面向液压挖掘机电控多路阀的控制系统参数整定

发布时间：2020-03-09 23:18

【摘要】：针对传统液压挖掘机多路阀结构与整机性能间的耦合、液压控制系统精度低带来的整机控制不匹配问题,为实现液压挖掘机多路阀简单化设计和整机控制系统自适应变化,提出面对液压挖掘机电控多路阀的控制系统参数整定方法.界定操纵电手柄输出为0-1数字信号,考虑整机多路阀结构特征,设计液压挖掘机电控多路阀的变参数一阶控制系统,提出综合系统冲击、能量利用率、跟随性三项指标作为参数整定的评价算法.通过设计电手柄-控制器-液压挖掘机整机性能表达的数字化平台三者衔接的半物理仿真平台进行试验,分析结果表明:控制系统有效,且控制器响应的一阶控制系统参数T、K可基于整机性能整定得出;时间常数T可由电控多路阀阀芯固有频率和阀芯开度决定,与阀芯阻尼比相关度较小.
【图文】：

、执行元件组成的系统回路，不同的是多路阀结构和数量．鉴于多路主阀是实际整机工作过程中的核心元件，整机动态特性和静态特性影响多路主阀性能与结构［８－９］．所以在本研究中，以２０ｔ液压挖掘机系统为例，，将原液压挖掘机系统的液控多路阀用电磁比例多路阀代替，阀芯驱动力为电磁力，改变输入电流大小，从而控制多路阀开度和流量．下面就单动作铲斗工况下铲斗主阀结构和流量建模进行探究，其他工况下主阀分析建模类似于单动作铲斗工况，在此不作阐述．铲斗主阀结构和内部液压油路建模如图１所示，每个阀口看作为一个节流阀．图１铲斗主阀建模示意图Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｉｎｇｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｂｕｃｋｅｔｍａｉｎ－ｖａｌｖｅ５３

达的数字化平台中，通过试验标定出阀口压降Δｐ０和对应流量Ｑ０后，阀口流量可直接由阀口两端的压降和阀芯位移得出，避免流量系数Ｃｄ、开口面积ｆ难以确定的问题，简化了数字化平台上构建不同结构的多路阀的过程．另外，已知铲斗油缸的大、小腔面积，根据阀口流量Ｑ得到铲斗油缸的压力变化曲线．根据上述分析，建立其他工况下多路阀数字化模型．同时，根据文献［７］，建立液压挖掘机整机系统其他部分，如机械部分、传动部分，最终得到液压挖掘机整机性能表达的数字化平台，如图２所示．图２液压挖掘机整机性能表达的数字化平台Ｆｉｇ．２Ｄｉｇｉｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｘｃａｖａｔｏｒ本平台是在和国内某公司产学研合作下完成，为验证平台的正确性，利用ＡＭＥＳｉｍ软件建立同样的机械模型对比，其仿真模型图见文献［１０］，仿真如图３所示液压挖掘机某一挖掘复合工况，所得对比结果如图４所示．图３仿真的动作工况Ｆｉｇ．３Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ宽度／ｍ图４某一关节轨迹对比结果Ｆｉｇ．４Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｃｅｒｔａｉｎｊｏｉｎｔ文献［１１］和图４可以表明，利用键合图理论所构建的液压挖掘机整机性能表达的数字化平台和ＡＭＥＳｉｍ结果具有一致性，实现了液压挖掘机机电液大系统的一体化解析、优化、仿真．误差主要来源于ＡＭＥＳｉｍ模型中关节之间假定是刚性接触，而在本研究中的关节之间采用的是一个弹簧阻尼系统．２电控多路阀的控制系统

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本文编号：2585934