本發(fā)明涉及挖掘機控制，主要涉及挖掘機自動控制，具體是指一種基于模糊流量參數(shù)的挖掘機液壓伺服系統(tǒng)控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的不斷發(fā)展，自動化技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。工程機械行業(yè)也面臨著自動化方向的改造和升級。挖掘機自動化的發(fā)展，不僅改善了工人的勞動強度，克服施工條件的惡劣，同時提升了作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量。

2、近年來，挖掘機自動控制技術(shù)得到了快速的發(fā)展，但是目前大部分的挖掘機電控伺服液壓系統(tǒng)建模都是建立的單缸模型的基礎(chǔ)上，很少涉及聯(lián)動。但實際的液壓系統(tǒng)是一個多變量耦合系統(tǒng)，因為供油管道的總流量有限，油壓受到限制，當超過流量的上限時，進入各關(guān)節(jié)流量會減小，并且為了實現(xiàn)包括直線行走、回轉(zhuǎn)優(yōu)先、行走升壓、合流、再生等功能，采用了復雜的回路結(jié)構(gòu)，多關(guān)節(jié)聯(lián)動時各關(guān)節(jié)流量相互耦合，難以精確計算各關(guān)節(jié)分配到的流量，導致模型參數(shù)發(fā)生變化，增加了控制的難度。同時每臺挖掘機因其生產(chǎn)制造、裝配誤差等原因存在差異性，出廠之前的調(diào)試過程也會導致整機控制參數(shù)不同，所以就算是同一型號的挖掘機產(chǎn)品模型參數(shù)也不完全相同。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有的挖掘機電控伺服液壓系統(tǒng)在多關(guān)節(jié)聯(lián)動時，難以精確計算各關(guān)節(jié)分配到的流量，影響系統(tǒng)控制精度的問題，提供了一種基于模糊流量參數(shù)的挖掘機液壓伺服系統(tǒng)控制方法。

2、一種基于模糊流量參數(shù)的挖掘機液壓伺服系統(tǒng)控制方法，包括：

3、s1.設(shè)置關(guān)鍵點，在挖掘機的動臂、斗桿、鏟斗這三個關(guān)節(jié)位置安裝角度傳感器，獲取挖掘機三關(guān)節(jié)的絕對角度數(shù)據(jù)，根據(jù)絕對角度數(shù)據(jù)計算關(guān)節(jié)角度；

4、s2.根據(jù)關(guān)節(jié)角度和關(guān)節(jié)油缸活塞的線位移之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，計算對應關(guān)節(jié)的油缸活塞的線位移；

5、s3.根據(jù)關(guān)節(jié)角度和油缸活塞的線位移，通過閥控液壓缸連續(xù)性方程和力平衡方程計算負載流量；

6、s4.獲取不同負載流量對應的閥門開度，根據(jù)閥門開度和負載流量總結(jié)模糊控制規(guī)則；

7、s5.構(gòu)建多輸入多輸出mimo模型，根據(jù)模糊控制規(guī)則計算系統(tǒng)模型參數(shù)，修正系統(tǒng)模型的輸出控制量；

8、s6.基于修正的系統(tǒng)模型的輸出控制量對挖掘機液壓伺服系統(tǒng)進行滑?？刂?。

9、s1中，設(shè)置關(guān)鍵點包括挖掘機車身和動臂的連接處為o點，動臂液壓缸與車身的連接處為a點，動臂液壓缸與動臂的連接處為b點，斗桿液壓缸與動臂的連接處為c點，斗桿液壓缸與斗桿的連接處為d點，動臂和斗桿的連接處為e點，鏟斗液壓缸和斗桿的連接處為f點，鏟斗液壓缸和搖桿以及連桿的連接處為i點，搖桿和斗桿的連接處為g點，連桿和斗桿的連接處為j點，鏟斗和斗桿的連接處為h點，鏟斗齒尖處為l點；

