资源描述
附录A 外文翻译具有可编程阀的单杆液压缸的节能控制和改进的工作模式选择摘要本文研究了一种单杆液压缸的节能自适应鲁棒精度运动控制方法。本研究中使用的可编程阀门是五种比例阀的独特组合，它的连接方式是，米和米的流量可以由四个阀门独立控制，以及由第五个阀门控制的真实的横口流量。可编程的阀门将米进和米出流分离开来，提供了巨大的灵活性来控制气缸的运动，同时利用负载的势能和动能减少能量的使用。本文研究了可编程阀的不同工作条件，并提出了一种简单而有效的方法，即基于理想状态和当前状态的可编程阀。介绍液压系统的使用在整个工业中都很普遍，因为它的体积比大。液压系统在建筑和农业领域的应用非常广泛，非常适合这些应用。近年来，趋势是用电动调节阀代替机械阀门。电动液压阀的使用意味着复杂的电子控制可以应用于控制系统。由于高度非线性的水力动力学9，液压系统的控制是远远不够的。此外，体积模量等参数随油温变化和部件磨损而发生剧烈变化。在建筑和农业机械的情况下，由液压缸驱动的机械系统本身可能是高度非线性的。通常，机械连接的参数可能会有很大的变化，通常是未知的，例如外部负载。此外，外部扰动、泄漏和摩擦等重要的不确定非线性也不清楚，不能精确建模3。这些因素对液压系统的控制有很大的困难。电动液压阀的出现和复杂数字控制的结合大大提高了液压系统的性能。采用传统的四路换向阀的系统能够满足Bu和Yao所示的高性能规格，但不能同时提供精确的运动控制和单个气缸腔压力控制，以实现更好的节能。有一个典型的四路方向控制阀，只有两个气缸状态之一(压力)，是完全可控的，并且有一个一维的内部动力学。虽然一维内部动力学是稳定的3，但它不能被任何控制策略修改。一旦指定了所需的运动，控制输入是唯一确定的，这使得调节单个气缸腔的压力不可能节省能量。其结果是，虽然可以实现高性能跟踪，但同时高水平的节能是不能实现的。无法控制的状态是由于在一个典型的方向控制阀中，米-in和米-out孔是机械连接在一起的。这是典型的四通方向控制阀的一个基本缺点。如果这一环节被破坏，阀门的灵活性就会大大提高，从而大大提高液压效率6。打破米与米之间的机械连接的技术是众所周知的，已经在重工业应用中使用了好几年。通常情况下，阀芯阀被4个poppet类型的阀门所取代6。在整个移动液压行业，这一主题有许多细微的变化。Deere & Company、Moline、IL以及卡特彼勒公司、Joliet、iland和Moog Inc.等公司的专利证明了这项技术的潜力7,1,5。本研究中使用的阀门配置采用四阀杆式阀杆式阀门，并使附加的阀门能够实现真正的跨端口流动。该配置允许独立的米进，米出控制除了可获得的跨端口再生流。其结果是一个可编程的阀门能够控制每个气缸的状态，并为最佳的能源使用提供再生流。本研究中使用的可编程阀配置如图1所示。图1所示.可编程阀布局可编程阀的使用提供了多个输入来控制两个气缸状态。其结果是，两个圆柱体，和，都完全可以控制。事实上，有多种方法来控制两个圆柱体的状态，这使得实现精确的运动控制和节省能源的目标成为可能。本研究的目的是研究可编程阀门在实现高性能运动跟踪和高节能的双重目标方面的简单而有效的应用。不同于以往的工作，本文提出了一种基于期望状态和轨迹的工作模式选择方法以及当前的压力。可编程的阀门是在一个机器人手臂上实现的，它模仿了一个典型的液压系统的工业反铲。具体的控制器结构由任务级控制器和阀级控制器组成。任务级控制器计算所需的气缸力，确定可编程阀的工作方式。该阀位控制器包括一个压力调节器算法，以保持低的离侧腔压力和自适应鲁棒控制器，以提供有效的运动控制，尽管存在各种不确定性和非线性。本文的其余部分组织为:第1节介绍了实验设置和动态模型。第2节详细介绍了所需的基于气缸的工作模式选择。第3节提供了侧压力调节器和工作侧弧运动控制器。第4节给出了仿真和实验结果，第5节给出了结论。图2.液压机械手的坐标系1 问题的制定和动态模型本文重点介绍了三自由度电动液压机械手臂的臂架运动控制。系统的坐标系、关节角和物理参数如图2所示。电动液压机械手的动力学方程直接取自于Bu和Yao4。臂架运动的动力学可以描述。其中和分别为气缸的头和杆端压力，和分别是气缸的头和杆端区域，表示包括外部扰动和摩擦力矩等项的集中扰动力矩。和的重心的坐标的坐标系,和坚持重心的坐标的坐标系,是贴的质量部门,未知的质量惯性加载附加到结束的手臂。为了简单起见，假定惯性负载是一个点质量。惯性矩和重力都依赖于未知元素。因此，惯性矩和重力被分为两部分。术语cj和)(2 q G c仅包含可计算的数量和术语)(2 q gl m G L和2e L L m，其中包含未知量L m)。未知的术语需要通过参数的适应来估计。忽略气缸泄漏，可以将圆筒方程写成9。在和缸总量的头部和杆端分别为和时初始控制卷,是有效体积弹性模量。Q1和Q2分别是供给和回流。对于图1中的可编程阀，Q1和Q2是由下列式子得出，孔口流量可以描述为其中为非线性孔板流动映射，作为压降、和孔板开口的函数，与传递函数式(6)的命令电压有关。其中固有频率和阻尼比分别是和。由于非线性流映射很难准确地确定，因此假设和代表的是近似的阀门映射和1和表示流映射的建模错误。错误的影响将通过强有力的反馈来处理。附录B 外文原文
展开阅读全文