本文關(guān)鍵詞：裝載機(jī)自主鏟掘作業(yè)位置控制系統(tǒng)仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：裝載機(jī)作為工程機(jī)械的典型代表，在礦山、建筑業(yè)等領(lǐng)域中有著重要的地位。為了提高工作效率、減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度以及適用于在十分惡劣的環(huán)境或無(wú)法接近的場(chǎng)所中作業(yè)，裝載機(jī)機(jī)器人化無(wú)疑是未來(lái)的發(fā)展方向。對(duì)裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鏟掘的基礎(chǔ)，因此，本文以HT-25J型裝載機(jī)的工作裝置為研究對(duì)象，對(duì)其自主鏟掘作業(yè)位置控制系統(tǒng)進(jìn)行了一些研究，主要完成以下五個(gè)方面工作： (1)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)文獻(xiàn)，以確保鏟掘作業(yè)在最少時(shí)間內(nèi)完成同樣的鏟斗裝載率為條件，給出較理想的曲線鏟掘作業(yè)軌跡方程。采用D-H法建立裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，推導(dǎo)鏟掘軌跡由直角坐標(biāo)空間向關(guān)節(jié)空間轉(zhuǎn)換以及由關(guān)節(jié)空間向驅(qū)動(dòng)空間轉(zhuǎn)換。借助MATLAB進(jìn)行編程，得到車體速度、動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸驅(qū)動(dòng)方程的軌跡規(guī)劃。 (2)應(yīng)用三維軟件Pro/E建立裝載機(jī)工作裝置的幾何模型，再利用MATLAB/SimMechanics工具箱建立工作裝置的物理模型。在SimMechanics模型中，輸入軌跡規(guī)劃所求得的車體速度、動(dòng)臂油缸位移和轉(zhuǎn)斗油缸位移三個(gè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，得到裝載機(jī)鏟掘作業(yè)鏟斗齒尖軌跡圖，結(jié)果與期望軌跡基本吻合，驗(yàn)證了軌跡規(guī)劃的正確性。 (3)根據(jù)電液比例控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了以電液比例方向閥為核心元件的裝載機(jī)工作裝置液壓控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的分析，推導(dǎo)每個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，得到位置控制系統(tǒng)的開(kāi)、閉環(huán)傳遞函數(shù)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行階躍信號(hào)的響應(yīng)仿真，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)具有時(shí)變性和非線性，且有微小的振蕩，為位置控制器設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 (4)根據(jù)設(shè)計(jì)的裝載機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)，應(yīng)用MATLAB/SimHydraulics工具箱建立工作裝置的液壓物理模型。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合PID控制和模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出合理的模糊自適應(yīng)PID控制器用于工作裝置位置控制系統(tǒng)中。在MATLAB里的仿真結(jié)果表明，動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸都能按給定的軌跡運(yùn)動(dòng)，位移誤差控制在0.5mm內(nèi)，跟蹤效果好，有較強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性。 (5)綜合MATLAB/SimMechanics里建立的裝載機(jī)機(jī)械模型、MATLAB/SimHydraulics里建立的工作裝置液壓模型和Simulink里搭建的液壓系統(tǒng)位置控制器模型，建立裝載機(jī)工作裝置機(jī)電液一體化仿真模型。通過(guò)MATLAB軟件，，在Simulink環(huán)境下對(duì)裝載機(jī)自主鏟掘作業(yè)進(jìn)行仿真，得到直觀的裝載機(jī)鏟掘過(guò)程動(dòng)畫(huà)，并顯示鏟斗的軌跡，與期望軌跡吻合，驗(yàn)證了整個(gè)系統(tǒng)的合理性，對(duì)裝載機(jī)機(jī)器人化改造具有一定的借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：裝載機(jī) 工作裝置 軌跡控制 MATLAB 工程機(jī)器人
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH243
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題的研究背景與意義10-11
• 1.2 裝載機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況11-14
• 1.2.1 國(guó)外發(fā)展概況11-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)鏟斗軌跡控制概述14-15
• 1.3.1 鏟斗軌跡規(guī)劃14
• 1.3.2 鏟斗軌跡跟蹤控制14-15
