压桩机调平规划与电液自动控制研究

论文摘要

液压静力压桩机的快速高精度调平是保证其施工效率和成桩质量的重要因素。本文针对液压静力压桩机在施工过程中机身既要满足快速升降又要满足高精度调平的使用要求,在机身调平运动研究基础上,提出了压桩机的自动调平规划及控制方法,设计了基于PLC的电液换向阀和比例方向阀并联控制的液压自动调平系统。首先,论文从液压静力压桩机机身平台的结构分析入手,得出了机身调平运动的实现条件,由此对平台结构进行了改进,使机身平台在结构上能实现调平运动;然后对液压静力压桩机机身调平运动进行了理论研究,通过理论研究确定了机身调平运动规划和支腿运动方案,并通过Matlab仿真验证了调平方案的合理性;其次针对液压静力压桩机的具体使用环境和工作要求,设计了基于PLC的大通径电液换向阀和小通径比例方向阀并联控制的液压控制系统,建立了液压系统的数学模型,分析了液压系统比例阀流量死区非线性特性和电液阀开关非线性特性,从理论上得出了系统的稳定性条件和稳态误差与系统参数之间的关系;然后对电液系统的并联控制策略进行了理论研究和仿真分析,确定了比例阀PI控制策略和电液阀开关控制策略,通过对液压并联控制系统的换向过程分析确定了电液阀的切换区间;且通过仿真,讨论了不同控制参数对系统的影响,通过数据对比,优化了系统参数;最后,开发设计了PLC控制器,完成了PLC控制程序,并对系统进行了安装调试。结果表明,该系统既能满足快速水平升降的要求,又能满足快速调平和高精度调平的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 液压静力压桩机结构及工作原理概述
• 1.2 液压静力压桩机的技术现状与发展趋势
• 1.2.1 国内外液压静力压桩机的研究现状
• 1.2.2 液压静力压桩机的发展趋势
• 1.3 大型平台自动调平技术的发展及研究现状
• 1.3.1 国内外大型平台调平技术研究概况
• 1.3.2 液压静力压桩机自动调平系统的研究现状
• 1.4 液压静力压桩机自动调平的难点和关键技术
• 1.5 本课题的来源、研究的目的、任务和意义
• 1.5.1 课题的来源
• 1.5.2 研究的目的和课题的任务
• 1.5.3 课题的意义
• 1.6 本章小结
• 第二章 机身调平运动及调平规划研究
• 2.1 机身平台的结构分析
• 2.1.1 机身平台的结构组成
• 2.1.2 机身平台的运动条件
• 2.1.3 机身平台结构的改进
• 2.2 机身平台的位置研究
• 2.2.1 机身平台位置反解
• 2.2.2 机身平台位置正解
• 2.3 机身调平规划研究
• 2.3.1 机身调平方案研究
• 2.3.2 调平运动方案的选取
• 2.3.3 调平精度的表示和水平条件研究
• 2.4 机身调平运动的仿真研究
• 2.4.1 基于Matlab/simulink机身平台的建模
• 2.4.2 仿真结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 自动调平电液控制方案
• 3.1 自动调平电液控制系统整体方案
• 3.2 控制器的选择
• 3.3 液压系统方案和元件选择
• 3.4 反馈系统方案和传感器选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 自动调平液压系统研究
• 4.1 自动调平液压系统建模与分析
• 4.1.1 比例阀控单支路系统的模型
• 4.1.2 电液方向阀控支路系统的模型
• 4.1.3 比例阀线性模型的稳定性和稳态误差分析
• 4.2 液压系统非线性研究
• 4.2.1 比例阀流量死区非线性对系统的影响
• 4.2.2 电液阀开关非线性特性分析
• 4.3 基于Matlab/simulink液压系统仿真
• 4.3.1 比例阀控制回路仿真分析
• 4.3.2 电液开关阀控制回路仿真及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 自动调平控制策略研究及控制器设计
• 5.1 自动调平系统控制方法及仿真研究
• 5.1.1 比例方向阀控制原理
• 5.1.2 比例阀控制参数优化整定
• 5.1.3 负载变化对比例阀PI控制特性的影响
• 5.1.4 电液换向阀控制原理
• 5.1.5 比例阀和电液阀并联控制系统仿真
• 5.2 PLC控制器的设计
• 5.2.1 I/O地址分配
• 5.2.2 控制器程序设计
• 5.2.3 PID调节程序子程序
• 5.3 本章小结
• 第六章 机身电液自动调平的综合仿真研究
• 6.1 基于Matlab/simulink电液自动调平系统整体模型
• 6.2 自动调平的仿真结果
• 6.3 仿真结果分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 电液自动调平系统实验调试
• 7.1 实验的总体设计
• 7.1.1 实验目的
• 7.1.2 实验设备
• 7.1.3 实验原理
• 7.2 实验调试
• 7.2.1 硬件调试和安装
• 7.2.2 软件调试
• 7.3 自动调平实验结果及分析
• 7.3.1 实验结果
• 7.3.2 实验结果分析
• 7.4 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果