翻譯 ： 譯文 1： 隨車液壓起重機(jī)的軌跡控制 問題描述 這項(xiàng)方案是根據(jù)如圖 1所示的多自由度隨車液壓起重機(jī)控制問題提出來的?？刂齐S車起重機(jī)要求操作人員技術(shù)相當(dāng)高，它的操作機(jī)動范圍很小。如果可以讓現(xiàn)代的起重機(jī)實(shí)現(xiàn)遙控控制的話，操作人員只需要控制他手中的遙控器就可以控制起重機(jī)把重物放在他要求的任何地方。一個按鈕控制一個自由度方向上的轉(zhuǎn)動。因此只需要讓操作人員得到熟練的訓(xùn)練他就可以每次控制更多的按鈕來實(shí)現(xiàn)多個自由度的轉(zhuǎn)動。 圖 1 所示為一臺隨車液壓裝載起重機(jī)部分液壓系統(tǒng)控制圖實(shí)例 這項(xiàng)工程的目標(biāo)是設(shè)計一 臺非熟練操作人員都能夠控制的移動式液壓起重機(jī)。操作人員根據(jù)吊具總成的合成軌跡控制一根操縱桿。這樣不同的自由度就可以同時被控制。 多數(shù)隨車液壓起重機(jī)的結(jié)構(gòu)就像圖 1所示的那樣，大多數(shù)都是非常柔性化的，因此當(dāng)受載時它們就會彎曲。這樣做可以使起重機(jī)吊重比最低。事實(shí)上吊重頂端位置也是制約控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)偏差的因素。這種問題可以通過一個好的位置偏差補(bǔ)償控制系統(tǒng)解決，這個系統(tǒng)還可以消除操作初期結(jié)構(gòu)上發(fā)生的擺動。 繼續(xù)使結(jié)構(gòu)軌跡偏差補(bǔ)償控制系統(tǒng)在起重機(jī)上進(jìn)一步發(fā)展，起重機(jī)的裝載能力將可以大大得到提高。當(dāng)這種在起重機(jī)里的擺動可以被控制系統(tǒng)抑制的方法能夠得到充分證明，在一個長的期限里可能有一個降低動力學(xué)安全系數(shù)的機(jī)會。這將使起吊具總成 圖 2 測試起重機(jī)圖片 重機(jī)生產(chǎn)商和用戶節(jié)省一大筆費(fèi)用。 方案內(nèi)容 現(xiàn)以一臺如圖 2 所示的 80隨車液壓起重機(jī)來分析這些問題。在這臺起重機(jī)的不同位置安裝了傳感器來監(jiān)視系統(tǒng)上的不同參數(shù)值，它們都是一些起重機(jī)上很重要的不同連接位置的壓力、流量、應(yīng)變參數(shù)值。實(shí)驗(yàn)測試可以證實(shí)起重機(jī)性能，所以可以通過精確的模型來測試起重機(jī)的性能。為了使所含蓋的幾個問題能夠描述得更清楚，這些問題被簡略的表述如下： 1. 分析系統(tǒng)要求說明書 系統(tǒng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)分析已被完成?；谙到y(tǒng)的這種要求連同確保系統(tǒng)的執(zhí)行的檢驗(yàn)程序?qū)⒈涣腥肭鍐巍?2. 機(jī)械子系統(tǒng)模型 許多技術(shù)模型已經(jīng)存在，因此這些部件包括研究明確的模型局部動力學(xué)的表達(dá)方法。機(jī)械子系統(tǒng)的分析與局部模型偏差的詳細(xì)分析相同。這樣做是為了使計算的有效性能夠明確表達(dá)出來，同時使系統(tǒng)的動作在控制過程中能夠十分精確?；谶@種非常有前景的用公式表示一個數(shù)學(xué)子系統(tǒng)模型的方法已經(jīng)完成，它將從起重機(jī)試驗(yàn)臺的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到校驗(yàn)。 3. 液壓子系統(tǒng)模型 跟機(jī)械子系統(tǒng)建模一樣，液壓子系統(tǒng)模型由液壓泵、不同的液壓閥、激勵源和液壓導(dǎo)管組成。然而，并不是這些都要建模，只是那些對系統(tǒng)動力學(xué)部件影響比較大的成分才建模。