机械控制工程

机械控制工程（通用12篇）

机械控制工程 篇1

液力机械传动在工程机械中具有广泛应用, 不仅被大中型工程机械普遍采用, 同时也在向小型机械渗透。随着科学技术的发展, 特别是电子技术和自动控制技术的发展, 液力机械传动在动力性、经济性、适应性等方面, 都具有很高的技术要求, 应用前景广泛。研究工程机械液力机械传动的构成和控制系统十分必要。

1 液力机械传动系统的构成和工作原理

液力机械传动系统主要包括液力传动元件——变矩器、机械传动部分——机械变速器以及控制部分——操纵与控制装置。

1.1 液力变矩器

液力变矩器工作在液体介质中, 是一种非刚性扭矩变换器。它有一个密闭的工作腔, 液体在腔内循环流动。其中, 泵轮、涡轮和导轮分别与输入轴、输出轴和壳体相联。动力机带动输入轴旋转时, 液体从离心式泵轮流出, 顺次经过涡轮、导轮再返回泵轮, 周而复始地循环流动。泵轮将输入轴的机械能传递给液体, 高速液体推动涡轮旋转, 将能量传给输出轴。液力变矩器靠液体和泵轮与涡轮叶片的相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩, 液力变矩器与发动机匹配良好, 才能保证传动系统的效率。

1.2 机械变速器

机械变速器有行星式齿轮传动和定轴式齿轮传动两种。这两种变速器都采用液压作为动力, 并通过摩擦元件 (制动器和离合器) 的接合与分离来实现换挡。行星式变速器为同轴传动, 结构较紧凑, 且单位体积功率密度大, 因此在同轴布置单向输出机械、大功率机械和要求布置紧凑的机械及车辆中应用较多。而定轴式变速器结构简单, 维护较方便, 更易实现变挡位数和变速比, 且便于布置各种附属装置, 因此在需要降轴和前后都要动力输出的机械 (例如装载机) 中应用较多, 有利于同一型号定轴式变速器应用于各种不同的机械上。

当变速器换挡时, 随着油压的逐渐施加和释放, 摩擦元件经过短暂打磨后完全分离或接合。一般可将换挡过程分为扭矩相与惯性相两个阶段。扭矩相是指待接合元件已经存在摩擦扭矩作用, 但是原接合元件仍然保持接合状态, 此时输入轴的转速未发生大的变化, 仅仅是两个接合元件的传递的扭矩发生了变化。惯性相是指从原接合元件开始滑摩到待接合元件完成接合的过程, 在此阶段输入轴的转速发生了较大的变化, 受输入端惯性影响较大。

1.3 操纵与控制装置

操纵与控制装置是电液操纵液力机械传动的控制系统, 通常又包括液压操纵装置、电操纵装置和电子控制单元。液压操纵装置主要由换挡操纵控制部分和换挡品质控制部分构成。以车辆为例, 根据换挡机构产生动作的过程的自动化程度, 换挡控制方式分为手动、半自动和全自动三种。全自动变速器可根据车速、油门开度以及挡位选择器 (电操纵手柄) 开关位置等信息, 按换挡规律计算出对应当前工况的最佳挡位, 控制相应的电磁阀实现换挡。半自动变速器则无油门开度传感器, 主要是根据挡位选择器的开关位置来控制相应的电磁阀而实现换挡。换挡品质是指变速器换挡过程中的平顺性, 一般用冲击度 (J=d2v/dt2) 来衡量。动力换挡变速器液压系统中的液压式调压阀 (平稳结合阀) 或电子式调压阀 (电液比例阀) 来实现换挡过程中摩擦元件的平稳接合, 从而提高换挡品质。电操纵装置通常包括电操纵手柄、强制低挡开关、微动踏板、整车制动开关和停车制动开关等。电子控制单元包括硬件和软件。软件采用程序化的控制策略和控制思想, 使变速器具有分析处理信息的能力, 越来越智能化。可靠的硬件是软件程序赖以实现的基础, 是整个电控系统的信号流和能源流正常工作的保障。

2 液力机械传动控制系统的工作模型和原理

液力机械传动控制系统的工作模型有两种, 分别是基于单控制器的无总线结构的工作模型和基于多控制器的CAN总线结构的工作模型。

2.1 基于单控制器无总线结构

基于单控制器的无总线结构工作模型较简单, 只有一个控制器 (控制中心) , 控制系统中所有的输入输出设备和反馈元件都是直接和控制核心相连的, 且非控制核心的设备相互之间不发生任何关联。这种工作模型的优点是结构相对简单, 但是控制核心的信号处理与分析决策任务繁重, 在物理连接上, 电气信号接口规模极大, 需要布置的电缆电线比较多, 不利于提高控制系统功能的扩展, 故障诊断和维护工作复杂费时。

2.2 基于多控制器的CAN总线结构

基于多控制器的CAN总线结构的工作模型允许同时存在多个控制器, 这些控器中有一个作为控制核心, 其他的控制器都与各个输入输出设备和反馈元件集成, 所有的控制器都通过CAN通讯总线连接到一起。这种工作模型的优点是信号处理和简单的分析运算的任务由各个控制器分担, 控制核心的工作量和复杂度大大降低, 各个控制器的电气接口都非常简单、规模极小。CAN总线自身的特点使得控制系统功能的扩展也非常方便, 各控制器之间是可以进行通讯的, 任何一个控制器出现故障后并不影响系统的整体工作, 同时故障诊断和维护非常便捷。

3 结论

液力机械传动具有其他传动方式无可替代的优点, 在当前的工程机械传动技术领域中具有重要作用。本文不仅介绍了液力机械传动系统的构成和工作原理, 还对液力机械传动控制系统的工作模型及其工作原理进行了研究。希望对有关人员开发液力机械传动控制系统具有一定的参考价值。

参考文献

[1]罗邦杰.液力机械传动[M].北京:人民交通出版社, 1983.

[2]张光裕.工程机械底盘构造与设计 (第一版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 1986:151-158.

[3]胡宁, 吴训成, 陈志恒等.提高自动变速器传动效率的途径[J].上海汽车, 2004 (i1) :27-29.

[4]纪红, 张冠伟, 王福山.工程机械新型换挡变速器 (YBl502) 研究与优化设计[J].机械设计.2005, 22 (12) :44-46.

[5]洪涛, 刘刨.液力自动变速器换档品质控制的研究[J].传动技术 (上海) .2003, 17 (3) :15-19.

机械控制工程 篇2

1课程性质与教学现状

长期以来，我校该课程采用课堂讲授的教学方式。教师按照自己对课程知识的理解，注重知识的传授，学生则在“过关”的压力下被动地学习，其行为表现为机械记忆。教师的讲授过程抽象，不具有问题导向性，传递的信息很难引起学生的学习兴趣和主动性。为了考试过关，学生把信息作为一种事实去背诵，而不是将信息作为对相关问题解决的一种工具来掌握。在这种非问题导向的教学环境下，形成了较为普遍的应付考试突击记忆的现象，学生对知识的学习在经过短期记忆后即遗忘，更谈不上将其运用于解决问题的实践中。这种教学模式以“教”为核心，学生为了达到考核要求，往往会放弃“体验、思辨、感悟”等有助于形成解决问题能力的必要过程，而是集中于对事实性知识的记忆，教师无法引导学生建立基于兴趣和解决问题的主动学习方式，也很难培养学生灵活运用知识、举一反三、形成创新能力的基本素质。

2以学生为中心，构建主动学习教学体系

学生是学校教育的主体，如何让学生通过教学过程获得知识，并能够灵活运用，是教师的任务和使命。大量的教育心理学家认为：“知识的获得，是在一定的情境下，学习者借助他人(教师和学习伙伴)的力量，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得，而不是通过教师传授得到。”建构主义理论，得到了广大教育研究者和教育工作者的关注。建构主义理论有丰富的内涵和深刻的哲学基础，其根本内容可以概括为“以学习者为中心，强调学习者主动探索、主动发现知识，强调对所学知识意义的主动建构”。由此可见，建立问题导向，有助于形成学生主动学习且有利于实现知行结合，达到教育的目的。

