液压钻机节能控制系统研究

【摘要】：本文主要针对国内现有的以柴油机为动力机的液压钻机普遍存在的载荷变化大、工作环境恶劣而引起的功率利用率低，效率低下等突出问题，以提高液压钻机的功率利用率、降低能耗损失为目的，围绕液压钻机节能控制的理论与试验进行研究。主要内容如下： 1．综述 讲述了进行液压钻机节能课题研究的目的和意义。全面分析了液压钻机能量损失的原因。指明我国钻机节能研究普遍落后于发达国家，说明了进行液压钻机节能研究的必要性和可行性。 2．分工况动力模式控制系统 分析了造成液压钻机能量损失的三种主要原因。论述了发动机的工作特性，阐明了发动机与变量泵的匹配原则。提出了新的动力模式控制系统及节能控制理论，以此作为本文液压钻机节能控制系统的理论依据和研究方向。 3．控制系统硬件设计 以提出的液压钻机节能控制理论为指导，进行了节能控制系统的硬件设计，主要包括发动机控制、变量泵控制（主控部分）、传感器、功率放大以及执行器等几个部分。 对于发动机控制部分，详细讲述了采用位置闭环控制的发动机电控单元的几个主要组成部分：微控制器、隔离电路、功率放大电路、油门执行器和信号调理电路等。阐明了各部分的实现原理、功能及硬件电路的组成。 对于变量泵控制部分（主控部分），采用了转速感应闭环控制。本部分作为系统最重要的组成部分，将其分为：计算机主机系统、输入输出模/数（数/模）转换系统、加载系统、变量调节系统、压力测量系统与信号放大环节以及转速测量系统等多个系统进行了详细的阐述，并说明了各部分的功能、原理以及所用电路的组成。 4．节能系统算法研究与软件开发 介绍模糊控制的理论基础，根据液压钻机的作业情况和液压钻机的系统特点，首先根据常规使用的模糊控制查表法，得出控制过程中使用的查询表格。最后根据转速误差和误差变化率在不同的状态下所需要的不同加 WP=94 权量，利用带智能权函数的解析描述型模糊控制规则的理论，根据发动机转速的变化来动态调整泵的排量，从而改变泵的吸收扭矩，实现泵和发动机的功率匹配控制，不但使变量泵的排量根据负载的变化而改变，同时达到稳定发动机转速的目的。 说明了在控制系统中如何选择采样周期（香农采样定理）。建立了油门控制系统的数学模型，推导了油门控制系统的传递函数，借助于Matlab研究了油门控制系统开环传递函数的根轨迹及其对阶跃信号的响应，指出系统的不稳定性。提出在系统的开环传递函数前加上串联校正，以获得满意的动态特性与静态特性。 详细阐述了目前工业控制中普遍应用的PID闭环控制系统，说明了位置式PID和增量式PID的计算机实现原理及方法，同时指出了系统控制性能评价指标，阐述了普通的PID控制方法的局限性，提出了基于普通PID控制方法的积分分离PID控制方法。 5．节能控制系统台架试验 阐明了钻机节能试验的目的及试验测试的内容，介绍了节能控制试验台的构成及试验中使用的仪器，阐述了试验中使用的软件、数据处理及抗干扰的方法。详细叙述了控制系统执行机构主要是油门执行机构及液压泵变量执行机构的检验试验、测量系统的可靠性检验及各物理量的标定试验及钻机节能控制系统性能试验所使用的软件及各项试验的试验结果。在钻机节能控制系统性能试验中，通过电控溢流阀给变量泵加载来模拟钻机实际工作过程，性能试验证明了本文所提出的理论及所采用的方法的可行性和可靠性。 总之，文中提出的全液压钻机节能理论和方法可行，建立的钻机节能控制系统能够完成对系统的实时检测与控制。这对于提高我国液压钻机的自动化程度、提高动力性与经济性、市场竞争力及节约能源，都具有十分重要的理论意义和应用价值。 【关键词】：液压钻机 变量泵 节能 模糊控制 单片机 转速控制 位置控制 继电自整定 柴油机 经济性
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：P634.31
【目录】：

