挖掘机液压系统中模糊控制方法的探讨

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-29 原文发表:2007-06-29 人气:2

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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。

　　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。

　　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。

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