對于電控液壓挖掘機的展望

taiyuankejizhu

    目前液壓挖掘機的操縱方式主要為先導液壓控制（中大型挖掘機）和機械控制（小型挖掘機），先導液壓控制操作比較舒適，但是如果采用先導液壓控制就需要一套額外的液壓系統（先導液壓系統），這就造成挖掘機的液壓管路布線十分復雜故障率較高，而且不易于挖掘機的自動化控制。

    電控液壓挖掘機的優點有很多比如可以輕松實現遠程操控（山河智能SWEROB、SWEROB2010），或是對于挖掘軌跡的自動控制從而實現水平挖掘。電控液壓挖掘機的多路閥可以采用單電液比例閥，可以實現高精度的控制，最近比較關注一種新穎的操縱方式的電控液壓挖掘機。如下圖：

                                                

           圖片摘自Henning Hayn & Dieter Schwarzmann的論文“A Haptically Enhanced Operational Concept for a Hydraulic Excavator”

        傳統的液壓挖掘機操縱手柄對于司機的技能水平有很高的要求，上圖這種挖掘機操縱裝置（Personal Haptic Interface Mechanism）很明顯操縱很直觀，操縱裝置的姿勢會直接映射到工作裝置的姿勢，如果控制系統設計合理不僅操縱方便而且會有一些額外的功能是傳統的先導操縱手柄所不能實現的，比如挖掘機水平面平整作業可以在這種操縱裝置的前方放置一塊板子操縱裝置的指尖貼在板子上挖掘就可以實現水平挖掘（可能會存在控制精度誤差）。下面是這種挖掘機的控制原理：

                                                                           

                          圖片摘自Joseph George Frankel 的論文“Development of a Haptic Backhoe Testbed”

    上圖的原創作者（Joseph George Frankel）在做這個項目時應用一臺裝有Matlab的主控機（Host pc）和目標機（Target pc）通信把控制程序傳到目標機，然后有目標機控制挖掘機的動作，液壓系統多路閥采用的是PVG32的電液比例閥，在液壓缸上安裝了位置傳感器，在主回路上安裝了壓力傳感器，整個控制系統為閉環PID控制系統。

在這種電液比例液壓系統中最為困難的是控制系統的設計，由于液壓系統，電磁轉換系統，機械系統都存在一定的非線性因素和參數的不確定性，所以設計出來的控制系統的魯棒性很難得到保證。

       Matlab在最近的版本中完善了一些模擬液壓系統（SimHydraulics）、模擬機械系統（SimMechanics）的建模功能，可以將Pro/e,solidworks中的實體模型導入到SimMechanics中，再與SimHydraulics結合進行仿真，Matlab的控制工具箱功能十分強大，可以利用GUI界面對控制系統進行分析，提供了多種方法對控制參數進行調整。

                                                                              

                          圖片摘自Joseph George Frankel 的論文“Development of a Haptic Backhoe Testbed”

           PID閉環反饋控制是在機械控制工程中經常用到的控制方法，但是對于挖掘機這種非線性系統來講參數調整非常困難，而且由于模型本身的不確定性很可能導致控制系統完全失效，模糊控制（Fuzzy logic）這種控制方法很適合這種非線性系統，能夠好的保證系統的魯棒性，以上是我對與這種具有新穎的操縱裝置的電液控制挖掘機的一些展望，其中參考了一些外文的文獻，目前正在研究模糊控制的一些理論知識，如果有什么進展會盡快跟大家分享，由于本人學識有限很多東西都是一知半解，很多東西讓大家見笑了，非常期盼大家的交流和指點。

bacon1989

師兄終于露面了。。。

taiyuankejizhu

bacon1989 發表于 2011-9-1 22:21
1 F9 w4 l4 C1 U+ r% k- A9 h1 f師兄終于露面了。。。

我一直在呀，只不過最近比較活躍，歡迎交流，哈哈.....

xiaodoudou996

如果把液壓馬達換為電馬達，那個左先導手柄上如何接呀？求高手解釋一下？

xiaodoudou996

樓主寫得很好，就是太謙虛了

xiaoshxin

這么高深的東西

英德康

1 L" l; z5 s' ?+ Y. w謝謝樓主詳細介紹，目前挖掘機先導控制跑冒滴漏，微控性差，尤其在推廣使用國III，國IV電控發動機的今天，先導控制更是無法與發動機電控模塊接口，限制了電噴發動機的節能功能。電液比例控制低成本的做法是利用原有國產的液控多路閥，用電液比例減壓閥控制液控多路閥即可實現挖掘機的電液比例控制。挖掘機電液比例控制取代先導潛力很大，若能以此系統做平臺，實現水平作業，那將是成本低，收益高的好方案。
* m7 Y; q; q2 @0 t1 F2 L
" l6 L' k& p7 x( E詳見裝載機電控升級改造一：工作機構多路閥電液比例控制及發動機變工況功率匹配
! t* I# P2 r0 I2 \+ [" Nhttp://bbs.cmiw.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=260197
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red1945

電控的優勢就是延遲短，而且成本是越來越低，起初肯定高！延遲短了操作性能好，也省油，畢竟挖機的工況復雜，負荷變化快

英德康

xiaodoudou996 發表于 2012-5-13 12:07
如果把液壓馬達換為電馬達，那個左先導手柄上如何接呀？求高手解釋一下？

液壓馬達換電機驅動？還是電機液壓泵？
' w) j: v& L/ t% x" }# y你是不是講液壓泵換成泵電機組？若是這樣，都可以使用先導手柄控制，但微控性不好，不節能。
6 `% e# y1 `( I4 R# l  ]單比例調速：
電子手柄代替先導減壓手柄，用泵電機組控制器（CUTIS和ZAPI）控制電機的比例調速和開關電磁換向閥，可以實現單功能比例調速。
) I2 j% b- e" I( C* b" _0 w4 }也可采用比例減壓閥對現有先導液控多路閥進行電液比例改造，可以全功率比例調速。即：電機馬達實現一級調速，即：粗調，用比例減壓閥的先導多路閥實現“精調”，即可提高微控性，提高作業效率，也可節能。
9 z: |) P) B2 o# Q' P: l多機構同步比例調速：
: e. z1 c3 s5 N+ A/ ~6 M$ F若想實現多功能同步動作，則需采用電液比例多路閥和比例放大控制器（TECNORD， REXROTH，HAWE），新一代比例放大器可以實現四個通道雙向比例控制，同時具備電馬達控制器或發動機油門的控制接口，可以實現電馬達的比例調速和功率匹配。
% \/ g5 F, F( K) z英德康 www.indcom.com.cn

液壓iHydraulic

這個電控液壓挖掘機應用普遍嗎? 目前一些國產機連先導液控都做不大好!!