130t重型升降平台运输车转向液压控制系统计算机仿真 摘要:给130东莞升降平台运输车以c200hg可编程控制器为控制核心的液压转向计算机控制 系统建立了simulink仿真模型，在模型中考虑了转向摩擦阻力矩的非线性特征，加入了数字pid调节环节。通过仿真模型对阶跃输入的瞬态响应，能够确定pid调节器工作参教的可行范围，得到了车辆在原地转向条件下，准确、稳定和快速灵敏的车轮偏转角阶跃响应输出曲线。从而使转向液压控制系统的设计计算过程操作更方便，设计效果实现可视化，减少对实际 系统进行性能测试的工作量。 1升降平台运输车转向系统 升降平台运输车是重型起重运输机械，它使所运载的物体能作一定幅度的升降,且行驶机动灵 活,广泛应用于船舶制造、钢铁冶炼和输油管道敷 设等生产过程中的大型物件搬运。本文中的升降平台运输车由江扬集团扬州特种车辆厂与江苏理 工大学合作研究开发，整车结构如图1，期载重量为130t，车架平台被6组(左右各3组)车轮支撑, 每组轮轴上安装4只车胎，每组轮轴承载能力为28t。每组轮轴经升降油缸和支腿与上方回转支承 相联，控制各轮组升降油缸的动作可实现平台的整体升降或倾斜。回转支承由转向驱动油缸经连杆 机构带动左右转动，从而也就使车轮实现左右偏 转。该车的驱动形式是静液传动，大行驶速度15/5km/h(空载/满载)。 除车轮向左或向右偏转的范围分别需达到10(t外，转向系统还设有5种转向模式:①正常模式，回 转中心在中间轮轴的延长线上。②车辆模式，回转中心在后轮轴轴的延长线上，与多轴汽车转向方式 一致。③原地模式，回转中心与车辆几何中心重合。④横向模式，所有轮轴向左或右偏转90°,平 台车横向行驶。⑤斜向模式，所有轮轴向同一方向 偏转相同角度，平台车斜向行驶。 1.2转向驱动机构 常规的汽车转向梯形机构不能实现以上5种转向模式，所以，将6组轮轴设计成机械上相互独 立的结构,采用由计算机、传感器与液压伺服系统组成的电传操纵系统分别控制每一组轮轴的偏转。 从而获得巨大的车轮偏转范围和准确的偏转角度， 并保持各轮轴的偏转角度之间满足车辆转向特性的要求。如图2所示，每一组轮轴的转向油缸de 经连杆机构驱动回转支承ab转动（回支承与ab固结)，整个驱动机构是由转动缸四杆机构ode与 铰链四杆机构oabc串联成的六杆机构。 图2驱动回转支承的铰链四连杆机构 1 i i： i m i v 1 國 i im_ ■ 图1 130t惠州升降平台运输车 1.1转向模式 鉴于对升降平台运输车作业的特殊要求，该车 1.3转向液压控制系统 图3是该车控制单组车轮偏转的液压控制系 统,它是电液阀控位置控制系统。系统工作原理是：方向盘发出的转向指令与回转支承中心（图2中a 点)上方安装的旋转电位器所检测的回转支承实际转角反馈信号(经a/d转换后)都输入计箅机，二 者经比较后进行控制计算，计算结果经d/a转换后再行由控制电压到控制电流的变换，控制伺服阀 开度和油流方向，也就控制了驱动油缸活塞杆的伸 缩位置及活塞运动速度，从而确定车轮偏转的角度。 2转向液压控制系统参数 表1是转向液压升降平台控制系统的组成部件，表2是系统有关参数，图4是转向液压控制系统的职能 图，表示出了控制系统的各个环节。图5是该控制 系统方框图，在图中注明了控制系统各环节的增益和传递函数,h(s)是系统所受干扰力，其余各参数 的名称见表3,表3是按液压控制系统计算公式计 算得到的系统有关数据。 图4转向液压控制系统职篛 图5转向控制系统方框图表1升降平台运输车锌向控制系统组成 名称 s号 数置 制造商 主要性能指标 cpu单元 c200hg33 - e 1 ompon用户程序容貴为15.2kr基本指令执行时间o.isfun a/d单元 c200h-ad003 1 ompon 8路棋拟瑜人，支持-10_ 10v电压信号，大分辨率5mv dm单元 c200g-da003 1 ompon8路模拟输出，支持-10～10v电压输出，满貴程为4 000 计数单元 c200h-ct001 1 ompon能直接将编码器的相位差信号转变成败字量 旋转编码器 e6b2 2 ompon 把方向盘的转角变成脉冲相位差信号,公辩率1脉冲/度伺服放大器 ne122-205-9 3 moog 双路v/a转换，输入-10 - 10v,输出-60 -60ma 伺服阀 d631 6moog 二级四通伺服输人电流-60 - 60ma 旋转电位器 a6 000 6 movo 电气量程345\阻值0 -50〇a大dc24v供电 向盘与编码器直接相连，所以，编码器输入 轴每转1°输出1个脉冲，收到1个脉冲计数器输出数字1，编码器与计数器增益为1数字尸。 