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容15-16
• 第2章 裝載機(jī)鏟掘作業(yè)的軌跡規(guī)劃16-27
• 2.1 鏟掘作業(yè)的機(jī)理及工作方式16-18
• 2.1.1 裝載機(jī)鏟掘作業(yè)原理16
• 2.1.2 裝載機(jī)鏟掘物料的方法16-18
• 2.2 鏟掘軌跡的確定18-19
• 2.3 工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析19-25
• 2.3.1 D-H 方法簡(jiǎn)介20-21
• 2.3.2 直角坐標(biāo)空間向關(guān)節(jié)空間轉(zhuǎn)換21-23
• 2.3.3 關(guān)節(jié)空間向驅(qū)動(dòng)空間轉(zhuǎn)換23-25
• 2.4 裝載機(jī)工作裝置驅(qū)動(dòng)方程25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 裝載機(jī)機(jī)械系統(tǒng)幾何、物理建模27-33
• 3.1 裝載機(jī)工作裝置 Pro/E 建模27-29
• 3.1.1 Pro/E 功能簡(jiǎn)介27
• 3.1.2 建立工作裝置零件圖27-28
• 3.1.3 建立工作裝置裝配圖28-29
• 3.2 裝載機(jī)工作裝置 SimMechanics 建模29-31
• 3.2.1 SimMechanics 簡(jiǎn)介29-30
• 3.2.2 建立工作裝置 SimMechanics 模型30-31
• 3.3 裝載機(jī)鏟掘作業(yè)軌跡規(guī)劃的驗(yàn)證31-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第4章 裝載機(jī)工作裝置液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)33-46
• 4.1 液壓系統(tǒng)工作原理33-35
• 4.1.1 電液比例位置控制系統(tǒng)原理及特點(diǎn)33-34
• 4.1.2 電液比例方向閥的原理及特點(diǎn)34-35
• 4.1.3 工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖35
• 4.2 液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型35-45
• 4.2.1 比例放大器35-36
• 4.2.2 電液比例方向閥36
• 4.2.3 閥控非對(duì)稱液壓缸36-43
• 4.2.4 位移傳感器43
• 4.2.5 位置控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)43-45
• 4.3 本章小結(jié)45-46
• 第5章 裝載機(jī)工作裝置位置控制器設(shè)計(jì)仿真46-59
• 5.1 工作裝置液壓系統(tǒng)物理建模46-48
• 5.1.1 SimHydraulics 簡(jiǎn)介46-47
• 5.1.2 工作裝置液壓系統(tǒng) SimHydraulics 建模47-48
• 5.2 工作裝置位置控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)48-55
• 5.2.1 常規(guī) PID 控制原理48-49
• 5.2.2 模糊控制技術(shù)概述49-50
• 5.2.3 模糊自適應(yīng) PID 控制器設(shè)計(jì)50-55
• 5.3 模糊自適應(yīng) PID 位置控制系統(tǒng)仿真分析55-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 第6章 裝載機(jī)鏟掘作業(yè)機(jī)電液耦合仿真59-62
• 6.1 裝載機(jī)工作裝置機(jī)電液一體化建模59-60
• 6.2 裝載機(jī)自主鏟掘作業(yè)可視化仿真60-61
• 6.3 本章小結(jié)61-62
• 第7章 總結(jié)與展望62-64
• 7.1 全文總結(jié)62
• 7.2 工作展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 作者在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參加的科研項(xiàng)目68

【參考文獻(xiàn)】

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1 王傳禮,丁凡,李其朋,楊奇順;對(duì)稱四通閥控非對(duì)稱液壓缸伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究[J];中國(guó)機(jī)械工程;2004年06期

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1 許懷友;少自由度并聯(lián)示教機(jī)器人的結(jié)構(gòu)學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)[D];重慶大學(xué);2004年

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3 周洪軍;工程機(jī)器人試驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)控制研究[D];吉林大學(xué);2007年

4 馬曉宏;電液比例閥控缸位置控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D];東華大學(xué);2008年

5 胡曉清;輪式裝載機(jī)虛擬樣機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法研究[D];南京理工大學(xué);2005年

  本文關(guān)鍵詞：裝載機(jī)自主鏟掘作業(yè)位置控制系統(tǒng)仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：285594