旋挖钻机钻桅垂直度控制系统的研究

论文摘要

旋挖钻机是工程机械行业中机电液一体化的施工设备,用于完成深基础桩的钻孔作业。钻桅垂直度控制是保证成孔质量和施工效率的关键环节。本文以SWDM-20旋挖钻机为研究对象,针对钻桅垂直度控制性能的提高进行理论与实验研究。主要完成的工作如下:1、对钻桅垂直度控制系统进行了工况分析,找出了影响控制性能的因素,并针对运用负荷传感技术、压力补偿技术和电液比例控制技术以提高控制性能的方法进行了分析,为进一步优化系统奠定了基础;2、应用功率键合图方法建立了整个垂直度控制负荷传感系统的数学模型;3、通过应用Matlab-Simulink仿真软件对垂直度控制负荷传感系统进行了参数优化,仿真结果也证明了应用负荷传感及压力补偿技术可以实现泵和负载的压力流量匹配,并在偏载情况下实现了两调平油缸的独立可控,满足了提高垂直度控制性能的要求;4、针对垂直度自动控制性能的提高,采用了模糊自整定PID控制算法,应用传递函数法进行电液比例闭环控制系统数学建模,并应用MATLAB-Fuzzy工具箱设计了模糊PID控制器;5、对采用Fuzzy-PID控制的垂直度自动控制系统进行了仿真研究,证明了模糊PID控制可以提高了系统的动态响应特性和控制精度,并具有在线自适应能力,验证了采用模糊PID控制方案的合理性;6、以SWDM-20型旋挖钻机为实验平台,对钻桅垂直度控制系统进行实验分析,验证了运用负荷传感和压力补偿技术对提高系统性能的有效性和垂直度模糊控制的合理性。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 课题的背景及研究意义

1.1.1 课题的背景

1.1.2 课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外钻桅垂直度控制系统研究现状

1.2.2 国内钻桅垂直度控制系统研究现状

1.3 本课题的主要研究内容

第二章钻桅垂直度控制系统分析

2.1 钻桅垂直度控制系统工况分析

2.1.1 调平油缸工作载荷分析

2.1.2 MATLAB模拟钻桅举升过程油缸受力

2.1.3 垂直度控制系统动作特点分析

2.2 钻桅垂直度控制系统分析

2.2.1 垂直度控制系统基本原理

2.2.2 负荷传感和压力补偿技术的应用

2.2.3 电液比例技术的应用

2.3 钻桅垂直度控制系统存在的不足

2.4 本章小结

第三章钻桅垂直度控制液压系统建模与仿真

3.1 垂直度控制液压系统建模方法简介

3.1.1 液压系统建模常用方法

3.1.2 功率键合图的构成和符号

3.1.3 功率键合图的功率流向与因果关系

3.2 负荷传感变量泵数学建模

3.2.1 恒压控制系统的数学模型

3.2.2 恒流量控制系统的数学模型

3.2.3 负荷传感变量泵的数学模型

3.3 钻桅垂直度控制负荷传感系统数学建模

3.3.1 负荷传感系统的键合图模型

3.3.2 负荷传感系统键合图模型的变量定义

3.3.3 负荷传感系统键合图功率状态方程

3.4 钻桅垂直度控制液压系统仿真分析

3.4.1 基于Simulink的键合图液压系统仿真

3.4.2 垂直度控制液压系统仿真模型转换

3.4.3 垂直度控制液压系统仿真参数确定

3.4.4 垂直度控制液压系统仿真结果分析

3.5 本章小结

第四章钻桅垂直度模糊控制系统设计与仿真

4.1 钻桅垂直度自动控制系统建模

4.1.1 垂直度自动控制系统原理

4.1.2 垂直度自动控制系统建模

4.2 钻桅垂直度自动控制方案

4.2.1 垂直度的PID控制

4.2.2 垂直度的模糊控制

4.3 钻桅垂直度控制系统模糊控制器的设计

4.3.1 模糊控制器的结构确定

4.3.2 论域及隶属函数的确定

4.3.3 输入变量的模糊化

4.3.4 控制规则和推理方法的确定

4.3.5 输出模糊量的去模糊化

4.3.6 垂直度自动控制系统模糊PID控制器的设计

4.4 钻桅垂直度自动控制系统的仿真分析

4.4.1 垂直度自动控制系统仿真方块图

4.4.2 垂直度自动控制系统仿真分析

4.5 本章小结

第五章钻桅垂直度控制系统的实验与分析

5.1 实验目的

5.2 实验内容

5.3 实验设备

5.3.1 实验平台概述

5.3.2 实验检测设备

5.3.3 实验数据记录软件

5.4 实验步骤

5.4.1 实验系统构建

5.4.2 实验设备连接安装

5.4.3 实验过程

5.5 实验结果与分析

5.5.1 调平油缸举升压力测试

5.5.2 垂直度控制负荷传感系统测试

5.5.3 垂直度控制系统PID参数测试

5.6 本章小结

第六章全文总结

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间主要研究成果

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