基于arm的液压挖掘机电子节能控制系统研究

1、广西大学 硕士学位论文 基于ARM的液压挖掘机电子节能控制系统研究 姓名：谢国进 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：吴彤峰 20080628 基于A R M 的液压挖掘机电子节能控制系统研究 摘要 本论文从国内外液压挖掘机电子节能应用现状出发，设计液压挖掘机 电子节能控制系统。将“改进的变结构单神经元自适应P I D 控制算法“ 应用 于发动机变量泵的功率匹配控制中，通过仿真表明该算法具有优越性。 由于液压挖掘机有单、双变量泵系统，为了将改进的变结构单神经元 自适应P I D 控制算法应用于不同系统，研究了单、双变量泵与发动机功率匹 配的控制策略。同时为了解决发动机一变量泵功率匹配环节与变量泵一负 载匹配环节之间存在的不协调问题，设计了变量泵一负载匹配系统，依据 操作人员手柄位置信号，控制变量泵输出流量按比例分配到各个负载，实 现液压挖掘机的发动机变量泵一负载的功率匹配。 嵌入式计算机控制系统是当今单片机控制系统的研究热点之一。将嵌 入式系统应用于液压挖掘机的电子节能控制中，选择A R Y 7 系列处理器 L P C 2 2 9 4 作为这个控制器的核心，对液压挖掘机功

2、率匹配电子节能控制器进 行了设计，为液压挖掘机电子节能控制器的研究开发打下了基础。 关键字：液压挖掘机电子节能变结构单神经元控制功率匹配嵌 入式系统 T H ER E S E A R C HO NE L E C T R O N I CE N E R G Y 二S A V D 寸G C O N T R O LS Y S T E MO FH Y D R A U L I CE X C A 气T o R B A S E DO NA R MP R O C E SS O R A BS T R A C T T h ep a p e rd e s i g n sa l le l e c t r o n i ce n e r g y s a v i n gc o n t r o ls y s t e mf o rh y d r a u l i c e x c a v a t o rf r o mt h ec u r r e n ta p p l y i n gs i t u a t i o nh o m ea n da b r o a d A n da p p l i e st h e a l g o

3、r i t h mn a m e d t h ei m p r o v e dv a r i a b l es t r u c t u r eo fP I Dc o n t r o la l g o r i t h m b a s e do ns i n g l en e u r a ln e t w o r k i nt h ep o w e rm a t c h i n gc o n t r o ls y s t e mt ot h e e n g i n ea n dv a r i a b l ep u m p ，s i m u l a t i n gr e s u l t si n d i c a t ei t ss u p e r i o r i t y S i n c et h eh y d r a u l i ce x c a v a t o rh a ss i n g l eo rd o u b l ev a r i a b l ep u m ps y s t e m , i no r d e rt oa p p l yt h a ta l g o r i t h mt

4、 od i f f e r e n ts y s t e m s ，s t u d i e st h ep o w e r m a t c h i n g c o n t r o lt a c t i c sf o re n g i n et os i n g l eo rd o u b l ep u m ps y s t e m A tt h es a m et i m e ，f o r s o l v i n gt h eu n h a r m o n i o u sq u e s t i o nb e t w e e nt h ep o w e rm a t c h i n go fe n g i n ea n d v a r i a b l ep u m pa n dt h em a t c h i n go fv a r i a b l ep u m pa n dl o a d s ，d e s i g n sa m a t c h i n g s y s t e mc o n t r o l l i n gt h eo u t p u tf l u xb yp r o p

5、o r t i o n a la l l o t m e n tt oe a c hl o a d s ， r e a l i z e st h ep o w e rm a t c h i n go fe n g i n ea n dv a r i a b l ep u m pa n dl o a d so nt h e h y d r a u l i ce x c a v a t o r i nt h e o r y E m b e d d e dc o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mi so n eo fh o tr e s e a r c ho fs i n g l e c h i p m i c r o c o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mi nt h en o w a d a y s T h ee m b e d d e ds y s t e mi s a p p l i e dt ot h ee l e c t r o n i cs a v i n g e n e r g ys y s t e

