Aerial work platform has been more and more applied for aerial installation or maintenance as a kind of construction vehicle which can hoist the staffs and equipment to the appointed location in the aerial. Normally, aerial work equipment is installed on the vehicle chassis. Generally, aerial work platforms consist of operation booms, revolving platform, subframe manned worktable, hydraulic system, control device, etc. Aerial work platform can be classified as four types according to the booms configuration: telescopic, articulated, uprightness action and composite structure.

To ensure the safety of aerial operation workers, overburdened moment must be guaranteed to be within a certain safe range. Otherwise, it would cause the overturning of the whole vehicle, especially when the articulated booms incline too large or the telescopic booms overstretch. From related reports, we could find that many terrible accidents that have ruined both the car and the workers are due to the cracking booms, the platform inclination or dropping. Consequently, as an important part in the control system of aerial work platform, the anti-overturning module must be applied to ensure safety. This module is mainly used to

detect the overturning moment and to prevent dangerous operations. When the overturning moment borders on the safety critical threshold, the alarm signal will be transmitted to the motion controller so that the articulated booms and telescopic booms would stop their movement, and only the motion operations towards the torque side that has less moment are allowed. This kind of modules, constituting an indispensable part of intelligent aerial work platform, have been successfully applied in the aerial work platform by some giant companies, such as 3B6, PalFin, etc.

The means to calculate the moment of a force include Gaussian integration method, analytical method, cutting method and computer method . During the calculation, these methods require large workload and tedious calculation process, which are unsuitable to accurately and rapidly calculate the overturning moment according to the actual motion of booms. In this paper, a new anti-overturning module is designed based on the hydraulic cylinder pressure detection on a kind of aerial work platforms with composite booms structure.

As shown in Figure 2, the composite booms type aerial work platform consists of the manned worktable, the telescopic booms (could stretch out with 3 sections), the telescopic booms and the revolving platform. The angle of the telescopic boom is driven by the upper GH hydraulic cylinder, and that of the lower articulated boom is driven by the CD hydraulic cylinder.

Assume the total gravity of telescopic booms, the worktable, the load as G1, G2, G3 respectively, and the operation force as G4. The moment produced by all these four parts towards the overturning line is called the overturning moment, while the moment generated by revolving platform and the vehicle chassis under the booms is called stable moment. The safety factor is defined as the proportion between the stable moment and the overturning moment, and thus different safety status can be indicated according the factor.

For the above vehicle type, the stable moment is provided by the vehicle chassis and the revolving platform, which it does not vary with the change of boomsrsquo; open angles according to the analysis of the platform structure. However, the overturning moment is related with the

revolving platform position, the boom gesture, the load variation, etc.

In order to make it convenient for the calculation of the overturning moment, the overturning forces can be resolved as the horizontal components and the vertical components. Among these forces, only the operation force and the wind force have the horizontal components which are tiny to other values, and therefore the model can be simplified by ignoring the horizontal forces and only taking the vertical forces into consideration.

Abstract— An articulated aerial work platform is a type of off highway vehicle with a long/flexible beam to provide temporary access to inaccessible areas. The motivation of the research is to improve productivity and safety of the work platform via advanced control schemes. In this paper, a motion control architecture is presented for trajectory tracking and vibration suppression. By using the sensors integrated in hydraulic power elements, a closed loop coordinated control is presented to allow the end effector of the work platform to track a desired trajectory, thus alleviating the demand on operatorsrsquo; proficiency and improving productivity. In order to reduce the tracking error caused by the beam deflection, a Static Deflection Compensation Controller has been developed. In terms of vehicle safety, it has been observed that vibration associated with the long beam is significant, and the vibration characteristics change according to vehicle geometry. A unique input shaper is presented with the two impulses and the time varying parameters. The benefits are gaining robustness with respect to geometric variation, as well as reducing time delay for better responsiveness. The experimental study validates the controller.

