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装载机智能控制系统研究

作　者: 李海洋
导　师: 刘杰
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 轮式装载机电液比例控制自动换档变速箱油门开度控制神经网络 PLC
分类号: TH243
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

当前,装载机正面临着操纵和控制的改革,电子化、自动化、机器人化是装载机更新换代的发展方向。我国装载机的发展必须与国际接轨,为了提高我国装载机在国际市场上的竞争力,必须加快装载机的机器人化和智能化方面研究。本论文从智能机器人的思想出发,研究了机器人化装载机的控制问题,引用了施小博等人提出的基于行为的控制方法。认为这种控制方法能够满足装载机复杂的工作环境。并对这种控制方法的实现过程进行改进,即采用几个并联的神经网络代替一个多输入多输出的神经网络,提高训练精度和运算速度。本文还将文中提到的模糊控制方法进行了MATLAB仿真。选定控制方法以后,接着对装载机进行改造,使得改造后的装载机可以适应这种新的控制方法。改造内容如下：(1)工作装置及其液压系统改造对装载机的工作装置建立运动学和动力学模型,分析了工作装置的运动特点,并且应用VC++语言编写了装载机运动学仿真图形。工作装置液压系统的改造主要是对高速开关电磁阀的应用。本论文根据以往的研究成果提出用高速开关电磁阀作为先导阀来控制多路阀阀芯位移,最终控制工作液压缸的伸缩。转向液压系统的改造也是依据此方法。(2)传动系统改造首先对传动系统进行介绍,然后对自动换档变速箱的换档规律进行研究。本文首次提出了基于神经网络的五参数换档规律。为了改善换档品质,提出了用数字开关电磁阀控制进入变速箱离合器的油压。(3)油门控制系统的改造市场上的线控油门控制系统价格昂贵,本文根据装载机的特殊控制要求,提出了用PLC、步进电机、离合器、油门踏板和角度传感器组成油门开度控制系统。(4)基于S7系列PLC的高速开关电磁阀控制方法的研究及传感器选用利用该型号PLC的高速输入输出等功能,组成PID闭环控制系统,控制高速开关电磁阀控制口的压力和流量,最后控制液压缸的伸长量。文章以其中一个液压缸的控制为例进行介绍。选取了智能装载机所需要的一部分传感器。本论文吸收和引用大量关于装载机的研究成果,进行优化组合,并且提出了很多自己的观点。为装载机的机器人化和智能化研究提供了整体改造思路。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 研究的目的及意义  10
  1.2 装载机的发展简史  10-11
  1.3 国内外装载机的发展现状与趋势  11-15
    1.3.1 国外装载机的发展现状与趋势  12-13
    1.3.2 国内装载机的发展现状及趋势  13-15
  1.4 课题背景及工作简介  15-16
第2章装载机智能控制原理  16-23
  2.1 装载目标规划方法  16-20
    2.1.1 有限状态机理论  16-17
    2.1.2 装载目标分解机制  17-20
  2.2 装载机智能控制系统组成  20-21
  2.3 控制系统结构  21-23
第3章状态识别和动作执行  23-39
  3.1 基于神经网络的状态识别  23-30
    3.1.1 基于神经网络的状态识别原理  23-24
    3.1.2 神经网络的输入输出  24-26
    3.1.3 训练神经网络  26-30
  3.2 基于模糊控制理论的动作执行  30-39
    3.2.1 模糊控制的基本原理  30-32
    3.2.2 基于模糊控制的铲斗动作的执行  32-39
第4章装载机工装系统分析及其液压系统改造  39-56
  4.1 装载机及其工装系统简介  39-41
    4.1.1 装载机简介  39-40
    4.1.2 装载机工装系统  40-41
  4.2 装载机工作装置运动学动力学分析  41-45
    4.2.1 运动学分析  41-44
    4.2.2 动力学分析  44-45
  4.3 电液比例控制技术及其在装载机中的应用  45-51
    4.3.1 电液比例技术发展概况  45-46
    4.3.2 电液比例阀的类型和特点  46-47
    4.3.3 电液比例控制技术的工作原理  47-48
    4.3.4 电液比例方向阀工作特性  48-49
    4.3.5 电液比例方向阀流量控制  49-51
  4.4 装载机工作装置液压系统改造  51-56
    4.4.1 装载机工作装置液压系统介绍  51-52
    4.4.2 液压系统改造  52-56
第5章装载机动力传动系统及其换档规律研究  56-73
  5.1 装载机动力传动系统简介  56-64
    5.1.1 发动机性能特性  57-61
    5.1.2 液力变矩器  61-62
    5.1.3 动力换档变速器  62-64
  5.2 装载机多参数换档规律研究  64-73
    5.2.1 牵引特性曲线的获得及换档点的确定  64-65
    5.2.2 装载机自动变速换档规律介绍  65-66
    5.2.3 装载机多参数换档规律的确定及实现  66-68
    5.2.4 基于神经网络的多参数换档规律的确定  68-70
    5.2.5 变速箱换档品质介绍及液压系统设计  70-73
第6章基于PLC的下位机控制系统设计  73-95
  6.1 可编程控制器原理  73-77
    6.1.1 可编程控制器的基本组成及各部分作用  73-75
    6.1.2 装载机中PLC的作用  75
    6.1.3 可编程控制器的选用  75-77
  6.2 传感器技术在智能装载机中的应用  77-85
    6.2.1 传感器的组成原理  77-78
    6.2.2 装载机中传感器的应用  78-85
  6.3 装载机动臂及铲斗转角控制  85-90
    6.3.1 控制过程简介  85-86
    6.3.2 高速开关电磁阀的控制原理  86-88
    6.3.3 基于PLC的控制器设计  88-90
  6.4 发动机油门控制系统设计  90-95
    6.4.1 系统简介  90-91
    6.4.2 步进电机控制描述  91-95
第7章结论与展望  95-96
  7.1 总结  95
  7.2 展望  95-96
参考文献  96-99
致谢  99

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