• 第一章 绪 论9-17
• 1.1 液压钻机节能的目的和意义9-10
• 1.2 国内外液压钻机的发展水平10-12
• 1.2.1 国内发展水平10-11
• 1.2.2 国外发展水平11-12
• 1.3 工程机械节能控制系统的发展现状12-16
• 1.3.1 非电控节能装置12-14
• 1.3.2 电子控制节能装置14-16
• 1.4 本文所要完成的任务16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 液压钻机系统分析及节能控制方案17-30
• 2.1 液压钻机系统简介17-21
• 2.1.1 定量系统17-18
• 2.1.2 变量系统18-20
• 2.1.3 系统功率比较20-21
• 2.2 液压钻机能量损失分析21-24
• 2.2.1 机械损失21-22
• 2.2.2 液压油的压力损失22
• 2.2.3 液压油的流量损失22-23
• 2.2.4 发动机和泵匹配时的能量损失23-24
• 2.3 液压钻机的功率匹配原则与节能原理24-27
• 2.3.1 发动机的工作特性24-25
• 2.3.2 发动机和变量泵的匹配原则25-27
• 2.4 液压钻机节能控制方案的提出27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 节能控制系统硬件设计30-53
• 3.1 发动机油门电控单元设计30-39
• 3.1.1 发动机油门电控单元的组成30-31
• 3.1.2 微控制器的选择与设计31-33
• 3.1.3 油门执行器的选择与研究33-35
• 3.1.4 PWM控制的研究与应用35-36
• 3.1.5 光电隔离及波形变换电路的设计36-38
• 3.1.6 功率放大电路的设计38-39
• 3.2 主控单元的设计39-52
• 3.2.1 主控单元的组成40
• 3.2.2 液压泵变量调节系统40-46
• 3.2.2.1 电控变量泵41
• 3.2.2.2 比例控制器41-46
• 3.2.3 加载系统46-47
• 3.2.4 信号的采集与输入、输出转换系统47-52
• 3.2.4.1 信号的测量与放大47-49
• 3.2.4.2 转速信号的测量49-50
• 3.2.4.3 输入输出信号转换系统50-52
• 3.3 本章小结52-53
• 第四章 节能系统算法研究及软件开发53-76
• 4.1 主控制系统53-61
• 4.1.1 模糊控制理论53-55
• 4.1.2 电子节能控制系统中模糊控制器的设计55-56
• 4.1.3 模糊控制器的语言变量56
• 4.1.4 精确量的模糊化56-58
• 4.1.5 模糊控制规则的确定及模糊关系矩阵的计算58-61
• 4.1.6 模糊输出量的精确化61
• 4.1.7 模糊控制表的获取61
• 4.2 油门控制系统算法及软件设计61-75
• 4.2.1 采样周期的选取62-63
• 4.2.2 油门执行器模型的建立63
• 4.2.3 油门执行器传递函数的推导63-66
• 4.2.4 油门控制器控制算法的研究66-68
• 4.2.5 系统控制性能评价指标68-69
• 4.2.6 积分分离PID控制算法69-71
• 4.2.7 继点自整定控制算法71-75
• 4.3 本章小结75-76
• 第五章 节能控制系统试验及结果分析76-87
• 5.1 试验目的76
• 5.2 实验内容76-78
• 5.3 液压钻机节能控制试验台结构78
• 5.4 试验所用仪器78
• 5.5 测试系统可靠性检验78-82
• 5.5.1 系统抗干扰方法78-80
• 5.5.1.1 硬件抗干扰措施78-79
• 5.5.1.2 软件抗干扰措施79-80
• 5.5.2 测量系统各物理量的标定试验80-82
• 5.5.2.1 转速的测量和标定80-81
• 5.5.2.2 压力的测量和标定81-82
• 5.6 钻机节能控制试验使用的软件82
• 5.7 钻机节能控制系统性能试验82-85
• 5.8 试验结果85-86
• 5.9 本章小结86-87
• 第六章 结论87-89
• 6.1 研究工作总结87-88
• 6.2 继续研究方向88-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-93
• 摘要93-95
• Abstract95-98

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

全液压钻机节能模糊控制系统研究    王庆安;常绿;

新型全液压多功能锚杆钻机关键技术的研究    贺立军

履带钻机负载敏感液压系统的研究    宋海涛

某深孔岩心钻机顶驱液压系统的设计和分析    高杉

柴油机模糊自校正PID控制器    曹恒,孙宝元,段军,潘大德,李天福

也谈开发硬件中断虚拟驱动程序    张雄飞 ,刘平

工程机械分布式计算机控制系统    储伟俊,陈明宏

液压传动动力机械节能控制系统    鄂卓茂,谭彧,刘兆峰,韩向彪

微机在工业应用中的抗干扰措施    唐锦全;

