基于DSP的液压挖掘机节能智能控制研究

【摘要】： 液压挖掘机是一种用途广泛的工程机械,在机场、港口、铁路、油田、公路、矿山、水库以及国防工程中均有着广泛的应用,但是其能量总的利用率比较低,巨大的能量损失使得液压挖掘机的发展着眼于节能。 本文通过分析液压挖掘机的主要能量损失,把减小柴油机和变量泵的功率匹配不合理所造成的能量损失作为研究重点。分析研究了在不同工况下,动力系统的恒功率与变功率协调控制原理及其功率匹配参数的确定方法。在此理论基础上制定了系统的节能控制方案,并分别设计了柴油机转速和变量泵功率控制器模块。针对传统控制算法在功率匹配控制中不能够实现对柴油机油门和泵调节阀进行精确控制的情况,提出将模糊神经网络智能控制算法引入到节能控制器的设计当中,使控制器能够根据负载的变化情况,精确控制柴油机的油门和变量泵调节阀动作,达到二者功率协调匹配的目的,并建立了系统的数学模型,通过MATLAB进行了仿真分析。 在节能控制方案的基础上,根据DSP芯片的结构和性能,给出了基于DSP的液压挖掘机节能控制的实现方案。该方案以TMS320F2812为主控制芯片,通过柴油机转速检测电路构成闭环控制系统,通过转速和转速差来分别实现对柴油机和变量泵的协调控制。并对挖掘机节能控制器的硬件、软件进行了详细的分析与设计。硬件方面,主要完成了步进电机驱动电路、液晶显示电路、键盘电路、光电编码转速测量隔离电路等外围电路设计;软件方面,采用C语言进行模块化设计,分别设计完成了步进电机驱动子程序、液晶显示子程序、键盘子程序、A/D采样子程序、转速采集子程序等,并且利用CCS2.0强大而方便的开发环境,结合ICETEK-2812-A开发板进行了各子程序及初始化程序的调试并通过。 【关键词】：液压挖掘机 节能 功率匹配 模糊神经网络 DSP
【学位授予单位】：广西工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU621
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国外发展与研究现状10-11
• 1.3 国内发展与研究现状11
• 1.4 研究的基本内容11-13
• 第2章 电子节能控制系统及柴油机工作特性分析13-23
• 2.1 液压挖掘机电子节能控制系统构成13-14
• 2.2 柴油机工作特性分析14-16
• 2.2.1 柴油机负荷特性14
• 2.2.2 柴油机速度特性14-15
• 2.2.3 柴油机调速特性15-16
• 2.3 柴油机动力输出模式的划分16-17
• 2.4 挖掘机（柴油机）工况模式划分17-18
• 2.5 柴油机调速节能的基本原理18-20
• 2.6 系统建模20-22
• 2.6.1 柴油机数学模型20-21
• 2.6.2 油门执行器数学模型21-22
• 2.7 本章小结22-23
• 第3章 功率匹配及智能控制算法研究23-39
• 3.1 变量泵功能介绍23
• 3.2 变量泵恒功率调节原理23-25
• 3.3 变量泵变功率协调控制25-26
• 3.4 变量泵功率调节模型26-30
• 3.4.1 功率调节阀数学模型26-27
• 3.4.2 变量泵斜盘数学模型27-28
• 3.4.3 斜盘控制活塞流量数学模型28-29
• 3.4.4 杠杆部分数学模型29-30
• 3.5 柴油机转速、变量泵功率控制的智能控制算法研究30-36
• 3.5.1 模糊神经网络概述31
• 3.5.2 柴油机转速反馈控制31-32
• 3.5.3 模糊神经网络节能控制器的设计32-36
• 3.6 仿真结果分析36-38
• 3.7 本章小结38-39
• 第4章 柴油机和变量泵功率匹配参数研究39-48
• 4.1 柴油机恒功率参数匹配策略39-40
• 4.2 关系a 各匹配参数的获取方法40
• 4.3 关系b 各匹配参数的获取方法40-44
• 4.3.1 重载工况模式下匹配参数的确定40-42
• 4.3.2 经济工况模式下匹配参数的确定42
• 4.3.3 轻载工况模式下匹配参数的确定42-44
• 4.4 柴油机不同动力输出模式下参数的确定44-45
• 4.5 动力系统的恒功率与变功率协调控制的实现45-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 节能控制器硬件系统设计48-58
• 5.1 挖掘机节能控制器硬件总体设计48-49
• 5.2 步进电机驱动电路设计49-50
• 5.2.1 步进电机概述49
• 5.2.2 功率驱动芯片的选择49-50
• 5.2.3 步进电机驱动电路设计50
• 5.3 液晶显示模块电路设计50-53
• 5.3.1 3.3V 和5V 数字I/O 口设计51-52
• 5.3.2 液晶模块与DSP 的电路连接设计52-53
• 5.4 键盘电路设计53-55
• 5.4.1 键盘编码方式、按键的选择53-54
• 5.4.2 键盘设计注意事项54
• 5.4.3 键盘工作方式的选择54
• 5.4.4 键盘接口电路设计54-55
• 5.5 转速设定电位计和角度传感器的电路设计55-56
• 5.6 光电编码转速测量电路设计56
• 5.7 本章小结56-58
• 第6章 节能控制器的软件设计58-72
• 6.1 系统软件的总体设计58-59
• 6.2 步进电机驱动程序设计59-61
• 6.3 液晶显示模块设计61-64
• 6.4 键盘程序设计64-67
• 6.5 A/D 采样程序设计67-69
• 6.6 转速采集程序设计69-70
• 6.7 本章小结70-72
• 第7章 全文总结与展望72-74
• 7.1 全文总结72-73
• 7.2 进一步研究73
• 7.3 展望73-74
• 参考文献74-76
• 附录76-77
• 发表论文和参加科研情况说明77-78
• 致谢78

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