基于RBF神经网络PID控制的挖掘机器人节能系统研究

　　0　引言

　　节能技术研究一直是现代液压挖掘机技术发展的热点和方向。微电子技术、计算机技术和控制技术的飞速发展为电子节能技术的研究和应用提供了理论和技术支持。 国外各大挖掘机生产厂家根据其挖掘机控制系统特点开发出各自的节能控制系统,并成功地应用于产品上,节能效果明显,产生了良好的经济效益。内的科研院所和 生产厂家在节能技术方面也处于不同程度的研究中。作者结合液压挖掘机的技术特点,在最佳功率匹配的基础上将神经网络PID理论用于挖掘机器人节能控制系统 的应用研究。

　　1　发动机与液压泵的匹配特性

　　1·1　发动机与液压泵的功率匹配

　　液压挖掘机器人的动力系统多采用发动机驱动、液压传动的形式,发动机与液压泵的功率匹配恰当与否决定着系统能量利用率的高低及系统工作的平稳性。不考虑二者之间的功率损失,则发动机与液压泵的匹配方程为:

　　nb=ne　Mb=Me　Nb=Ne 　　(1)

　　式中:ne、Me、Ne分别为发动机的转速、扭矩、功率;nb、Mb、Nb分别为液压泵的输入转速、扭矩、功率。

　　研究中采用的Cummins6BT柴油机的特性曲线如图1所示,其外特性、调速特性及功率曲线模型分别为:

　　式中:α为发动机的油门开度。

　　对于普通恒功率液压泵系统,在设计挖掘机器人的实际功率匹配方案时,考虑到功率储备及发动机使用后功率下降,设置液压泵的功率在任何负载情况下都必须低于 发动机的功率,一般为发动机功率的85%左右,以防发动机超载掉速,因而发动机的功率不能充分发挥出来,影响了整机的性能。另一方面,在挖掘机实际工作 中,发动机油门的位置是驾驶员根据经验和作业任务的轻重来设定的。油门一旦设定,在一定作业范围和时间内,驾驶员一般不改变油门大小。然而,在挖掘机器人 的一个作业循环(20 s左右)内需克服的负载是不一样的,即使是在挖掘过程中,土壤的切削阻力也会发生急剧变化,因而对泵输出功率的需求也不一样。如果液压泵处于轻载状态,则 不能完全利用发动机的功率,势必造成能量的浪费。

　　1·2　发动机与电控泵的功率匹配

　　针对上述普通液压泵与发动机匹配时存在发动机功率不能充分利用的问题,对于电子节能控制系统,在进行发动机与电控泵的功率匹配时,将电控泵的功率曲线设定 在发动机的功率曲线之上,如图2所示,曲线1为泵的功率曲线,曲2线为发动机的功率曲线,通过控制发动机的油门和检测发动机的转速,控制器发出控制电流, 通过电液比例减压阀调节泵的排量,泵的功率输出始终在阴影区内变化,使泵始终在不低于发动机功率的状态下工作,因而可以完全利用发动机的功率,从而达到节 能的目的。