伸缩臂高空作业车臂架变幅振动抑制研究

摘要

高空作业车作为一种运送人员、工具和材料到指定位置进行工作的设备，因其具有灵活性、高效性、安全性等特点而得到广泛应用，随着高空作业车作业臂架长度增加和轻量化设计过程中臂架刚度的降低，臂架在快速运动中出现振动现象，因而如何实现臂架的振动抑制，使其具有良好的稳定性和安全性具有十分重要的理论意义和实际意义。本文以伸缩臂高空作业车为研究对象，针对臂架在变幅过程中的振动现象，对伸缩臂高空作业车变幅过程中各环节建模，通过仿真分析伸缩臂高空作业车在变幅过程中臂架振动现象，并设计其反馈增益，构建闭环控制系统以抑制臂架振动。主要研究内容如下:
　　(1)根据伸缩臂高空作业车变幅液压系统的各个环节，建立了电液比例位置控制系统传递函数模型，并采用PID和前馈控制复合校正的方式对其进行校正，使其不仅具有良好的响应性能，且基本消除了跟随误差。
　　(2)根据伸缩臂高空作业车结构尺寸，推导臂架了液压缸伸缩与臂架变幅角度之间的几何关系，然后基于均质梁的弯曲振动理论，考虑了端部集中质量和变截面问题，建立臂架振动的偏微分方程，并确立了臂架的边界条件和结构的连续性条件，最终得到了以臂架变幅角度为输入的臂架系统的状态空间方程表达式。
　　(3)在Simulink中搭建完整的臂架变幅系统仿真模型，并设计臂架变幅角度，通过仿真分析了臂架变幅过程中臂头角位移、线速度和线加速度的响应。
　　(4)在原有开环控制系统基础上，根据臂架系统状态方程，基于极点配置和线性二次型最优控制理论设计反馈增益向量，将得到的反馈值反馈到电磁阀的信号输入端，以构建抑制臂架振动的闭环控制系统，并仿真分析了对臂架振动抑制的效果。
　　通过仿真结果可知，基于极点配置的闭环控制系统可以有效抑制臂架振动，但是存在一定的稳态误差，而基于线性二次型最优控制的闭环控制系统不仅可以有效抑制臂架振动，且在一定程度上消除稳态误差。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 高空作业车概述

1．1．1 高空作业车定义及分类

1．1．2 高空作业车研究现状及发展趋势

1．1．3 问题的提出

1．2 高空作业车臂架振动抑制研究综述

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 课题的研究意义及研究内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容

2 伸缩臂高空作业车变幅液压系统建模与校正

2．1 电液比例控制技术介绍

2．1．1 电液比例控制系统组成

2．1．2 电比例控制技术的特点

2．2 变幅液压系统电液比例位置控制建模

2．2．1 比例放大器建模

2．2．2 电液比例阀建模

2．2．3 四通阀控非对称液压缸建模

2．2．4 位移传感器建模

2．2．5 变幅液压控制系统数学模型

2．3 电液比例位置控制系统的复合校正

2．3．1 电液比例位置控制系统稳定性分析

2．3．2 电液比例位置控制系统响应分析

2．3．3 电液比例位置控制系统复合校正

2．4 本章小结

3 伸缩臂高空作业车臂架系统建模

3．1 液压缸伸缩与变幅角度的几何关系

3．2 臂架系统建模

3．2．1 臂架系统抽象模型

3．2．2 模型边界条件

3．2．3 振动方程求解

3．2．4 主坐标内振动方程表达式

3．2．5 臂架系统模型参数

3．2．6 可控性与可观性

3．3 本章小结

4 伸缩臂高空作业车臂架变幅振动仿真分析

4．1 基于Simulink的控制系统完整模型

4．2 臂架在变幅过程中振动响应分析

4．2．1 变幅角度设计

4．2．2 臂头角位移响应分析

4．2．3 臂头线速度响应分析

4．2．4 臂头加速度响应分析

4．3 本章小结

5 伸缩臂高空作业车臂架变幅振动抑制

5．1 基于极点配置的振动抑制

5．1．1 极点配置原理

5．1．2 极点配置的反馈向量

5．1．3 基于极点配置振动响应分析

5．2 基于线性二次型最优控制的振动抑制

5．2．1 线性二次型最优控制原理

5．2．2 基于线性二次型控制器设计

5．2．3 基于线性二次型最优控制的振动响应分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