黎 波 严 骏 曾拥华 郭 刚

解放军理工大学，南京，210007

0 引言

电控挖掘机通过电液伺服系统控制挖掘臂完成各项动作。为实现预定的轨迹跟踪，需控制各液压缸频繁启动与制动，系统多数时间处于瞬态响应过程。研究挖掘臂关节伺服系统的动态特性，有助于更好地了解系统，优化系统设计，提高控制精度。

为简化分析过程，以往人们大都建立挖掘臂伺服系统的线性模型［1－3］，或仅考虑系统死区非线性［4］。对阀控非对称液压缸系统动态特性的研究发现，这类系统具有复杂的非线性（正反方向系统响应特性不对称、液压缸非线性摩擦力、可压缩液压油的非线性弹簧力等）特征。本文在前人工作基础上，分别建立电液比例阀、阀控非对称液压缸及挖掘臂非线性动力学模型，得到了系统非线性状态空间方程。最后，通过实验验证系统中存在的复杂非线性特性。

1 系统概况

为实现挖掘臂的自动控制，需对普通挖掘机液压控制系统进行改造［1］，采用计算机控制代替人工操作，图1所示为实验室改造后的电控挖掘机样机。为进行准确的位置和力控制，在动臂、斗杆、铲斗安装了倾角传感器，在液压泵出口及液压缸进回油口安装了压力传感器。整个系统由电液比例阀、阀控液压缸、控制器、传感器等组成。挖掘臂关节伺服系统如图2所示。

图1 电液控制挖掘机

图2 挖掘臂关节伺服系统框图

2 机理建模与分析

2.1 电液比例系统等效模型

挖掘臂电液比例系统包括先导比例减压阀及滑阀模块。……