履带式智能全液压推土机关键技术研究

论文摘要

论文研究依托于三一重工与长安大学的合作项目：“全液压推土机匹配与行驶控制系统研究”和“履带式智能推土机关键技术研究”，对智能全液压推土机控制系统进行了深入研究。论文研究主要完成以下内容：1．收集和整理了国内外智能全液压推土机行驶控制系统、状态监测与故障诊断技术研究的相关技术与发展现状，分析了国外著名推土机厂家所用的发动机、控制器和显示器技术性能参数，并对有关技术专利进行了检索与分析；2．分析了智能全液压推土机行驶液压驱动系统效率和参数匹配，提出了变量马达和变量泵闭式系统的控制策略及变量马达和变量泵的最大排量比为2～2．5，如小于2，必须控制推土机的最大车速（全液压推土机终减速比不宜过大，i＜70），否则会造成变量马达超速，容易造成变量马达轴承损坏；3．分析了智能全液压推土机行驶系统特点和作业要求，提出智能全液压推土机行驶系统的控制模式和控制方案，确定了系统组成；完成了控制器选型，控制系统硬件设计和外围电路设计；4．提出智能推土机状态监测与故障诊断的检测、诊断模式和方案，确定了系统组成，选择了合适的显示器，用CAN总线搭建了系统通信平台；5．给出了智能控制系统各模块功能的实现方法，确定了各模块的关键控制参数和控制子程序流程图，完成了行驶控制、故障诊断、显示和通讯系统的软件设计，实现了推土机各项控制功能；通过样机程序调试，确定了控制系统的关键参数；6．分析了推土机用发动机工作特性曲线，提出了智能推土机极限负荷调节的不同档位目标转速和负荷率，以及对发动机进行极限负荷调节的方法；7．分析研究了智能全液压推土机发动机与液压系统静态和动态控制特性，并对液压系统进行了仿真研究，提出了发动机与液压系统匹配控制策略；8．通过试验研究，分析了TQ160C发动机工作点匹配情况以及变量泵、变量马达控制信号，提出了全液压推土机合理档位范围；9．对智能全液压推土机极限负荷调节系统控制算法进行了深入研究，提出采用基于模糊推理规则的参数自整定PID算法的发动机转速控制以及采用改进的PID算法行驶纠偏方法。针对变化的负荷采用不同的KP、KI、KD参数，同时调节变量泵和变量马达的排量。运用Matlab-Simulink对PID和模糊PID进行了方针比较。实践证明：采用该算法能有效地减小发动机转速波动，提高了发动机功率利用率；10．设计了控制系统模拟试验板，对推土机的前进／后退、停车、起步、左／右转向及原地转向等基本功能进行了模拟调试试验；对推土机状态监测与故障诊断系统性能和功能进行了模拟试验；11．在样机上进行了参数标定、行驶试验、故障显示、报警试验、直线纠偏和控制参数标定等程序调试试验；对样机进行了牵引试验和作业试验，样机性能达到要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 智能全液压推土机的技术特征
• 1.3 智能全液压推土机的发展现状和趋势
• 1.3.1 智能全液压推土机国外研究现状及发展趋势
• 1.3.2 智能全液压推土机国内研究现状及发展趋势
• 1.4 课题研究的主要内容及技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 第二章 智能推土机行驶液压驱动系统参数匹配研究
• 2.1 智能推土机行驶液压驱动方案
• 2.2 推土机工作质量、最大牵引力确定
• 2.3 系统工作压力的匹配
• 2.3.1 发动机负荷匹配
• 2.3.2 工作压力的确定
• 2.4 转速的匹配
• 2.4.1 泵转速匹配
• 2.4.2 马达转速匹配
• 2.5 全液压推土机闭式系统效率分析研究
• 2.5.1 全液压推土机闭式系统效率分析
• 2.5.2 变量泵-变量马达系统效率控制策略
• 2.5.3 全液压推土机闭式系统总效率分析（发动机额定点）
• 2.6 推土机的车速的确定
• 2.7 变量马达和变量泵排量匹配研究
• 2.8 DH86智能全液压推土机参数匹配分析
• 2.9 本章小结
• 第三章 智能全液压推土机控制系统研究
• 3.1 智能全液压推土机行驶控制系统的功能及要求
• 3.1.1 控制方式的选择
• 3.1.2 行驶控制系统的功能