6、 mo fh y d r a u l i ce x c a v a t o r t h e L P C 2 2 9 4o fA R M 7s e r i e sp r o c e s s o ri sc h o s e 弱t h ec o n t r o l l e rc o r e ，a n dt h e s a v i n g e n e r g ym a t c h i n gc o n t r o l l e rh a Sc a r r i e do u td e s i g nt ol a yd o w nb a s i sf o r r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i c e n e r g y - s a v i n gc o n t r o l l e ro fh y d r a u l i c e x c a v a t o r - n K E Y W O R D S ：h y d r a u l i ce x c a v a t o r ；e l e c t r o n i ce

7、 n e r g y - s a v i n g ；v a r i a b l es t r u c t u r e ； s i n g l en e u r a ln e t w o r k sc o n t r o l ；p o w e rm a t c h i n g ；e m b e d d e ds y s t e m m 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：洳1 目舡印9 艿年易月g 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用

8、影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：砷l 虱匙导师签名：吴月；崎厶，眸6 月多日 广西大掌硕士掌位论文基于A R M 的液压挖掘机电子节能控制勇。瓷研究 1 1 课题来源及研究意义 1 1 1 课题来源 柳经通 2 0 0 7 1 0 1 号 1 1 2 课题研究意义 第一章绪论 液压挖掘机是工程机械的主要机种之一，是土石方开挖的主要机械设备，广泛应用 于工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工 程等的机械化施工中。随着我国经济建设的高速发展，特别是国家逐步增加对高等公路、 铁路、住宅和水利设施的投入，挖掘机越来越显示出适应性强、作业效率高等优越性。 据统计，工程施工中约7 0 9 6 左右的土方量由挖掘机来完成 1 】。 据中国工程机械工业协会挖掘机械分会C E M A 中国市场挖掘机实销量统计库统计， 2 0 0 6 年中国挖掘机市场销量历史性地突破4 5 ，0 0 0 台，同比2

9、 0 0 5 年增长5 8 6 。2 0 0 7 年9 月 份总计销售4 ，4 2 1 8 台，较2 0 0 6 年同比大幅增长超过4 1 。液压挖掘机作为工程机械的重 要产品之一，在国内经过2 0 多年的研究发展，从最初由定量泵、控制阀和定量马达组成 的液压系统，发展到变量泵、多功能控制阀和定量马达的液压系统；从最简单直接操纵 控制阀发展到伺服控制系统和电子报警系统，降低了系统的功率损失，提高了挖掘工作 效率。 由于液压挖掘机一般采用柴油机驱动，工作时间长，作业负荷重，消耗大量燃料， 排放大量废气。据统计，发动机输出功率只有2 0 左右变为挖掘机的有效功。除有效功 之外约4 0 损失于液压元件，约2 0 损失于车体和作业装置的运动，约2 0 9 6 损失于节流调 速控制乜3 。为了降低挖掘机的功率损失，国外从上世纪7 0 年代中期就开始将机电一体化 技术应用于挖掘机上。进入8 0 年代后，美、日、德等国在液压系统节能的基础上，纷纷 研制电子节能的液压挖掘机，如日本小松公司开发研制的E O L s S 节能控制器，可使其燃 油节省2 3 ；采用发动机泵复合控制的新型液压挖掘机，其燃油效率提高1 8 左右。 近年来，为了缩短与国外先进电控节能技术的差距，国内许多研究院所和大专院校 基于A R M 的液压挖掘机电子节能控制系统研究 在积极研究节能技术，其节能方法为发动机转速自控系统、工作模式设置系统和溢流阀 溢流控制系统，这些系统使挖掘机在工作中降低了油耗，但是与国外先进技术相比还有 一定的差距。 电控节能技术作为挖掘机机电一体化的一个重要环节，通过计算机对监测到的挖掘 机状态参数进行分析运算，再去控制挖掘机的状态，提高发动机利用率，减小液压系统 功率损失，使动力系统和负载所需功率更好地匹配。通过开发挖掘机电子控制系统可以 解决挖掘机节能技术的瓶颈，降低发动机和液压元件的工作强度，减少系统发热，提高 设备可靠性，降低燃油消耗，从而能产生可观的经济和社会效益，意义非常重大眵】。 1 2 液压挖掘机电控节能技术的发展 1 2 1 国外电控节能技术的研究状况 目前国外各大公司的挖掘机产品均不同程度地配备了电子节能控制系统，如德国 O & K 公司的P M S 系统、L i n k

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