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為了進一步證實該PID控制方法的有效性，需要進行相關的實驗研究。本章將根據實驗室現有的挖掘機實驗臺，通過變載荷挖掘的形式進行相關實驗，觀察不同控制參數下挖掘軌跡的變化情況。41液壓挖掘機工裝軌跡控制系統搭建在進行挖掘機軌跡控制實驗之前，要將控制系統各部件之間建立聯系，使光電編碼器采集到的脈沖數能夠通過鑒相及抗干擾電路，而后能夠進入數據采集卡，通過模數變換，進行相關控制算法分析后，能將控制輸出量輸入到比例控制器中，并由比例控制器控制電液比例閥的閥芯開度，進而控制工作裝置的角度變化，形成一個閉環反饋控制回路。

將上一章計算得到的挖掘機的理論挖掘角度與檢測到的動臂、斗桿實際轉角進行差值計算，以此誤差信號作為控制算法輸入，通過實驗試湊法進行參數調試，最終找到最優挖掘軌跡及其參數設置。31挖掘機工作裝置軌跡聯合PID控制系統仿真液壓挖掘機虛擬樣機的聯合PID控制仿真，是將ADAMS與MATLAB/Simulink聯合起來進行仿真的，首先將建立好的三維模型導入到ADAMS中，并添加相應的約束以及驅動，然后建立ADAMS的輸出即動臂、斗桿的角度變化，將該角度變化輸入到MATLAB/Simulink中，與理論角度值一起進行誤差比較，建立控制方案，實時檢測并校正動臂轉角、斗桿轉角，使得動臂轉角、斗桿轉角與理論值更加接近，如圖31所示為液壓挖掘機虛擬樣機系統控制框圖。值圖31液壓挖掘機虛擬樣機系統控制框圖311挖掘機工作裝置軌跡聯合PID控制仿真預處理首先將ADAMS/Controls加載進來，其處于菜單Tools一PluginManager后；其次要定義挖掘機虛擬樣機數據的輸入輸出。由于ADAMS與MATLAB/Simulink之間的數據交換是通過狀態變量實現的，而不是設計變量。狀態變量在計算過程中是一個數組，它包含一系列數值，而設計變量只是一個常哈爾濱工業大學工學碩士學位論文值，不能夠保存變量。所以要首先進行狀態變量的設置，通常用代表系統的元素函數來表示49。

上海交通大學杌械系統與振動國家重點實驗室，用機器人理論和方法對機械式挖掘機進行建模和動力學研究34，分析了挖掘過程中所受的外力，給出了過程中所受動力學結果，提出了這一結果可為下一步機械式挖掘機的智能控制提供依據，但并沒有具體進行挖掘機控制系統的研究。此外，東北大學也提出了關于機械式挖掘機的動力分析可以為后續的挖掘機智能化服務35，但也并沒有具體實施�？v觀上述挖掘機控制系統的研究，大家都把重點放在了控制方法上，當然這十分重要，在分析挖掘軌跡的時候，以往的方法多是直接將挖掘機工作裝置線性化，大多數都忽略了其所具有的動力學影響，本項目正是彌補了這個不足，將挖掘機的動力學考慮到整個控制系統大框圖里去。目前，國內外挖掘機研究的重點在于首先為勞動者謀福利，努力優化工作環境、縮短勞動時間、減輕勞動強度：其次在國家政策的大背景下，廣大挖掘機研究人員致力于挖掘機的節能、使用壽命、工作效率方面。例如，2012年，韓國漢陽大學出的一種控制方法，它的設計基礎就是在于抑制混合式挖掘機的搖擺震動36。

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將實驗得到的數據導入MATLAB中進行分析得到圖4—12。由此可以看出，當不考慮控制算法時挖掘機工作裝置模型所挖的是一條斜率近似為05的直線，與所要求的直線軌跡相差甚遠，誤差為300mm。由該圖可以看出，在挖掘初期存在一定的波動，誤差在30mm以內，之后挖掘軌跡達到所規定的直線軌跡，誤差在5mm以內，PID控制效果較好。茌實驗室挖掘機實驗臺的鏟斗上安放畫筆，在PID控制實驗運行的同時，進行挖掘機實驗臺的實際畫線，所得到的軌跡如圖415所示，由于挖掘機實驗模型液壓油路的限制，只能在挖掘機模型的右側安放畫板，所以所畫軌跡讀圖順序是從左到右，而程序運行圖上與MATLAB導出的實驗軌跡圖是從右到左的順哈爾濱工業大學工學碩士學位論文由此可以看出。

日本的相關學者運用機器人技術與計算機信息技術，改造現有的液壓挖掘機，使之滿足自主挖掘功能，并且通過相應的角度、方向、激光、視覺等傳感器，使挖掘機能更好的實時監測自身的位姿，向著預定的挖掘軌跡挖掘24；目前，日本的挖掘機研究人員已經開始研究外部挖掘條件對控制系統的相關影響，進一步設計開發適應于各種挖掘土壤的挖掘機25；日本的Eugeniusz等人針對挖掘地面高度，研制了一套挖掘機控制系統，使挖掘機能夠針對不同高度的地面實現準確的自動挖掘26。韓國的研究人員以一種新的控制算法一延遲算法為基礎，展開了相關的挖掘機直線挖掘軌跡控制實驗，取得了十分顯著的效果，不僅挖掘速度達到了熟練操縱人員方可達到的05m/s，而且，挖掘精度更是控制在了30mm以內，這是人工操作所達不到的，實驗結果表明，這種控制算法很好的克制了液壓系統非線性強的缺點”；在此基礎之上，研究人員又在大型挖掘機上試驗了一種新的TDCSA控制算法，實驗軌跡誤差在+40mm以內，效果很好28。

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