機(jī)械外文文獻(xiàn)翻譯-15號(hào)規(guī)格自動(dòng)挖掘機(jī)的線性、非線性和經(jīng)典的控制器【中文6000字】【PDF+中文WORD】

機(jī)械外文文獻(xiàn)翻譯-15號(hào)規(guī)格自動(dòng)挖掘機(jī)的線性、非線性和經(jīng)典的控制器【中文6000字】【PDF+中文WORD】,中文6000字,PDF+中文WORD,機(jī)械,外文,文獻(xiàn),翻譯,15,規(guī)格,自動(dòng),挖掘機(jī),線性,非線性,經(jīng)典,控制器,中文,6000,PDF,WORD 外文翻譯 中文題目：1/5號(hào)規(guī)格自動(dòng)挖掘機(jī)的線性、非線性 和經(jīng)典的控制器 英文題目：Linear, Nonlinear and Classical Control of a 1/5th Scale Automated Excavator 【中文6000字】 1/5號(hào)規(guī)格自動(dòng)挖掘機(jī)的線性、非線性和經(jīng)典的控制器 摘要： 這篇論文是研究機(jī)械手各種控制系統(tǒng)的論文，介紹了一種自動(dòng)操作器的規(guī)格模式。機(jī)器人臂膀已經(jīng)在蘭開斯特大學(xué)機(jī)械研究教學(xué)里得到發(fā)展。論文考慮了經(jīng)典和現(xiàn)代兩種方法的應(yīng)用，包括：由傳統(tǒng)Ziegler-Nichol規(guī)則控制的比例積分(PI)控制;線性比例積分正(PIP)控制,它可以理解為對(duì)傳統(tǒng)PI方法的合理擴(kuò)展;還有一個(gè)建立在一半線性模式結(jié)構(gòu)上的新型非線性PIP設(shè)計(jì)，其中參數(shù)作為一個(gè)變量改變的函數(shù)而變化.論文考慮到了在文章中必需的在設(shè)計(jì)和執(zhí)行的復(fù)雜性間的平衡，還有為提高閉環(huán)性的潛力。 1.介紹 建筑是對(duì)于許多工業(yè)部門的主要經(jīng)濟(jì)上的意義。激烈的競(jìng)爭(zhēng)，熟練勞力的不足和科技的進(jìn)步都是落后于建筑業(yè)快速變化的主要力量，也是自動(dòng)化的一個(gè)動(dòng)機(jī)[1]?；诓僮魃系耐诰驒C(jī)的例子包括一般的運(yùn)土、挖掘和打板樁。一個(gè)小的規(guī)模，挖掘和打樁結(jié)構(gòu)正需要發(fā)展并限制挖掘機(jī)。全自動(dòng)化或部分自動(dòng)化能夠提供諸多好處，它可以降低對(duì)操作員技術(shù)的依靠性，而且會(huì)降低操作員的勞動(dòng)負(fù)荷，這兩者都可能會(huì)在連續(xù)性和質(zhì)量的提高上作出不小的貢獻(xiàn)。 然而，對(duì)于開發(fā)者們一直持續(xù)的絆腳石就是在自動(dòng)控制下如何作到足夠快地運(yùn)作。這里，一個(gè)主要研究問(wèn)題是去獲得在熟練人工操作員提高的基礎(chǔ)上的電腦控制反應(yīng)時(shí)間。這就為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，研究者們正在選擇使用眾多方法的一個(gè)很寬的范圍；可見(jiàn)例子[2，3，4]。 此論文考慮到了一個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)械手，是更廣泛知名的蘭開斯特大學(xué)計(jì)算機(jī)智能挖掘機(jī)（LUCIE）的1/5規(guī)格的代表，而它已經(jīng)發(fā)展為建筑地[4，5]上作為挖掘工具。不管它的小規(guī)格和輕重量，1/5模式與LUCIE擁有相似的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)上的道具，因此也為新控制策略的發(fā)展提供了一個(gè)富有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)床。