基于模糊RBF神经网络的液压挖掘机节能控制技术研究

摘要

液压挖掘机工作时负载变化频繁，导致发动机转速频繁大幅度波动，燃油消耗急剧增加，严重影响挖掘机的整机效率，随着机电液一体化技术的快速发展，新的控制理论和技术的应用，液压挖掘机整体控制逐步走向智能化道路，提高了其节能性和工作效率。本论文利用现有的液压挖掘机试验样机，在分析发动机与变量泵功率匹配原理和工作特点的基础上，提出了基于 FCM模型的模糊 RBF神经网络控制算法；基于实验与理论分析相结合的方法，建立了发动机与变量泵功动力学仿真模型，结合所提出的控制算法理论模型，验证了节能控制算法的有效性；最后，完成相关的实车实验，结果表明，采用该控制算法，在负载变化的情况下，发动机转速能够稳定在目标转速附近，在提高工作平稳性同时，可有效降低燃油消耗。
　　本论文主要完成以下工作：
　　（1）分析总结了液压挖掘机目前节能技术现状及其发展趋势，以节能降耗为目标，在分析发动机与液压系统功率匹配原理和工作特点的基础上，提出了模糊神经网络控制技术。
　　（2）对液压挖掘机能量损失及发动机转速波动对油耗的影响进行了分析，提出了基于功率匹配的节能控制方案，并对发动机的转速控制以及变量泵恒功率控制策略进行了分析。
　　（3）基于实验及理论分析，建立了发动机与变量泵相关部件的数学模型，设置模型的主要参数进行动力学仿真，通过对阶跃信号响应曲线及根轨迹图的分析，提出对系统的联合控制进行一定的校正。
　　（4）分析经典的模糊逻辑和神经网络控制，提出了基于FCM模型的模糊RBF神经网络算法，对模糊RBF神经网络控制器进行了具体设计。
　　（5）运用SIMULINK构建了发动机的仿真模型，通过对仿真结果与实验结果的分析比较，验证了发动机仿真模型的准确性，通过构建的发动机及变量泵仿真模型，建立了整机的节能控制仿真模型，通过该模型验证了模糊 RBF网络节能控制算法的有效性，最后利用试验样机进行了实验。

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第一章 绪论

1.1 课题研究目的与意义

1.2 液压挖掘机简介

1.3 节能控制技术国内外研究现状

1.4 节能控制技术的发展趋势

1.5 本文的主要研究内容

第二章 液压挖掘机节能控制系统方案设计

2.1 液压挖掘机能量损失分析

2.2 转速稳定对发动机节能的重要性分析

2.3 发动机与变量泵的匹配控制

2.4 液压挖掘机节能控制方案

2.5 本章小结

第三章 液压挖掘机动力系统建模

3.1发动机动力系统建模方法分析

3.2 发动机动态模型的建立

3.3 变量泵特性分析及模型建立

3.4 系统开环传递函数仿真验证

3.5 本章小结

第四章 液压挖掘机节能控制算法研究

4.1 模糊系统与神经网络的融合

4.2 RBF神经网络

4.3 模糊RBF网络控制器设计

4.4 本章小结

第五章 节能控制系统的仿真与试验分析

5.1 节能控制系统的仿真分析

5.2 试验样机测试系统软硬件组成

5.3 节能控制系统实车试验

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录 攻读硕士期间研究成果