牙轮钻机液压控制系统研究

摘要

液压传动系统具有可无级调速、结构紧凑、传动简单等特点，能够很好地满足牙轮钻机调速性能要求。国外已经开发出大中型的全液压牙轮钻机，并且在各矿山中得到了广泛使用。而我国尚无成熟应用的全液压机型，仅在个别的牙轮钻机的加压系统上采用液压传动的方式，而且液压调速型式是传统的节流、溢流调速，这种调速方法节流和溢流损失大，效率低，调速范围窄，系统发热严重，精度差。
　　本课题根据牙轮钻机的工况特点，设计出全液压牙轮钻机的加压、回转以及行走液压系统。采用闭式容积调速的型式，在扩大调速范围的同时，还能减少能量损失，实现节能减排。采用电液比例技术对钻进液压系统进行控制，易于实现计算机控制，为自动化钻进打下基础。
　　根据所建立的闭式液压系统，研究各液压元件的动作原理及相互间的作用，并结合液压执行结构复杂的负载情况，建立系统的数学模型;基于数学模型和液压系统物理模型，分别使用matlab的simulink模块和AMEsim软件，对液压控制系统进行动态仿真，以分析控制系统的动态性能及泄露系数、开环放大系数等参数对控制性能的影响。经分析表明，需要设计合理的校正控制算法对控制系统进行校正，从而提高系统的动态性能。
　　针对控制系统超调量大，调整时间长等不足和被控对象非线性等特点，采用模糊自适应PID控制算法，对控制系统进行校正，以提高控制系统的性能及控制系统对工况变化的适应性。使用simulink模块对校正后的系统进行仿真分析。分析表明，校正后系统动态性能得到了很大改善，所设计的模糊控制器控制效果较好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源、选题依据和背景情况

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国内外发展概况

1．2．2 驱动与调速形式

1．2．3 钻机液压系统

1．2．4 电液比例技术在钻机上的应用

1．3 课题研究目的和意义

1．4 本课题主要研究的内容

第2章 牙轮钻机液压驱动系统

2．1 牙轮钻机驱动系统结构型式

2．1．1 回转系统型式

2．1．2 加压提升系统型式

2．2 液压系统设计

2．2．1 液压调速系统类型

2．2．2 电液比例技术概述

2．2．3 液压系统方案

2．2．4 加压提升与左行走回路

2．2．5 回转与右行走回路

2．3 液压系统设计计算

2．3．1 加压系统计算

2．3．2 回转系统计算

2．4 本章小结

第3章 液压闭环控制系统数学建模

3．1 钻机加压闭环控制系统建模

3．1．1 压力传感器和比例放大器建模

3．1．2 电液比例变量机构建模

3．1．3 泵-加压液压缸建模

3．2 钻机回转闭环控制系统建模

3．2．1 转速传感器建模

3．2．2 泵—回转马达建模

3．3 本章小结

第4章 液压系统分析与仿真

4．1 参数的确定

4．2 加压系统数学模型确定

4．2．1 电液比例变量机构数学模型

4．2．2 泵-加压液压缸数学模型

4．3 回转系统数学模型的确定

4．4 系统稳定性分析

4．4．1 加压系统稳定性分析

4．4．2 回转系统稳定性分析

4．5 系统仿真分析

4．5．1 加压系统仿真分析

4．5．2 回转系统仿真分析

4．6 本章小结

第5章 控制器算法及仿真

5．1 模糊自适应PID控制

5．1．1 PID控制原理

5．1．2 模糊控制原理

5．1．3 模糊自适应PID控制原理

5．2 加压系统模糊控制器设计

5．3 回转系统模糊控制器设计

5．4 加压系统自适应模糊PID控制仿真

5．5 回转系统自适应模糊PID控制仿真

5．6 本章小结

第6章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