在這點(diǎn)上，本論文提出了經(jīng)典和現(xiàn)代兩種方法，包括：由傳統(tǒng)Ziegler-Nichol規(guī)則 控制的比例積分(PI)控制;線性比例積分正(PIP)控制, 它可以理解為對(duì)傳統(tǒng)PI方法[6，7]的合理擴(kuò)展;還有一個(gè)建立在一半線性模式結(jié)構(gòu)上的新型非線性PIP設(shè)計(jì)，其中參數(shù)作為一個(gè)變量改變的函數(shù)而變化[8]。 對(duì)這個(gè)研究更進(jìn)一步，文章簡(jiǎn)要地介紹了機(jī)械手的應(yīng)用，作為一個(gè)工具用于在蘭開斯特大學(xué)有關(guān)機(jī)械的學(xué)習(xí)和教育。實(shí)際上，實(shí)驗(yàn)室指示者為大學(xué)生和研究生都提供了眾多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和單獨(dú)的研究方案。完善挖掘系統(tǒng)的發(fā)展需要對(duì)技術(shù)領(lǐng)域有一個(gè)完備的知識(shí)認(rèn)識(shí)，包括傳感器、激發(fā)器、計(jì)算機(jī)硬件、電子學(xué)、水力學(xué)、機(jī)械學(xué)和智能控制。 這里，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要一個(gè)有關(guān)決定適當(dāng)末端受動(dòng)器軌線的高級(jí)規(guī)則的分等級(jí)方法，以致挖掘一個(gè)指定尺寸的溝渠。在實(shí)踐中，控制器也應(yīng)該包括安全模數(shù)和在土壤中處理障礙物的工具[4]。最后，高級(jí)的運(yùn)算法則外加每個(gè)聯(lián)接點(diǎn)的適當(dāng)?shù)图?jí)控制，是當(dāng)前論文的著重點(diǎn)。 2.硬件 機(jī)械手與LUCIE[4，5]有一個(gè)相似的排列，除了用于采沙坑的挖掘和工作臺(tái)的實(shí)驗(yàn)室1/5規(guī)格模式。與圖1.所示的一樣，臂由四個(gè)聯(lián)接點(diǎn)構(gòu)成，包括箍用角條、俯角條、回轉(zhuǎn)角和鏟角。它們中的三個(gè)是由水壓汽缸開動(dòng)，而只有回轉(zhuǎn)鏈接是基于一個(gè)與簡(jiǎn)約變速器有關(guān)的水壓旋轉(zhuǎn)激勵(lì)器：詳細(xì)資料見(jiàn)[9]。 聯(lián)接器的速度由實(shí)用電壓信號(hào)手段控制。因此，整個(gè)鉆探設(shè)備已經(jīng)由多重輸入輸出異步實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)支持，它考慮到了通過(guò)在寫入Turbo C++中密碼有標(biāo)準(zhǔn)組件的多重任務(wù)處理的程序。計(jì)算機(jī)硬件有一個(gè)96MB RAM的AMDK6/PR2-166MHz的個(gè)人電腦。 聯(lián)接角直接由與每一個(gè)聯(lián)接樞軸同中心的裝備旋轉(zhuǎn)分壓計(jì)測(cè)量。每一個(gè)分壓器的輸出信號(hào)同地面線路來(lái)傳輸，伴隨有由于環(huán)境電子噪聲造成的最小信號(hào)畸變。 圖1：顯示有四個(gè)控制聯(lián)接的實(shí)驗(yàn)挖掘機(jī)原理圖 這些信號(hào)發(fā)送給高級(jí)線性儀器中有在促進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換的訓(xùn)練卡里的放大器中。這里，輸入信號(hào)的范圍在訓(xùn)練之后就不會(huì)超過(guò)±5V。這個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器是一個(gè)高性能的16通道多元的連續(xù)近似值轉(zhuǎn)換器，具有在小于25ms12位轉(zhuǎn)換的能力。目前僅有八個(gè)可利用的通道在被使用。