2.1问题导向主动学习的关键构成

基于问题的学习方法(Problem-basedLearning，PBL)由美国神经病学教授Borrows于1969年在加拿大McMaster大学医学院根据建构主义理论创立。PBL强调以学生的主动学习为主，因而能更好地培养学生创造性思维和解决问题的能力[4]。教育学认为，主动学习的特征为，在教育者的引导和启发下，受教育者能够清晰理解知识的本质作用，学习者主观能动性得到更大的发挥，逐渐脱离教育者的指导和影响，形成独立的自我学习、自我认识、自我修养和自我发展。在这一过程中，强调通过教育者的引导，学习者理解知识本质并主动学习。心理学研究认为，主动学习的主体是学习者本人。从心理激励和行为动机的角度分析，学习行为是心理选择的外在表现，对学习者而言，学习成就是学习的主要动机，实现以解决问题为主的.心理激励是实现主动学习的关键。主动学习积极性的产生，来自学习结果促成的“学习需要”。但是对成就动机而言，教育者能清晰明了地将与成就关联的知识构成、知识体系以及知识本质对被教育者以循循善诱的方式启发和引导，并使被教育者建立起完整的自我认知，这是实现主动学习的心理激励和关键构成。综上所述，我们不难归纳出主动学习实现的关键构成：问题意识与学习兴趣;问题导向的教学情景;与问题关联的知识结构;开放合作的探索环境;建立成就动机激励体系。

2.2控制工程基础课程主动学习教学策略设计

在教学模式设计中突出以学习者为中心，激发学生学习兴趣和成就动机，是教学模式设计的核心所在，同时给定和设计好贯穿机械控制工程基础课程逻辑的系列问题，是实现问题导向主动学习的必要条件。根据前面对问题导向主动学习的关键构成的讨论，我们设计了机械控制工程基础课程主动学习教学策略。

2.2.1培养学生问题意识，激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师。为了让学生建立对机械控制工程基础课程的学习兴趣，教师要在课程初始介绍这一环节，让学生感知控制在机械中的价值和功能，做到这一点，除了需要教师在绪论讲授过程中辅以大量的国内外图片和事例以及在机械控制中存在的各类问题外，最有效的办法是设计与课程相辅相成的实践观摩和实验演示，这有助于学生了解课程的整体性和价值所在，激发他们的学习兴趣，并培养他们的问题意识。

2.2.2构造问题导向的教学情境

按照建构主义理论，构建与问题导向的情境，明确问题以及解决问题的价值，使学生能够对问题形成客观独立的认知，这是学生主动学习、积极探索的关键。在这一环节中，教师是设计者，围绕整个课程要求和专业素养的要求设计教学情境。问题情境应在课程开始就明确告知学生，使他们在课程学习中能够沿着知识逻辑顺序解决这些问题，并逐渐构建自身的知识体系。问题的设计既要明确，又要涵盖知识要点。根据教学组多年的教学体验，我们设计了以下问题：

(1)系统确定条件下的输入输出关系确定问题(系统分析问题);

(2)系统确定、输入确定，如何满足输出要求的问题(系统优化与设计问题);

(3)输入输出确定，何种系统结构适合的问题(系统辨识与预测问题)。尽管这些问题在传统的教学过程中也被归纳为“系统分析、系统优化、系统设计、滤波与预测、系统辨识”五类问题，但因为主要是基于知识传递而形成的知识抽象，而非与问题关联，对于初学者而言过于抽象而不够形象，我们归纳成以上三类问题，并结合实际例子，帮助学生建立起问题导向的知识构建体系。

2.2.3提示并引导学生围绕问题构建知识体系

机械控制工程基础课程涉及控制理论、数学基础、机械运动、力学基础等多门基础课程，为了让学生明晰问题与解决路径之间的知识关联，教师需要对该课程解决实际问题过程中所需构造的知识体系进行关键知识点的讲解、串通知识，关键是帮助和引导学生建立解决问题为主要导向的知识构成。如课程的性质，首先让学生明白，该课程的核心要素是“输入、系统、输出”，希望实现系统稳定和优化。在引导学生构建问题导向的知识体系中，要紧紧围绕三要素之间的动态关系来进行。引导学生构建知识体系要循序渐进，首先让学生认识系统关系，继而理解系统的数学模型，然后分别对系统的时域响应和频率特性进行分析，并以此为基础分析系统稳定性，最后在系统特性分析基础上，依据系统的性能指标对其进行校正。尽管对于一些复杂系统会涉及较为抽象的数学运算，如一阶或二阶微分方程，但是只要理解系统与输入输出的关系，系统模型很容易与输入建立起关联，自然就能够建立反映系统特性的微分方程和传递函数。所以，只要让学生建立“输入、输出、系统”三者间的关联，问题就会明确，主动学习方向就会明确。引导学生建立基于上述三类问题解决的知识构建体系，是引导学生学好该课程的关键。

2.2.4构建开放的适于探索性学习的学习环境

设计开放的实验体系，要求学生根据课程进度和解决工程实践问题的要求，循序渐进地设计出基于个人独立完成与合作完成的实验项目。在这个环节中，教师需要给出明确的实验项目要求，提出解决哪一类问题，学生根据问题的要求自行设计实验项目和内容，独立或合作完成。例如：控制过程经常涉及拉普拉斯变换，学生在掌握基本知识要点的前提下，可以自主改变控制参数，并设计不同的控制目标。同时，我们引入基于MATLAB的辅助实验条件，帮助学生利用计算机仿真验证实验和学习效果，激发学习兴趣。

2.2.5建立成就动机激励体系

机械控制工程基础课程是应用性和实践性很强的课程，学习效果的关键表现应是知行结合、学以致用、提高解决问题的能力，而不是简单的卷面成绩。更为重要的是，考核内容与方式要能够有效激励学生，促进学生主动学习，并不断地提升专业素养。在考核方式上，我们摒弃传统方式，建立基于解决问题与创新能力的评价方式，该方式包括自评、互评、师评和加分，是有学生参与和开放的评价模式。

3结束语

控制工程在机械电子工程中的应用 篇3

关键词：控制工程；机械电子工程；应用

引言

目前，科学技术的发展对社会生活生产的各个领域影响都非常大，特别是对机械电子工程的发展产生了很大的促进作用。机械电子工程，对科学技术的需求不断的扩大，而且随着市场竞争的加剧，机械电子工程对控制系统的开发和优化成了提高市场竞争力和实现发展的一个重要方向。随着自动控制系统的重要性不断的增强，对机械电子工程的发展也产生了越来越大的影响。

1.控制工程概述

控制工程，就是一种处理工程的自动控制系统和一些相关工程问题实现的综合性的工程技术。控制工程的内容主要包括，对一定的控制系统提出指标和要求，进行工程的设计、工程的构造分析、工程的进行和检验等内容[1]。控制工程的发展，主要是受到了电气工程和机械工程的影响，它的应用满足了现代农业、工业以及其他社会领域的发展需求，实现了智能化和自动化的管理，在当前的社会中，有着重要的意义。目前的控制理论，在机械电子工程的领域获得了广泛的应用和发展，对机械工程的发展城市产生了一定的促进作用。

2.控制工程在机械电子工程中的具体应用

随着控制工程的不断完善和发展，在机械电子工程中的应用逐渐的增多，对机械电子工程的发展也产生了越来越大的影响。机械电子工程是一个综合性的工程概念，涉及到了许多方面的内容，随着控制工程的应用，对机械电子工程实现智能化产生了很大的促进作用。本文主要分析了神经网络在数控机床中的应用和发展，以及预测控制在告诉液压中的应用效果，具体如下：

2.1在数控机床中神经网络控制的应用

神经网络，是目前控制思想领域的最新研究成果，是在仿生学思想的基础上发展起来的。神经网络，是由一些非常多的、结构比较简单的神经元进行连接而形成的，这些神经元在功能和结构上都是比较简单的，但是这些结构可以组合形成高度的非线性动力学系统，能够对复杂的物理系统进行表述[2]。神经网络的出现和应用，主要的优势特点就是，能够进行数据的大规模同时处理，另外，神经网络在应用中，具有人脑的学习、组织和适应能力，因此，在随着社会电子化和智能化的发展中，神经网络具有广阔的发展前景。

数控机床是当前机械工程的重要组成部分，也是现代机械工业的重要自动化设备。目前，在数控机床的应用中，虽然对机械生产有着很大的促进作用，但是也存在一定的缺陷。主要的问题就是数控机床的自适应能力比较低下，在进行生产的过程中，产生了一定的不可知因素和不确定因素，因此，在切削的时候，缺少一定的识别能力和处理能力。因此，在神经网络的具体应用中，要选用一些比较保守的切割参数，避免在进行切削时，出现刀具的破损和数控机床的自激振动情况出现，同时，也对数控机床的加工处理能力和工作效率有了很大的提升和改进。

2.2在高速液压中预测控制的应用

目前，液压机机的应用是机械电子工程发展的重要方面，而且液压机也在不断的向着高速化和高压的方向发展。但是随着液压机的高压高速化发展，液压机的负载惯性也随着有所增大，这也就导致了系统在工作的超调变大，系统的精准度下降。

采用预测控制技术是解决这些问题的重要手段和方式，由于液压机的高压高速化发展，造成了系统出现许多问题，因此，预测控制能够根据进行采样时以及之前系统的输出数据，建立一定的系统数据输出模型[3]。然后将这个系统的数据输出模型作为基础，对预测的输出值和实际的输出结果进行一定的分析，对系统的误差变化率进行计算，根据这些计算结果来进一步的确定控制器的输出，通过这些过程实现提前的控制模式。这种方法的应用具有一定的优势条件，即使相关的数据比较少，受到其他外界因素的影响，还能够实现高精准度的结果预测，因此，比较适合在高速液压中的应用，并实现良好的预测效果。

3.结语

控制工程，是目前机械电子工程的重要组成部分，也是实现机械电子工程智能化发展的重要过程，因此，需要不断的优化控制工程。机械工程是我国社会经济发展的重要组成部分，直接影响到了社会的健康持续发展。随着社会的发展，传统的控制工程已经不能满足社会的需求，因此，就要进行控制工程的改进和优化，实现控制工程的自动化和智能化，从而为机械电子工程的发展提供一定的保障。

参考文献：

[1]缪寅忱.新型控制策略在机械工程中的应用分析[J].装备制造技术，2015，01：226-227.