10、在挖掘機的動臂、斗桿、鏟斗這三個關(guān)節(jié)位置安裝角度傳感器，動臂關(guān)節(jié)的角度傳感器與be平行，斗桿關(guān)節(jié)的角度傳感器與eh平行，鏟斗關(guān)節(jié)的角度傳感器gi平行，通過角度傳感器獲取的數(shù)據(jù)為挖掘機的動臂、斗桿、鏟斗這三個關(guān)節(jié)與水平面的夾角數(shù)據(jù)，為挖掘機三關(guān)節(jié)的絕對角度數(shù)據(jù)，分別記為θ10，θ20，θ30，構(gòu)建dh坐標系，按照dh方法轉(zhuǎn)換挖掘機三關(guān)節(jié)的絕對角度數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換后的挖掘機三關(guān)節(jié)的絕對角度數(shù)據(jù)分別記為θ1，θ2，θ3，根據(jù)dh轉(zhuǎn)換角度數(shù)據(jù)計算挖掘機三關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度。

11、s2中，挖掘機關(guān)節(jié)角度和關(guān)節(jié)油缸活塞的線位移之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

12、

13、∠aob＝∠eob+θ1+∠aox；

14、

15、∠ced＝π-∠ceo-∠hed+θ2；

16、

17、∠fgi＝2π-∠fge-∠egh-∠hgi；

18、式中，πdb、xda、xdbu分別為動臂、斗桿、鏟斗三個關(guān)節(jié)對應的油缸活塞的線位移，π為平角，loa、lob分別為o點到a點、b點的距離，∠aob、∠eob分別為直線ao、eo與ob之間的夾角，∠aox為直線ao與水平方向x之間的夾角，lce、lde分別為c點、d點到e點的距離，∠ced為直線ce與ed之間的夾角，∠ceo為直線ce與eo之間的夾角，∠hed為直線he與ed之間的夾角，lfg、lig分別為f點、i點到g點的距離，∠fgi為直線fg與gi之間的夾角，∠fge為直線fg與ge之間的夾角，∠egh為直線eg與gh之間的夾角，∠hgi為直線hg與gi之間的夾角。

19、s3中，閥控液壓缸連續(xù)性方程為：

20、

21、pl＝p1-np2；

22、

23、式中，q1為進入液壓缸的流量，d()為求導，xd為油缸活塞的線位移，dt為時間步長，ci為內(nèi)泄露系數(shù)，ce為外泄露系數(shù)，cil為等效泄露系數(shù)，ces為附加泄漏系數(shù)，p1、p2分別為液壓缸無桿腔、有桿腔的油壓，βe為有效體積彈性模量，v1為液壓缸無桿腔的體積，為油缸活塞的線位移的一階微分；pl為液壓缸的負載壓力，ps為油源壓力，為等效體積，為等效負載壓力，n為流量比，a1、a2分別為液壓缸無桿腔、有桿腔的活塞面積，ql為負載流量，cd為滑閥流量系數(shù)，ω為滑閥閥門的面積梯度，xv為閥門開度，ρ為壓力油密度。

24、s3中，力平衡方程為：

25、

26、式中，為油缸活塞的線位移的二階微分，m為負載質(zhì)量，bp為粘性阻尼系數(shù)，k為彈性系數(shù)，fl為外干擾力；

27、根據(jù)閥控液壓缸連續(xù)性方程和力平衡方程得到負載流量為：

28、

29、kf為模糊參數(shù)，表示關(guān)節(jié)聯(lián)動時三個關(guān)節(jié)間的影響程度，采用最大隸屬度平均值法計算模糊參數(shù)，模糊參數(shù)分為影響很小vs、影響小s、影響中等m、影響大l、影響很大vl五個等級。

30、s4中，將閥門開度分為開度小sd、開度中md、開度大ld三個等級，分別對挖掘機動臂、斗桿、鏟斗三關(guān)節(jié)中的一個關(guān)節(jié)輸入手柄指令，根據(jù)另外兩個關(guān)節(jié)的閥門開度，構(gòu)建三角形隸屬函數(shù)，計算另外兩個關(guān)節(jié)不同等級閥門開度對應的關(guān)節(jié)隸屬度，采用模糊控制算法mamdani算法，依據(jù)另外兩個關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)隸屬度，計算輸入手柄指令關(guān)節(jié)的模糊參數(shù)，總結(jié)模糊控制規(guī)則，構(gòu)建模糊控制規(guī)則表。

