[發明專利]一種挖掘機挖機臂動力學控制方法

在審

• 申請號: 202211525656.6
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115847406A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 丁強;高警衛;艾云峰;楊超
• 申請（專利權）人: 江蘇徐工工程機械研究院有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;E02F9/20;E02F3/43
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 母秋松

本發明公開了一種挖掘機挖機臂動力學控制方法，將挖機臂動力學模型進行線性化，辨識挖機臂動力學參數矩陣的參數，獲得辨識后的挖機臂動力學前饋模型。將挖機臂動力學前饋模型輸出的前饋信號輸入預先構建三環PID控制體系，三環PID控制體系輸出挖機臂各關節的控制結果。本發明提供的一種挖掘機挖機臂動力學控制方法，采用動力學前饋+三環PID反饋的控制模式，實時計算挖機臂運動時產生的慣性力、科式力、向心力、重力和摩擦力，設計了挖機臂控制系統，其能提高挖機臂運動時的動態精度，提高挖掘機運動時可靠性和穩定性。

技術領域

本發明涉及一種挖掘機挖機臂動力學控制方法，屬于挖掘機控制技術領域。

背景技術

挖掘機，又稱挖掘機械，是用鏟斗挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的一種土方機械。其作為一種移動物料的機械，在采礦和建筑領域有廣泛的應用。由于其應用的廣泛性，挖掘機操作員必須掌握多種多樣的操作技術以適應不同的工況和需求。這使得培養合格的操作員成為耗時耗力的工作。此外，由于操作的復雜性和惡劣的工作環境，操作員難以長時間保持高效的工作狀態。這使得挖掘機自動化控制的需求愈加高漲。

目前的幾種挖掘機自動控制方案多數使用簡單的位置反饋控制方案，某些方案輔之以速度前饋。但這些自動控制方案對反饋信號和目標信號均只有簡單處理，并且其前饋模型也較為粗略，難以處理挖掘機的非線性問題，導致這些自動控制方案只能跟蹤某幾種預設軌跡，且軌跡速度受到極大限制，沒能充分利用挖掘機的性能。

現有挖掘機的自動控制大多是針對一種特定的工況或軌跡進行設計的，想要切換至其它軌跡必須對控制器重新進行設計或訓練。此外，由于控制器結構的限制，當前的自動控制系統往往不能充分利用挖掘機的全部功率，只能跟蹤一些緩慢運動的軌跡。

第一種現有技術中一種改進的電機三環控制方法，只涉及到一種改進的電機三環控制方法，并不涉及到動力學前饋，而且在電流環PID輸出時也沒有加調節因子。

第二種現有技術中一種機器人控制方法、裝置、電子設備及可讀存儲介質，用的是速度前饋，沒有采用力矩前饋，不能做到精確的力控，而且該方案的摩擦力建模，沒有考慮庫侖摩擦力、粘滯摩擦力和stribeck摩擦力。

第三種現有技術中一種機器人控制系統，只是概述了一個機器人控制系統，并不涉及到動力學前饋控制和三環PID控制。

基于以上現有技術，本領域技術人員急需要解決如下技術問題：

(1)解決電磁閥的“死區”的問題。

(2)解決對挖機臂精確控制的問題。

(3)解決低速時“爬行”、高速時精度差的問題。

發明內容

目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種挖掘機挖機臂動力學控制方法，采用動力學前饋+三環PID反饋的控制模式，實時計算挖機臂運動時產生的慣性力、科式力、向心力、重力和摩擦力，設計了挖機臂控制系統，其能提高挖機臂運動時的動態精度，提高挖掘機運動時可靠性和穩定性。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種挖掘機挖機臂動力學控制方法，包括如下步驟：

步驟S1：對預先構建的挖機臂動力學模型進行參數線性化處理，得到挖機臂動力學模型的線性方程。

步驟S2：對挖機臂動力學模型的線性方程進行重組，得到重組后的線性方程。

步驟S3：在挖機臂的動臂、斗桿和鏟斗上設置傳感器，并獲取激勵軌跡下挖機臂的動臂、斗桿和鏟斗的各個關節的力矩、角度、角速度和角加速度數據。