設備挖掘機構機械液壓系統(tǒng)的分析及控制研究

周娜 趙薇 林君哲

摘 要：在市場經(jīng)濟快速發(fā)展背景下，機械化概念被不斷應用到各學科領域中，通過機械化設計與機械液壓技術不斷推動著我國諸多產業(yè)的發(fā)展，促進著市場經(jīng)濟結構的完善。本文通過對設備挖掘機構控制策略與機械液壓系統(tǒng)的分析，以期提升機械設計質量、降低機械研發(fā)成本、改善機械產品性能。

關鍵詞：設備挖掘機構;機械液壓系統(tǒng);產品性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.093

0 引言

伴隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，挖掘機構與機械液壓系統(tǒng)逐漸得到國內專家及學者的關注，其中設備挖掘機構的控制策略是機械液壓系統(tǒng)控制的核心，決定著設備的動態(tài)性能。考慮到機械設備運轉環(huán)境復雜，且存在非線性耦合關系，在實際運用中，便要求設備控制策略具備良好的抗干擾能力。

1 設備挖掘機構模糊控制策略

1.1 設備挖掘機構模糊控制特點

從宏觀角度分析，設備挖掘機構模糊控制使指運用模糊理論，統(tǒng)籌控制的控制方式，其具備以下特點：首先在進行模糊控制系統(tǒng)設計時，應避免建立受控對象的三維模型，只需收集或掌握有關學者的知識、經(jīng)驗或者數(shù)據(jù);主要適用于對具備參數(shù)時變性、強耦合性和復雜系統(tǒng)與非線性的控制。其次，挖掘機構模糊控制器響應快，抗干擾強，對挖掘機構系統(tǒng)參數(shù)有較強的敏感性。尤其適用于時變、非線性、滯后環(huán)節(jié)的控制、再次，從工業(yè)的定性認知角度出發(fā)，易于構建語音變量規(guī)則。最后模糊控制器可設計形式多樣的指標函數(shù)。然而對特定系統(tǒng)來講，其控制規(guī)則是通過整體系統(tǒng)協(xié)調的、相互獨立的。

1.2 模糊控制器系統(tǒng)的基本原理

模糊控制器往往由計算機控制，計算機通過A/D和采樣轉換獲得受控量數(shù)值，并將此量與預設值進行比對，獲得誤差信號e。通常選誤差率ec與誤差信號e作為控制系統(tǒng)輸入量，由控制系統(tǒng)輸入接口將數(shù)量值轉變?yōu)槟：怠Ｆ渲姓`差e的模糊值可用模糊語言E表示，誤差率ec用EC實現(xiàn)。由控制關系R和EC、E，根據(jù)合成規(guī)則實現(xiàn)模糊決策，從而獲得控制量U。隨后將控制量U轉變?yōu)槟：_量，由控制系統(tǒng)輸出接口進行解模糊工作，獲得精準控制量后，促使其經(jīng)過D/A模組轉化為模擬量并傳送到執(zhí)行模塊，實現(xiàn)對受控對象的控制。

1.3 設備挖掘的模糊控制器機構

在機械設計中，模糊控制器主要指PID控制器。由于PID控制器可靠性強、魯棒性強及算法簡單等優(yōu)勢，被管飯運用于過程控制中，尤其適宜確定性操控系統(tǒng)中。通常來講，PID是線性控制系統(tǒng)，根據(jù)實際輸出量c（t）與給定量r（t）構成控制偏差。

PID中，比例反應控制系統(tǒng)的偏差，如果偏差產生，模糊控制器便可發(fā)揮控制作用。而積分則用于靜差的消除，提升控制器誤差，積分常數(shù)越大，作用越弱;微分反映偏差的變化速率。并在控制器偏差增大前，可有效引入修正信號，提升系統(tǒng)運作速度，降低調節(jié)時間。

2 機械液壓系統(tǒng)控制系統(tǒng)的分析

2.1 電液伺服傳導函數(shù)解析

在電液伺服系統(tǒng)中，電液伺服既是控制元件與功率放大，又是電液轉化元件。電液系統(tǒng)中通常采用反饋位移電的電磁鐵，通過傳感器反饋到放大器，以此組成調節(jié)回路。其滯環(huán)和線性取決與控制器中傳感器屬性。電磁鐵具備較強的位移力，較高的定位度，強勁的抗干擾能力及負載剛度，以此改善了傳統(tǒng)電磁鐵滯環(huán)和線性度。電液閥芯的平衡方程如下：

公式中，m表示彈簧、閥芯及銜鐵的質量;D表示阻尼系數(shù);ks表示彈簧剛度;k1表示磁鐵的增益;i表示輸入電流;y表示閥芯位移;ky表示凋零彈簧與磁鐵位移增益總和。

2.2 閥芯位移與活塞位移函數(shù)

3 結語

在科技快速發(fā)展的背景下，液壓傳動與機械可靠性逐漸得到工業(yè)生產領域、鐵路維護、制造領域、煤礦開采領域的重視，因而加強設備挖掘機構與機械液壓系統(tǒng)的分析，有助于相關領域的機械設計與制造，提升產業(yè)生產質量與效率，降低企業(yè)成本，提升產業(yè)效益，并極大程度地鞏固當前社會市場經(jīng)濟，提升國民生活品質，為我國社會主義建設提供充足的技術保障。

參考文獻：

[1]溫磊，李磊.一種液壓挖掘機械輔助作業(yè)系統(tǒng)的設計[J].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新，2007（06）：82-83+89.

[2]孔凡國.液壓挖掘機機構結構創(chuàng)新設計方法的研究[J].機床與液壓，1999（04）：62-64+2.

作者簡介：周娜（1982-），女，遼寧大連人，工學博士，講師，研究方向：機械可靠性、液壓傳動等。