An aerial work platform is a construction vehicle used to provide temporary access to inaccessible areas. There are several distinct types of platform for various applications. A scissor lift is one usually working only in vertical direction by using linked folding support in criss-cross X pattern. An articulated aerial work platform (AWP) is another type that consists of rotational and prismatic joints. The desired position can be reached by controlling the displacements of each joint. The articulated aerial work platform is widely used for maintenance and construction of a variety of industries, and even used as fire apparatus by fire fighters for high level access.

In this paper, we will focu

高空作业平台越来越多地应用于空中安装或维护，作为一种可以将人员和设备提升到空中指定位置的施工车辆。 高空作业设备通常安装在车辆底盘上。 一般来说，高空作业平台由操作臂，旋转平台，副车架载人工作平台，液压系统，控制装置等组成。 高空作业平台可以通过支臂构造分为四种类型：伸缩式，铰接式，直立式和复合式结构。

为了确保高空作业人员的安全，必须确保过载力矩在一定的安全范围内。否则，它将导致整个车辆翻倒，特别是当铰接臂倾斜太大或伸缩臂过度伸展时。从相关报道中可以看出，许多破坏汽车和工人的灾难都是由于支臂开裂，平台倾斜或坠落造成的。因此，作为高空作业平台控制系统的重要组成部分，必须采用防倾覆模块以确保安全。该模块主要用于

检测倾覆力矩并防止危险操作。当倾覆力矩达到安全极限时，警报信号被发送到运动控制器，铰接臂和伸缩臂停止移动，并且仅允许对低扭矩侧的运动控制。这种模块是智能高空作业平台不可分割的一部分，已成功应用于3B6，PalFin等几家大型公司的高空作业平台。

用于计算力矩的装置的示例包括高斯积分方法，分析方法，切割方法和计算机方法。 在计算过程中，这些方法需要大量的工作量和繁琐的计算过程，这些不适合根据支臂的实际运动准确快速地计算倾覆力矩。本文在一种复合支臂结构的高空作业平台上，设计了一种基于液压缸压力检测的新型防倾模块。

如图2所示，复合支臂式高空作业平台由载人工作平台，伸缩臂（可伸缩3个部分），伸缩臂和旋转平台组成。伸缩臂角度由上部GH液压缸驱动，下部铰接臂角度由CD液压缸驱动。

假设伸缩臂，工作台和负载的总重力分别为G1，G2和G3，操作力为G4。所有这四个部件朝向倾覆线产生的力矩称为倾覆力矩，而旋转平台和支臂底盘产生的力矩称为稳定力矩。安全系数定义为稳定力矩和倾覆力矩之间的比例，因此可以根据该系数指示不同的安全状态。

对于上述车型，由车辆底盘和旋转平台提供稳定力矩，根据平台结构的分析，它不会随着支臂的开启角度的变化而变化。然而，倾覆力矩与旋转平台位置，支臂姿势，负载变化等有关。

为了便于计算倾覆力矩，倾覆力可以分解为水平和垂直分量。在这些力中，只有操作力和风力具有相对垂直分量很微小的水平分量，因此可以通过忽略水平力并仅考虑垂直力来简化模型。

摘要 - 铰接式高空作业平台是一种非公路用车辆，具有长而灵活的横梁，可以临时进入难以到达的地方。这项研究的动机是通过先进的控制方案提高工作平台的生产力和安全性。本文介绍了一种用于轨迹跟踪和振动抑制的运动控制架构。通过使用集成在液压动力元件中的传感器，提出了闭环协调控制，使工作平台的末端执行器能够跟踪所需的轨迹，从而减轻对操作者熟练度和提高生产率的需求。为了减少由光束偏转引起的跟踪误差，开发了静态偏转补偿控制器。从车辆的安全性的观点来看，已经观察到与长梁相关的振动是重要的，并且振动特性根据车辆的几何形状而变化。使用两个脉冲和时变参数显示唯一的输入整形器。优点不仅在于增加几何变化的稳健性，而且还减少了时间延迟以获得更好的响应性。实验研究已经验证了控制器。

