资源描述
of to of is on on a r A r D it be as It of of or of be of be as a q 1998 . he of in to of as a 3 to a 0% 0% in of no is to in of to be of To it is to a of as as of 2. of t it is to in to be a of It of . , of to of be to a of is on be d w x . as 3 : 1 of is on of of of 2 of of is in of 3is He in of of 4 of a to of by of or 5 a to of a it be or 6 be as of by is of 7 by be by to in as of of is on by . of he on on a C rA rC x 417 of of is by by is on to ID or w x 14 . It of of of to is of is of It w x as in 5 . In is In is in in a On of of In of an of he x 1517 in or in to In of of to of or is y in be of of of of or In of it is to of or is n of by It be by or of in of is in is by in to 7 , of is 7. 8, of to It is by to of is 9 0, is as a on be of 2 to or a of of it is to It be In is to be of is on to in of on is is to of be is be as is as a of of is up to of 1 . If be as a of a be is by of be up to to If , so of in a of 11 2. As a of of 11. 11, in is is 12. 4. be as It of of or of be of be as is by of to of an 数控系统辅助液压挖掘机的概念 摘要 数控系统辅助液压挖掘机操作者的概念被提出和讨论。然后，基于描述概念性的控制系统被安装在专门的数控平台上，平台上配备 D/A 和 A/D 转换器，已经在小型液压拉铲挖掘机 工装上应用。实验结果表明它能满足所有描述的需求，并且能用于辅助 机器操作员工作。它能为精密工具做引导，了解的运动的自动重复和特定工具轨道 (包括最佳的路径 )，还有自动改进或优化路径。工具轨道也能被规定使用设定模型，使挖掘机成为遥控操纵类别的机器。现行的系统能基本用于真机控制系统。 1998 学 版权所有。 关键词 ： 数控系统；液压挖掘机；工具轨道 1 介绍 重型机械的自动化，包括液压挖掘机在内，始于 20 世纪七十年代中期并成为可能。这主要由于时实控制系统和高动力性能的液压元件的发明。第一台配备若干机械电子系统的挖掘机被当作模型展示，这是 3 展览会准备的未来的液压挖掘机。自从那次以后，许多配备了自动控制系统的器被展现和要求 如引擎操作，泵操作，机器工装，机器诊断等等。这种系统带来了真正的帮助和明显的利润。举例来说 , 被装备 统的 902 挖掘机（对于挖沟机），对比没有配备这种自动控制系统的相同机型来说，效率提高达 40成本降低 30。虽然一些机器的自动系统（在一些情况下的优化）发展的相当快，但是直到现在主要的机器程序推处理 的自动化相当的有限（如重复运动和激光平行系统等等），并且优化处理系统还没有发展。比较新的实验结果清晰地表明，优化的工装轨迹在连续材料情况下，工具的尖端不得不沿着前一个推挤过程形成的滑道运动。实际上了解这样的轨迹和真机，为工具的运动建立了一个特别的控制系统是必要的，这使得实现这样的轨迹像实现其它帮助操作员实现其它任务一样。考虑到日益加重的机器的发展，这种系统必须适应数控电 液驱动。经核实试验结果，这种控制系统的概念在这篇文章中提出。 2 计算机辅助控制系统的基本 据之前显示，在推土过程中分析土体变形的力学机理，可能决定刀具轨迹的优化。然而，在连续的材料中产生了工具沿着滑线的自动移动，这必须成为被提倡的系统的一个重要选项。这也应该成为精密工具的向导，自动重复已经确认的运动（例如“讨论会”），实现一些手工不能实现的工具动作等等。 考虑到对重型机器自动化的经验少，这样的系统应该被装配在机器 上来协助操作员，并且扮演决定性和控制性的角色。因此，在控制系统和操作员之间的适当的分离是必要的。 这种用于挖掘机上的控制系统是建立在实验室范围上的，其基本假设可以阐述如下 13，（ 1）控制中心的操作系统是基于两个数字系统的协作下的。第一个通过控制液压缸的位置来控制机械夹具的运动。第二个为第一个系统产生控制信号。（ 2）在标准工况下，夹具液压缸的比例液压阀通过计算机来控制。直接的操作员控制仅在出现紧急情况下才能用。（ 3）机器环境和控制系统之间的反馈是通过操作员来实现的。他连续的参加机器夹具运动控制的过程中。