旋挖钻机变幅机构的自动控制系统研究

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1、中图分类号噩竖ZUDC62l硕士学位论文学校代码!Q三圣三密级公珏旋挖钻机变幅机构的自动控制系统研究ResearchonAutomaticLuffingSystemofRotaryDrillingRig作者姓名：朱俊霖学科专业：机械工程研究方向：现代工程装备与控制学院(系、所)：机电工程学院指导教师：何清华教授副指导教师：论文答辩日期22凸。s。f乡答辩委员会主席三圣丝中南大学二。一三年五月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表

2、或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：象缆器．日期：赳年』月王日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。期：卫生年』月1目旋挖

3、钻机变幅机构的自动控制系统研究摘要多功能旋挖钻机是一种用于基础工程中成孔作业的现代大型机械装备，在桩径大、钻孔深的灌注桩施工要求下具有明显的性能优势。为保证成孔质量，提高施工效率，缩短不必要的手动变幅时间，本文提出自动变幅功能要求和设计方法，并对钻桅和动臂实时姿态的自动检测、控制、修正过程进行研究。论文运用达朗贝尔原理和拉格朗日方程对旋挖钻机变幅过程进行动力学分析，通过MATLAB搭建动力学模型，求解得到变幅过程中机构运动和负载变化情况，为控制系统分析奠定基础。为保证自动变幅时液压缸动作的协调性，液压系统选用LS控制系统，通过AMESim建立仿真模

4、型，得到不同参数下的系统压力变化和液压缸响应速度情况，为研究系统稳定性和响应性提供了理论依据。设计出以机构的目标姿态(动臂转角p、钻桅倾角f)为输入量，实时姿态为输出量的两个闭环反馈的电液比例控制系统。通过对各个控制环节分析并结合动力学与液压模型仿真结果，搭建控制系统模型，并加入模糊PID控制器。通过仿真发现，加入模糊PID控制器后，系统前期响应较快，后期稳态误差更小，调节过程更加灵活。为保证已经确定的控制方案能够实现，设计满足控制要求的硬件电路并编写完善的自动变幅控制流程。最后，在SWDM一28型旋挖钻机上完成手动变幅实验，通过液压缸载荷曲线验证

5、动力学模型的正确性，通过速度和控制电流曲线验证液压模型的正确性；通过钻桅自动调垂实验，改变控制系统PID参数，验证模糊PID控制方法的合理性；通过控制器功能测试实验，有效验证软硬件设计的可行性。论文搭建了旋挖钻机变幅系统动力学模型、液压仿真模型、控制系统模型，本文不仅为旋挖钻机自动化研究指出了新的研究方向，而且为工程机械变幅系统提供了科学的设计方法。关键词：旋挖钻机；自动变幅；模糊PID；电液比例分类号：TU67；TV53；TP23ResearchOnAutomaticLuffingSystemofRotaryDrillingRigAbstract

6、Multi—functionalrotarydrillingrig，asamodemlarge—scalemachineryandequipmentwithitsgreatadvantageinthel鹕Hiameterpileanddeepdrillingunderboredpilesconstructionrequirements，isusedforholeporeformingoperationsoftheengineering．Fortheensurementoft11epore—formingqualityandtheimprovemen

7、tofconstructionefficiency,reducingunnecessarymanualrangeoftimeisamust．Inthispaper,automaticamplitudefunctionrequirementsanddesigningapproachareestablishedthereal—timeautomaticdetection，control，correctionprocessofthepostureofastandmovablearmarestudied．Themodelsoftherotarydrilli

8、ngrig’SParallelogramsystemofkinematicsbasedontheD’alembert’Sp