键部件之一，能够对各种传感器和执行机构进行联动控制，实现机器的自主操作。
控制器的设计需要保证高精度的信号采集以及良好的算法决策。
3.4 算法决策算法决策是智能挖掘机控制系统的智能化核心，能够根据传感器采集的信号和控制器的指令，实现机器的自主决策，将实时的操作需求转化为高效的机器动作，提高挖掘效率和准确率。
液压挖掘机电气与电子控制系统.
第十章挖掘机电气与电子控制系统挖掘机电气与电子控制系统主要实现挖掘机电气系统控制及工作状态监测。
二十世纪九十年代前的挖掘机电气系统只起辅助作用, 功能简单，主要包括发动机电路, 简单仪表电路如水温表、燃油表、机油压力表、液压油温表、工作小时计等及必要的整车电气线路如灯光、嗽叭、刮雨器等，有的机型会配置空调器。
但二十世纪九十年代以后，随着挖掘机技术的发展，发动机、液压系统的控制越来越复杂，对电气控制系统的要求也越来越高，挖掘机电气与电子控制系统地位也越来越重要，成为挖掘机重要的组成部分，代表了挖掘机整车技术发展水平及方向。
10.1 挖掘机整车电路系统组成与分析图10-1为典型挖掘机整机电气系统原理图。
挖掘机电器系统主要由电源电路、发动机电路、数字组合仪表、作业电气控制系统、整车电器附件电路等组成：1．电源电路电源电路由蓄电池1、电源总开关2、发电机4、起动开关5、保险盒7等组成。
蓄电池负极搭铁，正极接电源总开关，并通过保险丝接起动开关B 端，操作人员将起动开关转至ON 位置，起动开关B 端与BR 端接通，电源总开关线圈通电，开关主触点接通，蓄电池通过开关主触点与保险盒相连，整车电路通电。
发动机起动后，发电机开始发电，发电机B 端与电源总开关输出端并联，一方面对蓄电池充电，另一方面向整机供电。
此时发电机L 端电压升高，仪表充电指示灯熄灭。
10路保险盒分别向空调、行走电磁阀、先导电磁阀、雨刮器、大灯、工作灯、预热电路等供电。
2．发动机电路发动机电路主要由起动、预热、熄火三部分电路组成。
1）起动电路起动电路由蓄电池1、起动开关5、起动复合继电器6、起动马达3等组成。
发动机起动时，点火钥匙插入起动开关，转动钥匙至起动位置START ，起动开关B 端与C 端连通，电路经B →C →起动复合继电器的常开继电器线圈→起动复合继电器的常闭继电器主触点→地，常开继电器主触点因线圈通电而吸合，从而起动马达内部继电器线圈通电，起动马达内部继电器主触点B 、S 接通，电流经蓄电池负极（地）→蓄电池正极→电源总开关→起动马达S →起动马达B →马达定子线圈→蓄电池负极，起动马达转动，发动机被起动。
智能液压挖掘机控制系统的设计 基于PID方法的控制系统
智能液压挖掘机控制系统的设计: 基于PID方法的控制系统引言随着科技的不断进步，智能化控制系统被广泛应用于各种机械设备中。
在挖掘机行业中，传统的液压控制系统已经无法满足高效、精准的操作需求。
因此，本文将介绍一种基于PID 方法的智能液压挖掘机控制系统的设计。
背景液压挖掘机作为一种常见的建筑机械设备，广泛应用于土木工程、石油、矿山和农业等行业。
传统的液压控制系统通常采用经验式的控制方法，如手动操作和基于硬件的控制器。
然而，这些方法存在操作难度大、响应速度慢以及精度低等问题。
因此，开发一种智能化的液压挖掘机控制系统，以提高操作效率和精度，成为当前的研究热点。
PID控制系统的基本原理和特点PID控制系统是一种经典的控制方法，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
其基本原理是通过不断调整系统的输出，使其接近所需的目标值。
PID控制系统具有以下特点：1.比例控制（P）：根据当前误差的大小，按比例调整输出值，其作用是快速准确地将系统输出值调整到接近目标值。
2.积分控制（I）：根据过去的误差累积值，对系统的输出进行修正，以消除稳态误差，提高系统的稳定性和精度。
3.微分控制（D）：根据误差的变化率，对系统的输出进行修正，以抑制系统的超调和振荡，提高系统的动态响应性。
PID控制系统通过不断根据误差实施比例、积分和微分控制，使得系统的输出能够快速、准确地收敛到目标值，具有广泛的应用价值。
智能液压挖掘机控制系统的设计基于PID控制方法，设计一种智能液压挖掘机控制系统，旨在实现挖掘机的高效、精准操作。
该系统包括以下几个关键组成部分：1.传感器：通过安装在挖掘机的关键部位，如液压缸、传动系统和底盘等，实时获取挖掘机各项参数的信息，如位移、速度和压力等。
