2012工程机械自动化技术课程11.ppt

同时，斗杆编码器测得的斗杆的相对角度 ，此角度与期望角度 的差值经PID调节后输出电压信号给放大器后，继而控制斗杆电液比例阀的流量。与此同时，将每时刻的两个角度值经过尺寸计算，得到铲斗端点坐标值，将这些连续坐标值描点得到参数最优时的铲斗末端的实际挖掘轨迹下图所示： 挖掘机轨迹控制系统硬件连接总图 挖掘机系统轨迹控制实验先通过在线仿真模式对挖掘机控制系统PID参数进行调节，预定挖掘轨迹为一条水平直线，实验时先通过试凑法暂定Kp，Ki，Kd三个参数。 挖掘机控制系统PID参数整定 对于不同的动臂和斗杆的Kp，Ki，Kd三个参数，轨迹跟踪效果各有不同，其实验结果如下各图所示。 a）动臂:Kp=8 Ki=0.01 Kd=0.08 斗杆：Kp=12 Ki=0.01 Kd=0.05 b）动臂:Kp=5 Ki=0.01 Kd=0.06 斗杆：Kp=12 Ki=0.02 Kd=0.06 c）动臂:Kp=3 Ki=0.01 Kd=0.01 斗杆：Kp=6 Ki=0.01 Kd=0.01 d）动臂:Kp=3 Ki=0.01 Kd=0.01 斗杆：Kp=9 Ki=0.01 Kd=0.01 实验通过三种方式，来控制系统达到轨迹控制的目的，并进行比较。方式1：动臂和斗杆的动作都由各自的电液比例阀控制；方式2：斗杆以固定速度动作，动臂跟随；方式3：动臂以固定速度动作，斗杆跟随，实验结果如图所示。 不同控制方式下的挖掘轨迹实验 从实验结论可以看出，与理论直线比较，方式1的误差均小于方式2和方式3，因为方式1能更好的保证动臂和斗杆两者预定角度之间的对应关系。（实验录像） (1) 电液比例阀的特性对系统的影响 经过对此电液比例阀和比例控制器的性能进行测试，发现当给比例控制器0V电压或者断电的时候，比例阀的阀口并没有关闭，还有一定的流量，而当输入比例控制器+2V左右的电压的时候，比例阀的阀口反而关闭，即在对应比例控制器的控制电压为+2V处比例阀存在死区。对电压输入进行了详细的测试，当比例控制器的电压输入为0—+9V时，电液比例阀的电流输入范围应该是0—+2.2A，但是测试后发现当比例控制器电压从0到+9V变化时，比例阀的电流在0.4A到1.1A变化，而且只对应控制电压在+2.5V—+6V输入的时候。并且比例阀的线性区非常窄，很大一部分是非线性的。所以其比例调节范围很小，这对控制的影响是最大的。 (2) 系统的泄漏 设计系统的压力为6.3MPa，而实际工作时压力表显示只有2MPa左右，这是由于系统的泄漏导致的，所以也将影响控制效果。 总结上述系列的原因，得出：如果液压系统的泄漏能够得到补偿，电液比例阀的实际流量特性的线性区能够增大、死区减小时，系统的控制效果将会有很大的提高。 结论 (1)建立了挖掘机的动臂和斗杆系统的数学模型，并分析了系统的时域和频域特性，发现在未加任何控制器时的开、闭环系统是稳定的，但是闭环系统的阶跃响应时间较长，不能在较短的时间内达到控制量。 (2)进行了系统的PID控制器的设计。通过计算机的数字仿真的效果来看，加入PID控制后，系统在保持系统稳定的基础上，时域和频域特性都有明显的好转，PID参数的整定比较复杂。 (3)完成了PID控制控制方法的整体机构仿真后，将增量式PID算法用于系统，通过仿真得到一条直线挖掘轨迹并对结果进行了分析。 第5章 起重机的变频调速技术 5.1起重机的调速方式 起重机的驱动方式多数为电机驱动，主要以异步电机为主。传统的起重机调速系统的驱动方案一般采用如下六种：1、直接起动电动机；2、改变电动机极对数调速；3、转子串电阻调速；4、涡流制动器调速；5、可控硅串级调速；6、直流调速。其中，前四种方案均属于有级调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定的速度下进行调速；直流调速系统具有很好的调速性能和起制动性能，很好的保护功能及系统的监控功能，但必须采用直流电动机，而直流电动机的制造工艺复杂，使用维护要求高，价格高。 随着电力电子技术的发展，高速绝缘栅型双级晶体管IGBT的应用，SPWM脉宽调制技术的应用，全数字控制技术的应用，变频器性能的提高，目前交流变频调速系统已经成为电气传动的主流。在起重机调速领域，起重机变频调速系统同样具有比其他的调速系统高得多的价格性能比，变频调速技术已经完全克服了传统起重机调速系统的不足；同时，对电机要求不高，采用普通鼠笼型异步电动机即可。该电机制造工艺简单，使用维护方便，无论是在起重机老产品的改造还是新产品的设计，变频调速都是优选方案。 国内外变频调速技术的发展现状 交流变频调速国外发展现状 随着电力电子元件技术的不断发展，使得耐高压、大电流、高性能的电力电子元件已经