高空作业平台是一种用于临时进入难以进入区域的施工车辆。针对不同的用途有几种不同类型的平台。剪式升降机通常仅在垂直方向上通过使用交叉折叠支撑件以十字交叉X方式工作。铰接式高空作业平台（AWP）是另一种由旋转和棱柱形接头组成的类型。通过控制每个关节的位移可以达到所需的位置。铰接式高空作业平台广泛用于各种行业的维护和建造，甚至用作消防员的消防设备，用于高处的通道。

在本文中，我们将重点关注铰接式高空作业平台的控制，提高生产率和安全性。 AWP包括多个关节，每个关节由线性或旋转执行元件驱动。液压缸和马达广泛用于这种系统。为了达到期望的位置，平台中的操作员需要使用操纵杆来分别控制每个执行元件的速度。对于这种类型的“开环”控制方法，一些熟练的操作员可能能够同时控制多个关节以遵循笛卡尔空间中的预期轨迹。但是，性能取决于操作员的技术水平，并且几乎不可重复。相比之下，闭环协调控制将使用传感器来测量特定的物理尺寸 -由于易于组装和集成通常测量液压动力元件的位移。可以精确且可重复地控制末端执行器的方向和坐标以遵循工作轨迹，例如建筑物的墙壁表面的边缘。因此，可以大大减少培训时间，并且可以提高整体生产率。

由于人类在平台上工作的这种长而灵活的结构，安全性是一个问题。安全性的一个方面涉及振动。已经观察到，随着操作速度的增加，与长/柔性梁相关的振动变得更大且更危险。输入整形技术已经证明了通过生成整形指令输入来抑制振动的有效性。在高空作业平台中，我们对稳健性和响应性特别感兴趣。在过去，已经发现通过引入更多数量的脉冲可以改善对建模误差的稳健性。然而，具有更多脉冲的输入整形序列所获得的稳健性将更不敏感，这意味着更多的时间延迟。例如，如果操作员已经命令停止，则平台保持移动是不安全的。在本文中，我们提出了一种独特的输入整形方案，其控制参数是随时间变化的，因此它可以在各种几何尺寸上稳健地减小振动，同时保持良好的响应性，从而显着提高车辆的安全性。

本文的结构如下。 第二节描述了整个系统。 接下来，运动控制架构和每个基本功能如第III节所示。实验验证见第IV节。最后，提供了结论性意见。

已经改进了市场上可买到的高空作业平台。工作台的最大高度为24米，额定工作负荷为227千克。在图1中可以看到这种车辆的示意图。在典型的工作循环中，车辆可以首先被驱动到工作位置，然后后轴的轮胎到轮胎的宽度可以从2.58 米延伸到3.80 米的来稳定车辆。为了将工作平台到达任何期望的位置，可以使用以下运动的组合。如theta;1所示，车体可相对于旋转中心旋转。该运动由液压马达和齿轮减速器驱动。梁通过旋转接头安装在可旋转的车身上，并且可以向上或向下移动角度theta;2。通过安装在梁底部和车身之间的液压缸执行梁提升操作。梁本身由三个机械部件组成：连接车身的基梁，中间梁和连接工作平台的上梁。梁13的长度可以通过液压缸和相应的机械连杆缩回或延伸梁来改变。篮子连接到梁的末端，作为人类和额外负载的工作台。通过主从液压系统设计，调节篮筐始终与地面平行。另一方面，偏航方向由液压马达控制，如theta;5所示。简而言之，通过控制上述液压元件（马达和油缸），工作台可以在工作范围内以期望的方向到达期望的位置。

在改造过程中，安装了先进的可移动阀门来控制液压元件（Ultronics，伊顿，美国）。 Ultronics公司拥有嵌入式压力传感器和阀芯位置传感器，可实现节能和精确的流量控制。 通过强大的阀芯位置控制（例如自动调节机构和压力补偿）实现流量控制性能。 这将大大简化监督控制的发展。当从监控装置产生每个轴到阀的所需流量时，阀将保证在各种操作条件下的正确实际流量。类似的方法已经应用于不同类型的车辆（轮式装载机）。