液壓子系統(tǒng)模型也需要用實(shí)驗(yàn)的方法來證明。除此之外是否在對偏差進(jìn)行補(bǔ)償時，系統(tǒng)中用了比重比較大的電液比例控制閥都必須被分析，即對機(jī)械結(jié)構(gòu)的擺動進(jìn)行分析?；谏鲜鲂拚?，對液壓系統(tǒng)如果有必要都要做。 起重機(jī)相對于底部有一個可以操作的特定空間，即吊具總成能達(dá)到的范圍。這是公認(rèn)的起重機(jī)工作范圍。有的部位要通過不同的路線才可以達(dá)到。因此有必要在這些區(qū)域確定最佳的運(yùn)動結(jié)構(gòu)。有不同的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，習(xí) 慣上用起重機(jī)上總負(fù)荷的最小值，也就是在臨界狀態(tài)點(diǎn)的最小壓力值。為了做這個重要的結(jié)構(gòu)壓力分析，基于實(shí)現(xiàn)這個運(yùn)算法則的控制系統(tǒng)將進(jìn)一步得到發(fā)展。 為了實(shí)現(xiàn)起重機(jī)結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)補(bǔ)償，需要知道起重機(jī)承受的有效載荷。因此，有必要進(jìn)行不同的載荷在線可能情況分析，這樣就可以判斷哪一個傳感器需要進(jìn)行載荷復(fù)合鑒定?；谶@種鑒定方案分析，可以實(shí)現(xiàn)最終的運(yùn)算法則。 6. 控制運(yùn)算法則的發(fā)展 基于這種機(jī)械液壓子系統(tǒng)模型，一種吊具總成位置軌跡控制的控制規(guī)律將會得到發(fā)展。這種控制規(guī)律可以保證系統(tǒng)按照吊臂頂 的運(yùn)動軌跡運(yùn)行，并且系統(tǒng)在工作情況下保持穩(wěn)定。這包含在載荷判斷和運(yùn)動學(xué)最佳參數(shù)方案的分析中。 7. 控制系統(tǒng)的執(zhí)行 最后系統(tǒng)的控制規(guī)律已經(jīng)通過仿真試驗(yàn)得出，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)通過處理器或者數(shù)據(jù)信號處理檢驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物了，即測試起重機(jī)。用這種測試方法將可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)制定測試，到測試結(jié)束的整個過程。這種測試技術(shù)還可以對一些典型系統(tǒng)進(jìn)行控制。 譯文 2： 隨車液壓起重機(jī)的控制 摘 要： 本文主要是描述隨車液壓起重機(jī)的控制過程。 這篇論 文分為五個部分：需求分析，液壓系統(tǒng)以及存在的問題的分析， 不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同問題的分析，基于更加先進(jìn)復(fù)雜電液比例控制閥的新技術(shù)的發(fā)展趨勢的分析。 本文的研究工作是和實(shí)際的工業(yè)相結(jié)合的，比純粹的研究理論更有意義。 關(guān)鍵字： 隨車液壓起重機(jī)，控制策略，電液比例控制閥 本文主要敘述的是對隨車起重機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)方法 隨車汽車起重機(jī)可以看成是一種大型柔性控制機(jī)械結(jié)構(gòu) 。 這種控制系統(tǒng)把操作人員的命令由機(jī)械結(jié)構(gòu)變?yōu)閳?zhí)行動作。 這樣定義這種控制系統(tǒng)是為了避免在設(shè)計它事產(chǎn)生模糊的思想這是一種通過人的命令把能量轉(zhuǎn)化 成機(jī)械動作的控制系統(tǒng) 。 本文所寫的就是這種控制系統(tǒng)。