[发明专利]一种变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角控制方法

权利要求书

1.一种变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角控制方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1)建立钻机钻臂旋转系统；

步骤2)结合步骤1)所得到的钻机钻臂旋转系统，限定建模环境条件，建立钻机钻臂旋转的系统数学模型；具体步骤为：

21)记变频器输入电压为u_c，输出频率为f₁，电压/频率转换系数为k_u，额定电压条件下的电压/频率转换系数为k_N，异步电机的定子相电压为U₁，建立变频器的数学模型为：f₁＝k_uu_c，U₁＝k_Nf₁；

22)记异步电机的转动惯量为J₁，黏性阻尼系数为B₁，磁极对数为m_p，定子侧的转子每相绕组等效电阻为R_r，输出转速为n₁；定量泵的排量为D₁，出口压力为p_B，机械传动效率为η₁，异步电机驱动定量泵的数学模型为：

23)记乳化液温度为T₀时的动力黏度为乳化液的黏温系数为γ，乳化液温度为T，有效体积弹性模量为β_e；双向液压马达排量为D₂，转速为n₂；定量泵与双向液压马达的总泄漏系数为λ，高压腔容积为V₀，定量泵驱动双向液压马达的数学模型为：

24)记双向液压马达的机械传动效率为η₂，黏性阻尼系数为B₂，转动惯量为J₂；蜗轮蜗杆的转动惯量为J₃，传动比为i，黏性阻尼系数为B₃，机械传动效率为η₃，未建模负载转矩和外界扰动T_f；锚杆钻机钻臂转角为θ_l，蜗轮蜗杆驱动钻臂的负载特性模型为：

25)整合得到钻机钻臂旋转系统的数学模型为：式中，u＝u_c，表示系统中未建模因素和外加扰动引起的不确定项，且Δ是有界的；C＝[1,0,0,0]，

步骤3)依据钻臂摆角控制的精度要求，针对钻机钻臂旋转系统存在的不确定性，且基于步骤2)构建的系统数学模型，设计基于动态切换函数的变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角滑模自适应控制器；

步骤4)基于Matlab仿真平台实现的动态滑模自适应控制器，验证所构建钻机钻臂旋转系统的有效性和合理性。

2.根据权利要求1所述的一种变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角控制方法，其特征是，所述步骤1)中的系统包括变频器、异步电机、定量泵、单向阀、换向阀、双向液压马达、蜗轮蜗杆减速机构和钻臂；

所述变频器、异步电机和定量泵依次连接；

所述锚杆钻机钻臂设置在蜗轮蜗杆减速机构上；所述蜗轮蜗杆减速机构、联轴器和双向液压马达依次连接；所述双向液压马达通过换向阀分别与单向阀、第一冷却器相连接；

所述单向阀与过滤器相连接；所述过滤器的另一端分别与定量泵和溢流阀相连接；所述溢流阀另一端连接有第二冷却器；

所述第一冷却器、第二冷却器和定量泵均单独与油箱相连接；

所述变频器将工频交流电转化成特定频率的电压信号，驱动异步电机；所述异步电机带动定量泵旋转，输出一定流量的高压油，依次经过滤器、单向阀、换向阀，驱动双向液压马达旋转，进而通过蜗轮蜗杆减速机构，带动钻臂发生偏转；所述双向液压马达出油口的低压油经换向阀、第一冷却器，流回到油箱。

3.根据权利要求2所述的一种变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角控制方法，其特征是，所述步骤2)中建模的环境条件是：

a)忽略定量泵与双向液压马达之间的管路压力损失；

b)假设定量泵与双向液压马达的泄漏流态为层流，忽略管路泄漏损失；

c)假设定量泵吸油口和双向液压马达排油口的压力为零，油液密度不变；

d)不考虑定量泵供油的脉动性。