2.控制器：控制器是整个系统的核心，根据传感器获取的实时数据，通过PID控制算法，实现对挖掘机液压系统的精准控制。
3.执行器：执行器根据控制器的输出信号，控制液压系统的动作，将操作指令转化为具体的摆动、抓取或推动等动作。
浅析挖掘机智能控制系统功能
技术•维修浅析挖掘机智能控制系统功能■王辉徐州威卡电子控制技术有限公司；江苏徐州221001摘要：在挖掘机上配装智能控制系统，可以进一步提高施工作业的精准度，提高操作人员的舒适性及挖掘机作业的安全性。
一般来讲, 挖掘机智能控制系统需具有功率匹配功能、辅助挖掘功能、称重及安全保护功能、故障诊断功能、远程管理功能等。
关键词：挖掘机；智能；控制系统在工程施工过程中，挖掘机的应用范围很广，它不仅可用于物料的挖掘、装载等常规工况，还可用于修整斜坡、平地等对精度要求较高的特殊工况。
在挖掘机上配装智能控制系统，有助于提高施工作业的精准度，提高操作人员的舒适性及整机作业的安全性。
一般来讲，挖掘机智能控制系统需具有功率匹配功能、辅助挖掘功能、称重及安全保护功能、 故障诊断功能、远程管理功能等。
1功率匹配功能挖掘机动力输出采用的是定转速方式，即最大输出功率, 工作装置消耗的是泵吸收发动机的功率。
挖掘机作业循环时 间短、压力波动范围大，如果发动机与泵的功率匹配不合理，极易造成发动机冒黑烟、熄火、车辆抖动等现象。
合理匹配发动机与泵的功率，不仅有利于提高挖掘机的工作效率，同时还能使发动机最大限度地运行在低油耗区域，提高整机燃油经济性。
此外，合理功率匹配还有利于减少系统压力冲击，降低挖掘机的抖动和颠簸，使操作者获得良好的舒适体验，从而提高整机的操控性。
2辅助挖掘功能智能辅助挖掘功能通过安装在挖掘机上的几何传感器，实时测量出挖掘机的姿态，结合GPS 差分定位系统，对挖掘机立体三维姿态计算，即可在显示屏上动态、实时地显示挖 掘机铲斗位置、目标作业区域。
采用挖掘机上的智能辅助挖掘功能，辅助指导挖掘机操作人员作业，有利于提高施工作业的精准度和作业效率。
3称重及安全保护功能国外如德国、英国、美国、新加坡等国家强制要求，挖掘机必须要配装安全保护装置才可以进入工地施工，新加坡则强制要求该安全保护装置须具有称重功能，即能够计算出所吊重物的质量。
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液压挖掘机智能化控制系统余会挺,李丽(煤炭科学研究总院上海分院,上海200030)摘 要: 提出一种基于模糊算法和遗传算法相结合的自适应控制方法,对挖掘机的挖掘轨迹进行自动控制,取得了较好的应用效果。
关键词: 矿山;挖掘机;遗传算法;模糊控制中图分类号:T D422.2+2 文献标识码:B 文章编号:1001-0874(2008)05-0031-04I nte lli gent Contr o l System of Hydrauli c Excava t o rYU Hui2ting,L I L i(Shanghai B ranch of China Coal Research I nstitute,Shanghai200030,China)Ab s trac t: A fuzzy self2steering tracing contr ol syste m of hydraulic excavat or based on combinati on of fuzzy algorith m with genetic algorithm is p r oposed.The good efficiency of p resented method app lied t o s ome excavat ors has already been shown.Keywo rd s: m ine;excavat or;genetic algorith m;fuzzy contr ol1 引言随着科学技术的迅猛发展,智能化控制成为挖掘机技术发展的主要课题之一[1]。
随着液压传动技术的发展及液压部件的质量提高、成本的降低,上世纪80年代,液压挖掘机替代了机械式挖掘机。
液压挖掘机具有重量轻、体积小、结构紧凑、传动平稳、操纵简单、以及容易实现无级变速和自动控制等一系列优点。
