起重机数字液压回转系统设计与试验《机床与液压》2024-6

亿美博

摘要：
为了提高起重机回转动作的微动性、平稳性、响应速度和定位精度，提出将数字液压技术应用于起重机回转系统。基于数字液压技术，设计了一种起重机数字液压回转系统，介绍了数字液压回转系统的结构和工作原理，建立了数字液压回转系统的数学模型，在某型号起重机上安装了数字液压回转系统并与原有液压回转系统进行对比试验。试验结果表明：相较于起重机的原有液压回转系统而言，数字液压回转系统的最低稳定速度要更低、更平稳，微动性更好；数字液压回转系统在高速启动时更平稳，最高稳定速度更高；数字液压回转系统的回转动作响应时间大幅缩减，系统响应更快速；数字液压回转系统具备精确位置控制功能，具有很高的重复定位精度。同时，数字液压回转系统在起重机上凸显的巨大优势为推广数字液压技术在工程机械中的应用提供了实际参考价值。

Abstract:
In order to improve the micromotion, stability, response speed and positioning accuracy of crane slewing motion, digital hydraulic technology is applied to the slewing system of the crane. Based on digital hydraulic technology, a digital hydraulic slewing system of crane is designed. The structure and working principle of the digital hydraulic slewing system are introduced. The mathematical model of the digital hydraulic slewing system is established. A digital hydraulic slewing system is installed on a certain type of crane and compared with the original hydraulic slewing system. The experiment results show that compared with the original hydraulic slewing system of the crane, the minimum stable speed of the digital hydraulic slewing system is lower and more stable, and the micro-motion is better. The digital hydraulic slewing system is more stable when starting at high speed, and the maximum stable speed is higher. The response time of the digital hydraulic slewing system is greatly reduced, and the system response is faster. The digital hydraulic slewing system has the function of precise position control, and it has high repeated positioning accuracy. At the same time, the huge advantages of digital hydraulic slewing system in cranes provide practical reference value for the promotion of the application of digital hydraulic technology in construction machinery.









起重机数字液压回转系统设计与试验_刘琛华 (1).pdf (1.43 MB, 下载次数: 15, 售价: 1 金钱)

2024-8-17 20:04 上传

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起重机数字液压回转系统设计与试验

PEN

移动起重机并不困难，但起重机下方摆动的负载怎么办？这需要一种称为输入整形的技术。该技术由麻省理工学院发明，并由一家名为 Convolve 的公司授权。

Convolve, Inc. 和 Input Shaping® - 输入整形

我们只有一位客户在 RMC70 上实现了这一点。客户必须使用我编写的文档并在 RMC70 上编写程序来实现它。该算法不太难实现，但需要一个足够长的延迟队列来表示负载摆动一个周期所需的时间。

Moving the crane is not difficult but what about the load that is swinging beneath the crane?  This requires a technique called input shaping.  This technique was invented at MIT and licensed by a company called Convolve.

Convolve, Inc. and Input Shaping® - Input Shaping

We have had only one customer implement this on a RMC70.  The customer had to implement it using a document I wrte and writing a program on the RMC70.  The algorithm isn’t too difficult to implement but it requires a delay queue that is long enough to represent the time it takes for the load to swing one cycle.  

Use

起重机重物晃动是一个非常头痛的问题，用常规伺服很难解决，不但有算法，还有钢纯长度的检测，还要控制系统非常可控，这个技术我们叫追摆。我们用数字液压轻松的解决了，大大提高了性能。

补充内容 (2024-8-24 17:41):
追摆也叫稳钩，就是减少重物晃动。

PEN

任何好的伺服器都可以完成“输入整形”。控制器必须能够实现“输入整形”算法。由于数字气缸始终存在相位滞后，因此该算法变得更加困难。运动曲线并不那么重要。具有模拟输入的人可以在正确的时间生成正确的模拟信号，但这需要技能和大量经验。输入整形算法允许相对较新的人在“输入整形”的帮助下做出正确的动作。这变得更加困难，因为数字气缸始终存在相位滞后。这在加速和减速期间尤其严重。

