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(多图) 挖掘机液压系统模糊控制方法的研究

2009年10月16日 ?? 收藏0

  1、液压系统控制的基本内容

  液压系统是挖掘机实现各种运动和进行自动控制的基础。从某种意义上来讲,液压系统的性能决定着挖掘机的质量与工作效率。现代挖掘机能够根据工作环境和作业条件,自动实现分功率的变量与全功率变量,以保证任何情况下发动机均不超载,使发动机运行平稳且功率得到充分利用;还应设置减速系统(Auto Slow)和负控制系统(Negative Control),以便当其工作装置不动作时,使发动机油门自动减小,并使液压泵排量减至最小以节省能量。根据挖掘机工况变化大而快这一特点,为有效利用以动机功率,且保证安全,正常作业,现代挖掘机控制系统应具有下列功能:

  (1)速度传感 检查发动机转速是否在输出范围内,并控制液压泵驱动扭矩使二者匹配及防止发动机熄火。

  (2)负荷传感 调节液压泵排量,江中实际工作时每个执行元件对流量的需求,节省能量并获得精确操纵机器的效果。

  (3)流量分配控制 为实现工作装置的联合动作,需对每执行元件(如斗杆液压缸、铲斗液压缸等)提供不同的压力和流量。当液压系统只有一台主泵时,通过流量分配控制使各执行元件同时动作,满足不同作业的要求。

  (4)工作制式选择 满足不同工作方式的需要求,负括挖掘作业、挖沟、平整和精细动作制式。

  (5)行走马达控制 设置高速、中速、低速行走自动选择系统,实现机器行走随外载荷变化自动无级调速,使行走速度与操纵手柄原位置相对应。

  (6)回转停车制动控制 当机器停止时,回转停车制动器用以防止上部结构因重力而回转。作业时,回转停车制动应在操纵手柄复位几秒钟后才能起作用,防止上部结构回转运动的慢性力引起零部件的损坏。

  (7)预热 在液压油温低于某一界线时,发动机转速自动增高,液压磁流量即随之增加,液压系统很快被加热。

  (8)突发增力 对主溢流阀施以背压,使系统溢流额定压力上升,短时间提高作业功率。

  以上功率的实现,多与对液压系统的控制有关。

  由于液压系统的信息具有模糊性、不确定性和偶然性,分析和实践表明,模糊控制非常适用这一类系统控制。

  2、液压系统模糊控制

  模糊控制系统的核心是模糊控制器,由模糊化、模糊推理、模糊判决(反模糊化)三部分组成,模糊控制工作原理见图1,其中虑线部分表示模糊控制器;e、ec分别表示实测值与设定值的偏差及偏差变化率;E,EC为模糊化的偏差及偏差变化率;u表示模糊控制量,u*为标度变换前的精确量;K1、K2、K3皆为标度变换系数;r、y分别为输入量和输出量。

模糊控制工作原理

图1 模糊控制工作原理

  对于变负载工况的进、回油旁路节流调速液压系统,采用均匀分布的隶属度函数曲线;控制总表生成时,首先将三个语言变量e、ec和u划分为7挡,即用7个模糊子集;正大(PL),正中(PM)、正小(PS)、零(ZO)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NL)表示。e、ec相应于各模糊子集的取值,即为隶属度。它不示某一确定量对模糊子集的隶属程度。

  控制规则确定了输入量e和ec与输出量u之间的某种关系,是由“IF....THEN...”的条件语句来描述的:

  IF e is A AMD (or) ec is B,THEN u is C.

  其中A、B、C代表模糊子集,经离线推理,得到模糊总控制表,如表1所示。

模糊总控制表
表1

  3、控制系统方案设计及模糊控制的计算机仿真

  由前所述,现化挖掘机控制系统至少应包括8个主要部分,其中某些方面需要通过液压阀、电液阀实现,而大部功能需经过由计算机、传感器及控制执行元件组成各个子控制系统来完成。由于液压泵的的恒功率控制是液压挖掘机的重要控制内容,故本文以此为例着重探讨模糊控制逻辑及方法在该领域的应用问题。

  根据国外挖掘机发展现状,设计出发展现状,设计出挖掘机液压控制系统如图2所示。

挖掘机液压控制系统


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液压系统? 模糊控制? 马达? 变负载?

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