以這個目標(biāo)為指導(dǎo)方針來分析怎樣設(shè)計出新的控制系統(tǒng)。 文章分為五個部分： 強(qiáng)度，高效性，穩(wěn)定性，安全性。 同的操作方式，不同的控制方法，不 同的組織結(jié)構(gòu)。 效率，易控制等的比較好的控制系統(tǒng)。它將成為 今后研究的比較經(jīng)濟(jì)高效的一種方案。 2. 論文部分 控制 系統(tǒng)必備條件的分析 在一種新的操作系統(tǒng)開始正式投入工作之前，對這種控制系統(tǒng)據(jù)有嚴(yán)格的要求。對控制系統(tǒng)的影響有很多因素。例如：機(jī)械結(jié)構(gòu)的可實(shí)行性因素，可操作性因素，效率因素，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 工業(yè)需求必須放在第一位。這與在控制系統(tǒng)中導(dǎo)管破裂保護(hù)和超載保護(hù)有同等的地位。其次穩(wěn)定性要求也很重要；系統(tǒng)不穩(wěn)定就沒法正常工作。一旦穩(wěn)定性要求得以確定，控制系統(tǒng)性能要求就可以進(jìn)一步確定。機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了起重機(jī)的可操作性。機(jī)械機(jī)構(gòu)是隨車起重機(jī)中可以往復(fù)轉(zhuǎn)動固有頻率低的大型柔性結(jié)構(gòu)。 為了防止起重機(jī)振動，必須使起重機(jī)在 固有頻率下工作，或者提高起重機(jī)的固有頻率。如果它的固有頻率太低或者太高，操作人員將無法給它進(jìn)行操作。最后傳動效率可以在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，穩(wěn)定性，執(zhí)行機(jī)構(gòu)確定的基礎(chǔ)上得到最優(yōu)的方案。 目前這種控制系統(tǒng)的分析 在設(shè)計一種新的起重機(jī)之前，研究目前起重機(jī)存在的問題是很有必要的。當(dāng)前液壓隨車起重機(jī)主要存在以下三個問題： 穩(wěn)定性 不穩(wěn)定性是一個嚴(yán)重問題，他可能會損傷操作人員或者會是設(shè)備受到毀壞。當(dāng)一個系統(tǒng)不穩(wěn)定時通常產(chǎn)生嚴(yán)重振動。為了消除當(dāng)前系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，設(shè)計人員既花費(fèi)了很多時間來研究又花費(fèi)了很多財力設(shè)計出更加復(fù)雜的機(jī)構(gòu)。如圖 1所示為一種起重機(jī)，它適合于在高速下工作。但是為了可以安全的工作必須合理控制其運(yùn)行速度。要提高它的控制速度又必須增加更加昂貴復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。 液壓系統(tǒng)的參數(shù)，如溫度或壓力同樣影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一個參數(shù)合理的液壓系統(tǒng)比一個設(shè)計參數(shù)不合理的液壓系統(tǒng)穩(wěn)定，為了使整個系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有時必須降低次要的參數(shù)值。 經(jīng)濟(jì)性 目前的液壓系統(tǒng)是純液壓的機(jī)械系統(tǒng)，因此如果用戶想實(shí)現(xiàn)一個功能，他就必須買一個能使現(xiàn)這個功能的液壓機(jī)械組件。因?yàn)榇蠖鄶?shù)用戶又不同的使用要求，要求同一個設(shè)備可以進(jìn)行升級。這就意味著這些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備可以人為的改造，這就增加了組件升級費(fèi)用。 