基于模型預(yù)測(cè)的挖掘機(jī)節(jié)能控制技術(shù)研究.pdf

1、液壓挖機(jī)已經(jīng)成了現(xiàn)代工程施工當(dāng)中不可或缺的土石方挖掘工具，大大促進(jìn)了全球經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，然而正是其應(yīng)用廣泛，液壓挖掘機(jī)消耗的能量不可忽視，尤其在當(dāng)前能源危機(jī)，全球倡導(dǎo)節(jié)能減排的大環(huán)境下，對(duì)液壓挖掘機(jī)的節(jié)能技術(shù)的研究顯得尤為重要。另外，由于國(guó)內(nèi)的挖掘機(jī)技術(shù)起步晚，整機(jī)性能相對(duì)于國(guó)外還有著一定的差距，這嚴(yán)重影響了我國(guó)液壓挖掘機(jī)在全球市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。本文以國(guó)產(chǎn)某一型號(hào)液壓挖掘機(jī)為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，深入分析其結(jié)構(gòu)與動(dòng)力系統(tǒng)原理，采用一種新的實(shí)驗(yàn)建模方

2、法，提出一種功率匹配節(jié)能方案，運(yùn)用單神經(jīng)元PID控制算法來實(shí)現(xiàn)控制變量泵排量的目的，通過 SIMULINK仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證控制策略與算法的有效性。本文主要完成的工作如下：
　?。?）從液壓挖掘機(jī)主要能量損失出發(fā)，并綜合比較目前國(guó)內(nèi)外已有的挖掘機(jī)節(jié)能技術(shù)，并介紹了當(dāng)前經(jīng)典節(jié)能液壓系統(tǒng)，深入分析了發(fā)動(dòng)機(jī)與變量泵功率調(diào)節(jié)原理，提出了一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與變量泵的功率匹配控制方案。
　　（2）重點(diǎn)介紹了挖掘機(jī)動(dòng)力組成的關(guān)鍵部分，分析

3、了發(fā)動(dòng)機(jī)與變量泵的工作特性，建立了柴油機(jī)的數(shù)值模型與變量泵調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，并采用計(jì)算機(jī)仿真軟件MATLAB/SIMULINK對(duì)其進(jìn)行仿真，驗(yàn)證模型的實(shí)用性與準(zhǔn)確度。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)液壓挖掘機(jī)強(qiáng)非線性、大時(shí)滯性與時(shí)變性的特點(diǎn)，采用了近幾年在非線性建模運(yùn)用比較廣泛的支持向量機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)建模，從而避免了機(jī)理模型建立過程當(dāng)中過多參數(shù)假設(shè)。建模時(shí)，采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行核參數(shù)與懲罰因子尋優(yōu)，并通過Libsvm工具箱來驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確度

4、。
　?。?）由于常規(guī)PID控制器一般需要豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行參數(shù)整定，在研究過程中難以得到良好的控制效果，本文基于變量泵的預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)挖掘機(jī)閉環(huán)動(dòng)力控制系統(tǒng)采用了單神經(jīng)元 PID控制算法，并采用 MATLAB/SIMULIK計(jì)算機(jī)仿真工具，建立了變量泵控制的仿真模型，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行觀察與分析。
　?。?）對(duì)本文的控制策略與控制算法進(jìn)行實(shí)車實(shí)驗(yàn)。編制節(jié)能控制程序，寫入主控制器 ECU，并根據(jù)研究實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)車實(shí)驗(yàn)，來