基于功率匹配的液压挖掘机节能模糊控制技术研究

论文摘要

液压挖掘机广泛应用于工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程等行业,在国民经济建设中占有重要地位,我国自制液压挖掘机虽能进行大功率、高灵敏度的各种作业,但其有效能量利用率不到15%,造成能源的巨大浪费。同时,世界性的能源危机使节能成为工业发展的一个主题,因此研究液压挖掘机节能控制技术具有非常重要的实际意义。本文首先介绍了国内外液压挖掘机节能技术的研究现状,探讨了液压挖掘机节能技术的发展趋势,进而分析了液压挖掘机存在的各种能量损失,除不可避免的能量损失外,主要能量损失出现在发动机与液压泵的功率匹配时的能量损失及液压系统与外负载匹配时的压力流量损失。通过节能技术分析,提出发动机-变量泵-负载三者之间功率相互协调匹配的节能控制方案。本文结合液压挖掘机的工作特性,将发动机、变量泵和负载作为一个动态系统全面研究,利用系统压力和发动机转速两个参量实现柴油机与液压泵之间的功率匹配控制和柴油机的油门定位控制。针对挖掘机负载多变、工况复杂、高非线性、大滞后等因素,利用模糊控制理论,设计出泵流量模糊控制器和油门PII)参数自调整模糊控制器。为验证本挖掘机节能模糊控制系统的可行性及实际控制效果,根据论文建立的数学模型和传递函数,利用matlab/simulink工具箱对模糊控制系统进行计算机仿真试验。仿真结果表明,模糊节能控制系统对发动机转速稳定控制和油门定位控制是有效的。同时,用挖掘机节能控制试验台数据对本文提出的控制策略进行验证,平均节能效果在8.5%以上,节能效果显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 液压挖掘机节能的目的和意义
• 1.2 液压挖掘机节能控制系统的国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 液压挖掘机节能控制系统的发展趋势
• 1.4 本文研究的内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 液压挖掘机能量损失分析
• 2.1 液压挖掘机系统简介
• 2.2 挖掘机液压系统的组成及分类
• 2.2.1 定量系统
• 2.2.2 变量系统
• 2.2.3 两种液压系统功率利用比较
• 2.3 液压控制系统
• 2.3.1 速度控制回路
• 2.3.2 压力控制回路
• 2.4 液压挖掘机能量损失分析
• 2.4.1 摩擦损失
• 2.4.2 势能损失
• 2.4.3 管道压力损失
• 2.4.4 溢流损失
• 2.4.5 节流损失
• 2.4.6 功率不匹配损失
• 2.5 本章小节
• 第三章 液压挖掘机节能技术分析
• 3.1 液压系统节能控制的基本方法
• 3.1.1 正流量控制
• 3.1.2 负流量控制
• 3.1.3 负荷传感控制
• 3.1.4 压力切断控制
• 3.2 柴油机与液压泵的功率匹配控制
• 3.2.1 匹配原理
• 3.2.2 控制策略
• 3.3 节能控制方案
• 3.3.1 控制系统的组成
• 3.3.2 挖掘机的分工况控制
• 3.3.3 液压泵的恒功率控制
• 3.3.4 柴油机的怠速控制
• 3.4 本章小结
• 第四章 液压挖掘机动力系统模型
• 4.1 柴油机数学模型的建立
• 4.2 变量泵数学模型的建立
• 4.2.1 液压缸活塞杆行程对比例阀阀芯位移的传递函数
• 4.2.2 电磁比例换向阀传递函数
• 4.3 油门执行器模型的建立
• 4.4 本章小结
• 第五章 节能控制器设计及仿真
• 5.1 液压泵模糊控制器设计
• 5.1.1 模糊控制器简述
• 5.1.2 模糊控制器设计
• 5.1.3 模糊控制系统仿真
• 5.2 油门控制器设计
• 5.2.1 PID参数自调整模糊控制器
• 5.2.2 PID参数自调整模糊控制器设计
• 5.2.3 油门PID模糊控制的仿真
• 5.3 节能控制系统实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 致谢