因此將來(lái)，合并另外的傳感器進(jìn)入系統(tǒng)將不成問(wèn)題；例如一個(gè)探測(cè)障礙物的照相機(jī)，可以作為高級(jí)控制系統(tǒng)的一部分，或者壓力傳感器。 電子管標(biāo)度實(shí)際上提供了一個(gè)有意義的輸入值的臂聯(lián)接。這個(gè)標(biāo)度是基于滿足輸入要求的每一個(gè)聯(lián)接的正常輸入電壓，范圍是從最高可能向下速度的-1000到對(duì)于每一個(gè)聯(lián)接的最高可能向上速度的+1000。這里，零的輸入要求對(duì)應(yīng)于無(wú)運(yùn)動(dòng)。注明，沒(méi)有這種電子管標(biāo)度，臂會(huì)由于每一個(gè)聯(lián)接運(yùn)載的載荷而逐漸松馳下去。 在開環(huán)模式中，臂是用手驅(qū)動(dòng)去挖掘溝渠的，操作員運(yùn)用兩個(gè)相似的操作桿，每個(gè)都有兩個(gè)自由度。第一個(gè)操作桿被用作去驅(qū)動(dòng)箍用角鏈接和回轉(zhuǎn)鏈接而另一個(gè)用做移動(dòng)浸漬聯(lián)接和鏟聯(lián)接。照這樣，一個(gè)熟練的操作員為完成任務(wù)同時(shí)地移動(dòng)四個(gè)聯(lián)接。比較下，這里的目的是去設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)人工干涉的自動(dòng)挖掘計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 3.運(yùn)動(dòng)學(xué) 運(yùn)動(dòng)學(xué)平衡的目的是考慮到在三維空間中鏟的空間位置和方向的控制。既 然這樣，工具端可能會(huì)跟隨計(jì)劃軌道編程，同時(shí)鏟角分別與控制和釋放沙子相諧調(diào)。在這點(diǎn)上，圖1顯示的是實(shí)驗(yàn)挖掘機(jī)和它的尺寸，i.e.(聯(lián)接角)和li（鏈接長(zhǎng)度），這里i=1，2，3，4分別為箍用角條、俯角條、回轉(zhuǎn)角和鏟角。任何一個(gè)操作員的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析通常需要同類的臂的工具結(jié)構(gòu)變換矩陣的發(fā)展。這被用做找到有關(guān)同等系統(tǒng)的鏟的位置、方向、速度和加速度，在特定的聯(lián)合變換向量[10]。這種分析代表性地基于著名的Denavit-Hartenberg協(xié)定，而它主要用于由一個(gè)每一個(gè)接合點(diǎn)都有一個(gè)自由度的開環(huán)構(gòu)成的機(jī)械操作者，如此[9]。 3.2反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué) 在軌線計(jì)劃程序中指定﹛X,Y,Z﹜,如末端受動(dòng)器的方位利用一個(gè)等同系統(tǒng)在工作臺(tái)上初始化,不有鏟的方向,隨之的反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算法則 由于Shaban[9]而得出。這里的Ci和Si各自表示了和,且同時(shí) 3.2 軌道計(jì)劃 一個(gè)溝渠的挖掘機(jī)在挖掘操作過(guò)程中需要兩個(gè)“連續(xù)通道”（CP）和一個(gè)更簡(jiǎn)單的“點(diǎn)-點(diǎn)”（PTP）運(yùn)動(dòng)，此時(shí)鏟子為了卸載而從溝渠中搬出。特別的是，每個(gè)挖掘周期都可以被分成四個(gè)明顯的階段，如下：布置鏟來(lái)穿透土層（PTP）；挖掘過(guò)程沿著指定的空間長(zhǎng)度（CP）在一個(gè)水平垂直線上；掘起從空間中收集到的沙子到卸載的一邊（PTP）；卸下沙子（CP）。 圖2.實(shí)驗(yàn)挖掘機(jī)的軌跡計(jì)劃 對(duì)于當(dāng)前的例子，CP軌線能夠以一個(gè)恒定速度來(lái)回移動(dòng)。假設(shè)和分別表示末端受動(dòng)器的最初和最后的位置，而此運(yùn)動(dòng)需在T秒內(nèi)得到實(shí)現(xiàn)。