随着计算机技术、电子技术、传感器技术、机电一体化技术的发展,液压挖掘机正向着高效率、高可靠性、安全节能及自动化、智能化的方向发展[2]。
本文对液压挖掘机工作装置轨迹智能化控制进行研究。
2 挖掘机工作装置(1)结构液压挖掘机工作装置是由动臂、斗杆、铲斗和液压油缸等构成的连杆机构,通过电液控制系统控制液压油缸的伸缩实现运动控制[3]。
挖掘机工作装置电液驱动控制系统的控制模型结构如图1所示,并在作业过程中采用通过电磁比例先导阀控制多路换向阀的方法。
图1 挖掘机电液驱动控制系统图图2 挖掘轨迹控制图 (2)轨迹控制原理 挖掘机工作装置轨迹控制系统由电液伺服系统、控制器、压力传感器、角度传感器、操作手柄、人机交互模块(上位机)等组成。
在液压油缸驱动下控制动臂角θ1、斗杆角θ2、铲斗角θ3(图2),实现挖掘机工作装置轨迹控制。
控制器预先设定工作装置的运行轨迹,通过编程将其离散化。
在实时控制时,采集角度传感器测得的转角θ1、θ2、θ3;将其与设定值进行比较;按控制算法算出相应的控制量,使工作装置按预设轨迹动作,实现作业要求。
将挖掘机工作装置关节变量表示为时间函数,用以描述挖掘机工作装置的预期轨迹。
通过逆运动学求出相应关节点的起始角和终止角,用平滑的插值函数表示运动轨迹,以保证各关节点位移跟踪期望的目标轨迹运动。
3 控制器设计方案液压挖掘机的作业过程是高阶次、非线性的过程。
经典的P I D 控制算法,由于控制参数不能在线调整,存在积分饱和现象,在启动或强动态调节时超调增大,稳态恢复时间长,难以适应挖掘机工作装置复杂的作业要求。
模糊控制器对模型的依赖小、模仿人类思维逻辑的能力强、稳定性和鲁棒性较好,被广泛研究和应用。
但模糊控制问题的目标函数通常很复杂,传统的参数优化方法常常无能为力。
遗传算法是一种基于进化论思想模拟自然选择和进化过程的寻优算法,仅由适应度数值驱动而不需要被优化对象的局部信息,与模糊控制结合起来,适合于规划大范围、多参数、复杂和非线性的挖掘机作业过程。
挖掘机挖掘轨迹控制系统原理图如图3所示,主要由三部分组成:模糊控制器、系数调整模块和电磁比例阀。
模糊控制器采用离散论域的模糊控制,经过量化的输入量是有限的,可以针对输入情况的不同组合离线计算出相应的控制量,从而组成控制表。
实际控制时可以直接查询控制表,在线运算量很少,容易满足实时运算要求。
运用带修正因子的控制规则,当被控对象阶次较低时,对误差的加权应该大于对误差变化的加权;相反,当被控对象阶次较高时,对误差变化的加权要大于对误差的加权。
图3 挖掘机挖掘轨迹控制原理图 传统的参数调整算子固定的自适应调整方法,适应性较差。
P I D 算法与智能控制理论结合的模糊自适应P I D 控制器,完全依靠模糊规则的描述来进行自适应调整,对人的经验依赖性过强,也难适应实际环境。
因此系数调整模块采用自寻优能力极强的遗传算法,以改善控制器性能。
4 模糊控制器模块设计模糊控制器决定着整个系统的性能[4],模糊推理是最关键的部分,主要由专家的经验所产生的模糊规则语言生成。
模糊控制器的设计步骤:(1)确定误差和误差变化率将工作装置轨迹控制系统中角度传感器测量的实际转角与系统设定的转角值进行比较,获得角度误差e 和误差变化率ec ,其变化范围定义为模糊集上的论域。
模糊规则采用Ma mdani 规则,e 、ec 分为七档:分别表示为P B ,P M ,PS,Z O,NS,NM ,NB 。
为了方便将它们分为11个等级。
误差论域为{-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5}。
(2)模糊化隶属度函数的选取原则:表示隶属度函数的模糊集合必须是凸模糊集合;变量所取隶属度函数通常是对程和平衡的隶属度函数,要符合人们的语义顺序,避免不恰当的重叠,论域中的每个点应该至少属于一个隶属度函数的区域;同时它一般应该属于至多不超过两个隶属度函数的区域;对于同一输入,没有两个隶属度函数会同时有最大隶属度;对两个隶属度函数重叠时,重叠部分对于两个隶属度函数的最大隶属度不应该有交叉。
常用的隶属度函数有高斯函数、三角函数、钟形函数、S 形函数、Z 形函数等。
隶属度函数形状越陡,分辨率越高,控制灵敏度也越高;相反,若隶属度函数变化缓慢,则控制特性较平缓,系统的稳定性较好。
因此,在误差为零的附近区域,采用分辨率较高的隶属度函数,而在误差较大的区域,可采用分辨率较低的隶属度函数。