[2]郭华.控制工程在机械电子工程中的应用[J].化工管理，2015，08：117.

[3]朱颖.控制工程在机械电子工程中的应用[J].电子技术与软件工程，2015，05：159.

工程机械液压控制探讨 篇4

关键词：工程机械,液压系统,系统控制

0 引言

随着社会的飞速发展, 无论从城市建设到人们生活质量的进一步提高, 强大且安全可靠的工程机械液压系统已显得尤为重要。从高效、节能、环保等诸多因素来看, 工程机械液压系统可靠性的要求也随之日益增加, 至今已不断普及成为我国工程机械产业的主要设备之一。但随着大量工程机械液压系统的投入与使用, 如何保障液压系统正常运行以及出现故障时如何更加快速地检测故障原因并找出解决办法成为时下大家关注且急需解决的一系列重大问题之一。

在工程机械产业中, 工程机械液压系统承载着重要的电力负荷, 从而工程机械液压系统的安全可靠性能成为大家关注的焦点, 因此, 深入了解工程机械液压系统设备的控制, 且进一步对工程机械液压系统故障进行分析与研究, 将更有利于我国工业生产稳定快速的发展。

1 工程机械液压控制系统的特点

工程机械液压控制系统具有体积小巧、占用的工作空间小、设备结构紧密、运行平稳、操作简单、反应灵活、控制操作自动化等特点, 如今已被广泛应用于工程机械制造中。在工程机械中, 液压系统是极易发生故障的部分, 为了保障在工程项目中, 工程机械液压系统的正常运转, 我们应加深对机械液压系统工作原理及控制系统的进一步研究, 使液压系统更好地发挥优质性能。

2 液压系统故障特点

工程机械液压控制系统发生故障具有隐蔽特性。工程机械液压装置发生故障原因通常在装置内部, 但是, 由于工程机械液压系统自身的结构特点, 再加上现场维修条件的局限性, 很难在事故现场对其进行拆卸, 寻找故障点, 检查故障原因, 进行维修解决。所以当机械液压系统发生故障时, 难以立即对其进行分析, 处理。在此情况下, 须先停止工程机械液压系统工作, 找液压设备维修的相关专业人员来检查故障, 进行维修。

工程机械液压控制系统故障还具有交错性。工程机械液压系统内部构造是非常复杂的, 当液压系统发生故障时, 可能引起故障的原因多种多样, 如工程机械液压系统工作过程中, 由于长期使用造成的自身磨损, 液压系统内部出现的漏点, 执行负载过大, 导轨的误差, 调压故障等都是故障原因之一, 因此, 很难快速排除故障可能性, 确定引起故障的原因。

随机性是工程机械液压控制系统不易控制的故障因素, 工程机械液压系统在正常工作运行中还可能由于随机的外界因素影响而产生故障, 如液压系统工作环境的改变, 液压设备工作温度的变化, 及其它杂质污染物的入侵等, 都可能造成液压系统不能正常的运转和工作。

工程机械液压控制系统自身还具有差异性, 由于每台工程机械液压设备都具有自身的工作特性, 所以自身产生故障的差异性也非常大, 例如, 每一台液压设备的使用寿命从理论上来看基本是相同的, 但是, 由于液压设备投入到实际的生产工作环境中, 长期大负荷的工作, 极有可能对液压系统造成不同程度的损伤。因工作地及工作时间等问题都会造成工程机械液压控制设备产生各自不同的故障。

3 工程机械液压系统的故障分析及诊断

工程机械液压系统在长期的工作中, 通常容易引起系统故障的原因很多, 常见的有外界杂质进入设备内部, 长期使用液压系统造成的系统设备泄漏, 设备老化失灵, 操作不当引起的设备伤害故障等。与此同时, 液压系统内部的滤油器也是极易发生故障的部件, 通常情况是由于滤油器自身的强度差, 导致滤芯的变形所引起的。工程机械液压控制系统内部油液温度过高, 使其接近焊条熔点时, 也会造成滤油器金属网和液压系统的骨架产生脱落现象。

从液压系统的监管与诊断来看, 为了更好地判断工程机械液压系统引起故障的原因, 我们常使用光谱分析或噪声、振动技术进行检测。液压系统在正常的运行过程中必然会产生噪声与振动, 通过对液压系统发出的振动信号分析, 与液压系统常态时各部件性能的对比来检查液压系统故障原因。

4 解决液压系统故障的措施

工程机械液压控制系统的污染主要可以分为三方面, 从污染控制与检测诊断技术措施的角度看, 分为入侵物污染、残留物污染和生成物污染。

工程机械液压控制系统使用的油质, 其优劣性直接影响到工程机械液压系统的工作性能, 如果使用质量不合格的油, 则会降低液压系统的工作率, 长期使用, 则可能造成液压系统被破坏。油质的纯净度与水分含量对液压系统的正常工作起到关键性作用。因此, 要加强对油质的检测和管理, 严禁使用劣质油品及不纯净的油品。

在选用合格优质油液的前提下, 应选用性能良好的液压过滤器, 进一步对油液中可能参杂的杂质进行过滤, 进一步确保进入液压设备内部的油始终清洁无污染, 定期清洁液压设备, 保证液压系统内油箱的清洁度, 避免不必要的经济浪费。液压系统长期工作会使油液黏在设备内部, 应定期清理, 保证设备的正常运行。

如果液压系统内的润滑油能力下降, 则会导致液压系统内部机械设备的相互磨损, 同时油液的老化也会形成油封现象, 从而进一步推进液压设备的老化速度。要防止水入侵液压现象, 油中可能含有过量水分, 严重时会造成工程机械液压系统内部设备元件老化腐蚀, 并且促使油液发生乳化变质现象, 设备上的润滑油浓度也会下降, 导致机械磨损更加严重。

液压系统正常工作的油温通常情况下在20℃～80℃之间, 如果液压系统的工作油温高过临界值 (通常将液压系统的危险油温定为100℃) , 则可能会造成液压系统设备内油的粘度达不到标准, 因而引起液压系统工作率降低或泄露事故。所以适当对液压设备的散热也是很重要的, 例如, 在夏季要缩短工程机械液压系统的工作时间, 避免全天候的超负荷工作, 尤其要避开夏季中午的环境, 高温对液压系统可能造成的伤害。同样的道理, 如果液压系统内部油温过低, 也会影响工程机械液压系统的正常工作, 当油温低于20℃时, 就需对液压系统进行保暖升温工作了。尤其在我国北方地区, 冬季的低温环境极易使液压系统不能正常运转工作, 在液压工作间内, 可以采用取暖设备为液压系统的正常工作提供适宜温度, 并安装油温检测装置, 随时掌握液压系统的油温状态。

对液压设备的控制使用必须严格遵守液压系统配备的使用注意事项及使用说明, 加强液压系统调配技术人员的综合技能, 不能硬性控制设备, 更不能在没有相应技术经验的情况下, 私自对发生故障的机械液压设备进行拆卸, 检修及安装, 严格遵守液压工作管理条例。液压系统出现故障时应及时上报, 组织专业人员进行维修检查, 同时也要定期对液压系统进行护理保养工作。

5 结语

通过本次对工程机械液压控制系统的分析与研究, 同时也为了确保工程机械液压控制系统高效稳定的工作, 应深入灵活地掌握工程机械液压设备的工作原理及故障分析与发生故障的应急措施。利用工程机械液压控制系统的优点, 尽可能地减小与避免其缺点造成的不良影响与后果, 从而才能更有效地保障工程机械行业正常的工作。将工程机械液压技术与自动化控制理论相结合, 为工程机械控制业带来了更广阔的前景与更大的经济效益。

参考文献

[1]张春阳.工程机械液压与液力传动技术[M].人民交通出版社, 2009.8.

