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WX600型水平定向钻节能技术研究

作　者: 刘晓宏
导　师: 胡仕成
学　校: 中南大学
专　业: 机械工程
关键词: 水平定向钻功率匹配节能模糊PID 联合仿真
分类号: TU990.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

水平定向钻是一种应用定向钻进技术的非开挖设备,广泛应用于管线铺设工程。作为一种大功率工程机械,水平定向钻在作业过程中外负载波动范围大,存在着不少的功率损失,其油耗高、排放差的特点已成为其发展的瓶颈,已经受到节能环保领域的广泛关注。本文对基于功率匹配的水平定向钻动力系统的节能控制技术进行了理论研究及仿真和试验验证。主要完成的研究如下：1、在大量查阅国内外工程机械节能技术文献的基础上,阐述了当前国内外使用广泛的节能控制技术,结合水平定向钻的作业特点,分析了造成水平定向钻能量损失的主要原因,确定围绕功率匹配不合理引起的功率损失作为研究的重点。2、研究了水平定向钻节能控制策略,确定了水平定向钻动力系统的功率匹配原则,设计了模糊PID控制器,建立了节能控制系统的AMESim-Simulink联合仿真模型,并利用联合仿真验证了功率匹配方案的合理性。3、以WX600型水平定向钻为平台对节能控制系统进行了试验分析,实验表明：功率匹配节能控制方案设计合理,节能效果明显。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-19
  1.1 课题提出的背景及研究意义  8-14
    1.1.1 课题提出的背景  8-13
    1.1.2 课题研究的意义  13-14
  1.2 节能技术简述  14-15
    1.2.1 各部件节能控制技术  14-15
    1.2.2 整机匹配协调控制  15
  1.3 国内外水平定向钻节能研究和应用现状  15-17
    1.3.1 国外水平定向钻节能研究和应用现状  15-16
    1.3.2 国内水平定向钻节能研究和应用现状  16-17
  1.4 本课题研究的主要内容  17-18
  1.5 本章小结  18-19
第二章水平定向钻特性分析与研究  19-32
  2.1 水平定向钻典型工况分析  19-20
  2.2 节能控制系统的组成与特性分析  20-27
    2.2.1 发动机工作特性及节能控制分析  21-25
      2.2.1.1 发动机的工作特性  21-22
      2.2.1.2 转速波动对比油耗的影响  22-23
      2.2.1.3 发动机控制的意义  23-24
      2.2.1.4 转矩匹配原则  24-25
    2.2.2 液压泵工作特性与节能控制分析  25-27
      2.2.2.1 液压泵的效率计算与分析  25-26
      2.2.2.2 泵控系统基本原理及目的  26-27
  2.3 水平定向钻能量损失原因分析及需要解决的问题  27-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章水平定向钻动力系统功率匹配研究  32-48
  3.1 功率匹配控制要求  32
  3.2 发动机、泵控制方式的选择  32-40
    3.2.1 发动机控制方式的选择  32-34
    3.2.2 液压泵控制方式的选择  34-40
  3.3 控制策略研究  40-46
    3.3.1 发动机-泵功率匹配策略  40-43
    3.3.2 泵-负载功率匹配策略  43
    3.3.3 发动机-负载功率匹配策略  43-46
      3.3.3.1 发动机分工况控制  43-45
      3.3.3.2 工况模式的选择  45-46
  3.4 节能控制系统的建立  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章控制算法研究  48-58
  4.1 PID控制算法  48-49
  4.2 模糊PID控制  49-51
    4.2.1 模糊控制  49-50
    4.2.2 模糊PID控制的结合  50-51
  4.3 模糊控制器的结构确定  51-53
  4.4 语言变量的确定  53
  4.5 模糊化和清晰化  53-55
    4.5.1 输入清晰量的模糊化  53-54
    4.5.2 输出模糊量的清晰化  54-55
  4.6 推理规则的确定  55-57
  4.7 本章小结  57-58
第五章节能控制系统建模与仿真  58-70
  5.1 仿真软件及联合仿真介绍  58-59
    5.1.1 AMESim软件简介  58-59
    5.1.2 Matlab/Simulink软件简介  59
    5.1.3 AMESim-Simulink联合仿真  59
  5.2 联合仿真模型的建立  59-65
    5.2.1 AMESim环境下的建模  59-60
    5.2.2 主要部件仿真模型研究  60-63
    5.2.3 Matlab/Simulink中的模糊控制器框图  63-65
  5.3 仿真与结果分析  65-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章节能控制系统试验与结果分析  70-80
  6.1 试验目的与试验内容  70
  6.2 试验设备  70-74
    6.2.1 试验平台概述  70-72
    6.2.2 负载模拟系统  72-73
    6.2.3 试验检测元件选择  73-74
      6.2.3.1 测量参数  73
      6.2.3.2 试验检测设备  73-74
  6.3 试验步骤  74-76
    6.3.1 构建试验系统  74-75
    6.3.2 发动机油门位置与转速关系的标定  75-76
  6.4 控制系统的节能控制试验  76-78
  6.5 试验分析结果  78-79
  6.6 本章小结  79-80
第七章结论与展望  80-81
参考文献  81-88
致谢  88-89
攻读学位期间的主要研究成果  89

WX600型水平定向钻节能技术研究

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