混凝土泵车智能臂架系统振动抑制研究

摘要

混凝土泵车是利用车载混凝土泵使混凝土沿着依附在泵车臂架上的管道输送至浇筑施工现场的特种工程设备。随着我国经济的快速发展，许多大型工程建设项目对混凝土泵车的需求迅速增长。混凝土泵车臂架的振动抑制问题，特别是在垂直方向上的振动抑制成为近几年混凝土机械领域中急需解决的问题。
　　本文针对混凝土泵车臂架状态空间的建模问题，利用了一种基于臂架正则模态分析结果建立其在物理坐标空间中状态空间模型的方法，针对一款国产48米五节全液压式混凝土泵车臂架进行了分析，获得了其固有频率和振型，通过选择臂架上合适的主节点，得到了其降阶的状态空间模型。经过对比ANSYS和MATLAB中臂架动态响应分析的结果，验证了所建立泵车臂架状态空间模型的正确性。
　　根据现代控制理论，对获得的臂架状态空间模型的可控性、能观性、稳定性、阶跃响应特性，以及在不同干扰下的振动响应等进行了分析。分别利用状态反馈控制和输入补偿控制设计了两种振动抑制控制器。前者采用主导二阶极点法，实现极点配置，提高系统阻尼，改善抗振特性；后者利用封闭承载腔中的压力波动作为臂架振动的检测，并通过对干扰输入进行部分抵消，减小输入到系统中的振动激励。通过仿真验证了这两种控制器均能对臂架的振动进行有效抑制。
　　臂架振动的输入补偿控制中对各节臂液压缸的控制为独立控制，单液压缸控制系统为其基础。最后，以单个臂架液压缸的控制系统为研究对象，搭建了电液比例阀控制的臂架液压控制系统试验台。采用输入补偿控制策略，对单个臂架液压缸控制系统进行振动抑制仿真分析和试验研究，验证了所设计的控制器对单臂架液压缸控制系统的振动抑制具有较好的效果。

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第1章 绪 论

1.1 本课题的研究背景及意义

1.2 混凝土泵车臂架振动机理的研究情况

1.3混凝土泵车智能臂架国内外的研究情况

1.4 振动抑制相关的研究情况

1.5 主要研究内容

第2章 臂架状态空间建模

2.1 引言

2.2 臂架振动抑制的工况选择

2.3 臂架状态空间建模

2.4 臂架状态空间模型的验证

2.5 本章小结

第3章 臂架振动抑制控制器分析与设计

3.1 引言

3.2 臂架状态空间模型的控制性能分析

3.3 臂架状态空间模型的控制器设计分析

3.4 臂架状态空间模型的状态反馈控制设计

3.5 臂架状态空间模型的输入补偿控制设计

3.6 本章小结

第4章 臂架振动的输入补偿控制系统研究

4.1 引言

4.2臂架输入补偿控制系统的仿真研究

4.3臂架输入补偿控制系统的试验研究

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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