Windows环境下工控软件人机界面的开发    田涛,经宁,潘俊民

Win9x下高速数据采集技术及应用    李训铭,王崇骏,沈琦

转台测角系统的Windows98驱动程序设计    滕飞,马广程,王常虹

柴油机调速系统的数学模型    黄曼磊,唐嘉亨,郭镇明

WINDOWS系列平台下的实时控制研究    张正勇,熊清平,李作清

覆膜机在开发彩涂家电板中的应用    李伟;

气辅技术的注气控制系统设计    匡唐清,柳和生,周国发,赖家美

双坐标容册数显机床标尺单片机智能接口    吴艳文

PSS和SVC对电压稳定性的影响    王慧敏,郭伟

基于DSP的远程视频监控系统的研究和实现    杨凡;李祥;涂军;

家居安防系统监控主机的设计与实现    熊慧萍;陈发堂;陈东生;李江华;

多功能报警系统设计与实现    陈美銮;李丰丽;孟庆霞;李洪伟;

自动跟踪系统在二次烟尘浓度测试中的应用    于丽艳,郝清波

工控机在预熔颗粒保护渣物料配比中的应用    汤伟

基于单片微机测控系统中的数字滤波技术研究    华贵山;

基于AMESim的B型液压半桥与液压系统仿真    李艳杰;张昱;

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;

多通道分布式应力应变测试系统在某体育馆钢结构施工过程中的应用    严勇;周仕仁;张立华;

二自由度交流磁轴承参数自整定模糊PID控制器研究    王雷;朱熀秋;陈艳;

拖拉机智能导航转向控制方法研究与应用    王泷;刘刚;刘兆祥;孟庆宽;刘寅;杨飞;

阻尼不相似动响应模型的修正方法研究    张玉杰;李斌;

复合材料与结构的力学性能测试技术及“复合材料力学”课程教学    沈观林;

滑阀矩形节流槽阀口的流量系数    冀宏;张继环;王东升;张玮;刘小平;

内含流量闭环的新型先导比例方向阀    权龙;许小庆;闫政;张晓俊;

带有高速开关阀的先导式电/气比例阀仿真分析    姚蘅;王涛;范伟;彭光正;

基于ARM的双丝脉冲MIG高速焊分布式控制系统的研究    张红兵

高压气动比例减压阀的结构优化与特性研究    徐志鹏

大流量高响应电液比例阀的设计及关键技术研究    傅林坚

新型可编程电液比例控制器关键技术研究    聂勇

液压挖掘机并联式混合动力系统控制策略研究    林潇

负载口独立电液比例方向阀控制系统关键技术研究    刘英杰

大功率机车柴油机时间控制式燃油喷射控制系统研究    王苏敬

双离合器式自动变速器控制品质评价与优化    张建国

射流管式水压电液伺服阀研制及特性研究    李如平

硫化镍矿选矿过程模型及优化策略研究    王云峰

基于模糊PID控制的呼吸机压力控制研究    冯小冬

基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究    杨亮

带流量稳定器的先导式比例减压阀设计研究与特性分析    郑珊珊

基于液压制动行星调速软起动系统的研究设计    岳光亮

基于单片机与FPGA的单相程控功率源研究    梁育雷

带式输送机起动制动一体化自动控制系统的研究    苏鹏

基于PJR-2X型喷浆机器人的开放式算法平台研究与设计    刘鲁艳

基于运动控制的虚拟样机技术的研究    杨列坤

基于ARM9的机器人远程控制系统研究    刘强

BP神经网络研究与硬件实现    李安新

基于COSMOS/Works的构件静强度与刚度分析    孙德华

冲击凿入系统入射波形与凿入效率的研究    单仁亮，杨永琦，赵统武

我国预应力岩土锚固技术的现状与发展    苗国航

锚杆钻机的发展与应用    邓敏;

钻机双夹持器的设计与分析    万军;王艳华;陈骞;李军;刘楠琴;

负载敏感系统测试及特性分析    郝鹏;何清华;张大庆;

