[发明专利]工程作业机器人臂架电液驱动控制系统的半实物仿真方法

说明书

本发明公开了一种工程作业机器人臂架电液驱动控制系统的半实物仿真方法，包括以下步骤：建立臂架电液驱动系统的阀控液压缸数学模型及位置跟踪控制算法模型；建立半实物仿真硬件平台，平台包括：上位机、目标机控制器、传感器及实际阀控液压缸试验台；通过开环辨识实验将试验台传感器数据经数据采集卡采集并发送至上位机处理，利用参数辨识方法得到阀控非对称缸数学模型实际参数，在此基础上设计位置跟踪控制器并生成控制器代码；将控制器代码下载至目标机控制器中进行半实物仿真实验，分析实际控制效果。本发明可以实现工程作业机器人臂架电液驱动系统控制算法的快速验证，缩短控制器开发周期，降低开发成本。

技术领域

本发明涉及工程作业机器人臂架控制领域，具体涉及一种工程作业机器人臂架电液驱动控制系统的半实物仿真方法。

背景技术

随着工程机械装备的自动化、智能化发展，将机器人技术与工程机械领域深度融合，实现工程作业装备的机器人化，能够有效提高工程作业效率、作业精度以及作业安全，目前已广泛应用于矿山、航空航天、军事、基建等领域。

液驱机械臂是工程作业机器人的主要作业装置，其电液驱动控制系统是实现臂架高精度控制的关键，由于电液驱动系统工作时具有强非线性、强外负载干扰和系统参数不确定等问题，使得传统PID控制方法已难以满足液驱机械臂的运动控制要求。因此，研究工程作业机器人的臂架高精度运动控制算法成为了工程机械装备领域中亟待解决的问题。

然而，当前工程作业装备臂架运动控制算法的开发及部署主要面临以下两个问题：一方面，工程作业机器人臂架属于典型的机电液一体化系统，通常在动态、非结构和未知的环境中进行作业，因此，难以建立完整、精确的纯仿真模型，降低了仿真结果的可信度；另一方面，由于需要保证施工进度及施工安全，使得控制算法的现场测试成本高、周期长且易造成安全事故，给控制算法的开发及部署造成了极大的阻碍。因此，研究控制算法的快速开发验证技术对工程机械装备领域的发展至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种工程作业机器人臂架电液驱动控制系统的半实物仿真方法，以实现控制算法的快速开发及验证。

为了实现上述目的，本发明的所采用的具体技术方案是：

一种工程作业机器人臂架电液驱动控制系统的半实物仿真方法，其特征在于，包含下述步骤：

1)建立臂架电液驱动系统阀控液压缸数学模型，设计位置跟踪控制算法模型；

2)建立半实物仿真硬件平台，所述硬件平台包括上位机、目标机控制器、传感器以及阀控液压缸试验台。其中，上位机用于Simulink仿真模型的设计、编译和下载，同时对实验过程数据进行显示及保存；目标机控制器运行实时操作系统，用于实验数据的采集、计算、发送以及上传；传感器用于记录阀控液压缸试验台的实际运行数据；阀控液压缸试验台用于模拟工程作业环境下臂架电液驱动系统的实际工作状态；

3)运行半实物仿真硬件平台，开展阀控液压缸系统开环参数辨识实验，通过上位机获取阀控液压缸试验台运行时的数据，对数据进行预处理后，采用参数辩识方法得到辨识后的系统参数，并通过仿真模型验证参数辨识的准确度；

4)开展位置跟踪控制半实物仿真实验，通过参数辨识后的阀控液压缸系统数学模型得到位置跟踪控制器，并编译生成控制器代码，由上位机下载至目标机控制器，记录阀控液压缸试验台运行数据，分析验证位置跟踪控制效果。

上述的步骤1中，臂架电液驱动系统阀控液压缸数学模型以及位置跟踪控制算法模型包括不考虑液压缸内外泄漏影响的阀控液压缸流量连续性方程：