效性 液體在液壓系統(tǒng)的兩個液壓缸之間流動時效率較低。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)液壓閥都是用一個閥心來控制兩個節(jié)流口，由于這個鏈接不可能使閥芯兩側(cè)的壓力相等，因此在流出端就產(chǎn)生一個與液流方向相反的背壓力，同時也增加了流入端的壓力。由激勵源產(chǎn)生的這個背壓力與閥芯兩端的壓力差成正比的， 給油缸的實(shí)際壓力沒有被有效的作用在油缸上。例如，給液壓缸的壓力為 1000600到液壓缸時就只有 000 。無論如何，這樣的話，提供的電量必須高于有效電量，這些額外的電量就被白白的浪費(fèi)了 制系統(tǒng)不同的控制方法 目前主要用電液比例控制閥來控制液壓閥的運(yùn)動。然而對控制筒有不同的控制方法。 電液比例控制閥對閥的關(guān) /開，公共汽車系統(tǒng)，電源的智能激勵，泵的調(diào)節(jié)方案控制精度都較高。必須對這種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，找出合理的方案。 期方案 即使這種十分新的系統(tǒng)最佳外形的布 局已經(jīng)得以證明是可行的，但是起重機(jī)制造商和配件商還不能立刻就接受這種技術(shù)。這是一個漸進(jìn)的過程，所以提出了一種臨時解決的方案。 這種方案是由微型計算機(jī)和升縮機(jī)構(gòu)組成。這種離合閥可使這種更加高效穩(wěn)定的執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)。微型計算機(jī)可以對閥進(jìn)行柔性控制。可以把這些變量編入軟件。這樣就消除了制造商許許多多不同的變量問題。起重機(jī)制造廠家可以根據(jù)產(chǎn)品功能選擇不同型號的液壓閥。配件商也將不得不生產(chǎn)這種型號的閥，這樣不僅降低了制造成本，而且使起重機(jī)的性能得到提高。 高效方案的分析 這種分析依賴于不同布局結(jié)果，液 壓泵控制的區(qū)域決定將要用的控制方法，再依次對這個區(qū)域進(jìn)行分析。不同的區(qū)域?qū)⒂貌煌姆椒ㄌ接?，用不同的刀具位置控制?3. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 本文的中心是研究發(fā)展中的經(jīng)濟(jì)型機(jī)械控制方案的可實(shí)現(xiàn)問題，更多重點(diǎn)是先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果由兩種方法獲得。第一種是通過研究單自由起重機(jī)實(shí)驗(yàn)臺獲得，第二種是通過研究一臺由丹麥一家起重機(jī)廠送給英國的一所軍校的起重機(jī)獲得。如圖 1 所示 圖 1系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺 左：單自由度起重機(jī)模型 右：隨車起重機(jī)實(shí)物 雖然目前這種升縮分離機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)商中沒有被普遍接受，但是兩分離閥將 會被逐漸取代。如圖 2所示是一種幅度 是通過數(shù)字信息處理器 /奔騰雙信息處理器運(yùn)行程序來控制液壓閥的。由數(shù)字信號處理器運(yùn)行控制代碼，奔騰處理器來判斷并提供圖形用戶界面。 4. 當(dāng)前工作 線軸流控琺 當(dāng)今市場常見的直線流控器都需要壓力補(bǔ)償。壓力補(bǔ)償器可以使閥芯突然受壓時保持恒定的壓力。但是新增加的壓力補(bǔ)償器會使閥的結(jié)構(gòu)比簡單的隨動閥更加復(fù)雜。另一種解決方法是用流控器測量閥的壓力降來調(diào)整閥芯的位置來實(shí)現(xiàn)。這種想法雖然簡單，但是由于壓力傳感器和微控器的費(fèi)用比較高，想普遍運(yùn)用于商品上是很難的 。