液压挖掘机动力总成功率匹配节能控制研究

【摘要】：高效节能已成为当今工程机械产品优化的主题。由于世界能源危机及人们对环保的重视程度逐步升高，也迫切需要我们对液压挖掘机动力总成功率匹配控制技术进行相关研究。但是目前国内对液压挖掘机动力总成功率匹配控制技术与国外相比还有一定的差距，国内生产的液压挖掘机普遍存在着工作效率较低下，系统发热较严重，油温甚至高达80度以上，对系统的可靠性有较大的影响。本文以CN230液压挖掘机为研究对象，以节能减耗为目标，结合相关的现代设计及动力学受力平衡理论，建立了动力总成的数学模型，提出其功率匹配节能方案，采用模糊控制算法进行功率匹配控制，并进行Simulink仿真分析与实车试验研究，达到减少系统能量损失的目的。 本文主要完成的工作如下： （1）对动力总成功率匹配节能控制技术的研究现状和系统能量损失的主要原因进行了分析，并提出了动力总成与负载联合功率匹配控制的方法。 （2）建立了动力总成的数学模型，以发动机转速控制和节能为目的，提出了发动机转速稳定和功率自适应匹配的控制策略。在挖掘机各档位下，通过调节变量泵的排量，实现节能的目的；根据节能控制策略，提出了动力总成功率匹配节能控制方案，通过采用分工况控制和变量泵的恒功率控制来实现功率的最佳匹配。 （3）建立了液压挖掘机动力总成联合开环控制系统数学模型，并对液压挖掘机动力总成联合开环控制系统进行了稳定性判定。通过对BODE图的分析表明动力总成联合开环控制系统是不稳定的，从而采用模糊控制算法来对动力总成闭环功率匹配进行研究，并设计了变量泵模糊控制器。 （4）采用Simulink软件建立了动力总成功率匹配控制系统的仿真模型，并对仿真模型进行了模拟加载分析，验证其控制算法的可行性。 （5）编制了节能控制系统的控制软件，将控制算法写入主控制器ECU中，并在液压挖掘机上进行了实车试验。模拟仿真和实车试验表明，采用该节能控制算法后，降低了发动机的耗油量，使发动机转速能稳定在目标转速附近，减少了能量损失。 【关键词】：液压挖掘机 动力总成 数学模型 Simulink仿真 节能控制
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 液压挖掘机系统及能量损失分析10-11
• 1.2.1 液压挖掘机简介10
• 1.2.2 液压挖掘机能量损失分析10-11
• 1.3 功率匹配节能控制技术发展现状11-13
• 1.3.1 功率匹配节能控制技术国外发展现状11-12
• 1.3.2 功率匹配节能控制技术国内发展现状12-13
• 1.4 功率匹配节能控制技术发展趋势13
• 1.5 本文研究的主要内容13-15
• 第2章 液压挖掘机动力总成的特性及建模分析15-28
• 2.1 发动机的工作特性分析15-16
• 2.2 发动机数学模型建立16-22
• 2.2.1 发动机稳态数值模型16-17
• 2.2.2 发动机动力学模型的建立17-18
• 2.2.3 油门调节拉杆的位置计算模型18-19
• 2.2.4 发动机动力学模型19-22
• 2.3 变量泵排量调节装置数学模型的建立22-25
• 2.3.1 液压缸活塞杆行程对伺服阀阀芯位移的传递函数22-24
• 2.3.2 伺服阀的传递函数24-25
• 2.4 变量泵特性分析及数学仿真模型建立25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 液压挖掘机节能控制技术及功率匹配方案分析28-39
• 3.1 液压系统节能控制方法的分析28-30
• 3.1.1 正流量控制28
• 3.1.2 负流量控制28-29
• 3.1.3 负荷传感控制29-30
• 3.2 动力总成功率匹配控制策略30-36
• 3.2.1 动力总成功率匹配原理30-31
• 3.2.2 动力总成功率匹配控制策略31-36
• 3.3 动力总成功率匹配节能控制系统方案36-38
• 3.3.1 功率匹配节能控制系统的组成36
• 3.3.2 液压挖掘机的分工况控制36-37
• 3.3.3 变量泵的恒功率控制37-38
• 3.3.4 发动机的自动怠速控制38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 液压挖掘机动力总成稳定性及控制算法研究39-50
• 4.1 动力总成联合开环控制仿真分析39-40
• 4.2 模糊控制技术概述40-41
• 4.2.1 模糊控制的基本原理40-41
• 4.2.2 模糊控制器的基本结构41
• 4.3 变量泵模糊控制器的设计41-47
• 4.3.1 模糊控制器的结构选择42
• 4.3.2 模糊控制器的语言变量42-43
• 4.3.3 隶属度函数的确定43-44
• 4.3.4 模糊控制推理规则的确定44-46
• 4.3.5 模糊关系矩阵的计算46
• 4.3.6 去模糊化46-47
• 4.4 功率匹配节能控制系统的仿真47-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 节能控制系统试验研究与结果分析50-56
• 5.1 试验目的及内容50
• 5.2 试验样机配置及控制系统结构组成50-52
• 5.3 试验样机节能控制系统软件设计52
• 5.4 试验过程与结果分析52-55
• 5.4.1 试验测试条件52-53
• 5.4.2 功率匹配控制算法验证试验及结果分析53-54
• 5.4.3 发动机油耗试验及结果分析54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 总结与展望56-57
• 参考文献57-60
• 附录 A 油门标定主程序60-62
• 附录 B 变量泵控制器功率匹配主程序62-64
• 附录 C 油门控制主程序64-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士期间所发表的论文与参与的科研项目66

