智能装载机作业控制系统的设计及仿真

摘要

随着科学技术的发展，人们对工程机械提出了越来越高的要求，特别是近年来微电子技术、信息技术以及计算机的普及和应用，使工程机械有了质的飞跃。装载机作为工程机械的主流机种之一，应用面越来越广。但目前国内装载机的铲掘作业是由操作者操纵动臂手柄或铲斗手柄来完成的，而在手动控制的过程中，动臂的卸载位置和铲掘位置有很大的随机性，需要操作者对铲斗的位置姿态进行调整。此外，装载机的作业形式是它围绕着作业对象在移动，而作业对象又复杂多变。因而，就使得装载机的铲掘作业效率很大程度上取决于操作者的经验、技能和意愿。 为了改善装载机工作装置的操纵性能，提高其操作的自动化程度，本文围绕装载机工作装置作业自动控制问题，进行了以下几个方面的研究： 1、本文根据装载机的机构特点，分析了作业控制系统的组成及工作原理，设计电控部分的整体框图，并介绍了装载机的几种工作模式。 2、根据装载机工作装置液压系统的工作原理，得出了装载机工作装置的阀控活塞位置控制系统的数学模型，求出油缸位移与占空比之间的传递函数，同时分析了系统的稳定性。 3、采用模糊自整定PID参数法设计了装载机工作装置的位置控制器，在Matlab/Simulink环境下对装载机工作装置的液压控制系统的数学模型进行仿真分析。 4、本文建立了装载机作业控制系统的模型，主要包括信号输入模块、故障检测模块、逻辑判断模块、记忆模块及作业操作模块等，最后通过Matlab自带的RTW将其生成C代码，这样大大地减少了编写代码的工作量，修改方便且缩短开发期。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2装载机国内外发展概况及趋势

1.2.1国外发展概况

1.2.2国内发展概况

1.2.3装载机的发展趋势

1.3课题的来源、研究目的和意义

1.3.1课题的来源

1.3.2研究目的和意义

1. 4本课题的主要研究内容

第2章装载机作业控制系统设计

2.1装载机工作装置操纵系统描述

2.2电液比例控制技术

2.2.1电液比例技术发展概况

2.2.2电液比例控制的特点及应用

2.2.3电液比例位置控制系统特点及原理

2.3作业控制系统的工作原理及组成

2.3.1液压系统工作原理

2.3.2液压阀的操作

2.3.3装载作业电控系统主要功能

2.4装载机的工作模式

2.4.1手动操作模式

2.4.2固定操作模式

2.4.3记忆操作模式

2.4.4越野模式

2.5本章小结

第3章装载机作业控制系统的数学模型

3.1高速开关阀的控制分析

3.2作业装置控制系统的数学模型

3.2.1高速开关阀的特性方程

3.2.2多路换向阀的特性方程

3.2.3油缸的特性方程

3.2.4液压控制系统数学模型

3.3系统稳定性分析

3.4本章小结

第4章装载机作业控制器的设计

4.1作业装置常规PID控制

4.2作业装置模糊PID控制

4.2.1模糊控制的基本原理

4.2.2模糊控制器的构成

4.2.3模糊控制器设计基本要求

4.2.4模糊控制与PID控制的结合

4.3作业装置参数自适应模糊PID控制器的设计

4.3.1参数自整定规则

4.3.2各变量隶属度函数的确定

4.3.3建立模糊控制规则表

4.3.4其它相关参数确定

4.3.5模糊推理

4.4装载机作业控制系统仿真模型及仿真结果分析

4.5本章小结

第5章作业控制系统在Matlab中的设计与仿真

5.1引言

5.2系统在Matlab中的设计

5.2.1 Matlab设计环境

5.2.2模型总体设计

5.2.3 Matlab设计平台的优缺点

5.3系统在Simulink中建立的模型

5.3.1系统总体模型

5.3.2数字信号输入模块

5.3.3模拟信号输入及故障检测模块

5.3.4记忆操作模块

5.3.5逻辑判断模块

5.3.6作业操作模块

5.4模型仿真及分析

5.5作业控制系统代码自动生成

5.5.1 RTW的主要功能

5.5.2 RTW的程序创建过程

5.5.3模型参数设置及代码生成

5.6本章小结

总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文