[2]刘业星.工程机械液压系统若干故障诊断与排除[J].广东新粤交通投资有限公司, 2010, (22) :146-146.

工程机械典型控制系统试题 篇5

1、浅谈现代工程机械控制系统的发展趋势与特点？

2、现代工程机械控制系统交叉融合了哪些新技术？各有什么应用，举例说明。

3、工程机械专用控制器有什么特点？有哪些代表品牌？

4、什么是控制器的IP防护等级？举例说明防护等级为IP67的含义。

5、工程机械专用控制器通常都有哪些形式的输入输出端口？用实际信号举例说明。

6、工程机械专用控制器通常都有哪些形式的通信端口？作用如何？

7、简述工程机械控制系统的一般开发流程。

8、在进行工程机械控制系统硬件元件选型时，需考虑哪些因素？

9、说明控制系统需求分析的重要性。需求分析应如何进行？

10、结合摊铺机的作业特点说明进行恒速作业控制的必要性？

11、发动机恒转速控制对摊铺机有和意义？如何实现？

12、现代摊铺机的自动找平系统有哪些形式？各自的优缺点如何？

13、摊铺机行驶控制系统的输入输出信号一般有哪些？

14、双泵双马达液压摊铺机跑偏的原因是什么？如何实现摊铺机直线行驶纠偏控制？

15、输、分料控制的目标是什么？

16、在对电比例泵或马达进行控制时，为什么需要斜坡输出？如何实现？

17、什么是PWM信号？什么是占空比？占空比与比例电流的关系式？

18、在对电比例泵、电比例马达的控制中，为什么经常要对PWM输出进行恒流？哪些原因导致比例电磁线圈电阻发生变化？

19、工程上，对液压传动平地机电比例行驶泵如何进行控制？

20、简述液压传动平地机马达排量随压力控制方法的原理和特点？

21、什么是发动机变功率控制？有何特点？适用于哪些类型的机械？

22、为什么现代多档位机械传动的平地机都采用了变功率控制发动机？简述发动机变功率曲线如何设计？

23、什么是功率自适应控制？谈谈你对功率自适应控制的理解。

24什么是极限负荷控制？对不同传动方式的车辆，如何实现极限负荷控制。

25单泵双马达并联系统侧滑（单侧滑转）产生的原因是什么？说明电子防侧滑的原理。

26、电喷发动机有何特点？其数据传输协议是什么？

27、什么是IEC61131-3标准？该标准支持哪几种编程语言？

28、什么是POU？IEC61131-3的3种POU中，PRG、FUN与FB各有何特点？

29、采用ST语言设计编程档位判断函数（FUN），根据5个开关量信号判断出前进、后退各5个档位及空挡。

30、增量式PID算法相较PID位置控制算式的优点是什么？

31、简述水平定向钻机控制系统的主要功能？

32、简述水平定向钻机控制系统中发动机功率分配的要点？

33、水平定向钻作业过程中如何考虑触电保护问题？

34、钻杆的自装卸动是如何实现的？

35、简述同步碎石封层车控制系统的主要功能？

36、结合沥青洒布量的计算公式说明同步碎石封层车沥青洒布量的调整是如何实现的？

37、试分析确定同步碎石封层车作业速度的影响因素？

38、简单分析载重量变化对同步碎石封层车车速的影响机理？

机械控制工程 篇6

当代人们越来越重视化工生产，而生产产品的重中之重是合格的化工机械设备，因此化工企业极其重视化工机械设备安装的质量问题。一旦出现化工机械设备安装质量问题，就有可能造成重大事故，危及工作人员的安全，引起不必要的后果和麻烦。在生活实际中，工作人员应该对安装工程的质量问题进行精心细致的控制，避免重大事故的发生，防患于未然。本文就化工机械设备安装工程质量控制措施进行分析。

【关键词】化工机械 设备安装工程 质量控制 措施

1.化工机械设备安装工程质量控制的必要性

机械设备的安装是机械设备正式运作前的关键步骤和重要环节，这一环节的基本内容就是将设备从产地运输到安装地点，借助特定的仪器和工具，通过一系列的施工，将设备正确的安装到预定位置，并通过调试使其能够正常运转。机械设备安装工程质量的好坏决定着机械设备在日后的工作中的性能、寿命和安全性。

化工行业所用到的机械设备大多为承压设备，此类设备的特点是工作环境恶劣，介质易燃易爆，一旦发生安全事故，往往会成巨大的生命和财产损失。因此，加强对化工机械设备安装工程的质量控制，保证其安全稳定的运行，是化工企业安全生产的必由之路。

2.化工机械设备安装工程中存在的问题

2.1健全的质量监督管理体系在施工单位中缺乏

安全生产能否顺利进行与化工机械设备的安全性有密切关系。因此，我国每年都会针对化工机械设备安装工程的监管力度方面出台一部分相应的措施政策。但是对法规、政策的重视程度不少施工单位做的还是不够。在相关法律法规出台的第一时间，施工单位就应该向下贯彻落实，并且应该在符合法律法规的基础上对本单位的质量管理规章制度重新进行校对。如果忽视了上述现象，就会导致在日常工作中施工单位质量监督部门没有按照国家的对应的法律法规工作，不仅严重影响质量监督工作，而且还容易出现责任纠纷问题。除此之外，在目前现有的社会市场经济体制下，能力高、有经验的人员有较大的流动性，如果本单位的质量监督管理部门的人员出现大量流失的现象，就会很大的影响质量监督管理工作，造成无法正常有效的进行质量监督管理工作。

2.2设备的质量问题

化工设备多属于承压设备，在日常的运作中长期处于恶劣的工作环境，因此对设备零部件的质量和稳定性有着较高的要求。就当前零部件的市场情况来看， 假冒伪劣和偷工减料的情况是普遍存在的，如果采购人员经验不足，无法辨认真伪，一旦买入质量不合格的的产品并将其组装到设备上，不仅对设备的性能和寿命会造成损害，还会留下安全隐患，对生命财产安全按构成威胁。另一方面就是采购人员收受贿赂，以次充好，也是设备的质保工作面临的主要问题。

2.3化工机械设备相关文件以及资料的缺失

把设备按规定安装并调试合格就是很多单位对化工机械设备安装工程的要求。他们的最终目的就是化工机械设备能够正常运行，然而忽视了化工机械设备与工程有关的资料，没有对其进行完整的分类和保存，从而导致在工程或项目竣工时，与此相关的一些资料基本上都不知道放在哪儿了。工程质量终身责任制是目前我国针对现状而推行的相关政策，也就是说，一旦化工机械设备发生事故，只要该机械设备相关文件资料齐全，并且完全符合相关的要求，那么事故的责任就要应该是施工单位的。

3.化工机械设备安装工程质量控制的具体措施

3.1培训和优选施工人员

参加设备安装管理的操作人员、技术干部、后勤服务人员是控制工程质量好坏的关键因素，化工机械设备安装的质量受他们共同作用的。因此必须要培训和优选施工人员，他们素质的提高就是对施工质量的高度负责。施工人员质量意识的提高应该放在第一位，他们应该树立全面质量管理的五大观念。即质量第一、预控为主、用数据说话、为用户服务及社会企业综合效益的观念。施工人员的素质同样是非常重要的，质量规划、质量检查、目标管理等都是技术人员和管理干部应该具有的能力。生产人员应有一丝不苟的工作作风及精湛的技术技能，还要有严格执行操作流程和质量标准的法制观念，以保证化工机械设备安装工程的质量。

3.2 确保施工单位具有相应的资格

在设备安装工程开始之前，要对施工单位设备安装质量保障体系的建立以及设备安装质量控制等情况进行全面的审查， 对其生产条件、员工条件和检验检测手段等资源条件进行深入的了解，确保施工单位已经取得了承压设备安装许可证。积极开展随机检查和监督抽查的工作，一旦发现施工单位丧失了行政许可，出现违反技术规定或违法行为，应立即依法撤销其施工资格，以确保设备的安装水平。

3.3 充分发挥监理的作用

想要公正的进行工程质量监督，监理工作就应该具有独立性。因此，监理工程师大多来自于社会上的专业监理单位。因为配有大量的专业人员，他们完全可以满足机械设备安装工程不同施工阶段对监理工作的不同需求。化工机械设备安装工程具有施工连续和质量隐蔽的特点，这就要求监理人员能够全天候的对工程的关键工序和隐僻部位实施监理，保证工程质量始终处于受控状态。

