液壓挖掘機工裝軌跡自動控制系統
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- 液壓挖掘機工裝軌跡自動控制系統開卷設計題：液壓挖掘機工裝軌跡自動控制系統框圖如下圖所示，按下述要求論述系統的設計及分析過程。（100分）
1）計算框圖中各部分的數學建模（傳遞函數）和分析過程
2）說明挖掘機鏟斗軌跡的運動學求解過程
3）說明控制方法的選擇及參數調整過程
4）說明A/D、D/A卡作用及的作用與工作原理
5）說明系統的分析過程
分析挖掘機鏟斗軌跡的運動學求解，即鏟斗相對于參考坐標系的位置
按照D-H坐標系的規則和定義，設置微機操縱系統液壓挖掘機的桿件坐標系，如圖所示。第0號坐標系在基座上的位置和方向任選，只要Z0軸沿第一關節運動軸，即挖掘機上車回轉中心即可。最后一個坐標系，即第4號坐標系，可放在鏟斗的任何部分，只要Z3與Z4垂直即可。去鏟斗縱向對稱面上鏟斗與斗桿的鉸接點O3與斗齒尖連成X4軸，鉸點的回轉軸線為軸。X1是工裝縱向對稱面上的一根水平軸，X2在動臂兩端鉸點連線上，X3在斗桿兩端鉸點連線上。
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1
2
3
4
通過矩陣變換，首先把第四象限的坐標變換到第三象限，再把第三象限的坐標變換到第二象限，再把第一象限的坐標變換到第一象限，再把第一象限變換到第0象限，因此，鏟斗坐標系到大地坐標系的變換矩陣為：
根據題目所給參數，取l1=500mm,l2=2558mm,l3=1332mm,l4=400mm,取斗尖位置坐標在基座坐標系中的表示為（X1,Y1,Z1）,由此可得：
斗桿液壓缸的傳遞函數：
缸徑D=90mm，活塞桿直徑d=50mm，行程H=585mm
則
活塞的平均面積
容腔總容積
液壓缸固有頻率
式中取，因為題目未給出m，假設m取值為500kg
液壓阻尼比
式中
所以，綜上可得，斗桿液壓缸傳遞函數為：
...
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