混凝土泵车臂架精准控制系统的研究

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发布时间：2021-09-17

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混凝土泵车臂架精准控制系统的研究
黄罡，周余明，康小东
(三一智能控制设备有限公司，湖南长沙410100)
摘要：为实现混凝土泵车臂架末端的准确定位以及运动过程的平顺控制，提出了一种新型臂架控制系统。采用闭环的
控制模式，通过位移传感器测量液压缸的伸出长度，根据连杆的几何关系解算出臂架间的夹角，求得臂架末端的位置。采
用基于前馈补偿的PID控制策略，提高臂架系统运动的跟随特性和响应特性。实验表明，应用了新型臂架控制系统之后，
臂架运动平稳，具有较好的跟随特性，末端定位精度明显提高。
关键词：泵车；臂架；末端定位；前馈补偿
中图分类号：TU646 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2014)7—059—4
Research on Accurate Control System for Boom of Concrete Pump Truck
HUANG Gang，ZHOU Yuming，KANG Xiaodong
(Sany Intelligent Control Equipment Co．，Ltd．，Changsha Hunan 410100，China)
Abstract：In order to positioning accurately and moving smoothly for the boom tip of concrete pump truck，a new boom control
system was proposed． By adopting close-loop control mode，using displacement sensors to measure extension len~h for the hydraulic
cylinder and calculating joint angle between two adjacent booms according to the geometric relationship between the connecting rods，
the location co． ordinates for the boom tip were obtained．A Proportional—Integration—Differential(PID)control strategy with feed forward
compensation was used to improve characteristics of following and response for the motion of boom system．Experimental results
show that application of this new boom control system can improve positioning accuracy for the boom tip obviously，and the booms move
smoothly and have high-quality of following characteristics．
Keywords：Concrete pump truck；Boom；Tip positioning；Feedforward compensation
现用的混凝土泵车臂架普遍采用开环控制模式，
人们对于臂架的操作控制全凭目测和手感。由于没有
臂架的运动速度和位移信息反馈，在使用过程中存在
臂架速度控制特性不好的问题，具体表现为当给定量
控制量较小时，臂架不动作，当给定量大时，臂架运
动剧烈，给操作带来不便。
随着智能化技术的发展和应用，泵送智能化趋势
日趋明显⋯。在智能化泵送的应用中，控制程序直接
控制臂架布料，可以大大减少工人劳动强度，提高浇
筑质量。传统的开环控制模式已经无法满足要求，控
制器必须实时检测臂架的运动信息和姿态情况，对臂
架的运动进行闭环控制。
检测臂架姿态可以通过在臂架之间安装旋转编码
器或在臂架上安装倾角传感器来实现，这两种方式直
接对臂架姿态进行检测，没有臂架油缸的位置反馈，
不利于油缸的位置控制。此外旋转编码器存在安装和
抗干扰能力差等问题，不便于推广应用。
鉴于以上情况，提出通过检测臂架油缸位移来
计算臂架姿态和末端位置的方案，可以实现对油缸
的闭环控制。内置式的位移传感器检测精度高，稳
定性好。
1 系统组成及实现
1．1 臂架控制系统
系统采用半闭环控制模式，通过位移传感器测量
油缸的位移，根据臂架间连杆的几何关系间接地求出
臂架末端的位置。控制器根据当前接收的操作指令，
输出PWM信号，控制多路阀开度，液压缸随即动
作，驱动臂架运动。安装在液压缸内的位移传感器向
控制器反馈当前油缸的位移，控制器再根据实际值与
给定值之间的偏差情况，进行实时调整，实现对油缸
的精确控制。
该臂架系统开发了一套数字式臂架油缸。采用磁
致伸缩位移传感器实时检测油缸的位移，并由此计算
出油缸速度，传感器安装于液压缸内部，使得整个系
统结构紧凑，抗干扰能力强。位移传感器采用同步串
口(SSI)通讯方式，在50 in范围内，传输速率可达
400 kbps，满足实时性要求。检测精度达到4 m，线
性误差小于等于0．05FS，重复误差小于等于0．01FS。
满足检测所需精度要求。