31、構(gòu)建多輸入多輸出mimo模型，定義輸入矩陣x和輸出矩陣y分別為：

32、

33、式中，xi，i＝1，2，3…9，表示系統(tǒng)第i個輸入?yún)?shù)；表示系統(tǒng)第i個輸入?yún)?shù)的一階微分；xdb、xda、xdbu分別為動臂、斗桿、鏟斗的油缸活塞的線位移，vdb、vda、vdbu分別為動臂、斗桿、鏟斗的油缸活塞的線位移速度，adb、ada、adbu分別為動臂、斗桿、鏟斗的油缸活塞的線位移加速度；a1n，m＝1，2，3，表示系統(tǒng)第m個子模型的標稱值；a2n，m＝1，2，3，表示系統(tǒng)第m個子模型的模型參數(shù)；dn，m＝1，2，3，表示系統(tǒng)第m個子模型的外部干擾；um，m＝1，2，3，表示系統(tǒng)第m個子模型的控制率，sgn()為符號函數(shù)。

34、s6中，滑膜面s為：

35、s＝c1e1+c2e2+e3；

36、

37、式中，c1>0，c2>0，c1、c2為誤差系數(shù)，e1為跟蹤誤差，e2、e3為定義誤差，分別為動臂、斗桿、鏟斗的油缸活塞的線位移的一階微分，分別為動臂、斗桿、鏟斗這三個關(guān)節(jié)對應的油缸活塞的線位移的二階微分。

38、對滑膜面s進行微分計算得到

39、

40、式中，為跟蹤誤差的一階微分，為定義誤差的一階微分，分別為動臂、斗桿、鏟斗這三個關(guān)節(jié)對應的油缸活塞的線位移的三階微分值；g(xv)m，m＝1，2，3，表示系統(tǒng)第m個子模型的輸出，g(x)為系統(tǒng)輸出；表示外干擾力的一階微分，u為系統(tǒng)的控制率，xvv、xva、xvbu分別表示動臂、斗桿、鏟斗這三個關(guān)節(jié)對應的閥門開度，a1為系統(tǒng)標稱值矩陣；a2為系統(tǒng)模型參數(shù)矩陣。

41、對采用基于指數(shù)趨近率的滑?？刂疲?/p>

42、

43、y＝cx+du；

44、式中，ε>0，kc>0，ε表示控制參數(shù)，kc表示泄漏系數(shù)，x為輸入矩陣，輸入矩陣的一階微分矩陣，y為輸出矩陣，a為輸入系數(shù)，b為輸入控制系數(shù)，c為輸出系數(shù)，d輸出控制系數(shù)；

45、系統(tǒng)的控制率u為：

46、

47、初始的系統(tǒng)的控制率u由輸入預設(shè)軌跡獲取，在系統(tǒng)的實際控制過程中進行模糊流量參數(shù)的實時計算，系統(tǒng)的控制率也隨之實時更新。

48、相對比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明通過采集挖掘機多關(guān)節(jié)聯(lián)動時，挖掘機動臂、斗桿、鏟斗的閥門開度，通過閥控液壓缸連續(xù)性方程和力平衡方程，精確計算挖掘機在多關(guān)節(jié)聯(lián)動時三關(guān)節(jié)分配到的流量，即三關(guān)節(jié)的負載流量。根據(jù)閥門開度和負載流量，構(gòu)建模糊控制規(guī)則表，計算模糊參數(shù)，總結(jié)模糊控制規(guī)則。根據(jù)模糊控制規(guī)則采用基于指數(shù)趨近率的滑?？刂?，計算系統(tǒng)控制率，修正系統(tǒng)控制器的控制量，提高了系統(tǒng)的控制精度。此外，本發(fā)明通過角度傳感器采集挖掘機關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)，根據(jù)關(guān)節(jié)角度和對應關(guān)節(jié)的油缸活塞的線位移之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，計算油缸活塞的線位移，再通過閥控液壓缸連續(xù)性方程和力平衡方程計算關(guān)節(jié)負載流量，因此系統(tǒng)在應用時無需安裝流量傳感器，降低了應用成本。