工程质量控制的另一个重要环节，就是增强监理人员现场旁站和工地巡视工作。只有经常到工地进行巡视，才能及时发现违规操作并予以纠正。

3.4 加强对开工条件检查

3.4.1 规范开工程序

根据国家有关规定，在对承压类设备进行安装之前，应到工程所在地的质量技术监督局办理相应手续， 还要到检验部门申请监督检验。检验内容包括设备安全性能检验证书、作业人员是否取得相应的资格证、施工方案是否符合安全技术要求等。这次审查可以说是对开工条件的一次检查，它保证的工程的合法性和安全性，是设备安装工程中必不可少的一部分。

3.4.2 加强开工报告审查

开工前，施工单位应积极建立并完善自检体系，对施工人员的数量，技术人员的资质等进行认真的审查，对检测仪器的精度及检定情况以及机械设备的数量和品种进行核实。以此来保证施工队伍的技术水平和施工能力能满足设备安装工程的需要。对施工单位提交上来的技术方案要组织人员进行深入细致的讨论，取其精华去其糟粕。只有这一切都准备充分后，才可以签出开工报告，否则只会影响施工质量和进度。

3.4.3 加强对安装材料的管理

安装材料的监检工作应该由监检机构现场进行；进场材料的验收工作需严格进行，对材料实物和质量证明文件进行检查和验证，注意证明资料是否真实有效，是否具有相应有效的特种设备制造许可证或压力元件产品安全注册证，是否具有可追溯性，加强材料监管力度，严格控制用于承压列特种设备工程的材料质量，对不合格的材料应坚决清除出施工现场，确保工程的内在质量。

结束语

化工机械安装工程的质量控制有很高的标准和要求，只有保证了机械设备的安装质量，工作人员的安全性才有足够的保障。目前，人们越来越注意机械化工设备的安装质量问题，检测人员要对机械部件进行严格的检测分析。保证安装质量，企业的生产效率和工作人员的人身安全也就有了保障。化工机械设备的安装质量在很大程度上与设备安全是分不开的。相信我国化工机械设备的安装质量会不断地完善，机械设备的安装水平会更上一层楼。

参考文献：

[1]喻建良.化工设备机械基础[M].辽宁：大连理工大学出版社，2009（7）.

[2]李双全.化工机械设备安装工程质量控制措施分析[J].魅力中国，2010.13.

[3]董克军，颜蕴.工程项目质量控制探讨[J].科技致富向导，2010.26.

工程机械代理渠道模式的风险控制 篇7

20世纪80年代以前, 工程机械行业是单一的直销模式。20世纪80年代至90年代中期, 代理模式出现, 直销模式仍占主导地位。这一阶段, 民营、外资企业逐渐增多, 国有企业一统天下的局面被打破, 制造商不断增加, 企业规模扩大, 竞争加剧。随着改革开放和市场的扩大, 工程机械产品的社会需求量明显上升, 用户由过去的以施工单位集体购买为主向单位、小团体、私人多层次发展, 用户对产品质量、支付方式及服务等方面的要求越来越高。传统的直销模式已不能满足发展的要求, 制造商开始采用代理模式来迎接市场的挑战。代理模式是制造商通过选择规模、实力较强的代理商, 在一定的区域内代理销售自己的产品, 并提供相应服务的销售模式。但这时的代理规模比较小, 代理的产品范围较窄, 直销模式仍占主导地位。20世纪90年代中期后, 直销模式的主导地位逐渐被代理模式取代。这一阶段我国工程机械行业进入高速发展时期。国有、民营、合资等多种成分的企业共同参与市场竞争, 市场规模和产能空前扩张, 直接促进了渠道发育, 特别是装载机、挖掘机这两个销量最大的工程机械产品, 几乎全部采用代理模式。

在我国工程机械行业供大于求、产品严重同质化的市场条件下, 代理制是最具生命力的一种营销模式。在当前的环境背景下, 直销模式的弊端越来越突出:企业不断扩充营销队伍, 管理成本相应增加, 管理难度逐步加大;为保证销售业绩和更好地服务用户, 有时企业还需从其他部门抽调人员, 这样削弱了企业的研发和生产能力。直销模式已不能适应环境的变化和企业发展的要求, 代理模式已成为工程机械行业的主流渠道模式。在许多工业发达国家, 工程机械产品的产与销是分开的, 生产企业仅负责产品的研发和生产, 而产品的销售———包括对市场需求的了解、采集, 以及流通过程中的金融服务等, 则由专门的代理商负责。随着经济全球化的发展、社会分工的深入以及代理商实力的增强, 我国工程机械行业代理模式的发展空间将会越来越大。

二、代理渠道模式的风险分析

1、资金信用风险

许多工程机械产品对用户来说都是重要的固定资产, 价格昂贵, 代理商为刺激用户购买欲望, 完成销售任务, 常常需对用户提供分期付款和按揭销售等方式, 而我国相关法律法规及信用体系不完善, 容易出现不能及时回款的情况, 这样必然会影响到制造商的资金周转, 增加收账成本和坏账损失。

2、品牌忠诚度风险

制造商通常希望代理商能实行品牌专营, 忠实于自己的品牌, 但代理商为了自身利益, 满足复杂的市场需求, 抓住更多的用户, 很难长期保持对某一家企业的品牌忠诚度, 往往由品牌专营发展为代理多个品牌, 销售竞争对手的产品, 这样有可能企业对代理商的一些资金、培训等方面支持被竞争对手所用, 影响到自身产品的销售;也有些企业的代理商队伍不稳定, 有时代理商的流失就意味着一批客户、一片市场的流失。

3、服务风险

工程机械产品技术性强, 用户对产品的服务要求较高。代理商不仅要懂得产品性能, 还要懂得如何服务于工程的施工组织设备配套, 对售后服务的相关事项, 如设备使用、维修、配件供应、技术人员培训等也需关注。而我国由于工程机械代理商发展历史还不长, 许多都不具备较高的专业技术水平和服务观念, 不能达到与制造商相同层次的服务, 因此, 必然会损害到制造商的品牌形象, 也会对产品销售造成直接影响。

4、信息风险

一方面, 由于立场的不同, 代理商往往不能及时、充分地将用户信息反馈给制造商, 从而使企业无法迅速调整经营决策;另一方面, 利益上的分歧往往会导致一些代理商不遵守渠道政策、窜货乱价等现象的出现, 如果不及时了解这些代理商的信息并与他们进行充分地沟通、协调, 后果将不堪设想。

此外, 目前我国工程机械行业还未产生上规模、真正专业化、有广泛影响力的代理商, 如果代理商市场开拓能力、自我发展能力、持续经营能力不足, 将导致制造商难以完成预期营销目标, 失去良好的销售机会。而随着代理商逐步集中整合成若干个大的代理商, 代理商对制造商的影响又会举足轻重。因此, 制造商必须采取科学、有效的策略控制各种风险, 占据渠道系统中的主导地位。

三、代理渠道模式的风险控制策略

1、选择有限职能代理商是首要策略

许多工程机械制造商由于自身营销能力较差, 喜欢寻找大的代理商, 希望代理商承担全部的渠道职能, 自己就可以放手不管, 减少负担, 这样往往导致市场失利, 对渠道的控制力也会越来越弱。因此, 制造商与代理商进行合理的职能划分, 只让代理商根据自身优势承担部分渠道职能, 是防范风险的首要策略。例如, 我国装载机产品的售后服务职能大都是委托代理商负责, 而山工集团则只要求代理商承担销售职能, 售后服务由厂家自己负责。这样服务更快捷、更专业, 还能在最短的时间将产品质量、性能问题反馈回来, 提高厂家的市场反应速度;另外, 用户对厂家服务人员的信任度更高, 这也从侧面促进了代理商的销售。目前, 山工集团已在全国各地设立数十家维修中心, 其中大多数是与当地代理商合资建立的, 这种全新的服务合作模式将代理商与制造商的利益紧紧绑在了一起。这样能使代理商因服务水平较低、信息反馈不及时充分所导致的经营风险大大降低。

2、提升品牌形象是根本策略

从根本上说, 制造商必须认真把握消费者需求, 为其提供有吸引力的产品或服务, 不断提升品牌形象, 牢牢把握住市场, 这样才能增强代理商对自己的依赖。例如, 全球工程机械行业的老大卡特彼勒公司最初为满足19世纪末美国快速发展的农业对机械的需求, 开始生产农用拖拉机。二战期间, 由于战争的需要, 开始制造履带设备。在这一时期, 其履带技术和拖拉机技术得到很大发展。随着市场对发动机、发电机的需求, 卡特彼勒的产品系列不断扩展。现在卡特彼勒已经能够生产全部工程项目所需的机械和发电设备, 如挖掘机、推土机、压实机、采矿机、吊装机、发电机、发动机。在世界各地的农场、森林、采石厂、煤矿、水库大坝、建筑工地, 到处都可以看到卡特彼勒产品的身影。由于卡特彼勒根据顾客需求不断开发新产品, 其产品品种齐全, 技术先进, 适销对路, 因此, 其代理商即使实行品牌专营也能满足用户全面需求并获得较高利润, 自然会对制造商形成较高的忠诚度。相反, 若制造商产品单一, 不能有效满足顾客需求, 代理商经营其产品不能使顾客满意而获利, 则容易导致拖欠货款、对品牌不忠诚等问题。