将传感器添加到原始系统以启用闭环控制。两个激光传感器用于测量提升缸和延伸缸的位移。用于车体摆动和篮筐旋转的液压马达的旋转角度由两个绝对角度编码器测量。一般而言，将传感器集成到液压部件中有利于便于组装和集成。

液压挖掘系统的大结构复杂性推动了设计铲斗的摆动单元的指导方针的发展。一些问题是如何实现平稳的摆动动作，节省能量，并轻松调整其摆动速度。为了满足设计要求，本文提出了一种双闭式液压回路（DCHC）。在DCHC系统中，液压轴向柱塞泵的排量不是手动调节，而是通过电子控制器编程的软件算法控制，这大大简化了当前的电路设计。DCHC系统还能够可控地恢复摇摆运动的动能，以供其他执行器使用。因此，与现有系统相比，新系统将实现更平滑的运动和更高效的操作。我们通过开发一种铲斗容量为15立方米，操作重量为270吨的液压挖掘机原型，通过模拟和验证证明了我们的DCHC设计的优势。模拟和实验结果都表明DCHC系统是可行的并且按预期工作。

液压挖掘机广泛用作大型露天采矿的主要生产设施，用于物料挖掘和自卸卡车装载。 如图1所示，液压挖掘机主要包括底盘，上部结构和铲斗附件。为挖掘机提供稳定底座的底盘还包括推进驱动和履带。上部结构为发电厂，油箱，铲斗附件，驾驶室和回转机等提供连接点。工作附件包括吊杆，斗杆，铲斗，相关联的汽缸等。上部结构和工作附件，如图1所示，可以围绕穿过机舱的轴OO#39;旋转。

研究人员对液压挖掘机进行了大量研究。1988年，Araya等人。使用拉格朗日运动方程开发了液压挖掘机的简化动力学模型。Frimpong等人。（2003年）开发了一种用于研究机械力学和运动学的液压挖掘机的2D虚拟样机。Frimpong等人。（2005年）在ADAMS环境中开发了一个3D虚拟样机模拟器来模拟液压挖掘机的运动。其中没有考虑机械动力学和液压动力学。2005年，安德鲁采用牛顿迭代方案，通过测量气缸延伸长度来解决铲斗位置问题。Flores等人。 通过“运动变压器”的概念，研究了液压挖掘机的工作空间和最大允许铲力。Mitrev等人。通过Autodesk Inventor环境中实施的CAD / CAE技术研究了液压挖掘机的机械系统。2013年，Tiwari等研究了液压挖掘机铲斗轨道与机械连杆协调的关系。2011年，我们的研究团队成员Jin和Quan通过与AMESim和AMAMS的联合仿真研究了液压挖掘机的摆动，他们指出，变惯性参数比常数惯性参数更能适应实际情况。

上面提到的这些先前的研究主要集中在机械系统的研究上，例如铲斗的工作附件的动力学和运动学。据作者所知，对液压系统的性能研究不多，尤其是液压挖掘机的摆动系统。

摆动运动是液压挖掘机的基本运动之一，液压挖掘机通常由液压马达驱动。统计数据显示，摆动动作占挖掘机总运行时间的35％。摆动运动的特征在于频繁的加速和减速操作。 有时，摆动运动的问题是极度猛烈和急动，这主要与执行器的液压和机械动力学有关。 1996年，Sepehri研究了液压摆动运动中的齿轮间隙和粘滑摩擦。 其他一些研究人员提出了几种闭环控制算法来改善摆动运动性能[11-14]。然而，在实际应用中，由于一些困难，例如时变摆动惯量，未知有效载荷和参数不确定性，开环控制算法比闭环控制算法更适用。

目前，小型和大型履带式挖掘机通常采用闭/开中心型负荷检测系统，其中液压回转马达与其他执行器如支臂油缸并联。 在这种类型的配置中，摆动运动不是独立于其他执行器，并且液压马达由比例阀[10-12,15]控制。 此外，液压泵的排出压力始终高于泵所连接的所有液压执行器的最高压力。因此，由执行器之间的压力差引起的压力损失是不可避免的。