既然這樣，工具端統(tǒng)一直線軌跡是， 這里St是一個(gè)可變速分配函數(shù)，此處S0=0和ST=1。特別的是，速度剖面第一個(gè)斜面在進(jìn)行到一個(gè)恒定速度之前以一個(gè)等加速度向上移動(dòng)，最后以一個(gè)等減速度向下滑到零。在統(tǒng)一的直線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，速度剖面是來(lái)成形。通過(guò)求積分，速度分配函數(shù)將是。 對(duì)于這個(gè)特別的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)挖掘機(jī)有所約束，只允許挖掘鏟的長(zhǎng)度和深度分別不會(huì)超過(guò)600mm和150mm，圖2.顯示了一個(gè)完整的挖掘過(guò)程，圖解出鏟的預(yù)定軌道。值得注意的是每一個(gè)挖掘軌道由掘地點(diǎn)（270，﹣150，0）跟隨，利用PTP移動(dòng)有一個(gè)180度的方向。這個(gè)過(guò)程由另一個(gè)PTP運(yùn)動(dòng)跟隨，在卸載區(qū)以 坐標(biāo)（100，﹣100，﹣400）定位鏟。挖掘周期的最后一步是卸載過(guò)程，有一個(gè)﹣30度方位的坐標(biāo)（600，﹣100，﹣700）。 4.教育和學(xué)習(xí) 工程教育最重要的特征之一是將理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得到結(jié)合。因此，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)在支持學(xué)生學(xué)習(xí)中扮有非常重要的角色。然而，還有幾個(gè)因素通常阻礙學(xué)生們與機(jī)械系統(tǒng)得到“從做中學(xué)”的機(jī)會(huì)。這包括它們的高費(fèi)用、熟練技術(shù)支持的較弱而必需的供應(yīng)。雖然如此，機(jī)械的利用卻潛在地為許多不同的工程學(xué)科包括機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、控制學(xué)和計(jì)算機(jī)工程提供了一個(gè)極好的基礎(chǔ)，見(jiàn)例[11，12，13，14]。自動(dòng)機(jī)械為基礎(chǔ)工程問(wèn)題的示范提供了一個(gè)很好的工具，而它們也促進(jìn)了在創(chuàng)造力、集體諧做、工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)統(tǒng)合和問(wèn)題解決等方面技術(shù)的發(fā)展。 在這點(diǎn)上，LUCIE1/5規(guī)格示例在蘭開斯特大學(xué)機(jī)械學(xué)上提供了研究和教學(xué)的支持。它是為信號(hào)處理和實(shí)時(shí)控制各種方法中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)；而且為大學(xué)生和研究生提供了許多學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和單獨(dú)的計(jì)劃。例如，因?yàn)樵陂_環(huán)模式下僅有幾秒來(lái)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，機(jī)械臂為示范比較對(duì)于系統(tǒng)識(shí)別的機(jī)械的和數(shù)據(jù)庫(kù)兩種方法提供了一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)例子。 關(guān)于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，各種各樣經(jīng)典和現(xiàn)代的方法都是可行的。