3、确定适度的利益分配政策

制造商作为渠道的设计者和管理者, 占有制定利益分配体系的先机, 享有一定的主动权。而牢牢把握住渠道的利益分配, 则是对代理商的经营体系进行管理和控制的前提和基础。把握住利益分配体系并不意味着企业要占据其中的大部分甚至全部利益。因为如果制造商不能给代理商提供足够有吸引力的利益空间, 代理商不会全力合作, 这样会损失合作利润, 从而使企业的整体利润降低, 反而得不偿失;相反, 如果给代理商过多的利益, 不但减少了企业自身的赢利, 还会使代理商的预期与实力增长过快, 最终导致企业丧失对渠道的控制权。因此, 制造商在利益分配政策的制定上必须要保持合适的度:既要合理增加代理商的利益空间, 也要注意根据自身实力和渠道力量的对比变化, 适时调整渠道分配策略, 确保自己在渠道中的领先地位。

4、加强对代理商的支持培训

“服务”是我国工程机械行业的关键词之一, 随着主机厂服务水平逐步升级, 对代理商的服务能力也提出了更高要求, 据格林市场研究室《2008年中国工程机械代理商调查报告》显示:在“2007年主机厂提供的哪些支持与合作最有效”调查项中, “加强售后服务支持”的得票率最高, 为66.8%。与以往相比, 代理商更需要主机厂在售后服务方面给予支持。制造商通过对代理商进行产品技术培训, 提升其售后服务水平, 还可根据代理商的需要指导他们如何制定企业计划、预测市场、从事营销和广告活动, 并在信用、物流等方面给予一定的支持。这样既能增加产品销售量和利润, 也促进了渠道内部的知识交流, 有利于提升代理商对制造商的依赖感和忠诚度, 在确定制造商领导地位的同时有助于获得渠道的稳定和长远发展。

5、重视与代理商的沟通与协调

从根本上说, 制造商和代理商的利益是一致的, 两者都只有通过将商品顺利地销售出去才能获得效益, 充分的协调与沟通是十分必要的。制造商要想在渠道中获取领袖地位, 就应该积极地把握沟通的主动性, 并及时引导沟通的内容和方式, 使其有助于实现企业目标。在沟通过程中, 制造商应主动向代理商传达企业的发展理念, 在制定相关基本政策、渠道政策出台和调整时, 应事先召开代理商会议进行讨论, 以争取代理商的理解与认同;制定严格的渠道管理政策并不断加以完善, 公正、及时地处理各种渠道矛盾, 使代理商产生信任感。此外, 与代理商的情感沟通也不容忽视。

例如, 卡特彼勒公司就经常与代理商进行深入而坦诚的交流, 他们与代理商的高层管理人员之间每年都要举行一些地区性的会议, 就每一种产品的销售目标以及双方应作的努力进行讨论。公司还定期邀请所有的代理商到公司总部进行为期一周的会议, 对公司的战略、产品计划和营销政策进行全面的回顾。公司最大限度地开放了自己的信息资源, 所有公司的雇员和代理商的工作人员都可以到电脑中查询信息, 如销售趋势及预测、顾客满意的调查数据等。卡特彼勒还鼓励公司员工与代理商工作人员多接触, 加深了解, 增进友谊。公司会组织各种活动, 让代理商的子女从小就对卡特彼勒发生兴趣。比如, 他们在总部办一个有20至25名分销商子女参加的联谊会, 并请他们参观工厂, 亲自操作机器, 还为他们提供暑期临时工作的机会, 欢迎他们大学毕业后到卡特彼勒来工作。卡特彼勒与代理商之间的关系堪称业内典范, 在商界有口皆碑。这种关系远胜于一纸合同上注明的权利义务关系, 有人称其为“家庭式的关系”。依靠这些代理商, 卡特彼勒在公司和顾客之间架起了一座座坚实的桥梁, 这是它成功的关键所在。

摘要：随着工程机械行业竞争结构的多元化和市场范围的扩大, 其营销渠道模式也由过去单一的直销模式转为代理模式为主, 代理制的盛行使风险问题也日益显现。通过分析采用代理模式存在的主要风险, 并提出相应的控制策略, 有助于工程机械制造商更好地对渠道系统加以管理, 提高市场竞争力。

关键词：工程机械,渠道模式,代理模式,风险控制

参考文献

[1]吕一林:营销渠道决策与管理[M].中国人民大学出版社, 2005.

[2]李颖生、刘春雄、金焕民:营销创新[M].企业管理出版社, 2005.

[3]李晔辉:工程机械营销模式的选择与风险控制[J].今日工程机械, 2008 (2) .

[4]格林市场研究室:2008年中国工程机械代理商调查报告[EB/OL].http://www.ccm360.com/scbg/tjbg/200806/3246.html, 2008-06-02.

机械工程控制基础的教学改革 篇8

由于现代科学和计算机技术的迅速发展，控制理论应用于机械工程的重要性日益明显，并取得了很大的发展。长期以来机械工程控制基础是按照控制论为核心来组织教学，把传授系统的理论知识作为组织教学的出发点，作为教学过程的主线和质量考核的主要标准，这样对学生掌握理论知识、开发设计和创新产品是有利的。但是也存在不足之处，毕业后大部分学生被分配在车间，所从事的工作不是研究、设计、开发等，而是操作设备、制定工艺、筹划工装卡具、查找故障和排除故障和质量检验等，在学校学的知识有一部分用不上，而又不具备现场工作所必需的工作能力。

二、改革的必要性

《机械工程控制基础》这门课程理论性强，所涉及的科目多，学生学起来非常吃力，老师也觉得很难教，教学过程容易枯燥。将理论联系实际，展开实际的实验教学对象进行实验，可以激发学生对该课程的学习兴趣，但又往往存在实验设备不足、教学方法陈旧等问题，大部分展示性实验几乎难以实现课程目标。要培养创新型人才，我们迫切需要建立较为完善的实验教学课程。教学中控制理论、控制器件、控制技术和机械控制论针对典型机械对象，通过相关的基础性实验、综合性实验，提高学生应用控制理论原理与技术分析和理解的能力。原来的办学模式在人才培养的方法和途径上受到很大的限制，无论是人才的培养类型、课程的设置，还是社会实践的安排，都没有完全脱离旧的教育模式，导致毕业生在理论研究的领域里“缺乏理论”，在技术应用领域内“缺乏应用”。由于设置课时不合理、教学方法古板等一些原因，学生学习理论知识不牢固，又缺少一些社会实践与动手能力，以至于课程结束后，只是了解一些书本上的理论知识。

目前的教学中主要存在以下几方面问题。

1. 课时太少

随着教学体制的改革，机械工程控制基础和其它的专业课一样，缩减了不少教学课时，存在着课时少教学内容多的矛盾，怎么样在如此短的时间内最大限度地提高教学质量是当前教学所处的一大难题。

2. 教学模式单一

以前的教学模式，往往只注重理论教学，例如在建立系统的微分方程知识点中，分为机械系统和电网络系统两种类型，与高数、物理、电工等相关课程都有联系。尤其是在建立机械系统的微分方程中，利用的是达朗贝尔原理来建立的，原理虽然是不是太难，但由于文字叙述较抽象，学生又没接触过实物，在学习过程中很难理解，从而很多同学感到枯燥无味。

3. 理论与实践环节脱节

近年来工程控制论迅速发展，被广泛应用于多种场合，例如:大多数自动控制系统、自动调节系统与伺服机构都是应用反馈控制原理控制某一个刚体(如机床工作台、振动台、炮身和火箭体等)或是一个机械生产过程(如切削过程、锻压过程、冶炼过程等)，基于这些自动控制系统无论其运行过程还是运行结果只能通过对控制对象的观察得以了解，因此机械工程控制的教学实践环节更应强调模型的实例化与控制流程的动态演示。但往往由于受控对象其体积大、重量重、价格高、维护难等因素，难以大量装备于实验室，学生在实验过程中无法感受到工程实践中的趣味性、知识性和实验成功后的成就感，在很大程度上挫伤了学生的积极性。

4. 生源整体素质下降

由于这些年扩招，生源整体素质有所下降，在接受能力和学习的积极性等方面都比过去相对降低，许多学生的基础课底子太差，这些原因都不利于本课程的教学。

三、改革的思路

1. 制定适应新形势的教学内容

遵循国家、省教委的有关文件精神，制定符合现代化建设要求的机械工程控制基础的教学计划，以综合素质培养为基础，以能力培养为主线。围绕培养目标，对知识、能力、素质等方面进行合理的综合安排，力求整体优化，培养实用的职业技术人才。

