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基于DSP的液压挖掘机功率匹配节能控制系统的研究

作　者: 吴志强
导　师: 吴彤峰
学　校: 广西工学院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 液压挖掘机节能 PID控制器单神经元功率匹配 DSP
分类号: TU621
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

液压挖掘机是一种工程机械,其工作环境恶劣,各种能量损失严重。在能源危机日趋严重的今天,节能减排已成全社会共识,为创造低碳生活,实施可持续发展战略,有必要对挖掘机的性能进行改进,以减少能量消耗,提高其工作效率。本文首先分析液压挖掘机功率损失的各个方面,提出将发动机、变量泵功率匹配作为提高挖掘机工作效率的一个主要措施,并设计了挖掘机单、双泵转速感应控制方案。对“发动机—变量泵”功率匹配系统,以某型号挖掘机为研究对象,建立起系统数学模型。针对传统PID控制算法的局限,引入“单神经PID”控制算法,并对此算法进行了改进,将“改进的神经元PID控制算法”作为挖掘机功率匹配系统的控制策略。在MATLAB/simulink环境下对建立的挖掘机数学模型进行仿真,仿真结果表明该算法具有良好表现。最后选用TI公司高性能的数字信号处理器(TMS320F2812)作为挖掘机节能控制器的控制芯片,按单泵转速感应控制方案进行了节能控制器的硬件和软件系统设计,并通过模拟实验验证了系统控制算法和软件的控制效果。论文对以后挖掘机功率匹配的研究提供了新的思路。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 课题来源及研究意义  8
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 课题研究意义  8
  1.2 液压挖掘机电控节能技术的研究状况  8-9
    1.2.1 国外电控节能技术的研究状况  8-9
    1.2.2 国内电控节能控制技术的研究状况  9
  1.3 挖掘机上主要采用的节能控制技术及发展趋势  9-12
    1.3.1 国内外挖掘机上主要采用的节能控制技术  9-10
    1.3.2 国内外挖掘机节能技术的发展趋势  10-12
  1.4 本论文主要研究内容  12
  1.5 本章小结  12-13
第二章节能控制理论及总体方案设计  13-23
  2.1 液压挖掘机动力系统的组成  13-14
  2.2 液压挖掘机液压系统的功率损失分析及其改进措施  14-17
    2.2.1 液压挖掘机液压系统的功率损失分析  14-16
    2.2.2 减少液压挖掘机功率损失的措施  16-17
  2.3 功率匹配节能控制系统原理  17-19
    2.3.1 发动机经济工作曲线  17
    2.3.2 柴油机的工作特性曲线  17-18
    2.3.3 发动机—泵功率匹配原理  18-19
    2.3.4 压力感应控制策略  19
    2.3.5 转速感应控制策略  19
  2.4 控制系统总体方案设计  19-22
    2.4.1 工作模式的选择  19-20
    2.4.2 基于单泵转速感应控制的系统总体方案设计  20-21
    2.4.3 基于双泵转速感应控制的系统总体方案设计  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章液压挖掘机节能控制系统的建模及仿真研究  23-43
  3.1 发动机—变量泵系统模型的建立  23-30
    3.1.1 控制系统传递函数  24-29
    3.1.2 变量泵—发动机控制系统的开环传递函数参数的确定  29-30
  3.2 控制算法理论  30-34
    3.2.1 PID 控制算法  30-31
    3.2.2 常用智能PID 控制算法介绍  31-32
    3.2.3 单神经元PID 分类  32-34
  3.3 传统PID 控制和单神经元PID 控制策略的仿真  34-37
    3.3.1 传统PID 控制及单神经元PID 控制的仿真  34-36
    3.3.2 仿真结果的分析  36-37
  3.4 控制策略的改进及其仿真  37-41
    3.4.1 控制策略的改进  37-38
    3.4.2 改进的控制策略的仿真研究  38-39
    3.4.3 仿真结果的分析  39-41
  3.5 本章小节  41-43
第四章系统硬件设计  43-53
  4.1 节能控制器处理芯片的选用及其性能描述  43-44
    4.1.1 节能控制器处理芯片的选用  43
    4.1.2 TMS320F2812DSP微处理器的特性  43-44
  4.2 节能控制器硬件设计  44-52
    4.2.1 系统硬件结构组成  44-45
    4.2.2 系统电源电路设计  45-46
    4.2.3 系统复位电路  46-47
    4.2.4 系统时钟电路  47
    4.2.5 JTAG 接口电路  47-48
    4.2.6 CAN 接口电路  48
    4.2.7 转速信号调理电路  48-49
    4.2.8 串口通信电路  49-50
    4.2.9 工作模式选择开关  50
    4.2.10 油门步进电机驱动电路  50-51
    4.2.11 变量泵驱动（功率放大）电路  51-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章系统软件设计  53-64
  5.1 节能控制器的软件设计  53-62
    5.1.1 控制器上电启动过程  53
    5.1.2 主程序  53-54
    5.1.3 转速采样程序  54-55
    5.1.4 控制算法程序  55-56
    5.1.5 控制变量泵的PWM 程序  56-57
    5.1.6 串口通信程序  57-59
    5.1.7 CAN 总线驱动程序  59-61
    5.1.8 油门驱动（步进电机驱动）程序  61-62
  5.2 系统的CMD 文件配置  62
  5.3 本章小节  62-64
第六章实验与结果分析  64-71
  6.1 油门步进电机驱动模块实验  64-67
    6.1.1 实验设备  64
    6.1.2 实验目的  64
    6.1.3 实验过程  64-67
    6.1.4 实验结果分析  67
  6.2 节能控制器实验  67-70
    6.2.1 实验设备  67
    6.2.2 实验目的  67
    6.2.3 实验过程  67-69
    6.2.4 实验结果分析  69-70
  6.3 本章小结  70-71
第七章总结与展望  71-72
  7.1 总结  71
  7.2 展望  71-72
参考文献  72-74
附录  74-81
  1. Simulink 算法仿真部分源程序  74
  2. 节能控制器部分源程序  74-78
  3. 连接命令(.CMD)源程序  78-81
致谢  81-82
攻读学位期间发表论文情况  82

基于DSP的液压挖掘机功率匹配节能控制系统的研究

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