但是，當(dāng)前的作者們認(rèn)為PIP控制為學(xué)生們對(duì)一個(gè)對(duì)現(xiàn)代控制理論提供了一個(gè)具有深刻見(jiàn)解的介紹。這里，非最小狀態(tài)空間（NMSS）模式都用公式表示了，以便通過(guò)控制過(guò)程測(cè)定的輸入輸出信號(hào)使完整的變態(tài)數(shù)回饋控制得到實(shí)現(xiàn)，而不會(huì)對(duì)確定性狀態(tài)的重建器或一個(gè)隨機(jī)的Kalman濾波器采取設(shè)計(jì)和執(zhí)行[6，7]。的確，智能控制中MEng/MSc模式在學(xué)科中的教學(xué)占有很多領(lǐng)域，利用機(jī)械臂只是作為一個(gè)設(shè)計(jì)例子。 5.控制方法 每一個(gè)聯(lián)接點(diǎn)的基準(zhǔn)PID控制器建立在著名的Ziegler-Nichol方法上。系統(tǒng)被置于比例控制下而且通過(guò)漸多的增益有穩(wěn)定性的限制直至獲得永久的振動(dòng)。在這種方式下獲得的“最終增益”隨后也用作確定控制增益。另一種方法是運(yùn)用一個(gè)Nichol圖表來(lái)獲得指定的增益和狀態(tài)極限，由[15]描述。 線性PIP控制是一個(gè)與PID控制有相似結(jié)構(gòu)的模式基礎(chǔ)方法，同時(shí)另外的動(dòng)態(tài)回饋和輸入補(bǔ)償在過(guò)程有第二個(gè)指令或更高動(dòng)態(tài)或大于一個(gè)采樣間隔的單純時(shí)間托延時(shí)被引入。然而，與經(jīng)典的方法形成對(duì)比，PIP設(shè)計(jì)開拓了變態(tài)數(shù)回饋（SVF）方法的范圍，這里人工調(diào)諧的奇特之處由電極分配或線性二次（LQ）設(shè)計(jì)所替代[6，7]。 最后，許多最近的出版物都為非線性PIP控制描述了一個(gè)方法，它建立在對(duì)隨之的態(tài)獨(dú)立參量（SDP）模式[8]的識(shí)別上。 這里yk 和uk 分別是輸出和輸入變量，而a i﹛ xk ﹜（i=1,2,…,n）和bj ﹛ xk﹜（j=1, …,m）是態(tài)獨(dú)立參量。后者假定為一個(gè)非最小狀態(tài)向量的函數(shù)。對(duì)于SDP-PIP控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它通常對(duì)限制模式（8）是足夠的，狀態(tài)如。（8）中的NMSS表示是 這里非最小狀態(tài)參量定義如下 而且是命令輸入和輸出之間的積分誤差。依靠這個(gè)積分誤差狀態(tài)，固有的模式1伺服機(jī)構(gòu)性能得到引入。為了簡(jiǎn)短，這里被省略了但在例[9，16]中被定義。 狀態(tài)變量回饋控制運(yùn)算法則隨后被定義為 這里在每一個(gè)采樣距離通過(guò)可電極分配或一個(gè)線性Quadratic余弦函數(shù)的最優(yōu)化得到的控制增益向量。關(guān)于后一種方法，最近的研究用一種“凍結(jié)參數(shù)”系統(tǒng)定義為一個(gè)NMSS模式系列的采樣， 去定義P矩陣[9]，離散時(shí)間代數(shù)Riccatti函數(shù)僅用于修正每一個(gè)采樣距離。最后，要注明的是當(dāng)NMSS/PIP線性控制環(huán)境由[6]得到發(fā)展,對(duì)非線性SDP系統(tǒng)的整個(gè)控制和穩(wěn)定結(jié)果的來(lái)歷是作者對(duì)這個(gè)課題進(jìn)一步的研究。 6.控制設(shè)計(jì) 對(duì)于線性PIP設(shè)計(jì)，開環(huán)實(shí)驗(yàn)是第一個(gè)為應(yīng)用電壓和最初環(huán)境范圍的操作，全部都建立在一個(gè)0.11秒的采樣率上。在此情況下，簡(jiǎn)化精確的工具變數(shù)(SRIV)運(yùn)算法則[17],提出了一個(gè)采樣時(shí)間延續(xù)的第一指令線性模式,見(jiàn),yk=a1 yk-1+bT uK-T提供了一個(gè)對(duì)每一個(gè)聯(lián)接點(diǎn)的近似表示.