深海采矿车速度控制研究

论文摘要

深海采矿车为液压驱动低速履带车,在海底按一条S形的预定路径作业。由于海底环境未知复杂,深海沉积物极稀软且不均匀,深海采矿车作业打滑严重,运动状态不确定性变化大。本文对深海采矿车行驶液压驱动系统进行建模,并设计了参数可调整的模糊PID控制器。建立海底采矿车运动状态方程,并提出了关键运动参数在线计算模型。最后,设计出深海采矿车主从式速度控制系统,并作了仿真研究。本文研究的主要内容如下:(1)建立了深海采矿车行驶液压驱动系统的数学模型,利用MATLAB/Simulink进行仿真,分析了该模型的频率特性。(2)针对深海采矿车行驶液压驱动系统高阶、高非线性的特点,设计了基于MATLAB/Simulink的模糊PID控制器。(3)建立深海采矿车实际运动方程,并提出打滑率、驱动轮有效半径等关键运动参数的在线计算模型。(4)提出实现深海采矿车按照预定目标运动的控制方法,设计出深海采矿车主从式速度控制系统,并对模型进行仿真。仿真结果表明,在考虑外部干扰的情况下,履带车能够按照预定目标实现直线运动或者转弯运动,控制精度可以满足海底作业的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 深海采矿的意义
• 1.2 深海采矿国内外研究状况
• 1.3 液压系统仿真技术简介
• 1.4 深海采矿车运动控制方法研究
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 单侧履带液压驱动系统建模
• 2.1 深海采矿车设计参数及工作要求
• 2.2 深海采矿车行驶液压系统结构及原理
• 2.2.1 行驶液压系统结构
• 2.2.2 行驶液压驱动原理分析
• 2.2.3 驱动马达速度控制系统结构
• 2.3 单侧履带液压驱动系统建模
• 2.3.1 变量泵-定量马达系统的传递函数
• 2.3.2 泵控马达的主要性能参数分析
• 2.3.3 单侧履带液压驱动系统模型
• 2.4 履带液压驱动系统稳定性分析
• 2.5 小结
• 第三章 单侧驱动马达速度控制系统设计
• 3.1 驱动马达速度控制技术
• 3.1.1 液压伺服系统与电液比例控制技术概述
• 3.1.2 驱动马达速度控制系统构成
• 3.1.3 控制系统的基本要求
• 3.2 PID控制器的设计
• 3.2.1 PID控制原理
• 3.2.2 位置式数字PID控制算法
• 3.2.3 PID参数整定
• 3.3 模糊PID控制器的设计
• 3.3.1 模糊控制基本原理
• 3.3.2 模糊PID控制算法
• 3.4 马达速度控制系统仿真模型
• 3.5 马达速度控制系统性能分析
• 3.5.1 时域响应分析
• 3.5.2 负载干扰分析
• 3.6 模糊控制系统性能实验研究
• 3.6.1 实验系统设计及原理
• 3.6.2 实验结果
• 3.7 小结
• 第四章 深海采矿车运动分析与速度控制
• 4.1 履带与地面的相互作用
• 4.2 关键运动参数在线计算模型
• 4.3 深海采矿车运动分析
• 4.4 左右履带同步运动控制与转向控制
• 4.4.1 液压同步控制技术概述
• 4.4.2 液压同步控制策略
• 4.4.3 深海采矿车转向控制结构
• 4.5 同步控制仿真
• 4.6 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果