(1)关于“机械工程控制基础”内涵的认识。它的研究对象是机械工程系统，本课程实质上要求学生通过学习机械工程控制的原理，学会以动力学的观点来研究机械工程领域中广义系统的动力学问题，也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。

(2)培养目标。本科程主要培养学生以动态、整体、联系的观点来分析和研究一个机械工程系统，运用控制论的基本概念和方法，解决机械工程领域中有关自动控制及系统动力学方面的问题，也可为后续课程如测试技术、数控机床、机电一体化系统设计打好基础。

2. 先进教学手段的应用

(1)采用多媒体进行直观教学。由于课本中的理论推导与图形较多，教师若采用多媒体，不仅可以大大减少课堂上画图的时间，而且可以增加学生兴趣，容易理解，提高教学效率，增大课堂教学的信息量。

(2)联系生活，启发学生思维。课堂教学重在理论联系实际，运用生活中的实例，既有助于学生对理论知识的掌握，又有利于提高学生的兴趣和对实际问题的思考能力。如在讲解系统的稳定性时，除了把概念解释清楚，还要结合生活中的实例(如电风扇、电视)讲解。

(3)与时俱进，激发学生的求知欲。教师应该与时俱进，了解课程最新的技术动态，并把它传授给学生，只有这样才能激发学生的求知欲，真正把课教好。

3. 改革实践环节

实践教学是本课程的重要环节。根据本课程的特点，并结合本课程的实验条件和学时数情况，我提出了课内外结合、原理性实验与设计型、综合型、研究性实验相结合的实践教学思路，设计了三个层次的实践教学环节，即：原理性仿真实验;面向机电工程中典型物理对象、系统的特性测试、分析与控制实验;典型机电系统的构建、特性分析、测试与控制设计。把对学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养融合到课堂与实践教学环节中，而不仅仅是教给学生书本上的理论知识。

在实践教学设计上，教师应将原理性仿真实验放在课堂上和作业中，在课堂上，教师结合教学内容，利用授课的计算机穿插演示教学软件中的仿真实验，加深学生对课堂内容的理解;课后鼓励学生自己通过实验来验证和领会所学知识，用仿真实验代替部分作业，让学生利用教师提供的网络教学软件平台自己动手进行仿真实验。

将面向典型物理系统的特性测试、分析与控制实验安排在我校测控实验室进行，针对典型机电系统，在测试和分析系统特性的基础上，设计PID控制器，改善系统的控制性能。主要目的是培养学生分析问题和解决问题的能力。

典型机电系统的构建、特性分析、测试与控制设计主要面向部分优秀学生，以课外科技创新实践活动的方式进行。学生在教师指导下，以项目方式，提出项目构思，进行系统设计，并利用实验室提供的典型机电对象、控制器件、控制执行装置、信号检测装置及其它相关散件，自行搭建控制系统，分析和测试系统特性，调整系统参数，在此基础上，进行控制器设计、控制仿真和实际控制实验。主要目的是培养学生的独立思考能力、科研能力和实际动手能力。

四、结语

教学改革的目的是提高教学效果，培养学生学习的积极性和主动性，从而达到培养学生的分析问题和解决问题的能力。在教学中我们必须坚持“面向现代，面向世界，面向未来”的发展方针，从实际出发，确定教学改革思路、培养目标，深入改革课程、教学方法和教学内容，使使自己的教学适应学生和社会发展的需要。在对学生的培养方面要做到：1.培养学生的综合应用能力、实际动手能力、工程设计和创新能力，学生能根据一般的设计要求和动作流程完成整个控制系统的设计。2.提高教学质量，培养学生的学习兴趣。3.在实验和设计中增强他们的团队合作精神。从一个目的、两个原则的教改思想出发，抓好课程理论、实践、考核的每一个教学环节，这不仅能充分发挥学生的开拓创新精神，而且能充分调动教师教学和教改的积极性，在教与学两个积极性的推动下，教学质量能得以大幅度提高，使高校为社会培养出更多优秀的人才。

参考文献

[1]杨叔子等.机械工程控制基础 (第五版) .武汉华中科技大学出版社, 2005.3-5.

工程机械故障的控制与处理研究 篇9

近年来, 随着我国基础建设的不断发展, 工程机械也得到越来越广泛的使用, 随之而来的问题则是工程机械故障的发生也越来越频繁。由于工程机械的工作环境非常复杂, 使得各种不良的环境因素都会在一定程度上干扰机械设备的正常运转, 例如:某些机械杂质 (如灰尘、机械废屑等) 进入机械设备内部将会造成设备的相对运动停滞、设备零件磨损的加快、设备表面被擦伤以及润滑表面被破坏等危害;机械设备所处的温度过低会引起零件磨损、油液变质以及机械性能的恶化等不良影响, 温度过高则会使机械零件变形, 甚至有可能引发设备起火等。另外, 机械设备中核心部件性能的衰弱或丧失将直接影响设备的工作状态, 从而影响生产进度, 甚至还会造成重大生产事故。因此对工程机械故障的实时控制与故障发生后的有效处理方式的研究具有重大的现实意义。下面, 就工程机械故障的具体表现形式及其控制与处理的基本理论和实际方法分别进行讨论。

1 工程机械故障产生的原因

工程机械在使用过程中出现故障的主要原因包括: (1) 机械设备本身零件的损坏, 包括零件的磨损、变形、疲劳破坏、腐蚀损坏以及机械设备零件的热损坏等; (2) 生产零件材料的质量差, 如易磨损和易疲劳都易导致故障的发生; (3) 操作人员的操作维护不当, 包括现场操作条件差、气候条件恶劣、劣质运行油料、操作程序设计得不合理、维护质量差以及操作人员的操作水平低下等。

2 工程机械故障的控制理论与方法

2.1 设备状态的变化

一般情况下, 机械设备故障的发生都与时间有关。随着时间的推移, 机械设备持续不断地受到外界不良环境的影响, 使得部分零件会出现老化的情况, 此时设备就会出现功能衰退的现象。在使用机械设备期间, 若对影响设备功能的老化零件加以识别、维修和更换, 则不但能有效控制机械设备的故障并且能维持设备正常的工作;否则, 一旦故障出现, 机械设备进入失效状态不仅会增加维修成本、耽误工期, 甚至有可能造成人员伤亡的重大生产事故。

2.2 故障控制的基本理论

通过对设备关键部位零件进行性能的评估, 以及对关键部位零件进行剩余寿命的预测, 不仅为设备的维护与处理提供理论的指导, 还可以有效地实现机械故障的控制。

2.2.1 选取用于剩余寿命预测的关键部件

剩余寿命预测的指标主要包括了重要性、易损性以及易检性。重要性是根据该部件对整个设备正常运行所起的作用而定;易损性是根据故障记录中该部件发生故障的频率来确定的;易检性则是根据在设备的性能衰退过程中发现该问题部件的难易程度来确定的。重要性、易损性以及易检性的等级可以根据操作员和维护员的评分来确定。对设备来说, 越重要的部件评分越高;越容易磨损的部件评分越高;越容易发觉问题的部件评分越高。将部件的重要性、易损性以及易检性的综合得分作为一个最终的评定指标, 综合得分较高的部件定义为用于剩余寿命预测的关键部件。

2.2.2 确定关键部件剩余寿命的范围

研究选定关键部位零件的可靠性, 以此构建关键部件可靠度与失效率随时间变化的动态曲线来确定其寿命周期范围。再根据已经使用的部件的工时与上述确定的寿命周期范围, 得到关键部件剩余寿命范围。

2.2.3 关键部件预测寿命的计算方法研究

将接近剩余寿命范围的关键部件选定为实时性能评估的对象, 选定能反映其工作性能的特征参数, 将这些特征值构成行列式, 输入并训练RBF (Radial Basis Function) 神经网络预测模型, 得到预测的振动值, 以该值为基础, 得到其剩余寿命。

2.2.4 关键部件剩余寿命预测系统研制

进行设备总体结构设计, 关键部件剩余寿命预测分为数据处理、模型建立、通讯接口以及人机界面控制等。采用SQL Server建立剩余寿命预测系统数据库 (该数据库中包括历史特征数据和预测结果数据等) 、模型库 (该模型库中包含了动态可靠性寿命预测模型) 、RBF神经网络实时评估及剩余寿命预测模型。动态稳定性寿命预测模型通过其可靠度和失控率随使用时间变化的动态过程曲线确定其寿命周期范围;RBF神经网络实时评估及剩余寿命预测模型则是在关键部位零件接近动态可靠性寿命预测模型所确定的剩余寿命范围时, 开始对该部件进行评估与剩余寿命预测, 具体过程如下:第一步, 由RBF神经网络获取重要参数预测值以及该参数值可能的发展趋势;第二步, 以该部件的故障特征参数值为参照, 估算其剩余寿命;第三步, 通过RBF神经网络实时评估及剩余寿命预测模型与远程数据采集模块所建立的通讯接口, 将特征数据顺利传送至本系统, 最后进行系统测试。

