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混凝土泵车液压柔性臂架动力学分析与控制

作　者: 张婧
导　师: 刘杰
学　校: 东北大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 柔性多体系统驱动控制系统动力学分析
分类号: TU642
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 455次
引　用: 4次
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内容摘要

以混凝土布料机械、隧道喷浆机器人、喷漆机器人等为代表的一类施工装卸机械臂系统，在现代化施工当中应用广泛。这类机械臂系统具有大型、重载、轻质的特点，其运动既是空间大范围的刚体运动与弹性变形的耦合，也是柔性多体动力学与管道流变动力学的耦合，是典型的多输入、多输出、高度非线性、多种物理规律耦合的复杂系统。本文以混凝土泵车的液压柔性臂架为研究对象，针对以上特点，对于如下几点进行了研究与尝试。 (1)泵车液压柔性臂架的柔性多体动力学分析在对臂架结构进行动力学分析与控制方法的研究时，过去大多将其作为多刚体系统来处理，而实际上，泵车的各节布料臂较长，工作过程中，臂架在油缸的冲击载荷作用下会发生振动，臂架的弹性变形较大，臂架机构振动位移对作业质量影响很大。因此，采用刚性模型来处理，会带来一定的偏差，影响控制精度。本文通过考虑臂架的弹性变形，将其作为柔性臂来处理，采用柔性多体系统动力学，建立了布料机构的动力学模型。 (2)臂架系统的控制方案设计目前泵车的布料机构基本为由回转机构、多节臂杆、输送料管、液压缸和支撑连杆等部分组成的串联开链机构。尽管其具有机动、灵活、高效等特点，然而由于臂架系统属于轻质、大型、重载的柔性臂系统，大范围作业常需人工辅助操作，部件在驱动系统的激励下，运行时伴随管道内的流体输送，产生巨大的惯性力，使系统产生强烈的振动，影响布料臂系统姿态的稳定性及定向精度，并伴随着结构过早疲劳破坏。因此，臂架布料轨迹的控制显得十分必要。本文由此采用了PD控制的方法，设计了控制方案。 (3)臂架系统完备动力学建模考虑到系统结构、驱动、控制各部分相互耦合的特性，采用了完备的动力学建模方法，获得系统的完备闭环方程，并采用MEBDFDAE求解器对四节臂臂架系统进行了数值仿真。

全文目录

独创性声明  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
第一章绪论  7-14
  1.1 混凝土泵车的发展概况及特点  7-8
  1.2 柔性多体系统动力学概述  8-11
  1.3 柔性臂系统及其控制  11-12
  1.4 课题任务  12-14
    1.4.1 课题任务  12-13
    1.4.2 论文的主要内容  13-14
第二章混凝土泵车臂架动力学建模  14-30
  2.1 引言  14
  2.2 布料系统的结构  14-16
  2.3 柔性臂架机构动力学建模  16-23
  2.4 液压系统模型  23-28
  2.5 本章小结  28-30
第三章液压柔性臂架关节转角控制研究与完备动力学建模  30-37
  3.1 引言  30
  3.2 多体系统的逆运动学  30-32
  3.3 柔性多体系统的逆动力学  32-33
  3.4 控制策略  33-34
  3.5 系统完备动力学方程  34-35
  3.6 本章小结  35-37
第四章系统动力学分析与数值仿真  37-59
  4.1 引言  37
  4.2 动态响应分析的数值方法  37-43
    4.2.1 微分代数方程数值解法  37-38
    4.2.2 MEBDFDAE求解器  38-43
  4.3 数值仿真算例  43-58
  4.4 仿真结果分析  58
  4.5 本章小结  58-59
第五章结论  59-60
  5.1 结论  59
  5.2 不足与建议  59-60
参考文献  60-64
致谢  64

混凝土泵车液压柔性臂架动力学分析与控制

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