液压挖掘机工装轨迹自动控制系统
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- 液压挖掘机工装轨迹自动控制系统开卷设计题：液压挖掘机工装轨迹自动控制系统框图如下图所示，按下述要求论述系统的设计及分析过程。（100分）
1）计算框图中各部分的数学建模（传递函数）和分析过程
2）说明挖掘机铲斗轨迹的运动学求解过程
3）说明控制方法的选择及参数调整过程
4）说明A/D、D/A卡作用及的作用与工作原理
5）说明系统的分析过程
分析挖掘机铲斗轨迹的运动学求解，即铲斗相对于参考坐标系的位置
按照D-H坐标系的规则和定义，设置微机操纵系统液压挖掘机的杆件坐标系，如图所示。第0号坐标系在基座上的位置和方向任选，只要Z0轴沿第一关节运动轴，即挖掘机上车回转中心即可。最后一个坐标系，即第4号坐标系，可放在铲斗的任何部分，只要Z3与Z4垂直即可。去铲斗纵向对称面上铲斗与斗杆的铰接点O3与斗齿尖连成X4轴，铰点的回转轴线为轴。X1是工装纵向对称面上的一根水平轴，X2在动臂两端铰点连线上，X3在斗杆两端铰点连线上。
i
1
2
3
4
通过矩阵变换，首先把第四象限的坐标变换到第三象限，再把第三象限的坐标变换到第二象限，再把第一象限的坐标变换到第一象限，再把第一象限变换到第0象限，因此，铲斗坐标系到大地坐标系的变换矩阵为：
根据题目所给参数，取l1=500mm,l2=2558mm,l3=1332mm,l4=400mm,取斗尖位置坐标在基座坐标系中的表示为（X1,Y1,Z1）,由此可得：
斗杆液压缸的传递函数：
缸径D=90mm，活塞杆直径d=50mm，行程H=585mm
则
活塞的平均面积
容腔总容积
液压缸固有频率
式中取，因为题目未给出m，假设m取值为500kg
液压阻尼比
式中
所以，综上可得，斗杆液压缸传递函数为：
...
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