基于全局功率匹配的液壓挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)研究

【摘要】：隨著能源短缺以及液壓挖掘機(jī)規(guī)模的急劇增長(zhǎng)，液壓挖掘機(jī)作為大功率、高能耗設(shè)備，節(jié)能性研究是必須的，而節(jié)能性的好壞直接影響液壓挖掘機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。現(xiàn)今，控制技術(shù)的快速發(fā)展，為液壓挖掘機(jī)節(jié)能控制的實(shí)現(xiàn)提供了軟硬件基礎(chǔ)。針對(duì)液壓挖掘機(jī)功率匹配不當(dāng)，本課題提出了一種基于全局功率匹配的液壓挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)方案，課題主要內(nèi)容有以下幾方面： 首先，分析了液壓挖掘機(jī)的主要的功率損失，研究了柴油機(jī)和液壓泵的特性及控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)了液壓挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的總體方案。 其次，針對(duì)液壓挖掘機(jī)的模型復(fù)雜，利用了MATLAB/Simulink/Simscape工具箱建立模型，設(shè)計(jì)了模糊自整定PID控制器，與普通PID相結(jié)合，利用MATLAB對(duì)建立的模型進(jìn)行了控制系統(tǒng)仿真。仿真表明，當(dāng)工況變化時(shí)，該控制方法較單純模糊自整定PID控制，調(diào)節(jié)時(shí)間短，超調(diào)小，抗干擾好，控制效果更好。 再次，設(shè)計(jì)了基于xPC Target環(huán)境的雙機(jī)系統(tǒng)的半物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件和軟件。硬件方面，以飛思卡爾MC9S12XEQ512MAL單片機(jī)為控制器核心設(shè)計(jì)了外圍電路，包括電源模塊、時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊等。軟件方面，在CodeWarrior Development Studio for S12(X) V5.0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，針對(duì)控制要求，對(duì)相關(guān)寄存器設(shè)置，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)方法完成了軟件設(shè)計(jì)，包括初始化模塊、數(shù)據(jù)采樣處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制算法處理模塊、D/A芯片驅(qū)動(dòng)模塊等。并將液壓挖掘機(jī)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ㄟ^(guò)MATLAB/Simulink/RTW生成快速原型化的C代碼。 最后，在基于xPC Target環(huán)境的雙機(jī)系統(tǒng)的半物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行系統(tǒng)在線運(yùn)行調(diào)試，完成系統(tǒng)試驗(yàn)。結(jié)果表明，本方案實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果，可行性較高，對(duì)液壓挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的研究具有一定實(shí)際意義。 【關(guān)鍵詞】：液壓挖掘機(jī) MC9S12XE系列單片機(jī) 模糊控制 Simscape CodeWarrior xPC Target
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TU621;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外液壓挖掘機(jī)節(jié)能研究狀況12-15
• 1.2.1 國(guó)外液壓挖掘機(jī)節(jié)能研究狀況12-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)液壓挖掘機(jī)節(jié)能研究狀況13-15
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 液壓挖掘機(jī)節(jié)能控制總體方案設(shè)計(jì)16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 液壓挖掘機(jī)的功率損失16-17
• 2.3 柴油機(jī)的特性研究17-21
• 2.3.1 柴油機(jī)的負(fù)荷特性研究18-19
• 2.3.2 柴油機(jī)的速度特性研究19
• 2.3.3 柴油機(jī)的調(diào)速特性研究19-20
• 2.3.4 柴油機(jī)的萬(wàn)有特性研究20-21
• 2.4 液壓泵輸出特性21
• 2.5 液壓挖掘機(jī)全局功率匹配原理21-23
• 2.5.1 柴油機(jī)與液壓泵之間的匹配22-23
• 2.5.2 液壓泵與負(fù)載之間的匹配23
• 2.6 液壓挖掘機(jī)全局功率匹配節(jié)能控制總體方案23-25
• 2.6.1 總體方案設(shè)計(jì)24-25
• 2.6.2 工作模式選擇25
• 2.7 本章小結(jié)25-26
• 第3章 液壓挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)仿真與分析26-43
• 3.1 引言26
• 3.2 動(dòng)力系統(tǒng)的建模26-30
• 3.2.1 柴油機(jī)的建模27-29
• 3.2.2 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)環(huán)境模塊29-30
• 3.3 動(dòng)力傳動(dòng)軸與機(jī)械旋轉(zhuǎn)元件連接模塊30-31
• 3.4 液壓泵建模31-32
• 3.5 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)建模32-34
• 3.6 液壓挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)仿真34-42
• 3.6.1 常規(guī) PID 的控制原理34-35
• 3.6.2 模糊控制簡(jiǎn)介35-36
• 3.6.3 模糊自整定 PID 控制36
• 3.6.4 液壓挖掘機(jī)功率匹配節(jié)能模糊自整定 PID 控制策略36-37
• 3.6.5 液壓挖掘機(jī)功率匹配模糊自整定 PID 控制器的設(shè)計(jì)37-39
• 3.6.6 液壓挖掘機(jī)功率匹配節(jié)能控制系統(tǒng)仿真39-40
• 3.6.7 仿真結(jié)果分析40-42
• 3.7 本章小結(jié)42-43
• 第4章 液壓挖掘機(jī)節(jié)能控制半物理仿真平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 xPC Target 硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)43-44
• 4.3 液壓挖掘機(jī)節(jié)能控制半物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件總體框圖44-45
• 4.4 飛思卡爾 MC9S12XEQ512 單片機(jī)最小系統(tǒng)45-47
• 4.5 電源電路設(shè)計(jì)47-48
• 4.6 數(shù)據(jù)采集模塊48
• 4.7 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊48-50
• 4.8 本章小結(jié)50-51
• 第5章 控制器軟件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)試驗(yàn)51-62
• 5.1 引言51
• 5.2 CodeWarrior IDE 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介及工程建立51-53
• 5.2.1 CodeWarrior IDE 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介51-52
• 5.2.2 CodeWarrior IDE 工程建立52-53
• 5.3 主程序設(shè)計(jì)53-54
• 5.4 中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì)54-57
• 5.4.1 數(shù)據(jù)采集子程序55
• 5.4.2 模糊自整定 PID 控制算法處理子程序55-56
• 5.4.3 D/A 轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動(dòng)子程序56-57
• 5.5 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)57-61
• 5.5.1 制作 xPC 目標(biāo)機(jī)啟動(dòng)盤(pán)57-59
• 5.5.2 液壓挖掘機(jī)模型代碼生成59-60
• 5.5.3 控制器軟件代碼燒寫(xiě)60
• 5.5.4 系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試60-61
• 5.5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論61
• 5.6 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 附錄64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果70-71
• 致謝71-72
• 作者簡(jiǎn)介72

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