設(shè)備挖掘機(jī)構(gòu)機(jī)械液壓系統(tǒng)的分析及控制研究

周娜 趙薇 林君哲

摘 要：在市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，機(jī)械化概念被不斷應(yīng)用到各學(xué)科領(lǐng)域中，通過機(jī)械化設(shè)計(jì)與機(jī)械液壓技術(shù)不斷推動著我國諸多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)著市場經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的完善。本文通過對設(shè)備挖掘機(jī)構(gòu)控制策略與機(jī)械液壓系統(tǒng)的分析，以期提升機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低機(jī)械研發(fā)成本、改善機(jī)械產(chǎn)品性能。

關(guān)鍵詞：設(shè)備挖掘機(jī)構(gòu);機(jī)械液壓系統(tǒng);產(chǎn)品性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.093

0 引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步，挖掘機(jī)構(gòu)與機(jī)械液壓系統(tǒng)逐漸得到國內(nèi)專家及學(xué)者的關(guān)注，其中設(shè)備挖掘機(jī)構(gòu)的控制策略是機(jī)械液壓系統(tǒng)控制的核心，決定著設(shè)備的動態(tài)性能。考慮到機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境復(fù)雜，且存在非線性耦合關(guān)系，在實(shí)際運(yùn)用中，便要求設(shè)備控制策略具備良好的抗干擾能力。

1 設(shè)備挖掘機(jī)構(gòu)模糊控制策略

1.1 設(shè)備挖掘機(jī)構(gòu)模糊控制特點(diǎn)

從宏觀角度分析，設(shè)備挖掘機(jī)構(gòu)模糊控制使指運(yùn)用模糊理論，統(tǒng)籌控制的控制方式，其具備以下特點(diǎn)：首先在進(jìn)行模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免建立受控對象的三維模型，只需收集或掌握有關(guān)學(xué)者的知識、經(jīng)驗(yàn)或者數(shù)據(jù);主要適用于對具備參數(shù)時(shí)變性、強(qiáng)耦合性和復(fù)雜系統(tǒng)與非線性的控制。其次，挖掘機(jī)構(gòu)模糊控制器響應(yīng)快，抗干擾強(qiáng)，對挖掘機(jī)構(gòu)系統(tǒng)參數(shù)有較強(qiáng)的敏感性。尤其適用于時(shí)變、非線性、滯后環(huán)節(jié)的控制、再次，從工業(yè)的定性認(rèn)知角度出發(fā)，易于構(gòu)建語音變量規(guī)則。最后模糊控制器可設(shè)計(jì)形式多樣的指標(biāo)函數(shù)。然而對特定系統(tǒng)來講，其控制規(guī)則是通過整體系統(tǒng)協(xié)調(diào)的、相互獨(dú)立的。

1.2 模糊控制器系統(tǒng)的基本原理

模糊控制器往往由計(jì)算機(jī)控制，計(jì)算機(jī)通過A/D和采樣轉(zhuǎn)換獲得受控量數(shù)值，并將此量與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比對，獲得誤差信號e。通常選誤差率ec與誤差信號e作為控制系統(tǒng)輸入量，由控制系統(tǒng)輸入接口將數(shù)量值轉(zhuǎn)變?yōu)槟：怠Ｆ渲姓`差e的模糊值可用模糊語言E表示，誤差率ec用EC實(shí)現(xiàn)。由控制關(guān)系R和EC、E，根據(jù)合成規(guī)則實(shí)現(xiàn)模糊決策，從而獲得控制量U。隨后將控制量U轉(zhuǎn)變?yōu)槟：_量，由控制系統(tǒng)輸出接口進(jìn)行解模糊工作，獲得精準(zhǔn)控制量后，促使其經(jīng)過D/A模組轉(zhuǎn)化為模擬量并傳送到執(zhí)行模塊，實(shí)現(xiàn)對受控對象的控制。

1.3 設(shè)備挖掘的模糊控制器機(jī)構(gòu)

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，模糊控制器主要指PID控制器。由于PID控制器可靠性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)及算法簡單等優(yōu)勢，被管飯運(yùn)用于過程控制中，尤其適宜確定性操控系統(tǒng)中。通常來講，PID是線性控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際輸出量c（t）與給定量r（t）構(gòu)成控制偏差。

PID中，比例反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差，如果偏差產(chǎn)生，模糊控制器便可發(fā)揮控制作用。而積分則用于靜差的消除，提升控制器誤差，積分常數(shù)越大，作用越弱;微分反映偏差的變化速率。并在控制器偏差增大前，可有效引入修正信號，提升系統(tǒng)運(yùn)作速度，降低調(diào)節(jié)時(shí)間。

2 機(jī)械液壓系統(tǒng)控制系統(tǒng)的分析

2.1 電液伺服傳導(dǎo)函數(shù)解析

在電液伺服系統(tǒng)中，電液伺服既是控制元件與功率放大，又是電液轉(zhuǎn)化元件。電液系統(tǒng)中通常采用反饋位移電的電磁鐵，通過傳感器反饋到放大器，以此組成調(diào)節(jié)回路。其滯環(huán)和線性取決與控制器中傳感器屬性。電磁鐵具備較強(qiáng)的位移力，較高的定位度，強(qiáng)勁的抗干擾能力及負(fù)載剛度，以此改善了傳統(tǒng)電磁鐵滯環(huán)和線性度。電液閥芯的平衡方程如下：

公式中，m表示彈簧、閥芯及銜鐵的質(zhì)量;D表示阻尼系數(shù);ks表示彈簧剛度;k1表示磁鐵的增益;i表示輸入電流;y表示閥芯位移;ky表示凋零彈簧與磁鐵位移增益總和。

2.2 閥芯位移與活塞位移函數(shù)

3 結(jié)語

在科技快速發(fā)展的背景下，液壓傳動與機(jī)械可靠性逐漸得到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域、鐵路維護(hù)、制造領(lǐng)域、煤礦開采領(lǐng)域的重視，因而加強(qiáng)設(shè)備挖掘機(jī)構(gòu)與機(jī)械液壓系統(tǒng)的分析，有助于相關(guān)領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，提升產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與效率，降低企業(yè)成本，提升產(chǎn)業(yè)效益，并極大程度地鞏固當(dāng)前社會市場經(jīng)濟(jì)，提升國民生活品質(zhì)，為我國社會主義建設(shè)提供充足的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

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[2]孔凡國.液壓挖掘機(jī)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的研究[J].機(jī)床與液壓，1999（04）：62-64+2.

作者簡介：周娜（1982-），女，遼寧大連人，工學(xué)博士，講師，研究方向：機(jī)械可靠性、液壓傳動等。