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矿用挖掘机提升机构控制系统研究

杨国伟  
【摘要】:矿用挖掘机作为大型露天煤矿开采作业的重要矿山设备之一,是机电一体化的有利表现。传统的矿用挖掘机控制系统采用的是可控硅直流调速系统,存在调速不平滑,机构之间存在较大的机械抖动,设备故障和维修频繁,能源消耗大、投资成本高、生产效率低等缺点。因此设计一个低碳环保、系统稳定的矿用挖掘智能控制系统成为目前主要的研究方向。 提升机构作为矿用挖掘机的一个重要机械机构,直接影响着矿用挖掘机进行铲挖工作的工作效率和矿用挖掘机的整体性能。本文通过对矿用挖掘机提升机构控制系统的分析研究,针对系统存在的问题提出解决方案,并通过软硬件设计实现系统的可行性。本文具有重要的实用价值和工程意义,主要的研究工作有:(1)研究矿用挖掘机提升机构的整体系统构成,分析提升机构与行走、推压机构间的协调控制。对提升机构进行动力学建模,通过分析提升机构的铲挖工作特性,计算提升机构所受的提升力的和最佳挖掘角等参数;(2)研究提升机构采用的直接转矩控制变频调速系统。经过数学变换得出异步电机在变频条件下的数学模型,利用MATLAB/SIMULINK软件搭建矿用挖掘机提升机构直接转矩控制变频调速系统的仿真模型,得出速度、轨迹的仿真曲线,分析存在的问题;(3)针对系统存在的问题提出一种基于模糊PID控制的变频调速系统,采用模糊控制理论对系统中的转速PID调节器进行优化设计。将传统控制方案和模糊PID控制方案的仿真结果进行比较;(4)对矿用挖掘机提升机构控制系统的软硬件做了总体设计。控制系统以PLC作为主控中心,上连上位机,下连各检测、控制器件。软件部分将提升机构与各机构结合起来,分析矿用挖掘机铲挖作业的过程,设计铲挖作业的PLC控制程序,结合组态软件MCGS设计出监控系统。运行结果表明,采用该系统使提升机构更加稳定,提升更加平滑,极大地的减少了矿用挖掘机提升机构在铲挖工作时产生的机械抖动,使挖掘机工作更加平稳,能量消耗低。


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