机械设计制造及其自动化课程设计-液压挖掘机工装轨迹控制及仿真技术.docVIP

综合课程设计（Ⅱ） ———液压挖掘机工装轨迹控制及仿真技术 设 计 说 明 书 姓 名 班 级 专 业 机械设计制造及其自动化 所在学院 机电工程学院 指导教师 姓名： 院（系）：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班号： 班 任务起止日期： 课程设计题目：液压挖掘机工装轨迹控制及仿真技术 一、设计的目的和意义 1.1 设计的目的 1) 培养和检验综合运用所学知识解决工程实际问题的能力； 2) 培养和检验设计复杂机、电、液系统的能力； 3) 培养和检验专业素质和创新能力。 1.2 设计的意义 1) 液压挖掘机是一个完整的机电液一体化系统，保证了设计内容的完整性； 2) 液压挖掘机工装轨迹控制涉及到了机、电、液内容，涉及知识面广，可达到综合训练的目的； 3) 设计类型全面，主要包括：机构的运动分析、液压系统的数学建模、控制方法的选择、电路的设计、计算机仿真分析。 二、设计的技术要求 2.1挖掘机结构参数要求 表1 样机结构参数表 名称 长度(mm) 行程(mm) 转角范围(0) 驱动件(mm) 缸径(mm) 活塞杆直径(mm) 动臂 2558 660 117 双缸 80 45 斗杆 1332 585 117 单缸 90 50 铲斗 835 500 170 单缸 80 45 2.2挖掘机工作负载参数要求 负载为m=500kg 2.3挖掘机工作装置轨迹参数要求 挖掘竖直直线 2.4挖掘机工作装置轨迹控制系统设计要求 以PC系列微机为控制处理器 三、设计主要内容及步骤 1、挖掘机工装轨迹控制的机、电、液一体化系统简图； 2、液压挖掘机工装轨的运动学分析； 3、液压挖掘机液压系统的建模分析； 4、控制系统的电路设计； 5、控制方法的选择及分析； 6、系统的整体及MATLAB仿真分析。 四、进度安排 周1 周2 周3 周4 周5 第1周 系统简图 运动学分析 运动学分析 液压系统 液压系统 第2周 电路设计 电路设计 电路设计 控制方法 控制方法 第3周 MATLAB仿真分析 答辩 指导教师： （签字） 教学主任： （签字） 年 月 日 目录 第1章 挖掘机工装轨迹控制的机电液系统简图 3 1.1单斗液压挖掘机的机械模型简介 3 第2章 液压挖掘机工装轨迹的运动学分析 3 2.1 运动学正问题 3 2.2运动学逆问题 3 第3章 液压挖掘机液压系统的建模分析 3 3.1斗杆液压缸的传递函数 3 3.2动臂液压缸的传递函数 3 3.3电液比例流量及比例放大器的传递函数 3 3.4动臂和斗杆的传递函数 3 3.5斗杆系统的整体建模与仿真 3 3.6动臂系统的整体建模与仿真 3 第4章 控制系统的电路设计 3 4.1角度传感器的选择 3 4.2 A/D转换器及其接口电路 3 4.3 D/A转换器及其接口电路 3 4.4 A/D,D/A联合试验 3 4.5 控制系统的电路原理图设计 3 第5章 控制方法的选择及MATlAB仿真分析 3 5.1计算机实现PID控制 3 5.2斗杆系统PID控制仿真 3 5.3动臂系统PID控制仿真 3 参考文献 3 第1章 挖掘机工装轨迹控制的机电液系统简图 1.1单斗液压挖掘机的机械模型简介 课题设计的液压挖掘机是针对学校的实验室用的样机模型。其斗容量为0.01立方米，动臂和斗杆为四连杆机构，动臂、斗杆和铲斗均由液压缸驱动。它们之间以销轴连接。在动臂和斗杆的销轴上分别安装了角度传感器，用以检测相对位角。模型不具备回转机构，无回转功能。 表1 样机结构参数表 名称长度(mm) 行程(mm) 转角范围(0) 驱动件(mm) 缸径(mm) 活塞杆直径 (mm) 动臂 2558 660 117 双缸 80 45 斗杆 1332 585 117 单缸 90 50 铲斗 835 500 170 单缸 80 45 实验装置的挖掘轨迹是以停机画面为基准的。机构运动副之间的间隙及液压马达工作时间的内部泄露，都会对位置精度产生影响.但是由于工程机械的实际作业要求，这些误差都在允许范围之内，不会影响整个工作装置的稳定性，故在系统设计中未另加消除间隙的机构。 液压挖掘机是一种应用十分广泛的工程机械。其工作装置运动轨迹的自动控制是研制中的一个重要问题，在现有控制装置主要是连杆机构，通常只能保证简单的挖掘轨迹，如水平挖掘轨迹。对于任意给定的挖掘轨迹，要由计算机控制系统实现挖掘。因此工作装置挖掘轨迹的控制，可归结为对动臂、斗杆