基于模糊PID的削坡开槽机的自适应切削设计

发布时间：2017-05-22 20:13

  本文关键词：基于模糊PID的削坡开槽机的自适应切削设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：南水北调工程是关系国计民生的重大战略性投资项目,项目实施进程中输水渠道的开挖是工程的首要任务。工程在进行衬砌施工之前需要对渠坡进行精削坡,结构层中排水系统的安装还需要开挖沟槽,按照南水北调的技术要求,混凝土衬砌的土质坡面平整度应不大于20mm/2m。施工中渠道边坡表面平整度不易控制且技术要求较为严格,再加上工程中水泥改性土的加工处理对刀具的转速影响较大等问题,对大跨度削坡开槽机关键技术的研究与探索显得尤为重要。文中在切削刀架机械结构的基础上研究设计了一种切削刀头自适应控制系统,该设计可以使刀具自动调整切削速度,确保在复杂工作情况下始终匀速切削,适应了坡面局部土体硬度实际变化,减少了因坡面局部土体扰动和剥落影响坡面,沟槽成型后平整顺直,进一步提高作业效率。该闭环自适应切削控制系统采用单片机为核心控制器件,运用智能模糊PID控制算法,在测速装置的基础上,还包括变频装置、动力装置、减速器、切削刀头等,完成了基于霍尔传感器的变频电机转速测量系统的硬件电路设计。转速控制是一个复杂多变的控制过程,为适应复杂系统的控制要求,本设计采用传统PID控制和模糊控制相结合的混合智能算法,在simulink模块建立控制系统的数学模型,利用MATLAB仿真软件对控制系统进行了控制效果的动态分析,仿真结果表明:混合智能模糊PID算法与常规PID算法相比,确实具有较强的鲁棒性,并且控制动态性能良好。
【关键词】：削坡开槽 切削刀具 硬件选型 智能控制算法
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV672;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 选题背景9-11
• 1.1.1 模糊控制产生的背景与意义9-10
• 1.1.2 切削系统研究的意义10-11
• 1.2 国内外研究背景11-16
• 1.2.1 国内研究现状11-14
• 1.2.2 国外研究现状14-16
• 1.3 本课题的主要研究内容16-17
• 2 削坡机系统机械结构17-23
• 2.1 桁架17-18
• 2.2 切削系统18-21
• 2.2.1 削坡刀架机构18-19
• 2.2.2 削坡行走机构19-20
• 2.2.3 切削装置20-21
• 2.3 大车行走机构21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 切削控制系统工作分析23-27
• 3.1 切削控制系统类型及特点23-25
• 3.2 控制系统控制原理和控制策略25-26
• 3.2.1 切削系统控制原理25
• 3.2.2 切削系统控制策略25-26
• 3.3 本章小结26-27
• 4 削坡机切削控制系统结构分析27-45
• 4.1 控制器分析27-33
• 4.1.1 单片机最小系统28-30
• 4.1.2 中断系统30-31
• 4.1.3 数模转换电路31-33
• 4.2 传感装置分析33-36
• 4.2.1 霍尔效应34
• 4.2.2 霍尔传感器结构和工作原理34-35
• 4.2.3 霍尔测速模块35-36
• 4.3 变频装置分析与设计36-38
• 4.4 动力装置分析38-43
• 4.4.1 直流电动机38-43
• 4.4.2 减速器及其传动比43
• 4.5 本章小结43-45
• 5 控制算法的研究45-63
• 5.1 PID控制算法45-49
• 5.1.1 PID控制器的特点45-46
• 5.1.2 模拟PID调节器46-47
• 5.1.3 数字PID调节器47-49
• 5.2 模糊控制算法49-50
• 5.3 模糊PID控制算法50-58
• 5.3.1 模糊PID控制器的发展51
• 5.3.2 模糊PID控制器的结构51-52
• 5.3.3 模糊控制器的设计52-58
• 5.4 系统建模与仿真58-63
• 5.4.1 硬件电路原理图58-59
• 5.4.2 系统数学模型59-62
• 5.4.3 PID和模糊PID算法的仿真62
• 5.4.4 本章小结62-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-65
• 攻读学位期间发表的学术论文及科研项目65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-72

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