這里yk是聯(lián)接角而uk是一個(gè)在±1000范圍之內(nèi)的規(guī)則電壓值,同時(shí){a1,bT}是時(shí)間不變參量.注意的是臂本質(zhì)上是作為一個(gè)綜合者，因規(guī)格化的電壓已經(jīng)被校準(zhǔn)以使當(dāng)uk=0時(shí)無(wú)移動(dòng)。事實(shí)上，a1=﹣1被確定為一個(gè)初值，以使僅僅分子參量是在實(shí)際中為線性PIP設(shè)計(jì)而估計(jì)的。 圖3.相對(duì)箍用角輸入要求的變化 就浸入角和鏟角聯(lián)接在控制利用線性PIP方法相關(guān)地表現(xiàn)出簡(jiǎn)單化。既然這樣，運(yùn)算法則處于PI結(jié)構(gòu)，因此執(zhí)行結(jié)果與利用經(jīng)典頻率方法調(diào)諧的PI運(yùn)算法則是相似的。與將被預(yù)期的一樣，經(jīng)典的和PIP兩種方法間的不同是這些聯(lián)接點(diǎn)是定性的。這些不同僅涉及到為將運(yùn)算法則去迎合規(guī)定的控制目標(biāo)而作的相關(guān)放松。 按照，有回轉(zhuǎn)和箍用聯(lián)接運(yùn)用PIP方法得到更好地控制因?yàn)椋ㄒ?jiàn)于許多早期出版物）后一種自動(dòng)地運(yùn)用增加的時(shí)間差[9]。當(dāng)然，一個(gè)對(duì)于這個(gè)問(wèn)題可選擇的解決方案將會(huì)引入一個(gè)Smith預(yù)報(bào)器進(jìn)入PI控制組織。研究者們目前正在調(diào)查與PIP方法相比較的一種方法的相關(guān)精力。 然而，對(duì)于開環(huán)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析在上面的線性模式中顯示出了局限性。尤其是，的值被10或更多的一個(gè)因素來(lái)改變，依靠于被應(yīng)用的電壓值，如果圖3表示出箍用的情形。這里，許多實(shí)驗(yàn)都在一個(gè)范圍內(nèi)的應(yīng)用電壓值內(nèi)操作，在每種情況下，SRIV方法都用于估計(jì)線性模式，圖3圖示了對(duì)結(jié)構(gòu)化這些估計(jì)與階式信號(hào)輸入量是相反的（可靠的軌跡表現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的多項(xiàng)式格式）。 實(shí)際上，SDP分析表現(xiàn)出一個(gè)對(duì)箍用角更合適的模式表現(xiàn)為公式8的形式， 這里 圖4：上部：線性PIP（細(xì)線），非線性SDP-PIP（粗線）和命令輸入（虛線）對(duì)應(yīng)于箍用角條，相對(duì)結(jié)構(gòu)的采樣號(hào)。箍用角：相等于控制輸入。 圖5：上部：線性PIP（細(xì)線），非線性SDP-PIP（粗線）和命令輸入（虛線）對(duì)應(yīng)于俯角，相對(duì)結(jié)構(gòu)的采樣號(hào)。箍用角：相等于控制輸入。 這里增益f0,k,g1,k和kI,k在每一個(gè)采樣中立即以照一個(gè)預(yù)定的控制器的式樣。這種方法的完整詳細(xì)資料和相對(duì)的俯角、鏟角和回轉(zhuǎn)聯(lián)接SDP-PIP運(yùn)算法則，由Shaban提出。 7.執(zhí)行 箍用臂的典型執(zhí)行結(jié)果在圖4.中表示出來(lái)，這里很明顯SDP-PIP運(yùn)算法則比固定的增益有更加精確，線性PIP運(yùn)算法則（可者相對(duì)的經(jīng)典PI控制器）在控制水平下有發(fā)展了很多。此外，非線性方法產(chǎn)生出了一個(gè)相當(dāng)平滑控制輸入信號(hào)。 指出的是線性和非線性控制器被設(shè)計(jì)去產(chǎn)生出一個(gè)在理論狀態(tài)下的響應(yīng)的相似速度，在圖4中可以看到的不同就歸于在b2（圖3）中的變化，此處僅考慮到在SDP-PIP狀態(tài)中。