摆动系统的另一种配置是单独的主要受控流体静力传动装置，这在较重的挖掘机中是常见的。该系统的配置是有效的，因为在没有阀的情况下控制摆动运动。另一个特征是将摆动运动与其他液压执行机构（例如支臂油缸）分开。这种布局的优点是它可以防止在平行运动的情况下的相互影响。最近，Pettersson等人。试图在液压挖掘机的摆动中应用单独的二次控制回路。尽管二次控制是众所周知的并且优于静液压驱动，但它仍然不常用于工业中。

对于液压挖掘机而言，由于巨大的结构和操作重量，诸如时变摆动惯性，未知有效载荷，参数不确定性和不确定非线性之类的问题更严重。如果设计用于摆动运动的液压回路不可靠且坚固，则操作员可能更清楚地看到粗加工和急动。为了解决这些问题，例如摆动平稳度，减少节流损失和摆动动能回收，提出了一种单独的双闭合液压回路（DCHC）用于液压挖掘机的摆动驱动。在这个提出的DCHC系统中，马达排量是固定的，泵排量由两个三通比例电液减压阀代替手动调节阀控制。此外，DCHC系统能够调节摆动速度并恢复部分制动能量（通常是浪费）。再生能量用于为其他执行器提供动力，因此系统变得更有效率。

摘要 - 液压调平系统已广泛应用于现代国防和民用技术。液压自动调平系统的控制是一个复杂的非线性时变系统，在液压调平过程中，系统会出现液压支腿之间以及角度与支腿之间的“牵连耦合”问题。本文采用平整法提出了“表面 - 调整 - 表面”调平技术。该方法基于具有多点和多方向控制的目标表面，通过调平平整表面和目标表面之间的相对位置来控制变量。设计了MIMO（多输入多输出）非线性动态解的解耦模糊控制器。此外，我们采用模糊解耦算法在线校正输出变量，以解决调平过程中的耦合问题，实现多点调整。经过现场调试和目标仿真，结果表明该方法不仅具有原理简单，控制性能稳定可靠的优点，而且完美实现了液压的精确快速调平。

在现代防御和民用技术中，有必要将承载装载设备的平台调整到水平位置以改善系统的性能。在调整过程中，它需要时间短，速度快，精度高，稳定性好。液压调平系统主要用于军用移动雷达，导弹发射器，发射激光武器平台，以及静力打桩机，液压支架，重型钻井设备等的工业过程。

调平系统是一个非线性时变系统，很难建立精确的数学模型。在液压调平过程中，系统会出现许多问题，例如液压支腿之间的“牵连耦合”问题以及角度与支腿之间以及角度与支腿之间的问题，多支撑中的“弱腿”问题，调平系统中不同液压缸之间机械和运动特性差异较大的问题。因此需要自适应控制技术或智能控制方法来解决这些问题。针对上述问题，本文研究了重载，大跨度，高精度液压平台的调平系统，并对液压负载平台的调平策略进行了研究。此外，本文采用解耦算法和调平控制，建立了基于自适应模糊解耦算法的智能液压调平技术，实现了重载液压平台的精确快速调平。

模糊控制规则的基本思想如下。首先考虑负面错误的情况。当误差是大的负值且误差变化为负时，误差趋于增大。为了尽快消除负误差并控制误差变大，控制量的变化应该是正的。当误差变化为小的正值时，控制量316的变化应该为小的正值。当误差变化为大的正值时，控制量不应增加，否则超调将产生正误差，因此控制量的变化取为零水平。当误差为中等负值且误差变化为负，控制量的变化应尽快消除误差。基于这个原因，控制量变化的选择类似于大的负误差的情况。如果误差小，则系统接近稳定。如果误差的变化是负的，那么受控变量的变化的选择是正的还是中的，以便将误差变化包含在负方向。如果误差变化为正中或大正，则系统本身可以消除负的小误差。因此，控制量变化的选择可以是负的。该错误的情况是肯定的，类似于错误是否定的，相应的符号应该被改变，而不是详细说明。

资料编号：[5268]