基于传感器网络的装载机铲斗平移性控制研究

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在控制技术、传感器技术、信息技术不断升级的时代,工业基础设施建设消费市场对工程机械的性能要求不断提升。装载机以其操作简单、工作效率高、人工作业强度低以及逐渐智能化等优势,占据了大部分工程机械市场份额。因技术限制,传统的装载机已经无法满足人们日益增长的智能化需求。因此,通过优化装载机的控制系统使装载机完成更多智能化操作成为大势所趋。装载机逐渐智能化的转变,在一定程度上满足了消费者对性能的需求,但同时会产生新的装载机铲斗平移性控制问题。因此,本文研究基于装载机铲斗平移控制技术新难题,调研分析国内外解决铲斗平移性控制方法的内在机理,并采用以下研究思路来解决装载机铲斗平移性控制问题:首先,本文研究了基于国内外铲斗平移性控制方案,提出了基于传感器网络的装载机铲斗平移性控制方法。首先分析装载机工作装置以及工程约束参数与多个不同传感器参数之间的关联,然后确定铲斗平移控制研究方案。最终,所提方案对装载机铲斗平移性控制研究具有实际可行性。其次,本文研究了影响装载机铲斗平移性能的液压控制系统的因素。明确提出了传感器网络中摇臂传感器增益是影响液压控制系统稳定性的主要因素。基于Matlab/Simulink仿真实验平台,结合传感器网络、工作装置角度与长度关系建立液压控制系统模型,分析液压控制系统控制效果,验证该液压控制系统的稳定性确实与传感器增益有关。同时验证了传感器网络中摇臂传感器增益即为整个传感器网络增益,并得出液压控制系统的稳定性受不同传感器网络增益的影响程度。接着,本文研究了对铲斗平移液压控制系统的优化算法。通过PID(Proportion Integration Differentiation)控制算法优化,提升液压控制系统在响应时间、超调量以及稳定时间上的性能。本文提出了基于Matlab/Simulink仿真平台,采用模糊自适应PID(Fuzzy Adaptive Proportion Integration Differentiation,F-PID)控制算法对液压控制系统进一步优化。结果表明不同传感器网络增益下,F-PID控制算法控制性能更加出色。最后,本文研究了基于F-PID液压控制的铲斗平移控制系统。首先建立铲斗平移控制系统的仿真模型。为了满足实际工程设计需求,将所提出的F-PID算法应用于ZL型反转六连杆电控装载机上。通过软硬件设计实验,验证铲斗平移控制系统实际效果。对比分析装载机铲斗平移性理论仿真和实际实验结果,得出实际测试结果满足工程设计需求。
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