摆动的频率由到负载的长度电缆决定。起重机控制系统应始终知道负载有多高或多低。阻尼也很重要。阻尼系数将非常低，并且与空气阻力/除以质量成正比。起重机控制应始终知道负载的重量。

我们的市场研究表明，只有少数几家小公司生产起重机摇摆控制器。

Any good servo can accomplish “input shaping”. The controller must be able to implement the “input shaping” algorithm.  The algorithm is made much more difficult because the digital cylinder always has a phase lag.  The motion profile isn’t that critical. A person with an analog input can generate the correct analog signals at the correct time but this requires skill and lots of experience.  The input shaping algorithm allows a relatively new person to make the correct motions with the aid of the “input shaping”. This is made much more difficult because digital cylinders always have a phase lag. Which is especially bad during acceleration and deceleration.

The frequency of the swing is determined by the length cable to the load.  The crane control system should always know how high or low the load is.  The damping is critical too. The damping factor will be very low and will be proportional to the air resistance / divided by the mass.  The crane control should always know how much the load weighs.

Our marketing research has indicated that only a handful of small companies make crane sway controls.

Use

所谓的相位滞后是传统伺服系统必须有一条控制曲线，即引导线，油缸运动时必须时时采集油缸内部传感器的位置，将此绝对位置与引导线对应时间点的位置进行比较，出现的误差经过PID运算后输出一个新的值去打开一个新的伺服阀开口，是否合适，然后再采样再运算，不断重复，这就是现在伺服系统的控制原理，增加前馈也是为了将控制实际曲线更逼近控制线，如果没有控制线，伺服系统就无法工作，所以我称之为瞎子出门摸着盲道走，高速采样的目的就是瞎子来回敲盲道边。采样越快走的越好。PID三个参数也要选的好，怎样选好？就是靠经验了。
数字液压不需要引导线，所以没有盲道，发的每个脉冲都带有当量，如0.1，0.01，0.001等，脉冲的频率就是油缸的速度，脉冲的总数就是行程，一一对应，再也没有了高速采样、高速运算、PID调节等一系列麻烦事情，至于他的控制精度，在冶金领域的20辊手撕钢轧制，控制精度一次成功的超过了最高水平的MOOG阀，这就是实例。至于其它领域都表现出类似的水平，其价格更是传统伺服的几分之一，并且实现了几乎的免调试和免维护，这就是中国的数字液压。我将西方的传统伺服液压比为中国的算盘，数字液压比照西方发明的计算器，算盘怎么也干不过计算器，这就是降维打击！不在一个层面上。

Use

西方的模拟伺服液压是瞎子出门摸着盲道走，如果要想走的好就必须高速来回摔拐杖（高速采样），高速调节（伺服阀频响高）、调节准确（算法正确），
他的工作原理总结为四句话：开环输入看结果，闭环反馈看误差、不断调整输入量，紧跟引导不走样————控制者瞎忙乎！
数字液压的工作原理也是四句话：每个脉冲带当量、自动闭环不走样、脉冲频率即速度，脉冲总数即行程————控制者睡大觉！
前者又累又贵，还不好伺候，后者又便利又简单，精度还高。
这就是二者的区别！

Use

数字液压为什么这样简单的解决了传统伺服极为复杂的控制难题？因为传统伺服他的控制机理是送入一个电信号去打开伺服阀口，输出一个流量，但这个流量受各种因素影响是不准确的，这个流量送到油缸产生一个行程，这个行程更是不可知的，于是在油缸内加装传感器，用高速采样来采集传感器的绝对位置，将这个位置与计算机内希望的位置进行比较，出现的误差经过PID运算后送出一个新的电压信号，再采样不断重复上面的调节，直到终点，这就是现在的控制方法。
数字液压是送出一个脉冲信号，数字阀打开一个阀口开度，送出一个流量，让油缸产生一个位移，当位移与系统设计的位移相同时，运动部分就自动关闭了流量输出，形成了一个自动位移闭环，所以就实现了脉冲频率就是油缸速度，脉冲总数就是行程的简单对应关系，把极为复杂的伺服系统彻底简化了，这就是数字液压的巧妙之处。