一种基于虚拟现实技术的轮式装载机的建模与控制

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1、一种基于虚拟现实技术的轮式装载机的建模与控制本文提出了动态建模、控制器设计和虚拟现实为基础的轮式装载机控制系统中的实时仿真。特别地，被认为是带有电液驱动的装载机。一个详细的非线性动力学液压系统与装载机连杆机构模型。液压模型包括负荷传感泵，阀门和气缸。联动模型代表着具有自由度的升降和倾斜功能的装载机。基于线性二次型高斯鲁棒控制器设计为自动斗调平，以协助运营商在动臂处于运动的时候，保持一定的角度运动于平地。闭环系统在实时虚拟现实仿真系统中，对控制系统的设计进行了测试。在虚拟现实的模拟中，运营商使用操纵杆输入数据进行模型的控制。这个应用虚拟现实技术，将装载机的连杆几何图形实时显示给操作者。对这个在虚

2、拟现实环境中的控制器的性能进行了评估。正如预期的那样，控制器被发现提供了一个显着的改善精度的条件，特别是在一个新手操作控制联动运动的情况下。原型无法消除，虚拟现实模拟相结合，现实的物理和控制动态提供了一个有用的工具，用于评估液压系统和控制对原型机器的依赖性较小。1、引言在施工和土方机械设计过程中，一个重要的步骤是测试的原型与人相互作用。作为原型步骤的一部分，运营商提供有价值的对设计人员对机器性能的反馈，布局和人机工程学。然而，建筑原型是昂贵和耗时的。因此，它需要建立较少的原型和更多的依赖于计算机模拟。得到从运营商的有价值的反馈而不牺牲原型，虚拟现实虚拟机模拟可以非常有效地使用。目前，机器的概念

3、可以在虚拟现实环境中进行评估再被实现为实际硬件。虚拟现实实现包括查看和交互的静态机器几何。此外，还有一些工作要做，让一种被称为建筑设备的人在VR使用操纵杆和其他输入设备的液压挖掘机图1,2。甚至有虚拟现实模拟的机器可以交互于他们的环境中挖掘力图3。这样的模拟是非常有用的在开发和测试在原型建造前，机器控制及相关系统。在过去的虚拟现实模拟的主要障碍之一是实时仿真计算速度要求。一些对装载机底盘和液压模型进行了工作基于多速率融合的虚拟现实环境系统整体模型的执行图4。现代桌面计算机能够允许复杂的模拟实时运行。液压驱动系统是先进的学科控制系统，应用在过去图5。例如，氢气和氢的控制设计，提出了水力发电列车图

4、6。类似的工作在这里，线性二次高斯LQG设计过程中使用上述引文。然而，这些努力集中在缺乏系统的系统典型的移动液压系统中发现的一些特性如负荷传感泵的机器，在这工作。这项工作的目的是模拟动力学和控制轮式装载机的系统见图1，使机器特性可以在虚拟现实与高逼真度模型的情况下建造原型。因此，更多的设计决策可以在原型阶段之前，从而减少原型的数量机器和对样机的修改。一个真实的动态模型的机器包括几个组件，如发动机，发动机控制，挖掘力，轮胎，传动系统，牵引力，然而，对于本文所代表的工作，动力系统是有限的电液压轮式装载机与联动。研究的三个主要目标提出如下。首先，我们希望展示一个实时以轮式装载机为例进行虚拟现实的动态

5、仿真。下一步，电液控制算法开发的联动协调。最后一个闭环控制器响应虚拟现实环境在循环中被证明。本文其余部分的组织如下。美国证券交易委员会。2简要介绍了轮式装载机模型液压与连杆机构动力学。3、控制设计过程讨论和一个桶调平运动控制采用LQG控制器设计描述。4、仿真给出了包括一个人在循环模拟使用虚拟现实系统对闭环系统设计的能力。5、虚拟现实接口的详细说明模型实时运行，并与虚拟现实显示操纵杆。6、结论与未来工作讨论。1、模型本节重点发展的非线性模型和考虑下的轮式装载机系统的线性化模型。整体模型包括液压和连杆机构动力学。首先推导出一个完整的非线性水力模型，然后在Simulink中建立。联动的模式写成一个M

6、ATLAB数据的连锁模型，然后线性化和插入在Simulink模型随着液压系统。这个整个Simulink模型进行线性化的目的是控制设计。动态模型的详细推导给于7。对于完整性的目的，一些重要部分的推导在这里转载。2.1连杆机构。装载机连杆机构由八个机构组成。5受约束，包括三个运动循环，2个全自动自由度。运动约束方程被淘汰，通过选择一组最小的独立坐标，等于多到全机构的自由度连锁。从7的运动方程可能是形式表达哪里代表外部力量，是惯性矩阵，问表示广义位置坐标，和总部，问˙描述离心力，科氏力，和潜在的力量。2.2连杆机构和液压模型。动态Eqs.。1：11以上，包括方程的联系和液压系统可以组合成一个多输入多

7、输出状态空间系统。由此产生的方程用于创建一个Simulink框图。注意一个线性化在组合模型中使用的链接模型Simulink。下面的模型方程中给出的状态变量和将在本节后面线性化。输入状态向量的定义为在表1中也给出了状态。动力学方程该系统的状态变量可以改写如下：控制系统的设计使用的线性化模型的装载机连杆机构和液压系统。数值线性化技术是用来寻找13个状态的线性模型的非线性微分方程组。操作点选定为典型的水