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摘 要

本文论述了国内外挖掘机信息化、智能化的发展现状,指出了智能挖掘机性能要求和总体设计方案。以实现挖掘机的智能化,工作装置轨迹自动控制为目的,对智能挖掘机工作装置动力学、运动学进行建模,利用CMAC PID控制算法,进行轨迹规划,提高了挖掘机的智能化。理论仿真是通过计算控制系统各环节的传递函数，尤其是动臂、斗杆工作装置的传递函数，建立 PID 控制系统框图，进行控制仿真分析的。

另外在挖掘的过程中，人工操作很难控制挖掘精度，而且，一些挖掘环境相当恶劣，并不适合人工作业，所以研究挖掘机按给定轨迹自动挖掘的功能就显得尤为必要，故而要对挖掘机工作装置进行控制系统分析。

关键词 智能挖掘机,轨迹规划,智能控制

Research on Key Technologies of intelligent mining

Abstract

This paper discusses the research status of the intelligent excavator and the informationization, and points out the performance requirements and the overall plan of the intelligent excavator, and the development of the test excavator. In order to realize the intelligent excavator working device, automatic trajectory control, the full kinematic and dynamic models were proposed based on the excavator arm, The computer real time display system is also established. The use of advanced CMAC PID control algorithm combined with a new type of sensor, wireless communication technology, improves the intelligent excavator.The simulation theory is by calculating the control of all parts of the system transfer function, especially the transfer function of the actuator arm, a bucket rod device, a PID control system block diagram and simulation analysis of the control.

Also in the process of mining, manual operation of the excavator is difficult to control the mining accuracy and some mining environment is harsh, is not suitable for manual operation. Therefore, the research on the function according to the given trajectory automatic mining of an excavator is very necessary, therefore the analysis of control system of excavator working device. In this paper, the excavator working device dynamics analysis and the corresponding control system to do the necessary research.

Key words:Intelligent excavator Trajectory planning Intelligent control

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题的背景及意义 1

1. 2智能挖掘机国内外研究现状 2

1. 2. 1智能挖掘机国外研究现状 3

1. 2. 2智能挖掘机国内研究现状 5

1.4论文研究的主要内容 7

第二章 智能挖掘机控制系统概述 8

2.1挖掘机智能控制技术 8

2.1.1　智能化的发动机高压共轨电控燃油喷射系统 9

2.1.2先进的液压控制系统 9

2.1.3智能化的电子控制系统 10

2.1.4智能化的监控系统 11

2.1.5　智能化的远程监控系统 12

2.1.6　混合动力控制技术 12

2.2智能挖掘机结构和控制系统 13

2.2.1工作装置运动学分析 14

2.2.2工作装置动力学模型 16

第三章 挖掘过程的轨迹智能控制 17

3.1 挖掘机工作装置轨迹控制原理 17

3．2传统PID算法的应用 18

3．2.1 PID控制的基本原理 18

3.2.2数字PID控制算法 19

3.3 挖掘机工作装置轨迹 PID 控制系统仿真 24

3.3.1 挖掘机工作装置轨迹 PID 控制系统建模 24

3.3.2 挖掘机工作装置轨迹 PID 控制系统仿真 28

第四章 结论 34

参考文献 35

致谢 36

第一章 绪论

1.1 选题的背景及意义

如今，全球经济迅猛发展，世界各地都在进行基础设施的建设，城市建设、农田水利、交通运输、国防建设、能源开采等等，这些基础设施的建设都离不开工程机械这类重要的施工机械，它为现代化建设提供了先进的方法与手段。反之，工程机械的发展也定将推动现代化建设的发展。

液压挖掘机作为工程机械中最常用的土石方机械，在基础设施建设领域起到了相当大的作用，每年近 3/5 的土石方工作量都由他完成。相对于推土机和装载机而言，挖掘机效率高、耗能小、产量高，纵观整个工程机械行业，挖掘机堪称排头兵。它性能的好坏直接影响到整个工程的质量与进度，因此对液压挖掘机各项性能指标的要求也越来越高。

我国的液压挖掘机主要有两种类型：履带式和轮胎式液压挖掘机，如图 1-1 所示。常见的液压挖掘机结构包括：挖掘机工作装置，挖掘机回转、行走、传动机构，挖掘机动力及电气驱动装置以及一些其他辅助设施等。其中挖掘机工作装置主要是由挖掘机动臂及其液压缸、铲斗及其液压缸、斗杆及其液压缸构成的，它是挖掘机作业的直接实施者。挖掘机作业分为以下几个步骤：到停机地点准备阶段、挖掘阶段、抬臂回转阶段、卸料阶段、降臂回转阶段，如此完成一个工作循环。

但是,随着人类活动领域的拓展,对作业质量的提高和对人的工作环境的挑剔,这些领域存在的一些问题愈来愈不容忽视:

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