多功能钻机电控系统研究

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2、指导教师：高文中教授二○一五年一月BJ1X1'-En11JfJt:JJX:*o~llt?JT~Q,~~TX!=f*~3Jrj:1JD~;fffitEjfD3&i~t8{]:!:ill:1J>'~,ii:Xtf/G~13:JtfiRAB~.2:1t~!l)t1~~:118"1liJf~$:~,ill/F'E1~7v~m~*~~m*~~~~ft~m~~~@~hl~~~mtt~MMo~ft-~I~~~~~*~~mM~ffW~~~B~~~~*T~l]jijB"JiJlH)j9t-::tz7FTijt~0*A~~TM~~a~m**~~~m,~m~~~x~m~,

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4、入了新的快速发展阶段，其中公路和铁路建设需要穿越大量隧道。在隧道施工中常会发生围岩变形塌方、涌突水、瓦斯爆炸等严重地质灾害，造成重大人员伤亡和财产损失。通常的解决办法是采用钻机超前钻探，进行地质预报。电控系统是钻机的重要组成部分，因此研究多功能钻机电控系统，对提高钻机自动化水平和保证施工安全具有重要意义。本文主要设计了多功能钻机的油门控制电路、电源电路、启动电路、监控电路、安全保护电路、液压锁电路、预热电路、水泵控制电路及遥控电路，重点研究了油门控制电路。分析了多功能钻机油门系统的组成结构和工作原理，建立了控制系统数学模型，并进行了仿真研究，结果表明

5、：系统稳定，但存在振荡、超调和稳态误差，需进行控制策略研究。首先采用经典PID控制算法，经PID参数整定后，消除了系统稳态误差、调整时间缩短，但仍然存在超调，不能满足系统在不同工况下稳定运行的要求，进而提出了模糊控制策略研究。设计了模糊PID控制器，分析了系统在阶跃和方波输入信号下的响应曲线，同时进行了系统优化。经数字仿真证明：模糊PID控制器的效果优于经典PID控制器，并能实现参数在线调整，满足了设计要求。设计了以PLC为核心的硬件控制电路、传感器电路和相关接口电路，编写了系统控制软件程序和触摸屏程序，给出了程序流程框图。搭建了油门控制实验系统，对

6、系统程序在软件和实验环境下进行了运行、调试和优化，完成了实验和设计任务。仿真和部分实验证明本文设计的油门电控系统性能可靠，运行稳定，可应用于钻机电控系统。关键词：钻机；电控系统；步进电机；PID控制；模糊控制；PLCAbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofthenationaleconomy,thetrafficconstructionhasenteredanewstageofrapiddevelopment,therailwayandhighwayconstructionneedstotraverseala

7、rgenumberoftunnel.Thetunnelconstructionoftenoccursthecollapseofsurroundingrockdeformation,watergushing,gasexplosionandotherseriousgeologicaldisasterswhichcausesheavycasualtiesandpropertylosses.Theusualsolutionistoadoptadvanceddrillingrig,geologicalforecast.Electriccontrolsystem

8、isanimportantpartofdrillingrig,sotheresearchonelectron