本文选取三角形隶属度函数。
(3)模糊控制当偏差相差较大时,加大比例阀开度加快系统相应速度;当|e |和|ec |处于中等大小时,为使系统响应具有较少的超调,比例阀开度应适当取小;当|e |接近于设定值时,为使系统有良好的稳态性能,避免出现振荡,并考虑系统的抗干扰性能,比例阀开度应取小[5]。
模糊控制规则如表1所示,模糊推理采用and 运算、合成运算和蕴涵运算。
表1 模糊控制规则表|e |/|ec |NB NM NS Z O PS P M P B NB P B P B P M P M P M PS PS NM P B P M P M P M PS PS Z O NS P M P M P M P M Z O Z O NS Z O PS PS Z O Z O Z O NS NM PS Z O Z O Z O NS NS NS NM P M NS NS NS NS NM NM NB P BNSNMNMNMNMNBNB (4)模糊量清晰化由模糊推理综合算法获得的控制量,是电磁比例阀开度的输出范围,需要对其进行解模糊[6],找到确切的比例阀开度增量。
在实际应用中,重心法是比较理想的解模糊方法,就是取模糊隶属度函数曲线与横坐标轴围成面积的重心作为代表点。
5 量化因子在线自整定模块设计(1)编码方案遗传算法从可能潜在解集的一个群体开始,它由经过基因编码的一定数目的个体组成[7]。
由于二进制编码存在着诸多缺点,采用效率较高、反映能力较好的浮点数编码方案。
通过调整量化和加权因子的大小,可以改变对偏差和偏差变化的加权程度。
(2)目标函数考虑到电磁阀门开度控制量u 的经济性,将超调量作为最优目标函数的一项,并用较大的权值以抑制超调量。
目标函数为:J =1T∫T 0[γ1e 2+γ2u 2(t )+γ3|e (t )|]d t式中:γ1、γ2、γ3—相应项的加权因子。
(3)遗传操作1)选择个体采用常用的适应度比例法,以与个体适应度成正比的概率来决定当前群体中每个个体遗传到下一代群体中的概率。
2)交叉算子和变异算子遗传算法中的交叉概率P c 和变异概率P m 对算法的收敛性影响很大。
P c 越大,则种群的更新越快,搜索的范围越大,然而P c 过大可能破坏种群的遗传模式,P c 过小可能使进化过程停滞不前;P m 过大会使遗传过程变为纯粹的随机过程,然而P m 过小又不容易产生新的个体结构,影响算法的搜索范围,不易收敛到全局最优解。
因此,P c 和P m 在进化的不同阶段能够自动地调整。
定义1:种群均值设Ch i (t )(i =1,2,…,m )表示第t 代染色体,m 表示种群的个体总数,则第t 代种群均值:Ch (t)=1m∑m i =1Chi(t) 定义2:个体偏离度第t 代个体偏离度为:D i =1 ‖Ch i (t )-Ch (t )‖≤c 0 other式中:c —界限值。
偏离度1,说明两个体很接近。
定义3:种群密集度第t 代种群密集度为:D en (t )=∑mi =1Di(t )D en (t ),可作为当代种群多样性的指标。
3)自适应交叉概率和变异概率当种群密集度较大时,需要适当增加交叉概率和变异概率,以使种群的进化尽快突破瓶颈;当种群密集度较小时,则需要适当减小交叉概率和变异概率;当进化代数比较大时,接近全局最优解的概率越来越大,这时如果种群密集度偏大,则是正常现象,不应再增加交叉概率和变异概率。
因此,进化开始阶段,J 比较大,P c 、P m 也应较大,进化临近结束阶段,J 较小,则P c 、P m 相应减小。
J 0为初始种群的目标函数值。
如果J 与J 0距离不够大,则可以通过因子β来进行调整。
改进的自适应交叉概率和变异概率如下:P c =1-exp [-βD en (t )‖J -J 0‖]1+exp [-βD en (t )‖J -J 0‖];P m =1-exp [-βD en (t )‖J -J 0‖]3(1+exp [-βD en (t )‖J -J 0‖])6 结语本文采用CCS2编译软件和C 语言,应用程序建立在源码公开的嵌入式实时操作系统μC /OS2Ⅱ基础上。
它是内核小、实时性很强的实时多任务操作系统,可实现各种数据的实时处理及任务间的调度。
将该控制液压系统应用于某型号挖掘机,开发软件并调试成功,按程序自动完成事先预定的动作,实现原机杠杆操纵系统所能完成的全部功能。