（ 4）为了了解这种人工控制不能实现的工具运动，操作员有可能通过硬件或软件来调整单个液压缸的位移。（ 5）操作员有可能转换夹具运动的自动控制来认识特殊的工具轨迹。在这里，工具的尖端沿着滑线或特定的已经确认的或是事先存在的轨迹移动。（ 6）优化的工具轨迹也可以被认为是操作员给定的轨迹的修正。（ 7）系统可以在考虑某些限制的基础上来修正操作员说给定的轨迹，如：几何关系限制，泵的最大能力限制，泵的最大输出限制和泵的最大功率限制等等。 现行的概念是基于操作员和控制系统之间的协作，这就是说夹具的移动是在控制系统修正下的操作员的 控制或是在操作员的命下控制系统的自动化控制。 3 控制系统功能实例 控制系统基于上述理念被安装在一个特殊的数控场合，配备有 C/A、A/C 转换器。在小型液压挖掘机 设备中有所应用 14夹具利用液压缸的位置控制系统来实现夹具的位移控制。夹具液压缸位移是靠变量柱塞泵反馈的成比例液压值来控制的。夹具液压缸控制系统基于三个液压控制系统，每个控制系统应用 是状态控制器，控制不同的液压缸的位移 14。 它可以用 工具轨迹计划编制，测量作用力和位移，以及其它于夹具位移有关的量来控制夹具的 位移。实验的数据的获得也是可行的。 当建立控制系统时，应该考虑的相当重要的问题之一是工具轨迹计划编制的方法。这种方法（通常）从两步来认识 15,在第一步中，计划和决定轨迹的形状。在第二步中，轨迹曲线已决定性的方法按时间进行参数化，这种决定性的方法把轨迹定义在广义坐标内。在此基础上，推广到广义坐标的时间描述机器构造空间被决定。挖掘机在这种情况下，液压缸的长度都是相匹配的。然后，它们作为控制系统信号被用于重复计划好的轨迹。有些系统能力描述如下。 具沿着指定好的路线移动 为实验平台建立的控制系统，在挖 掘机工作空间或是在其构造空间内运动应用“点对点”技术用这种方法，坐标的最初和最终的点以及足够数量的特有的节点被定义。然后描述这个点的值被导入系统，而其余各点的轨迹的计算采用内差值法。线性的或是三次多项式差值法被应用。轨迹的时间参数化才能通过确定的轨迹运行时间，以及其划分个别路径环节而被认识。考虑到系统计算液压缸的速度的一些限制，测定两个相邻点之间的运行时间（或者在最优化的情况下）。 在这样的标准挖掘施工情况下，很难精确实现轨迹，在这里同时移动两三个液压缸是必要的。 着直线的工具移动 在当前的情况下 ，装置的液压缸的同时移动通过硬件实现，这意思就是通过建模实现。它也可以通过软件来实现，这意思是通过机器操作者实现（用专门的按钮）。机器在任意工作空间内，工具水平或垂直切削角度保持为常数。在构造空间内，以点的方法描述工具路径。此外，机器操作者可以决定移动速度。速度靠控制系统考虑输出反馈的情况下保证正确。水平运动的控制结果在图 7 和图 8 中表示出来。切削工具的轨迹在图 7 中表示出来。他们假设反馈的计算长度以点线表示出来。工具轨迹的时间参数化方法于建模相似，看起来操作者给的速度太高，并且系统修正的液压缸移动适时的与假设 输出反馈相保持。工具沿着斜线移动的例子在图 9 和图 10 中展示出来。在图中工具轨迹和相应液压缸被画出来，这样的移动以水平和垂直运动之和来实现（斜线以水平和垂直速度来合成）。例如，沿着斜线的轨迹可以在推挤过程的退回阶段沿着滑线或自动形成，使得土壤陡坎。 3. 3 沿着滑线的工具的自动移动 实验结果分析的土壤搡过程显示，预计理论滑线的位置合周期的优化工具轨迹是可能的。可以在验室情况下的均匀材料中实现。在现实情况下，当材料不是均匀的或是不好定义的时，材料的滑线必须自动的被探测。滑线探测的自动化过程是基于观察的 ，当工具开始穿透稠密的材料时，作用在工具上的水平力的增加时可以观察的。这种情况也发生在当工具尖端从沿着滑线（这里的物质密度相当小）向没有动过的材料（滑线上下没有改变的材料）移动时。然而，推力增加的观察能被用于滑线的探测。这个过程在下面简要介绍和实现。 切削工具的移动时水平、垂直合旋转运动的合成，并且的水平反作用力被测量和跟踪。首先，当水平力下降时，工具水平向前移动，同时伴随滑线系统从末端产生，一个特别的过程（以旋转工具为例）被实现。然后，当水平力增加并且超过定义值时。工具按照指定的位移值垂直运动，并且再进行 水平移动（工具的旋转被增加）。如果这样，工具再一次垂直运动（按照所描述的位移），并且然后水平运动等等，这样工具的尖端自动沿着滑线移动（以步进方式）。 初步测试的结果在图 11 和图 12 中展示出来。作为一个简化的模型，工具沿着土壤陡坡倾斜 可能被调查。为了定义水平力的最大值和定义垂直位移，控制系统自动沿着陡坡跟随工具。横向力于横向位移和工具轨迹进行滑线侦察在图 11 中展示。图 11 的部分放大在图 12 中展示，图 12 展示了控制系统的作用。 4 总结 实验结果表明 ,提出的控制系统能够满足上述所有要求的描述 ,可以用来作为机床操作协助。自动重复实现运动，专用工具（包括高度优化路径）轨迹的实现和自动改进或实现路径的优化。工具轨迹也可以用建模来规定，使挖掘机成为遥控机器。现行的系统能作为真实机器控制系统的基础。 致谢 这个研究得到了 程用于挖掘机这类重型机械的土壤搡过程的优化的赞助，并在基尔科技大学实现。
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