d/a转换将计算机内2 000数字对应10v，d/a转换增益为0.005v/数字，具有饱和效应。 伺服放大器输人-10 - 10v，输出-60 -60ma，因此，伺服放大器增益为6ma/v。 油缸行程1.02m驱动车轮偏转200°，得到连 杆机构平均增益为196.17m。旋转电位器采用± 15vdc供电，它的工作范 围是345°，而200°的车轮偏转范围对应电压信号输出范围为±8.7v。所以，旋转电位器增益为0. 087v/°〇 a/d转换以10v对应计算机内2 000数字，a/d转换增益为200数宇/v，也有饱和效应。 假定油缸密封良好无泄漏，则kec = ctp。 3转向液压控制系统计算机仿真 由于升降平台运输车运行速度较低，经常在低 速以及原地停止状态下进行转向，这也是该车转向阻力大，转向液压控制系统工作困难的时候， 因此，在这里仅研究车辆原地转向时的液压控制系统动态响应问题。图6是用simulink动态仿 真软件按图5所建立的该控制系统仿真模型，有几 点说明如下： (1) 车辆原地转向时，忽略其它次要作用力的影 响，转向阻力主要来自于地面给车轮的摩擦力，所 以，仿真模型中系统干扰力是由转向摩擦阻力矩经连杆机构换算到油缸活塞杆上受的阻力。因为摩擦 力方向与物体运动方向相反，它在物体运动静止位置2边有突变，是一种非线性负荷。在控制系统仿 真模型中通过加入微分模块对输出（活塞杆位移)进行微分得到车轮运动的方向信号，然后从库仑摩擦 模块输出非线性的摩擦力干扰力施加在油缸上。 (2) 因为通过反馈环节送入计算机的车轮位置 信号每17个数字表示偏转角t,与之相应由计数 器输入到计箅机的方向盘转角信号也要变化17个数字才能对等车轮偏转角变化1所引起的a/d转 换结果变化量°,这就是说方向盘转过17°发出要车 轮偏转角变化t的指令。(3) 为了提高控制系统的响应速度，减小控制 误差，在控制回路中加人了 pid调节器，这一点在200hg系统pc上很容易实现，它具有特殊算术指 令pid(—)。所以，控制编程变得十分简单，工程人员要做的主要工作是进行pid计算参数（比例 系数、微分系数、积分系数）的整定，这也是系统仿 真目的之一。 (4) 由计箅机经过a/d;d/a变换参与控制的液压伺服系统是属于离散和连续相结合的控制系统，本文中a/d;d/a变换的采样频率为100hz, 仿真模型中设置了采样时间是0. 01s的采样保持模块将连续信号离散化。而控制计箅的速度远高 于系统其它部分的工作速度，所以，把控制计算过 程当连续过程看待。通过对转向液压控制系统仿真模型的仿真得到了在原地转向条件下方向盘阶跃输人170°(相 当于发出车轮偏转10°的指令），车轮偏转角度的瞬态响应曲线。同时，应用仿真模型还能寻找出比 较好的pid调节参数组合，使瞬态响应快速、稳 图7方向盘阶跃输入17(t时 车轮偏转角度的瞬态晌应曲线 • 定、误差和超调量小，部分仿真结果见图7。左图是采用增益为50的纯比例控制计算仿真所得曲 线;右图是采用pid控制算法（比例系统为50;微分系数为5;积分系数为7)后，模型仿真所得车轮 偏转角响应曲线，可以看到经pid较正后的曲线上升时间、过度过程时间都有缩短，并且位置控制 的静差很小，达到了理想控制效果。 4结论应用油压升降平台控制系统理论和计算机仿真系统构 造的转向液压控制系统仿真模型能较准确的模拟 实际系统的响应特性，通过计算机仿真就得到了pid调节器的工作参数范围,这些都有力地促进了 液压控制系统的设计速度和设计质量，减少了大量的现场测试工作置，实践证明计算机仿真作为一种 控制系统设计辅助手段行之有效。 用本研究建立的攻丝加工故障诊断系统进行实验研究结果表明，本系统能有效地对攻丝加 工进行识别和判断，对提髙攻丝质置和效率有重要价值。 如想了解更多关于惠州市鲁信机械设备有限公司的信息，可关注网站：https://www.hzluxinjx.com 联系电话：0752-6826133 卢先生联系电话：0769-23111107 / 0769-23111102 联系手机： / 联系人：卢先生 联系/2360017945 联系地址：广东省惠州市博罗县四角大楼工业园
东莞液压升降机，惠州油压升降平台，移动升降机，简易货梯