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目前国内挖掘装载机的运行需要较多的人工操作控制，严重制约了其各项技术性能和功能的发展和提高，使得操作人员劳动强度大，作业效率和作业质量完全依赖于操作人员个人技术水平的发挥情况。随着科技的发展与社会的进步，挖掘装载机智能化和机器人化成为了未来的发展方向。正是在这样的背景下，结合相关项目课题，本文以实现挖掘装载机装载工作装置的精确运动控制为目的，对装载工作装置机构的运动学、动力学及其电液比例系统进行建模，并展开了对其电液比例系统基于数字PID控制策略的理论研究，最后将研究的理论结果应用于装载工作装置这一实际对象中。主要的研究和设计工作如下：
首先综述了国内外挖掘装载机的研究现状，根据本文的研究需要确定挖掘装载机的功能控制系统的整体设计方案；介绍挖掘装载机的功能要求，阐述其分布式控制系统的设计要求和分析其功能组成。在此基础上提出挖掘装载机分布式控制系统的结构，完成各智能节点功能分配和选择合适的通信总线，实现分布式控制系统的方案设计。在节点间的通讯上，采用了CAN总线技术，高速可靠的通讯保证了控制系统的实时性和正确性。
根据挖掘装载机的机构特点，将动臂和铲斗等杆件组成的装载工作装置看作一个平面两自由度的机器人操作臂机构。并针对该机构，利用D-H连杆坐标系，首先求出铲斗变换矩阵，得到了装载工作装置的运动学模型，并求出工作装置中动臂与铲斗的位姿，从而得到铲斗末端速度与动臂和铲斗转动角速度间的关系。此外，本文采用拉格朗日方程，建立了装载工作装置的动力学模型。
分析了挖掘装载机装载工作装置电液比例系统的工作原理，应用系统的基本方程建立了系统的数学模型，并结合工程实际和实验，获得了其简化模型，得到了电液比例系统的控制框图和传递函数；采用了数字PID算法来设计挖掘装载机装载工作装置的位置控制器，介绍了数字PID算法工作原理，阐述了增量式PID的计算方法实现原理。并根据数字PID算法，建立基于MATLAB/SIMULINK的挖掘装载机装载工作装置的液压控制系统的仿真模型，并通过对仿真结果的系统分析及对PID控制器控制参数的不断调整，最终确定了PID控制参数，实现了装载工作装置的位置控制器的设计。仿真结果表明：该系统响应速度较快，负载抗干扰能力较强，稳定性好，能够满足挖掘装载机自主控制的要求。
最后，为了检验上述的理论研究，对所设计的控制算法进行实验研究，实验结果表明，各种控制功能达到了系统设计要求，证明了所采用的控制策略的正确性和有效性。