小型液压挖掘机节能监控系统的研究与实现

【摘要】：挖掘机是工程机械的重要组成部分，在规划建筑、项目施工等多个行业中具有广泛地应用。挖掘机的节能控制一直是研究的重点。本文针对小型液压挖掘机，对其节能监控系统进行了研究。 首先，分析了柴油机及变量泵的特性，并有针对性地进行节能控制原理分析，提出了柴油机与变量泵相匹配的节能控制方法。然后在理论分析的基础上提出了挖掘机监控系统的总体方案设计。该控制器将C8051F340单片机、油门电机控制、显示器、GPS远程通信、转速测量等技术相结合，实现了设计的指标要求。论文重点从硬件设计、软件及算法设计与实验研究与实现这三个方面进行了介绍分析。硬件设计主要包括：模拟量、数字量采集；转速测量电路；显示及通信模块；柴油机控制模块；控制器外壳防护及PCB设计。软件及算法设计主要包括：主控程序模块；功能模块；显示模块；GPS通信模块；油门控制及算法设计模块。实验研究与实现部分主要包括：转速测量电路的模拟与实际测试结果；自动油门标定过程及结果；远程GPS通信与实时参数监控等。 硬件模块设计中，，重点介绍柴油机的油门控制单元，从直流直线电机的原理、基于H桥的PWM的控制方法以及基于LMD18200的电机控制电路的角度进行了细致分析。在软件及算法模块中，重点从显示、远程GPS通信和应用积分分离PID的油门算法的角度进行分析；并制作了主控程序、自动油门标定、GPS监控等流程图。为提高节能效果、进行有效监控，控制器实现了自动怠速、自动加速、高温保护、自动油门标定等功能，并对其原理、流程进行讲述。在最后的实验模块中，根据控制器在现场调试出现的问题，修改更正之后，使得达到设计的指标要求，不论是模拟、数字信号采集，转速准确测量，自动油门标定后进行校验等角度均符合设计要求。 【关键词】：挖掘机 监控器 GPS通信 油门电机控制 PID 单片机
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU621;TP277
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 概述8
• 1.2 国内外小挖控制系统研究状况8-10
• 1.2.1 国外小挖控制系统的研究状况8-9
• 1.2.2 国内小挖控制系统的研究状况9-10
• 1.3 挖掘机液压系统分析10-14
• 1.3.1 定量系统10-11
• 1.3.2 变量系统11-14
• 1.4 课题研究内容14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第2章 挖掘机控制系统研究与分析16-26
• 2.1 挖掘机的结构及工作原理16-17
• 2.2 柴油机特性分析17-21
• 2.2.1 柴油机控制原理18
• 2.2.2 柴油机的静态特性18-21
• 2.3 变量泵的特性分析21-24
• 2.4 液压泵与柴油机的功率匹配24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 控制系统硬件电路设计26-46
• 3.1 监控系统总体方案设计26-30
• 3.1.1 监控系统总体结构26-27
• 3.1.2 监控系统功能分析27-28
• 3.1.3 油门控制系统设计28-29
• 3.1.4 监控系统通讯功能设计29-30
• 3.2 主控制器设计30-31
• 3.3 信号采集电路设计31-32
• 3.4 转速测量系统的设计32-35
• 3.4.1 转速测量的方法32-34
• 3.4.2 转速测量的电路设计34-35
• 3.5 显示器与通信系统的设计35-38
• 3.5.1 显示器35-36
• 3.5.2 通信系统的设计36-38
• 3.6 柴油机油门控制模块设计38-44
• 3.6.1 直流电机的工作原理及特性分析38-40
• 3.6.2 直流直线电机的 PWM 控制40-42
• 3.6.3 油门电机及其控制电路42-44
• 3.7 控制器外壳防护及 PCB 设计44-45
• 3.8 本章总结45-46
• 第4章 控制系统软件及算法设计46-62
• 4.1 引言46-47
• 4.2 主控单元软件设计47-52
• 4.2.1 主程序流程设计47-48
• 4.2.2 功能模块程序设计48-52
• 4.3 显示器与通信模块的软件设计52-55
• 4.3.1 显示器图形界面开发52-53
• 4.3.2 GPS 通信系统设计53-55
• 4.3.3 系统其他通讯模块设计55
• 4.4 油门控制单元算法及软件设计55-61
• 4.4.1 数字式 PID 控制55-57
• 4.4.2 PID 控制优化57-58
• 4.4.3 油门控制程序设计58-59
• 4.4.4 自动油门标定59-61
• 4.5 本章总结61-62
• 第5章 挖掘机控制系统的实验研究62-72
• 5.1 实验目的62-63
• 5.2 实验机型及配置、组成63-65
• 5.3 实验测试及结果65-71
• 5.3.1 转速测量电路实验及结果65-66
• 5.3.2 旋钮标定实验66-67
• 5.3.3 自动油门标定实验67
• 5.3.4 油门电机控制与实验67-70
• 5.3.5 参数监控及 GPS 远程实验70-71
• 5.4 本章总结71-72
• 第6章 结论72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76

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