基于模态观察器的混凝土泵车臂架系统的主动消振方法研究VIP专享

基于模态观察器的混凝土泵车臂架系统的主动消振方法讨论混凝土泵车臂架在作业中常常受振动影响，这会缩短臂架的使用期限。本文介绍了一种利用驱动臂杆的液压油缸提供控制力的主动消振方法。本文中，首先建立了泵车臂架的非线性柔性多体动力学模型，用于仿真臂架的动力学特征并在此基础上建立并测试控制率。主动控制率建立在模态空间控制法基础上，同时引入了模态观察器估算未知的模态坐标。 近些年来，随着我国基础设施建设的步伐，建筑机械正在向重型化和大型化进展，这种趋势在混凝土泵车领域也显而易见。减小泵车臂架的自重、提高系统性能的客观需求，使得泵车臂架向高柔性、低阻尼系统的方向进展。在臂架做大范围移动、浇筑作业时，柔性系统更容易系统遭受振动影响，长此以往，发生疲劳损伤和不稳定性问题的可能性更大，这对安全作业造成了威胁。为了避开材料裂纹传播、延长臂架使用期限，进展有效的消振方法是必要的。传统的被动控制策略通常须引入质量较大的设备提供控制力，而响应频宽却很有限。与此相反，主动控制策略使用臂架本身的作动器提供控制力，而它所需要的计算机嵌入式系统硬件则进展快速，价格低廉，在未来有着良好的应用前景。泵车臂架是一个由液压油缸驱动的连杆机构。液压缸通过三角形零件固定在连杆上，并支撑下一节臂杆。为了讨论系统的振动特性，可在每节臂杆末端安装加速度传感器。臂架系统的数学模型为了模拟泵车臂架的行为特征，以便定义控制策略，这里将根据柔性多体动力学原理，建立泵车臂架的动力学模型。由于泵车臂架的水平/竖直行走作业是在平面内完成的，建模时也只考虑二维平面运动。为了建立应力与应变的线性关系，并对轴向变形和屈曲变形进行解耦，引入了小变形假设。此外，模型中只考虑臂杆转动速度较小的情况，忽略了向心力和科氏力。 主动模态控制本节将介绍一种以独立模态空间控制法为基础[3][5]的主动消振控制律，提供用于消振的控制力的作动器，正是为连杆提供转动动力的液压油缸。该控制律给出了计算系统振动状态和适合的增益矩阵的方法。模态观察器假设确切的模态坐标已知，那么以上方法能够保证在实现模态空间控制的同时避开激发高阶模态。而在泵车臂架的实际应用中，对未知的模态坐标，需要用模态观察器进行估量。本文介绍了一种基于模态空间控制的消振方法。由于消振与驱动臂架使用了同一组液压油缸，可以在不加重系统质量的前提下达到消振的目的。