基于模型预测的挖掘机节能控制技术研究

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1、学校代码10530学号201230071594分类号TH132密级硕士学位论文基于模型预测的挖掘机节能控制技术研究学位申请人夏领林指导教师刘金刚副教授学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向机电液传动与控制二〇一五年六月Studyonexcavatorenergy-savingcontroltechnologybasedonmodelpredictionCandidateXiaLinglinSupervisorAssociateProfLiuJingangCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMechanicEngineeringSpec

2、ializationElectromechanicalEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune，2015湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡。献的个人和集体，均已在文中明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。如：作者签名：星聋皆林日期ｒ年月《曰学位论文版权使用授权书

3、本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可［＾采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名０牌＾月《日：日期；＞？导师签名：曰期：年月曰＾全、咐＾ｙ湘潭大学硕士论文摘要液压挖机已经成了现代工程施工当中不可或缺的土石方挖掘工具，大大促进了全球经济建设发展，然而正是其应用广泛，液压挖掘机消耗的能量不可忽视，尤其在当前能源危机，全球倡导节能减排的大环境下，

4、对液压挖掘机的节能技术的研究显得尤为重要。另外，由于国内的挖掘机技术起步晚，整机性能相对于国外还有着一定的差距，这严重影响了我国液压挖掘机在全球市场上的竞争力。本文以国产某一型号液压挖掘机为实验研究对象，深入分析其结构与动力系统原理，采用一种新的实验建模方法，提出一种功率匹配节能方案，运用单神经元PID控制算法来实现控制变量泵排量的目的，通过SIMULINK仿真分析与实验研究验证控制策略与算法的有效性。本文主要完成的工作如下：（1）从液压挖掘机主要能量损失出发，并综合比较目前国内外已有的挖掘机节能技术，并介绍了当前经典节能液压系统，深入分析了发动机与变量泵功率调节原理，提出了一种柴油发动机

5、与变量泵的功率匹配控制方案。（2）重点介绍了挖掘机动力组成的关键部分，分析了发动机与变量泵的工作特性，建立了柴油机的数值模型与变量泵调节结构的动力学模型，并采用计算机仿真软件MATLAB/SIMULINK对其进行仿真，验证模型的实用性与准确度。在此基础上，针对液压挖掘机强非线性、大时滞性与时变性的特点，采用了近几年在非线性建模运用比较广泛的支持向量机进行实验建模，从而避免了机理模型建立过程当中过多参数假设。建模时，采用粒子群优化算法对预测模型进行核参数与惩罚因子寻优，并通过Libsvm工具箱来验证模型的准确度。（3）由于常规PID控制器一般需要丰富的实际经验来进行参数整定，在研究过程中难以

6、得到良好的控制效果，本文基于变量泵的预测实验模型，对挖掘机闭环动力控制系统采用了单神经元PID控制算法，并采用MATLAB/SIMULIK计算机仿真工具，建立了变量泵控制的仿真模型，并对仿真结果进行观察与分析。（4）对本文的控制策略与控制算法进行实车实验。编制节能控制程序，写入主控制器ECU，并根据研究实验方案进行实车实验，来对比模拟仿真结果与实车实验效果。实验结果表明，采用本文所提出的控制策略与控制算法，能及时调节变量泵排量控制电流，达到稳定发动机转速，降低油耗的目的。关键词：液压挖掘机；数学模型；功率匹配；Simulink仿真；节能技术；I湘潭大学硕士论文AbstractHydraul

7、icexcavatorhasbecomeanintegralpartofminingtoolsinmodernengineeringconstruction,whichgreatlypromotedthedevelopmentoftheglobaleconomy.Becauseitiswidelyapplied,sotheenergyconsumptionofhydraulicexcavatorcannotbeignor