基于DTC的旋挖钻机极限载荷控制技术研究

发布时间：2017-08-12 18:21

  本文关键词：基于DTC的旋挖钻机极限载荷控制技术研究

  更多相关文章： 旋挖钻机 转矩感应控制 极限载荷 功率匹配 模糊PID控制

【摘要】：旋挖钻机是一种用来进行成孔作业的施工机械,具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高等特点,广泛应用在建筑基础工程中。旋挖钻机动力系统由柴油发动机和液压变量泵组成,其作业工况复杂,负载具有多变性。较大的负载会导致发动机过载掉速甚至熄火,这严重影响了旋挖钻机施工稳定性及工作效率,而且会增加燃油消耗,降低了旋挖钻机的使用寿命。这就需要有一个有效的功率控制方法来适应不断变化的负载。本文针对上述问题对旋挖钻机极限载荷控制技术进行研究。首先,在分析旋挖钻机现场作业数据基础上,对发动机过载掉速及功率利用率不够高的问题进行了深入研究,找出了问题的主要原因是动力系统发动机与变量泵的功率不匹配;进而对变量泵的变量原理进行了分析,建立了变量泵的数学模型,提出了一种基于DTC(直接转矩感应控制)的旋挖钻机极限载荷控制策略。其次,为提高旋挖钻机动力系统的性能,在转矩感应控制策略基础上研究了一种模糊PID控制算法,讨论了模糊PID控制算法的优势,设计了模糊PID控制器。对模糊控制器各参数的获取方法及其对控制性能的影响进行了分析。再次,利用AMESim和MATLAB/Simulink联合仿真,对极限载荷控制系统进行了建模仿真与研究,对比分析了模糊PID和PID两种控制方法的控制效果,初步验证了模糊PID控制策略及算法控制效果较好,具有可行性。最后,对旋挖钻机进行了实验研究,实验内容包括主卷空载提升下放实验以及钻孔实验。实验结果表明:基于转矩感应的模糊PID控制方法使旋挖钻机大负载工况下发动机掉速值降低了40%,发动机的功率利用率提高了14.5%,控制效果优于基于转速感应控制的PID控制方法。验证了基于转矩感应控制的模糊PID控制方法对实现发动机——变量泵动力系统的功率匹配具有更好的效果。
【关键词】：旋挖钻机 转矩感应控制 极限载荷 功率匹配 模糊PID控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU67;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10
• 1.2 旋挖钻机简介10-12
• 1.3 极限载荷控制技术介绍12
• 1.4 旋挖钻机性能优化及控制技术研究现状12-14
• 1.5 课题研究的目的及意义14
• 1.6 论文主要研究内容14-16
• 第2章 旋挖钻机极限载荷控制技术分析及控制策略研究16-30
• 2.1 旋挖钻机动力系统概述16-17
• 2.2 目前旋挖钻机极限载荷控制技术所存在的问题17
• 2.3 旋挖钻机负载工况发动机掉速现象及成因分析17-19
• 2.4 旋挖钻机钻孔效率测试数据分析19-20
• 2.5 基于DTC的极限载荷控制策略20-28
• 2.5.1 恒功率变量泵的排量控制研究22-24
• 2.5.2 发动机—变量泵极限载荷控制系统数学模型24-27
• 2.5.3 发动机—变量泵转矩感应极限载荷控制系统实现27-28
• 2.6 本章小结28-30
• 第3章 旋挖钻机极限载荷控制模糊PID控制系统研究30-48
• 3.1 PID控制系统概述30-32
• 3.2 模糊控制原理32-33
• 3.3 发动机—变量泵直接转矩感应模糊PID控制系统33-34
• 3.4 模糊PID控制器设计34-47
• 3.4.1 模糊PID控制器结构设计35-37
• 3.4.2 模糊控制器的语言变量37-38
• 3.4.3 输入输出控制变量的模糊化处理38-44
• 3.4.4 模糊推理规则44-46
• 3.4.5 解模糊46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 旋挖钻机极限载荷控制系统的建模与仿真研究48-60
• 4.1 AMESIM与MATLAB/SIMULINK软件联合仿真介绍48-52
• 4.1.1 AMESim仿真软件介绍48-49
• 4.1.2 MATLAB/Simulink49-52
• 4.2 仿真模型的建立52-56
• 4.2.1 AMESim平台转矩感应极限载荷控制系统52-54
• 4.2.2 模糊控制器模型的建立54-56
• 4.3 转矩感应极限载荷控制系统的仿真分析56-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 旋挖钻机极限载荷控制技术的实验研究60-70
• 5.1 试验目的和试验内容60
• 5.2 试验设备60-63
• 5.2.1 试验平台介绍60-61
• 5.2.2 试验用检测设备61-63
• 5.3 试验步骤63-65
• 5.3.1 搭建旋挖钻机整机试验系统63
• 5.3.2 安装试验用设备63-64
• 5.3.3 变量泵台架测试试验64-65
• 5.3.4 主卷提升试验65
• 5.3.5 钻孔试验65
• 5.4 试验结果与分析65-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果74-75
• 致谢75

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本文编号：662991