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　　2020 年 11 月第 16 卷 第 4 期系统仿真技术System Simulation TechnologyNov.，2020Vol. 16 ，No. 4挖掘机自动控制系统建模与仿真戴松贵（上海芜鸣机电科技有限公司，上海 201906）摘要：以日立建机ZAXIS200（ZX200）型液压挖掘机为例，系统研究挖掘机的自动控制系统。建立挖掘机的系统控制框架，提出工作装置PID控制策略，确定挖掘机执行机构的控制流程，对回转、动臂、斗杆、铲斗子系统进行控制建模与仿真。分析系统稳定性，并在加入PID控制算法后进行整定获取最优的控制参数，通过试验验证仿真参数的准确性。关键词: 挖掘机；PID控制；建模与仿真Modeling and Simulation of Autom...

　　2020 年 11 月第 16 卷 第 4 期系统仿真技术System Simulation TechnologyNov.，2020Vol. 16 ，No. 4挖掘机自动控制系统建模与仿真戴松贵（上海芜鸣机电科技有限公司，上海 201906）摘要：以日立建机ZAXIS200（ZX200）型液压挖掘机为例，系统研究挖掘机的自动控制系统。建立挖掘机的系统控制框架，提出工作装置PID控制策略，确定挖掘机执行机构的控制流程，对回转、动臂、斗杆、铲斗子系统进行控制建模与仿真。分析系统稳定性，并在加入PID控制算法后进行整定获取最优的控制参数，通过试验验证仿真参数的准确性。关键词: 挖掘机；PID控制；建模与仿真Modeling and Simulation of Automatic Control System of ExcavatorDAI Songgui（Shanghai Wuming Electromechanical Technology Co.，Ltd，Shanghai 201906，China）Abstract：Based on Hitachi ZAXIS200 hydraulic excavator，the automatic control system forexcavator is investigated in detail. A control framework is established，the PID control strategy forworking devices is proposed，the control diagram of excavator executing mechanism is determined，andthe modeling and simulation of the control of the rotation，boom，stick and the bucket subsystem areconducted.The system stability is analyzed.The optimal PID parameters are tuned and obtained，whoseaccuracy are verified by experiments.Key words：excavator；PID control；modeling and simulation智能挖掘机是提高传统挖掘机自动化水平的重要研究方向，在无人化作业和高效化作业上具有极大的优势［1］ 。通过挖掘机的自动控制系统研究，可以提高挖掘机的工作效率，同时可以带动相关配套技术的开发和进步，实现工程施工建设的自动化［2］ 。国内外工程机械厂商在液压挖掘机的自动化研究方面主要处于技术积累和样机研制阶段，研究重点放在提高工作效率、改善操作舒适性、提供人机交互功能等方面。虽然一些厂商设计的自动化液压挖掘机已经具有较高的自动化水平，但由于设计复杂，设备成本高昂，离实际投入工程施工还存在一定的差距。总体来说，挖掘机的自动控制系统相关研究还不是十分成熟，无法满足实际工程需求，需要进一步的研究。本文建立了从控制器到挖掘机各个执行机构运动的控制系统模型，在分析其控制特性的基础上进一步增加PID控制算法，通过仿真分析调节控制参数，使控制系统可以快速、平稳到达稳定状态，并进行了试验验证，可为挖掘机自动控制系统实用化提供重要参考。1 挖掘机自动控制系统本文以日立建机ZAXIS200（ZX200）型液压挖掘机作为系统搭载平台，工作性能参数如表1所示。该型挖掘机具有一般液压挖掘机的控制特性，可以很好地验证所设计的自动控制系统实用性。挖掘机自动控制系统架构如图1所示，主要分为两部分，即液压子系统与控制子系统。液压子系统是在原有挖掘机液控系统的基础上，增加电磁比例控制阀组，实现对挖掘机回转、动臂、斗杆和铲斗的电液控制。控制子系统是为系统加装传感和控制中心，主要包含控制器、上位中图分类号:U489 文献标识码:A