液壓挖掘機(jī)器人高性能運(yùn)動控制.pdf

1、研究智能挖掘機(jī)器人的最終目的是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的挖掘機(jī)，以拓展應(yīng)用領(lǐng)域，適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，提高任務(wù)質(zhì)量，同時(shí)降低人力成本。本文針對挖掘機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓伺服系統(tǒng)，研究新型的運(yùn)動控制策略，以增強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性，提高跟蹤精度和運(yùn)動平穩(wěn)性。論文研究主要包括以下幾個方面： 1.將基于干擾觀測器的魯棒運(yùn)動控制方法應(yīng)用于挖掘機(jī)器人伺服系統(tǒng)。 首先將非對稱液壓缸系統(tǒng)用一個近似的線性時(shí)變傳遞函數(shù)描述，進(jìn)而忽略高頻動態(tài)，用簡化的二階傳遞函數(shù)作為名義模型

2、，再引入干擾觀測器，以抑制各種外部力擾動，并增強(qiáng)伺服系統(tǒng)對參數(shù)變化的魯棒性；然后以名義模型的輸出狀態(tài)為輸入，發(fā)計(jì)了新型的死區(qū)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，有效地避免了采用常規(guī)補(bǔ)償策略存在的問題，避免了多路閥閥芯在零位死區(qū)內(nèi)的頻繁切換，以及系統(tǒng)輸出的高頻振動。本文還對干擾觀測器方法的工程設(shè)計(jì)及調(diào)試進(jìn)行了研究。通過測量頻率特性，擬合低階開環(huán)對象，設(shè)計(jì)Q(s)濾波器等系列步驟，簡化了系統(tǒng)調(diào)試過程，減少了控制器參數(shù)整定過程中的盲目性。 2.針對非對稱液壓缸

3、伺服系統(tǒng)，提出了一種新型的滑模運(yùn)動控制方法。 在假定系統(tǒng)參數(shù)變化有界的情況下，用Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了，在參數(shù)變化范圍內(nèi)，該滑模控制器能夠保證跟蹤誤差漸進(jìn)收斂至一有界區(qū)域，從而解決了挖掘機(jī)器人載荷大范圍變化下液壓伺服系統(tǒng)的魯棒性問題；該方法的另一個優(yōu)點(diǎn)是能夠保證暫態(tài)性能；在考慮靜摩擦和動摩擦的物理定性特征后，對滑?？刂扑惴ㄟM(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)一步提高了伺服系統(tǒng)的性能；同時(shí)，對多路閥死區(qū)特性，提出了一種新型的補(bǔ)償環(huán)節(jié)，能夠有效

4、提高控制性能，且使控制量更加平穩(wěn)。 3.對多路閥控非對稱液壓缸系統(tǒng)的建模工作進(jìn)行了研究。 從描述非對稱液壓缸伺服系統(tǒng)的非線性方程組出發(fā)，采用局部線性化方法，建立起一個時(shí)變線性系統(tǒng)模型，可以采用狀態(tài)方程的形式描述；然后通過進(jìn)一步忽略次要因素和高頻動態(tài)，建立起一個簡化的具有不確定參數(shù)的二階線性模型，并給出：了參數(shù)辨識方法。該模型能很好地反映非對稱液壓缸系統(tǒng)的低頻動態(tài)特性，為采用各種先進(jìn)運(yùn)動控制方法奠定了基礎(chǔ)。論文同時(shí)也給出了