然而目前這種利用微控器和壓力傳感器的思想對于生產(chǎn)商來說是可以接受的。 雖然依據(jù)方程來看很簡單，但是要實(shí)現(xiàn)卻很難。流控器的位置精度取決于位置傳感器的精度壓力傳感器的精度。噪聲會影響位置傳感器和壓力傳感器的穩(wěn)定性。采用延時控制可以消除影響穩(wěn)定性的噪聲，這樣，超過閥的運(yùn)行范圍的特征值用就不能用柏努力方程計算，應(yīng)用更復(fù)雜的方程來計算。 圖 2升縮分離機(jī)構(gòu) 壓缸控制方法 根據(jù)不同的受力方向和速度方向這種液壓缸有四種工作情形。如圖 3所示： 多數(shù)是普通的隨動液壓閥，它 這種控制方法已經(jīng)在文獻(xiàn)中可以找到，依靠一般的測量法測液壓缸的速度位移相當(dāng)復(fù)雜。它們也需要相當(dāng)復(fù)雜的運(yùn)算法則來控制。本文主要分析基于簡單的 種系統(tǒng)的控制方法比復(fù)雜的控制方法簡單得多，由于它不需要特殊的傳感器而且容易被大多數(shù)工程師理解所以比較容易被廠商采用。 在設(shè)計一種控制方法時另一種特別的控制方法也需要了解，它也是液控中常用的一種方法。移動液壓閥要求低泄漏，以前的液壓閥大們通常有很大的交迭。然而，使生產(chǎn)商能夠接受的這種線軸式液壓缸的驅(qū)動性能相當(dāng)慢。這種具有很 大交迭的重合以及激發(fā)很慢的液壓閥很難滿足現(xiàn)在的要求。交迭和較慢的驅(qū)動使壓力控制變得相當(dāng)困難。 圖 3 起重機(jī)工作的不同情形 圖 4 減壓控制器 新的控制方法可以用一個例子清楚簡單的描述出來。從入口端實(shí)行流控制，出口端就實(shí)現(xiàn)液壓力。流控制符合柏努力方程。液壓控制過程中 些都是為了解決大交迭和較低的驅(qū)動所做的工作，壓力控制器僅僅能排除控制中的一點(diǎn)問題。這就意味著如果控制人員想提高壓力，卻不能使液壓缸移動，只能夠降低控制口的開口量。這樣做的作用只能使操作人員想改變活塞的方向時使它準(zhǔn)時脫離零位。這種情況 下外力方向和活塞運(yùn)動仍然不能改變，這種方式需要改進(jìn)。既然這樣，需要壓力控制器在出口變大時提供與外力方向相反的有用壓力，當(dāng)已知入口端的壓力下降的時候，它可以增加與外力相反的壓力。這個壓力也受 圖 4所示就是是一個這種控制系統(tǒng)的控制模型結(jié)構(gòu)。 在寫本文的時候這種控制的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在圖 1所示的實(shí)驗(yàn)臺上完成了，由于起重機(jī)上安裝了載荷單向閥，所以穩(wěn)定性沒有達(dá)到要求。然而，用液壓單向閥取代這種載荷單向閥，可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定。在液壓系統(tǒng)中，載荷閉式閥可以實(shí)現(xiàn)超載保護(hù)和卸載保護(hù)兩種功能。由于在這種控制方法中使用 伸縮閥機(jī)構(gòu)對卸載保護(hù)很起作用，因此在起升機(jī)構(gòu)中很有必要使用有這種功能的單向閥。一個操作單向閥的駕駛員可以做這一點(diǎn)，沒有增加復(fù)雜的動力來阻止起重機(jī)的傾。安裝了這種單向閥，起重機(jī)操作人員不需要再增加更復(fù)雜的外力來防止起重機(jī)產(chǎn)生傾翻。 5. 結(jié)束語 即使沒有大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)施，但是實(shí)驗(yàn)還是完成了，一個好的開始是成功的一半。這個論文題的大輪闊已經(jīng)確定，它是有意義而且合理的。這個工作分為需求分析、目前的系統(tǒng)分析、不同布局分析、近期的解決辦法的分析和最優(yōu)解決方案的發(fā)展趨勢分析五個部分。在本論題的最后，液壓隨車起重機(jī)的控制 模將會被修改。 6. 感謝語 感謝 。也感謝 A/上的支 持