МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ЕЛЕКТРОГІДРОПРИВОДУ РОБОЧОГО ОБЛАДНАННЯ ФРОНТАЛЬНОГО НАВАНТАЖУВАЧА ДЛЯ ІНФОРМАЦІЙНО-КЕРУЮЧОГО КОМПЛЕКСУ
Анотація
DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2026-37-10
Керування робочим обладнанням фронтального навантажувача характеризується значною кількістю невизначеностей, зумовлених змінними умовами взаємодії ковша з матеріалом, внутрішніми витоками в гідросистемі, стисливістю робочої рідини, а також впливом зовнішніх навантажень і зміною параметрів елементів приводу в процесі роботи. Наявність таких невизначеностей ускладнює побудову адекватних математичних моделей і знижує ефективність системи автоматичного керування робочим обладнанням, оскільки математична модель не відображає реальну динаміку робочого обладнання. Метою даної роботи є підвищення ефективності керування робочим обладнанням фронтального навантажувача шляхом розробки математичної моделі електрогідроприводу, зручної для використання в інформаційно-керуючому комплексі машини. У роботі використано методи математичного моделювання динамічних систем, а також методи лінеаризації нелінійних залежностей з подальшим поданням моделі у просторі станів. Побудову моделі здійснено на основі структурної схеми системи керування електрогідроприводом із урахуванням основних фізичних процесів, що відбуваються в гідроприводі. Отримано лінеаризовану математичну модель електрогідроприводу, подану у просторі станів у вигляді системи шести диференціальних рівнянь першого порядку. Результати імітаційного моделювання в середовищі MATLAB Simulink узгоджуються з фізичними процесами в електрогідроприводі робочого обладнання фронтального навантажувача та підтверджують адекватність запропонованої моделі. Розроблена модель може бути використана як основа для побудови інформаційно-керуючих комплексів фронтальних навантажувачів та інших будівельних машин, здатних забезпечувати ефективне керування робочим обладнанням в умовах невизначеності в реальному часі.
Завантаження
Посилання
Koivo, AJ, Thoma, M, Kocaoglan, E & Andrade-Cetto, J 1996, ‘Modeling and Control of Excavator Dynamics during Digging Operation’, Journal of Aerospace Engineering, no 9(1), Pp. 10–18. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0893-1321(1996)9:1(10)
Dadhich, S, Bodin, U & Andersson, U 2016, ‘Key challenges in automation of earth-moving machines’, Automation in Construction, no 68, Pp. 212–222. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2016.05.009
Samakwong, T & Assawinchaichote, W 2016, ‘PID Controller Design for Electro-hydraulic Servo Valve System with Genetic Algorithm’, Procedia Computer Science, no 86, Pp. 91–94. https://doi.org/10.1016/j.procs.2016.05.023
Feng, H, Ma, W, Yin, C & Cao, D 2021, ‘Trajectory control of electro-hydraulic position servo system using improved PSO-PID controller’, Automation in Construction, no 127, 103722. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2021.103722
Guo, YQ, Zha, XM, Shen, YY, Wang, YN & Chen, G 2022, ‘Research on PID Position Control of a Hydraulic Servo System Based on Kalman Genetic Optimization’, Actuators, no 11(6), Pp. 162. https://doi.org/10.3390/act11060162
Junpeng Shao, Lihua Chen & Zhibin Sun, 2005, ‘The application of fuzzy control strategy in electro-hydraulic servo system’, In: 2005 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, Niagara Falls, Ont., Canada. https://doi.org/10.1109/icma.2005.1626871
Li Y & Qi L 2025, ‘Optimization of mechanical hydraulic system load adaptation based on fuzzy control algorithm’, International Journal for Housing Science and Its Applications, no 46(4), Pp. 350–360. https://doi.org/10.70517/ijhsa46430
Cao, B, Liu, X, Chen, W, Yang, K & Tan, P 2020, ‘Skid-Proof Operation of Wheel Loader Based on Model Prediction and Electro-Hydraulic Proportional Control Technology’, IEEE, iss 8, Pp. 81–92. https://doi.org/10.1109/access.2019.2961364
Sarkar, B, Mandal, P, Saha, R, Mookherjee, S & Sanyal, D 2013, ‘GA-optimized feedforward-PID tracking control for a rugged electrohydraulic system design’, ISA Transactions, no 52(6), Pp. 853–861. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2013.07.008
Cao, B-w, Liu, X-h, Chen, W, Tan, P & Niu, P-f 2020, ‘Intelligent operation of wheel loader based on electrohydraulic proportional control’, Mathematical Problems in Engineering, Pp. 1–11. https://doi.org/10.1155/2020/1730946
Sarkar, A, Maji, K, Chaudhuri, S, Saha, R, Mookherjee, S & Sanyal, D 2023, ‘Actuation of an electrohydraulic manipulator with a novel feedforward compensation scheme and PID feedback in servo-proportional valves’, Control Engineering Practice, no 135, 105490. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2023.105490
Cao, B, Guo, R, Zhao, D, Li, Q & Liu, X 2026. ‘Torque-adaptive resistance-reducing shoveling strategy for loaders’, Ain Shams Engineering Journal, no 17(1), 103845. https://doi.org/10.1016/j.asej.2025.103845
Morais, D, Habbab, A, Fatima, SB & Proutiere, A 2025, ‘Reinforcement learning with world models for autonomous excavation optimization in wheel loaders’, IFAC-PapersOnLine, no 59(29), Pp. 72–77. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2025.12.184
Azulay, O & Shapiro, A 2021, ‘Wheel loader scooping controller using deep reinforcement learning’, IEEE Access, no 9, Pp. 24145–24154. https://doi.org/10.1109/access.2021.3056625
Huang, J, Kong, D, Gao, G, Cheng, X & Chen, J 2021, ‘Data-Driven reinforcement-learning-based automatic bucket-filling for wheel loaders’, Applied Sciences, no 11(19), 9191. https://doi.org/10.3390/app11199191
Dadhich, S, Sandin, F, Bodin, U, Andersson, U & Martinsson, T 2019, ‘Field test of neural-network based automatic bucket-filling algorithm for wheel-loaders’, Automation in Construction, no 97, Pp. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2018.10.013
Miroshnyk, VA, Hurko, VO & Gurko, OG 2024, ‘Vykorystannia navchannia z pidkriplenniam dlia planuvannia shliakhu budivelnoho robota’ [The use of reinforcement learning to plan the path of a construction robot], Bionics of Intelligence, no 2(101), Pp. 34–38. https://doi.org/10.30837/bi.2024.2(101).05 ( in Ukraine)
Piontkevych, OV 2015, ‘Matematychna model hidropryvodu frontalnoho navantazhuvacha z halmivnym klapanom’ [Mathematical model of front loader hydraulic drive with brake valve], Bulletin of Mechanical Engineering and Transport, no 2, Pp. 83-90 ( in Ukraine).
Designing robust force control of hydraulic actuators despite system and environmental uncertainties, 2001, IEEE Control Systems Magazine, no 21(2), Pp. 66–77. https://doi.org/10.1109/37.918266