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

液压挖掘机模糊节能控制策略及实验研究    赵丁选;尚涛;张红彦;国香恩;

液压挖掘机节能系统的控制策略    尚涛,赵丁选,肖英奎,国香恩,金立生

液压挖掘机功率协调控制节能系统研究    常毅华;何清华;郝鹏;

PLC在液压挖掘机中的节能应用    张栋;吴婷;汪烨;

液压挖掘机区间功率匹配控制    纪云锋,陈欠根,吴晓健,何清华

液压挖掘机节能技术的发展综述    任小青;

智能化挖掘机控制系统的研究及应用    戴群亮,贾培发,黄旭就,章二平

液压挖掘机功率匹配与动力源优化综合控制策略    王冬云;管成;潘双夏;林潇;

模糊综合法评价液压挖掘机性能探讨    丁健民,王敏,靳学明

液压挖掘机发展概况    田奇,马鹏飞

液压挖掘机点检初探    陈学因;符燕秋;

基于能量回收再利用的液压挖掘机回转系统节能研究    姜继海;于斌;于安才;沈伟;

液压挖掘机作业过程预测控制方法研究    郭刚;黎波;张宏梅;罗文兴;

PC400液压缸损坏的原因及预防措施    吴武飞;

液压挖掘机工作装置轨迹模糊控制方法    郭刚;黎波;张宏梅;罗文兴;

液压挖掘机与国家基本建设    丁家声;

液压挖掘机在矿山应用的对比分析    周志雄;王珍涛;王卓;

大直径深立井安全快速施工技术探讨    杨焕友;马运明;吴悦光;

混合动力系统在液压挖掘机上的应用研究    肖清;王庆丰;林添良;胡宝赞;龚文;

复杂地质条件下的深立井施工技术探新    江军;程志彬;

电动液压挖掘机前景向好    MEB 记者 谭思敏

国产200吨液压挖掘机下线    卜政铭

北方重汽进军液压挖掘机市场    商立今

液压挖掘机需求将加大    

卡特彼勒推出320C液压挖掘机    田野

液压挖掘机    雨 森

玉柴重工外观设计等三项专利获国家授权    姚健

液压挖掘机制造的节能趋势    龚纪强

液压挖掘机2002年度销量增幅57.3%    谢慧

国产液压挖掘机已属世界一流水平    陈正利

具有可停缸动力系统的液压挖掘机功率匹配及节能研究    杨敬

液压挖掘机并联式混合动力系统控制策略研究    林潇

混合动力液压挖掘机势能回收系统的基础研究    林添良

液压挖掘机动臂下降势能回收技术研究    陈明东

液压挖掘机节能控制技术的研究    高峰

基于功率匹配的挖掘机节能控制技术的研究    张栋

混合动力挖掘机动力总成及参数匹配方法研究    王冬云

液压挖掘机作业及行走系统节能控制研究    尚涛

基于液压式能量回收的挖掘机动臂节能研究    张树忠

液压挖掘机振动掘削机理及其过程优化建模与智能控制策略研究    朱建新

液压挖掘机动力总成功率匹配节能控制研究    余浩

液压挖掘机功率匹配研究    蔡登胜

液压挖掘机动力系统功率匹配控制技术研究    刘学良

基于功率匹配的液压挖掘机节能模糊控制技术研究    牟春燕

基于全局功率匹配的液压挖掘机节能控制系统研究    刘建旺

基于电喷发动机的液压挖掘机动力系统节能控制研究    关秀雨

液压挖掘机混合动力系统建模及控制策略研究    龚俊

液压挖掘机回转装置节能研究    付亚超

基于电液比例技术的液压挖掘机控制系统研究    冯雨萌

基于DSP的液压挖掘机功率匹配节能控制系统的研究    吴志强