共振式水泥混凝土路面破碎车控制及故障诊断系统的关键技术研究

论文摘要

进入二十一世纪以来国内公路建设发展迅速,其中水泥混凝土道路占有相当数量,需要维修和改造的水泥混凝土道路越来越多,迫切需要解决废旧混凝土的再生利用问题。本文研究共振式水泥混凝土路面破碎车及其关键技术(简写为共振式路面破碎车),具有重要的理论意义和经济价值。本文从共振式路面破碎车的研制要求出发,研究了共振破碎频率控制、破碎行进速度控制和共振轴的故障诊断等关键技术,满足了该种新型路面工程车辆的应用需求,主要工作如下：针对共振破碎频率、行走速度的高精性能控制要求,在经典控制模型的基础上,重点分析了模型中影响控制性能的非线性因素和不确定性项,建立了该种车辆电液比例泵控马达速度控制系统的动态数学模型。研究了基于动态递归模糊神经网络(Dynamic Recurrent Fuzzy Neural Networks, DRFNN)的自适应反推控制算法,将影响频率控制性能的主要参数项确定为DRFNN的辨识对象,在MATLAB环境下进行的数学仿真验证了该控制算法的可行性,并通过车载控制系统的调试,结果表明了该控制算法的有效性,满足了共振式路面破碎车对破碎频率的控制要求。提出了基于自适应反推滑模的行走速度控制算法。针对不同工况下的速度控制要求,设计了转场工况下的自适应反推滑模控制算法并进行了系统的稳定性分析；研究了破碎工况下基于RBF神经网络(Radical Basis Function Neural Networks,RBFNN)的自适应反推滑模控制算法,该算法满足了破碎工况下系统对行走速度的高精度控制要求。针对振动轴机械结构复杂,振动信号非线性强的特点,研究提出了基于振幅的非线性PCA (Nonlinear Principal component analysis, NLPCA)故障特征提取方法,简化了离散隐马尔科夫模型(Discrete Hidden Markov Model, DHMM)参数的训练方法,降低了算法中浮点数的运算量,满足了其故障诊断的要求。研制了基于双CAN现场总线网络的共振式路面破碎车车载控制系统。采用EPEC控制器和CANopen/CAN2.0技术,设计共振式路面破碎车控制系统的体系结构,完成了上下位机的硬件设计和软件编程,并在共振式路面破碎车样机上完成了安装调试,相关控制软件已申报软件著作权。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 电液系统控制研究
• 1.2.1 电液系统的非线性不确定性因素分析
• 1.2.2 电液系统的控制研究
• 1.3 故障诊断技术的应用研究
• 1.3.1 PCA在故障诊断中的应用研究
• 1.3.2 HMM在故障诊断中的应用研究
• 1.4 本文研究的关键技术
• 1.5 研究内容与安排
• 第二章 共振式路面破碎车泵控马达速度系统控制模型
• 2.1 共振式路面破碎车电液比例控制系统的原理及结构
• 2.2 控制系统数学建模
• 2.2.1 电液比例阀的数学模型
• 2.2.2 阀控缸的数学模型
• 2.2.3 活塞-斜盘倾角的数学模型
• 2.2.4 泵控马达的数学模型
• 2.3 泵控马达系统模型的分析与处理
• 2.3.1 系统的体积弹性模量及其影响因素
• 2.3.2 泄漏系数及其影响因素
• 2.3.3 液压油中混入空气量的分析
• 2.3.4 未建模环节的影响因素分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于DRFNN的自适应反推破碎频率控制研究
• 3.1 共振破碎结构及关键参数分析
• 3.2 共振频率的自适应反推控制设计
• 3.2.1 参数不确定非线性系统自适应反推控制设计
• 3.2.2 共振频率的反推控制
• 3.3 动态递归模糊神经网络
• 3.3.1 DRFNN的拓扑结构及其数学描述
• 3.3.2 DRFNN的动态BP学习算法
• 3.4 基于DRFNN的自适应反推频率控制设计
• 3.4.1 DRFNN的不确定性项估计
• 3.4.2 基于DRFNN的自适应反推控制
• 3.5 共振频率的控制仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于RBFNN的自适应反推滑模行走速度控制研究
• 4.1 滑模控制的一般设计
• 4.1.1 问题描述
• 4.1.2 滑模控制设计的基本问题
• 4.2 自适应反推滑模控制设计
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 自适应反推滑模控制算法设计
• 4.3 共振式路面破碎车行走速度的反推滑模控制
• 4.3.1 转场工况下的速度控制
• 4.3.2 破碎工况下的速度控制
• 4.4 行走速度控制仿真
• 4.4.1 行走机构标称参数的确定
• 1的辨识仿真和测试'>4.4.2 破碎工况下f₁的辨识仿真和测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于非线性PCA和DHMM的故障诊断技术研究
• 5.1 基于PCA的故障参数特征提取
• 5.1.1 PCA的基本原理
• 5.1.2 基于线性PCA的故障参数特征提取
• 5.1.3 基于非线性PCA的故障参数特征提取
• 5.1.4 非线性PCA的实现
• 5.2 隐Markov模型
• 5.2.1 Markov链描述
• 5.2.2 隐Markov模型结构
• 5.2.3 HMM三种基本算法
• 5.3 基于DHMM模型的故障诊断
• 5.3.1 特征参数矢量量化
• 5.3.2 DHMM模型训练及识别
• 5.4 共振式路面破碎车振动轴的故障诊断
• 5.4.1 实验设置和数据处理
• 5.4.2 基于DHMM的故障诊断
• 5.5 本章小结
• 第六章 共振式路面破碎车控制系统研制与调试
• 6.1 共振式路面破碎车控制系统体系结构设计
• 6.1.1 控制系统主要结构的需求分析
• 6.1.2 控制系统主要器件选型
• 6.1.3 共振式路面破碎车控制系统体系结构
• 6.2 EPEC 2023控制器程序设计
• 6.2.1 EPEC2023 CANopen通讯程序设计
• 6.2.2 EPEC2023 P1控制程序设计
• 6.2.3 EPEC2023 P2控制程序设计
• 6.3 EPEC 2037控制程序设计
• 6.3.1 2037程序开发软件VC++6.0
• 6.3.2 2037的CAN通信程序设计
• 6.4 共振式路面破碎车控制系统调试
• 6.4.1 CANopen通信系统调试
• 6.4.2 发动机控制调试
• 6.4.3 共振破碎机构控制调试
• 6.4.4 行走机构控制调试共
• 6.5 共振式路面破碎车的故障诊断系统设计及其测试
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 主要工作及成果
• 7.2 问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的科研成果