[发明专利]一种挖掘机挖机臂动力学控制方法

说明书

本发明公开了一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，将挖机臂动力学模型进行线性化，辨识挖机臂动力学参数矩阵的参数，获得辨识后的挖机臂动力学前馈模型。将挖机臂动力学前馈模型输出的前馈信号输入预先构建三环PID控制体系，三环PID控制体系输出挖机臂各关节的控制结果。本发明提供的一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，采用动力学前馈+三环PID反馈的控制模式，实时计算挖机臂运动时产生的惯性力、科式力、向心力、重力和摩擦力，设计了挖机臂控制系统，其能提高挖机臂运动时的动态精度，提高挖掘机运动时可靠性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，属于挖掘机控制技术领域。

背景技术

挖掘机，又称挖掘机械，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的一种土方机械。其作为一种移动物料的机械，在采矿和建筑领域有广泛的应用。由于其应用的广泛性，挖掘机操作员必须掌握多种多样的操作技术以适应不同的工况和需求。这使得培养合格的操作员成为耗时耗力的工作。此外，由于操作的复杂性和恶劣的工作环境，操作员难以长时间保持高效的工作状态。这使得挖掘机自动化控制的需求愈加高涨。

目前的几种挖掘机自动控制方案多数使用简单的位置反馈控制方案，某些方案辅之以速度前馈。但这些自动控制方案对反馈信号和目标信号均只有简单处理，并且其前馈模型也较为粗略，难以处理挖掘机的非线性问题，导致这些自动控制方案只能跟踪某几种预设轨迹，且轨迹速度受到极大限制，没能充分利用挖掘机的性能。

现有挖掘机的自动控制大多是针对一种特定的工况或轨迹进行设计的，想要切换至其它轨迹必须对控制器重新进行设计或训练。此外，由于控制器结构的限制，当前的自动控制系统往往不能充分利用挖掘机的全部功率，只能跟踪一些缓慢运动的轨迹。

第一种现有技术中一种改进的电机三环控制方法，只涉及到一种改进的电机三环控制方法，并不涉及到动力学前馈，而且在电流环PID输出时也没有加调节因子。

第二种现有技术中一种机器人控制方法、装置、电子设备及可读存储介质，用的是速度前馈，没有采用力矩前馈，不能做到精确的力控，而且该方案的摩擦力建模，没有考虑库仑摩擦力、粘滞摩擦力和stribeck摩擦力。

第三种现有技术中一种机器人控制系统，只是概述了一个机器人控制系统，并不涉及到动力学前馈控制和三环PID控制。

基于以上现有技术，本领域技术人员急需要解决如下技术问题：

(1)解决电磁阀的“死区”的问题。

(2)解决对挖机臂精确控制的问题。

(3)解决低速时“爬行”、高速时精度差的问题。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，采用动力学前馈+三环PID反馈的控制模式，实时计算挖机臂运动时产生的惯性力、科式力、向心力、重力和摩擦力，设计了挖机臂控制系统，其能提高挖机臂运动时的动态精度，提高挖掘机运动时可靠性和稳定性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：对预先构建的挖机臂动力学模型进行参数线性化处理，得到挖机臂动力学模型的线性方程。

步骤S2：对挖机臂动力学模型的线性方程进行重组，得到重组后的线性方程。

步骤S3：在挖机臂的动臂、斗杆和铲斗上设置传感器，并获取激励轨迹下挖机臂的动臂、斗杆和铲斗的各个关节的力矩、角度、角速度和角加速度数据。