高空作业车举升臂电液控制系统的研究

摘要

本论文以山东科技大学机器人研究中心承担的国家863课题项目“配电带电作业机器人”为背景，通过分析高空作业车举升臂机构的特点，结合机器人技术，单片机技术，电液比例技术，设计开发了举升臂腰部回转关节和伸缩臂伸缩关节的液压系统和控制系统部分。主要分为举升臂的运动学模型，液压比例控制系统分析，比例阀控马达位置闭环系统数学模型，比例阀的PID控制及比例阀死区分析，控制系统设计，实验六个部分描述。
　　论文首先采用D-H表示法建立高空作业车举升臂的运动学模型。针对腰部回转关节和伸缩臂伸缩关节选择液压控制系统方案。液压系统为举升臂各关节提供驱动力，液压系统部分性能的好坏直接影响举升臂机构的性能。经过分析选择以比例阀为核心液压控制元件的液压控制系统。
　　通过分析电液比例阀控马达位置闭环系统各部分功能，建立电液比例阀控马达位置闭环系统的数学模型。电液比例阀控马达位置闭环系统选择PID控制方法。电液比例阀一般具有较大的中位死区，为减小比例阀中位死区的影响，文中提出一种线形化补偿方法，应用于电液比例阀控马达位置闭环系统的PID控制中。
　　输入电液比例阀的控制电压采用PWM信号，单片机选用能产生五路PWM信号的SST89E564RD芯片。并详细介绍了PWM信号产生方法，占空比计算方法以及控制系统部分的软硬件设计。论文最后通过构建两关节比例阀-方向阀控马达液压系统实验平台，验证比例阀控马达位置闭环控制系统性能，验证减小比例阀中位死区的线性化补偿方法，验证比例阀-普通方向阀控两回路马达液压系统方案的可行性。

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1绪论

1.1 高空作业车概述

1.2 电液比例控制技术概况

1.3 电液比例控制技术的国内外发展现状及发展趋势

1.4 课题背景与意义

1.5 论文主要内容

2 高空作业车举升臂的运动学建模

2.1 高空作业车概述

2.2 D-H 表示法

2.3 高空作业车举升臂的运动学模型

2.4 小结

3 液压比例控制方案分析

3.1 液压系统方案分析

3.2液压比例控制系统方案选择

3.3小结

4 比例阀控马达位置闭环系统的数学模型

4.1 比例阀控马达位置闭环系统工作原理

4.2 比例阀控马达位置闭环系统数学模型的建立

4.3 小结

5 电液比例阀控马达控制系统

5.1 比例阀控马达系统的PID控制

5.2 电液比例阀死区特性

5.3 减小电液比例阀死区影响的方法

5.4 小结

6 控制系统设计

6.1 控制系统原理分析

6.2 控制系统的硬件设计

6.3 PWM控制信号

6.4 占空比计算方法

6.5 小结

7 实验

7.1 电液比例阀控液压系统实验

7.2 电液比例阀-电磁方向阀控液压系统实验

7.3 实验结果

7.4 小结

8 总结与展望

致谢

参考文献