• 3.2 智能推土机智能在线状态监测与故障诊断系统功能和要求
• 3.2.1 系统状态监测（显示）功能和要求
• 3.2.2 系统通信功能和要求
• 3.2.3 系统故障诊断功能和要求
• 3.3 智能全液压推土机控制方案设计
• 3.3.1 主控制器的选择
• 3.3.2 显示器的选择
• 3.3.3 智能推土机智能控制系统解决方案
• 3.4 RC6的针脚分配
• 3.5 智能推土机在线状态监测与故障诊断系统
• 3.5.1 显示模块参数的确定
• 3.5.2 故障诊断和报警
• 3.5.3 故障诊断方法和故障库
• 3.5.4 通信模块参数的确定
• 3.6 本章小结
• 第四章 推土机发动机与液压驱动系统控制研究
• 4.1 智能全液压推土机用发动机的特点
• 4.1.1 智能全液压推土机负荷工况特点
• 4.1.2 推土机用发动机特点
• 4.1.3 发动机动力性能评价指标
• 4.2 发动机与液压驱动系统控制分析
• 4.2.1 发动机极限负荷调节原理
• 4.2.2 极限负荷调节的目标转速、负荷率和转速差
• 4.2.3 推土机驱动系统的静态特性与控制方法研究
• 4.2.4 发动机与液压传动系统动态控制分析
• 4.2.5 DH86全液压推土机极限负荷调节系统模型框图
• 4.2.6 DH86全液压推土机控制系统模型仿真分析
• 4.3 发动机工作点匹配、控制信号试验分析
• 4.3.1 发动机工作点匹配情况分析
• 4.3.2 空车试验时变量泵、变量马达控制信号（PWM）分析
• 4.3.3 全液压推土机档位划分分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 智能全液压推土机控制算法研究
• 5.1 变量泵、变量马达的排量比与电流关系
• 5.2 手柄位移X、档位与变量泵、变量马达排量之间关系
• 5.3 极限负荷调节控制算法研究
• 5.3.1 极限负荷调节控制算法选择
• 5.3.2 数字增量式PID控制原理
• 5.3.3 模糊PID控制原理
• 5.4 行走纠偏模块算法
• 5.4.1 直线纠偏
• 5.4.2 数字PID控制器的改进
• 5.4.3 智能全液压推土机控制器结构总图
• 5.5 PID控制和模糊PID控制仿真分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 智能推土机控制系统软件设计
• 6.1 软件开发平台简介
• 6.2 行驶控制系统关键模块子程序流程
• 6.2.1 主程序流程图
• 6.2.2 油门自学习模块流程图
• 6.2.3 行走手柄标定模块流程图
• 6.2.4 行走操纵控制模块流程图
• 6.2.5 原地转向偏模块流程图
• 6.2.6 行走纠偏模块流程图
• 6.2.7 转向模块流程图
• 6.2.8 前进/后退模块流程图
• 6.2.9 极限负荷调节模块流程图
• 6.2.10 模糊控制表查询模块流程图
• 6.3 状态监测、显示系统控制流程图
• 6.3.1 显示模块控制总流程图
• 6.3.2 界面操作子程序流程图
• 6.4 通信模块控制流程图
• 6.5 故障诊断模块控制总流程
• 6.6 行驶控制系统程序的编写
• 6.7 状态监测和故障诊断系统控制程序的编写
• 6.7.1 显示界面的设计
• 6.7.2 操作系统PAI的设计
• 6.7.3 通信程序
• 6.8 本章小结
• 第七章 DH86智能推土机软件调试与试验研究
• 7.1 仿真模式下程序的调试
• 7.2 智能推土机控制软件模拟试验
• 7.2.1 试验目的和设备
• 7.2.2 试验内容
• 7.3 DH86智能推土机野外试验
• 7.3.1 试验仪器设备
• 7.3.2 智能推土机控制软件装机试验（参数标定和调试）
• 7.3.3 DH86智能推土机野外牵引和作业试验
• 7.3.4 野外牵引和作业试验数据的记录
• 7.3.5 试验数据处理和分析
• 7.3.6 试验结论
• 第八章 主要结论及进一步解决的问题
• 8.1 主要结论
• 8.2 本文创新点
• 8.3 进一步需要解决的问题
• 参考文献
• 附录Ⅰ攻读博士期间发表的论文
• 攻读博士期间完成的科研成果
• 致谢