对于电控液压挖掘机的展望

taiyuankejizhu · 发表于 2011-9-1 22:04:12

目前液压挖掘机的操纵方式主要为先导液压控制（中大型挖掘机）和机械控制（小型挖掘机），先导液压控制操作比较舒适，但是如果采用先导液压控制就需要一套额外的液压系统（先导液压系统），这就造成挖掘机的液压管路布线十分复杂故障率较高，而且不易于挖掘机的自动化控制。

电控液压挖掘机的优点有很多比如可以轻松实现远程操控（山河智能SWEROB、SWEROB2010），或是对于挖掘轨迹的自动控制从而实现水平挖掘。电控液压挖掘机的多路阀可以采用单电液比例阀，可以实现高精度的控制，最近比较关注一种新颖的操纵方式的电控液压挖掘机。如下图：

图片摘自Henning Hayn & Dieter Schwarzmann的论文“A Haptically Enhanced Operational Concept for a Hydraulic Excavator”

传统的液压挖掘机操纵手柄对于司机的技能水平有很高的要求，上图这种挖掘机操纵装置（Personal Haptic Interface Mechanism）很明显操纵很直观，操纵装置的姿势会直接映射到工作装置的姿势，如果控制系统设计合理不仅操纵方便而且会有一些额外的功能是传统的先导操纵手柄所不能实现的，比如挖掘机水平面平整作业可以在这种操纵装置的前方放置一块板子操纵装置的指尖贴在板子上挖掘就可以实现水平挖掘（可能会存在控制精度误差）。下面是这种挖掘机的控制原理：

图片摘自Joseph George Frankel 的论文“Development of a Haptic Backhoe Testbed”

上图的原创作者（Joseph George Frankel）在做这个项目时应用一台装有Matlab的主控机（Host pc）和目标机（Target pc）通信把控制程序传到目标机，然后有目标机控制挖掘机的动作，液压系统多路阀采用的是PVG32的电液比例阀，在液压缸上安装了位置传感器，在主回路上安装了压力传感器，整个控制系统为闭环PID控制系统。

在这种电液比例液压系统中最为困难的是控制系统的设计，由于液压系统，电磁转换系统，机械系统都存在一定的非线性因素和参数的不确定性，所以设计出来的控制系统的鲁棒性很难得到保证。

Matlab在最近的版本中完善了一些模拟液压系统（SimHydraulics）、模拟机械系统（SimMechanics）的建模功能，可以将Pro/e,solidworks中的实体模型导入到SimMechanics中，再与SimHydraulics结合进行仿真，Matlab的控制工具箱功能十分强大，可以利用GUI界面对控制系统进行分析，提供了多种方法对控制参数进行调整。

图片摘自Joseph George Frankel 的论文“Development of a Haptic Backhoe Testbed”

PID闭环反馈控制是在机械控制工程中经常用到的控制方法，但是对于挖掘机这种非线性系统来讲参数调整非常困难，而且由于模型本身的不确定性很可能导致控制系统完全失效，模糊控制（Fuzzy logic）这种控制方法很适合这种非线性系统，能够好的保证系统的鲁棒性，以上是我对与这种具有新颖的操纵装置的电液控制挖掘机的一些展望，其中参考了一些外文的文献，目前正在研究模糊控制的一些理论知识，如果有什么进展会尽快跟大家分享，由于本人学识有限很多东西都是一知半解，很多东西让大家见笑了，非常期盼大家的交流和指点。

bacon1989 · 发表于 2011-9-1 22:21:28

师兄终于露面了。。。

taiyuankejizhu · 发表于 2011-9-2 18:31:54

bacon1989 发表于 2011-9-1 22:21
! }9 S `- v; l y1 I2 t师兄终于露面了。。。

我一直在呀，只不过最近比较活跃，欢迎交流，哈哈.....

xiaodoudou996 · 发表于 2012-5-13 12:07:28

如果把液压马达换为电马达，那个左先导手柄上如何接呀？求高手解释一下？

xiaodoudou996 · 发表于 2012-5-13 12:08:31

楼主写得很好，就是太谦虚了

xiaoshxin · 发表于 2012-5-14 19:55:46

这么高深的东西

英德康 · 发表于 2012-5-15 06:14:18

本帖最后由英德康于 2012-5-15 06:22 编辑

谢谢楼主详细介绍，目前挖掘机先导控制跑冒滴漏，微控性差，尤其在推广使用国III，国IV电控发动机的今天，先导控制更是无法与发动机电控模块接口，限制了电喷发动机的节能功能。电液比例控制低成本的做法是利用原有国产的液控多路阀，用电液比例减压阀控制液控多路阀即可实现挖掘机的电液比例控制。挖掘机电液比例控制取代先导潜力很大，若能以此系统做平台，实现水平作业，那将是成本低，收益高的好方案。

详见装载机电控升级改造一：工作机构多路阀电液比例控制及发动机变工况功率匹配
http://bbs.cmiw.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=260197

red1945 · 发表于 2012-12-24 10:39:57

电控的优势就是延迟短，而且成本是越来越低，起初肯定高！延迟短了操作性能好，也省油，毕竟挖机的工况复杂，负荷变化快

英德康 · 发表于 2012-12-28 04:49:46

xiaodoudou996 发表于 2012-5-13 12:07
; V1 O; H2 g3 a/ q如果把液压马达换为电马达，那个左先导手柄上如何接呀？求高手解释一下？

液压马达换电机驱动？还是电机液压泵？
你是不是讲液压泵换成泵电机组？若是这样，都可以使用先导手柄控制，但微控性不好，不节能。
单比例调速：
电子手柄代替先导减压手柄，用泵电机组控制器（CUTIS和ZAPI）控制电机的比例调速和开关电磁换向阀，可以实现单功能比例调速。
也可采用比例减压阀对现有先导液控多路阀进行电液比例改造，可以全功率比例调速。即：电机马达实现一级调速，即：粗调，用比例减压阀的先导多路阀实现“精调”，即可提高微控性，提高作业效率，也可节能。
多机构同步比例调速：
若想实现多功能同步动作，则需采用电液比例多路阀和比例放大控制器（TECNORD， REXROTH，HAWE），新一代比例放大器可以实现四个通道双向比例控制，同时具备电马达控制器或发动机油门的控制接口，可以实现电马达的比例调速和功率匹配。
英德康 www.indcom.com.cn

液压iHydraulic · 发表于 2012-12-30 07:57:25

这个电控液压挖掘机应用普遍吗? 目前一些国产机连先导液控都做不大好!!

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