應(yīng)該指出，這個(gè)例子的反應(yīng)時(shí)間已經(jīng)被故意增加到對(duì)精確的線性PIP設(shè)計(jì)的實(shí)際限制，只是為了強(qiáng)調(diào)這些不同。 圖5是一個(gè)相似的實(shí)驗(yàn)中俯臂的控制。盡管線性與非線性方法之間的不同通常在每一個(gè)聯(lián)接點(diǎn)在檢測(cè)時(shí)都相當(dāng)小，在空中運(yùn)動(dòng)都是孤立的，如圖5，這些不同在鏟角位置最后在采沙坑中撤離時(shí)會(huì)增加。在這點(diǎn)上，表1.比較了線性PIP和SDP-PIP兩種方法的反應(yīng)時(shí)間，表現(xiàn)出去完成三個(gè)完整溝渠的秒數(shù)，每個(gè)包括9個(gè)挖掘過(guò)程。這里，改良的聯(lián)接角控制考慮到了一個(gè)快速的SDP-PIP設(shè)計(jì)，典型地產(chǎn)生出一個(gè)在挖掘時(shí)間里有10％的提高 表1：完成一個(gè)溝渠的時(shí)間 最后，圖6.圖解了典型的SDP-PIP執(zhí)行結(jié)果，是鏟子的一個(gè)循環(huán)，顯示了一個(gè)末端受動(dòng)器的3D縱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)。這個(gè)圖顯示了鏟在第一低速下進(jìn)入隨后才將沙子提取，移位，釋放好容易才完成。 圖6.在3-D空間中末端受動(dòng)器的處理位置{X，Y，Z}，還有沿直線的移動(dòng)點(diǎn)（mm） 8.結(jié)論 這篇論文已經(jīng)清楚地描述了實(shí)驗(yàn)當(dāng)中機(jī)械斗桿的控制問(wèn)題，代表了自動(dòng)挖掘機(jī)的1/5號(hào)規(guī)格模式，為蘭開斯特大學(xué)的科研和教學(xué)提供了發(fā)展的機(jī)遇。與以前的研究項(xiàng)目相比，發(fā)表的這篇文章充分考慮了礦用自動(dòng)挖掘機(jī)的完全控制系統(tǒng)的執(zhí)行。 古典和現(xiàn)代方法都采用了關(guān)聯(lián)控制，包括齊格勒-尼科爾森規(guī)則已協(xié)調(diào)的比例積分控制；線性比例積分控制和一個(gè)最近開始流行的基于國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定參數(shù)模型鑒定的非線性比例積分控制。這里，線性比例積分運(yùn)算法則已被有調(diào)整性的運(yùn)用到古典和初期為了控制斗干和鏟斗運(yùn)動(dòng)角度而出現(xiàn)的現(xiàn)代比例積分控制當(dāng)中。反過(guò)來(lái)說(shuō)，回轉(zhuǎn)和箍條連接是比可能會(huì)延遲裝卸時(shí)間的高度集中線性比例積分控制要好的一種控制方法。 然而，在這些所有聯(lián)接點(diǎn)的固有非線性有疑問(wèn)地證實(shí)了當(dāng)反饋控制器與運(yùn)動(dòng)學(xué)方程相結(jié)合時(shí)，去控制末端受動(dòng)器的位置，尤其是一旦鏟在沙子中移動(dòng)。事實(shí)上，非線性SDP-PIP方法增加的復(fù)雜在這里表現(xiàn)出來(lái)了假定出改良的閉環(huán)性能。特別的是，完成整個(gè)挖掘過(guò)程的時(shí)間減少了大約10％。最后，利用實(shí)驗(yàn)挖掘機(jī)獲得的經(jīng)驗(yàn)最近已經(jīng)被開發(fā)，一個(gè)整個(gè)的振動(dòng)層系統(tǒng)中被運(yùn)用為在一個(gè)建筑地點(diǎn)的地面改善，見(jiàn)例[16]。 感謝 非常感謝工程和物理科學(xué)研究會(huì)（EPSRC）的支持。在本論文中使用過(guò)的統(tǒng)計(jì)工具已經(jīng)組合為一個(gè)CAPTAIN工具箱[18]，在MATLABTM軟件環(huán)境中，下載可得用網(wǎng)址：http://www.es.lancs.ac.uk/cres/captain/ 13