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.pdf

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1、，_、aUGIlI1学术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摘要：混凝土泵车臂架在作业中经常受振动彤响这会缩短臂架的使用寿命。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，用于仿真臀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．同时引入了近些年来，随着我国基础设施建设的步伐，臂架系统坐标系的建立参考了浮动标架法状态和适合的增益矩阵的方法。为了定义控制建筑机械正在向重型化和大型化发展，这种

2、趋[13，[2]。在浮动标架坐标系下，臂架连杆上的律，须将臂架运动方程写成状态空间形式。首势在混凝土泵车领域也显而易见。减小泵车臂任意一点的位移由两部分组成，第一部分是刚先定义二阶状态空间变量如下：架的自重、提高系统性能的客观需求，使得泵体运动分量，即连杆未发生形变时该点点位置，车臂架向高柔性、低阻尼系统的方向发展。在它是连杆转角的函数；另一部分是形变分量，臂架做大范围移动、浇筑作业时，柔性系统更它的维度与描述柔性变形的离散方法有关。例则方程的状态空间形式写为容易系统遭受振动影响，长此以往，发生疲劳如，使用

3、有限元法对柔性杆进行离散时，形变『l．rr⋯1一商竹⋯￡1r]]“损伤和不稳定性问题的可能性更大，这对安全分量是离散节点独立坐标的函数将描述柔性E-[+[作业造成了威胁。为了避免材料裂纹传播、延变形的独立坐标记为《。因此，系统全部的独立长臂架使用寿命，发展有效的消振方法是必要坐标可以写作矢量变量其中忽略了不影响系统极点分布的重力项。的。传统的被动控制策略通常须引入质量较大设计控制力的目标是，通过使用极点配置法，的设备提供控制力，而响应频宽却很有限。与{)增大系统阻尼、减小振动。具体步骤是，增大此相反，主动控

4、制策略使用臂架本身的作动器接下来，通过列写系统的动能、势能，使系统特征值(也就是极点)a的实部的绝对值，提供控制力，而它所需要的计算机嵌入式系统用拉格朗日方程，得到臂架的动力学方程如下新的特征值计为五。选择毛的虚部与相同，以避硬件则发展迅速，价格低廉，在未来有着良好所示：免过度增大控制力，引发额外的机械疲损。的应用前景。前面提到动力学方程中的独立变量三，在使_{纠·_R㈣’j[K(蜘’㈦[玎，IMT(2)泵车臂架是一个由液压油缸驱动的连杆机用有限元法进行离散化时，包含所有节点的位构。液压缸通过三角形零件固定

5、在连杆上，并由于方程中的每一项都与臂架的姿态即有移坐标，因此三的维度较大，影响求解速度。相支撑下一节臂杆。为了研究系统的振动特性，关，方程具有非线性。为了研究系统的振动特性，比之下，只有头几阶模态会对系统的动力学表可在每节臂杆末端安装加速度传感器。对相同的系统姿态，可带入表示振动的微小变现产生较大影响，高阶模态由于阻尼系数更高，量，将系统动力学方程线性化。于是，对臂架被难以激发。因此可以考虑使用截断模态法对的某一特定姿态墨i，可得系统动力学方程如柔性臂架离散化。定义为系统前m阶模态坐标，下：．～则可作变量代

6、换l]蜡[钝-EK]建-f,IJ‘、．m't‘a’其中，妞表示振动量。，]_，]3分别是系统的质量矩阵，阻尼矩阵和刚=度矩阵。‘)其中]表示模态矩阵。将方程(8)带入方卜12嬷油缸：2～7～11～15臂架：：卜铰接表示重力对系统的作用。表示液压油缸对臂架程(3)，可得一组独立方程轴：}{Ⅲ9l10—1r{¨造轩：的作用力，而表示液压油缸长度皇和独立变[耐]蛰+]§+[t]t[][Ar、．mT(。)：溉凝}：聚车翳架简量￡的运动学关系。【3与质量矩阵和刚度矩阵其中]3是i"I×n的对角矩阵：1．臂架系统的数学

7、模型线性相关：]f[]，]f]，]{Pf[]渊。为了模拟泵车臂架的行为特征，以便定义将方程(9)写成状态空间形式，有[R]=[]+K]E~IAI"(4】控制策略，这里将根据柔性多体动力学原理，“_『小’。MTm，建立泵车臂架的动力学模型。由于泵车臂架的相关系数和和芦可以通过比较实验数据和t[^+_I_舯哪(Ⅲ水平／竖直行走作业是在平面内完成的，建模数学模型的传递函数得出。h-MT㈦时也只考虑二维平面运动。为了建立应力与应2．主动模态控制变的线性关系，并对轴向变形和屈曲变形进行本节将介绍一种以独立模态空间控制

8、法为定义控制律如下解耦，引入了小变形假设。此外，模型中只考基础[3][5]的主动消振控制律，提供用于消振一】m删fl3)虑臂杆转动速度较小的情况，忽略了向心力和的控制力的作动器，正是为连杆提供转动动将控制律带入方程(i1)，得到科氏力。力的液压油缸。该控制律给出了计算系统振动=[[]一[卫q妇璺l=[]冬mT(“)184MachineChina中国机械Academic学术[]的特征值矩阵包含了被控系统的所有=参考