负荷传感控制液压系统    董光源

液压系统负载感应控制与节能    彭玉洁,曹玉平,阎祥安,张青,李福顺

AMESim软件的特征及其应用    秦家升 ,游善兰

考虑管路效应的负载敏感泵动态特性分析    孔晓武

液压挖掘机节能控制技术的研究    高峰

液压挖掘机作业及行走系统节能控制研究    尚涛

带长管道的负载敏感系统研究    孔晓武

高精度水平锚索技术研究及在三峡工程中的应用    孙志峰

岩土力学参数数据库的开发与取值研究    刘春

钻机负载自适应液压控制系统的研究    胡志坚

节水型回转冲击钻具结构设计与钻进机理研究    卢春华

岩土锚固工程中若干问题的研究    陈国周

液压锚杆钻机设计研究    杨善国

2000米全液压岩心钻机液压系统工作效率及热平衡分析    张旭

全液压钻机电液比例技术的应用研究    庞海荣

液压挖掘机动力系统的节能控制研究    纪云锋

电液比例负载敏感径向柱塞变量泵控制的研究    刘榛

基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究    刘海丽

电液比例负载敏感控制变量柱塞泵技术研究    王进军

大型履带起重机回转液压系统仿真研究    张明辉

基于并行工程的300M全液压工程钻机的研究与设计    朱明星

全液压顶驱石油钻机模型数字样机研究    刘振东

基于COSMOS/Works的龙门起重机金属结构的整体静态性能分析及结构细节设计的研究    林伟华

液压修井机节能技术    杜世超;

基于AMESim的液压机械手负载敏感系统仿真研究    王光磊;同志学;张战平;韩应飞;

新型液压多功能钻机关键技术的研究    刘广明;

液压修井机的节能技术    杨志远;冯定;柳进;李寿勇;

林木联合采育机执行机构与液压系统研究    沈嵘枫

潜孔钻机推进回转自适应系统模糊控制研究    郭艳

平地机工作装置负载敏感系统研究    雷珊

水平定向钻机分工况作业规律及其控制策略研究    朱辉

某深孔岩心钻机顶驱液压系统的设计和分析    高杉

高空作业车上车工作装置液压系统节能研究    曾燕

基于负载敏感理论的注塑机节能系统研究    刘军

WX600型水平定向钻节能技术研究    刘晓宏

12000Nm全液压坑道钻机动力头设计与仿真    石璐

150kNm旋挖钻机液压系统仿真与实验研究    李兆凯

掘进机液压系统动态特性分析    崔闯

基于工控机的位置控制系统的实现    朱德森,石胜林,敖银辉

WIN95下虚拟设备驱动程序设计开发    刘其锋

国外机电一体化技术在液压挖掘机上的应用    周明龙

高速开关阀及其应用    米智楠,朱钒,易孟林,曹树平,胡庆超

Windows工业控制应用探讨    黄晓勇,陈超,张侃瑜,周兆敏

基于Windows95平台的实时控制技术    裴景玉

柴油机燃油喷射系统磁电式执行器的控制    于在河,刘富,李元春

Windows作为实时控制环境的探讨    谢庆国,顾宏,杨建华,刘英敏

Windows98环境下数据实时采集方案的研究    林岚,徐邦荃,周云波,江小平

Windows下高精度定时的实现    洪锡军,李从心

一种全液压钻机进给系统的设计与应用    龙培;胡军科;

芬兰的地质勘探钻进    И.С.Афанасьев;В.Н.Лебедев;朱栋梁;

无卷扬机液压缸升降式钻机    夏志明;杨宝鑫;李冰;刘晓鹏;薛军;

彬长矿区洛河组地层煤田钻探常见孔内事故原因分析与对策    赵让乾;张晓延;卢敦华;

改进的全液压钻机模糊PID节能控制策略    张红彦;赵丁选;郑午;艾学忠;

石油物探钻机自动调节装置    金长星;

HL—30型液压钻机在施工中的应用    贺挨扬

文摘与零讯    鸣午

软煤层螺旋钻进工艺参数的配置探讨    刘卫亮;

试谈岩心钻探技术的现代化    杨春发

ZJS型智能型煤矿用液压钻机性能检测装置的研制    李宝存;

负载敏感控制在液压钻机中应用    周雄;朱新才;李良;

ZRZ-290/260型乳化液液压钻机在防突工作面的应用    樊胜强;杨俊青;钟新春;刘尚涵;马红茹;

金刚石薄壁钻技术的发展与展望    张所邦;周玉龙;

液压钻机在水电工程中的应用前景    蔡启光

踏平坎坷成大道    张新东 杨鹏辉 梁炜

夺标立志创辉煌    吴秋凤　通讯员　贾庆云

回顾与展望    本报记者 贺晓苹

武警水电部队鏖战三峡筑起“世纪闸门”    方金勇、记者 刘彦军

龙滩：挖好基坑好筑坝    记者 贝为超 通讯员 张重汶 潘炳康 吕小平

大营救中显身手    高峰

金凤引来百鸟鸣    张贵付

寨上预计探获金资源量超百吨    李公安 彭永宏 闫建铭

山东局机械厂保持经济平稳较快发展    尹鹏

液压钻机信号采集与故障诊断系统的研究    张明哲

IDS-8000钻进实验台联合统调与实验规范研究    杨国巍