2.3 故障控制的实际方法

2.3.1 减少有害环境因素的影响

(1) 减少机械杂质的干扰。机械杂质是指石油或石油产品中不熔于油和规定溶剂的沉淀或悬浮物, 如沙粒、灰尘、铁屑、纤维和某些难溶性物质。这些机械杂质一旦到达机械设备内部尤其是机械接触表面, 将造成非常大的损害。对轻质油来说, 机械杂质会堵塞输油管路, 促使生成胶或化学腐蚀物;对锅炉燃料来说, 机械杂质会堵塞喷嘴, 降低燃烧效率;对润滑油来说, 机械杂质则会破坏油膜, 增加磨损, 堵塞油过滤器以及促进生成积炭等。尽管机械杂质的危害相当大, 但除去机械杂质的方法也有很多, 如沉淀或过滤等方法。这类由机械杂质所造成的故障比较容易控制, 主要有4种方法:一要使用配套、优质的工程零件和润滑油;二是要做好设备所处环境的整洁;三是要做好机械设备本身的维护工作, 防止上述杂质进入到设备内部;四是要注意在故障发生后将设备送往指定修理厂或是其他正规的修理厂进行完善的修理与保障, 同时也要防止在更换设备零件时所更换零件在装机前受到上述杂质的污染。

(2) 减少腐蚀作用的影响。金属表面因与周围的介质发生化学或电化学作用而遭受破坏的现象通称腐蚀。例如雨水和空气中的化学物质通过机械零件的外部通道和零件间的缝隙进入机械内部, 使得零件腐蚀损坏、加速零件的磨损, 而最终引发机械故障。由于腐蚀作用具有隐蔽性, 不容易被人察觉, 所以其危害性更大。工程机械的操作员和管理员要根据天气状况差、空气质量低等不良环境因素, 及时采取有效措施尽量避免化学腐蚀对机械设备的影响。

(3) 减少工作温度的影响。每个机械设备零件都有最合适的工作温度及适当的温度范围。通常一般冷却水的温度范围为80～90℃, 传动系统液压油的温度范围为30～60℃, 低于或超过这个温度范围都会导致上述的零件磨损、油液变质、机械性能变化等。工程机械的主传动齿轮和轴承在-5℃的润滑油中运转要比在3℃中的运转所遭受的磨损高出10倍左右;机油温度超过60℃时, 机油温度每升高5℃左右会使它的氧化速度提高近1倍。因此认为:首先要保证机械设备零件在低速预热时的正常运转, 当温度达到所需的工作温度后再进行常规的操作, 万不可因没有出现明显状况就忽视其重要性;其次更要杜绝长期持续地将机械设备在高温下运行, 要求操作人员要经常检查仪表上的温度数值, 核实是否一切正常, 一旦出现问题应立即停机查看;最后要保障冷却系统的正常工作, 包括散热通道的畅通、冷却水的持续供应等。

2.3.2 保证机械设备的正常载荷

工程机械工作负载的大小和性质对机器的磨损程度有着重要的影响。一般而言, 零件的磨损是随负荷增大而增加的。当零件受载荷高于设计最高载荷时, 磨损将会加剧。在其他条件相同的前提下, 稳定载荷下工作的机械磨损要小、故障要少。通过大量试验可知, 发动机在不稳定载荷下工作与稳定载荷下工作相比, 气缸的磨损将增大2倍。在正常负荷下工作的发动机, 其故障发生率低, 且寿命也会延长。超负荷运转的发动机, 故障发生率明显增多, 寿命也会减少。保证正常的工作载荷主要取决于操作人员对工程机械的使用, 主要注意2点: (1) 注意不能在超过机械可以承受的最大负荷下工作, 要尽可能指定工程机械的管理和操作员, 要把工程机械的随机资料及使用手册交给操作人员, 严格按照规定程序进行操作; (2) 尽量保证机械负荷的均匀增加或减少, 使机械处于较为平缓的负荷变动。

2.3.3 聘用操作水平高的操作员

操作水平没有达到所要求标准的操作员, 常会因为操作不当或是处理不了突发状况而使机械设备或是设备零件受到损伤而发生故障。例如, 某些产生高压力的设备如蒸汽锅炉若操作不当会引起爆炸, 造成严重的人员伤亡;或是操作员在加速设备运转时用力过猛, 易使零件瞬间过载, 发生变形或折断, 产生严重的后果。因此, 高水平的操作员是避免机械故障发生的有效方法。这就需要操作员要做到正确、合理地定期和不定期保养, 保持机械的清洁和干净, 及时检查机械设备所处的状态, 及时发现异常并处理, 对于松动和失调的零部件要及时紧固和调整以及对某些易损件要经常进行预防性的更换等。

3 工程机械故障的处理

3.1 工程机械维修的必要性

维修是对机械维护和修理的简称, 维护是为了延长工程机械的使用寿命, 修理则是恢复工程机械的性能。维修不仅仅是简单地排除故障, 而是确保企业的生存发展, 并取得较高的经济效益。做好机械设备的维修对保证企业正常生产、增加产量、改善产品质量和提高生产率等都具有非常重要的意义。

3.2 故障的排除

据统计, 80%的机械故障是由磨损引起的, 解决零件的磨损除了要采用优良的材料、选择先进的制造工艺以及设计合理的结构外, 最重要的一点就是保证机械的良好润滑。对于工程机械来说, 一是要尽量减少零件部位的磨损, 防止事故的发生;二是要熟练地运用各种修理方法, 不断探索新的修理保养技术。

工程机械的故障有一半以上是由润滑不良引起的, 良好的润滑剂可以保持零件之间正常的工作间隙与合理的温度, 防止灰尘等杂质进入机械内部, 从而降低零件的磨损速度, 延长机械设备的寿命。正是因为正确合理的润滑是减少机械故障的有效措施之一, 首先要正确合理地选用润滑剂, 如:根据机械结构的不同, 选用不同种类的润滑剂;按照环境和季节的不同, 选择不同的润滑剂型号等;其次, 要经常检查润滑剂的质量和数量, 在润滑剂的存货量不充足时要及时补充。

3.3 现场应急维修

通常, 在机械已经出现故障的情况下, 为了保证生产的连续性, 必须要对机械设备进行现场维修。现场应急维修主要有3种方法: (1) 零件修理法, 此法是采用机械加工、焊接、研磨等技术修复损坏的零件。如一台输送泵, 料斗的搅拌轴因磨损严重突然不能工作, 配件一时又难以送到。这时可将搅拌轴拆下, 采用堆焊和车床加工的方法, 迅速恢复机械作业, 也节省了资金。 (2) 零件换用或替代修理法, 用完好的备用零件替代已损坏的零件, 如若没有备用的零件, 则需要充分利用现有的材料进行加工替代。如普通钢板制作的垫片代替缺损的垫圈;用烟盒制作的垫圈代替压油路的密封垫圈;用塑料布代替水泵中密封的石棉绳等, 这些都可临时解决应急维修的需要。 (3) 零件弃置法, 放弃已经产生故障的零部件, 设法将管路或线路连接起来, 快速恢复工程机械作业。如自卸车的刹车分泵皮碗损坏漏气, 造成制动不灵;在管路中临时分一个阀门, 将通往该分泵的气体关闭, 可迅速恢复作业;冬季施工时, 机油散热器冻裂, 在野外无法修复可去掉散热器, 将机油管直接与机体油道接通将散热器水管短接, 迅速恢复机械作业, 这些方法都可以作为临时应急解决方案。

4 结语

本文对工程机械故障产生的原因、控制方法以及处理技术进行了详细的分析讨论。其中剩余寿命预测是控制工程机械故障的理论方法, 它将零件的故障进行了定性的分析;用函数模型来预测机械设备关键部位零件的剩余寿命, 直观地反映了机械运行过程中的性能, 有效地控制了故障的发生。当故障已经发生时, 应急维修是必不可少的, 因此在本文的最后提出了工程机械故障处理的基本方法, 为企业生产的连续性提供了可靠的保障。

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机械控制工程 篇10

传统轮式工程机械用机械差速器来完成差速。机械差速器的工作原理是无论转弯行驶或直线行驶, 两侧驱动车轮的转速之和始终等于转速器壳转速的两倍。常用的对称式锥齿轮差速器, 其内摩擦力矩很小, 实际上可以认为无论左右驱动轮转速是否相等, 两边扭矩总是平均分配, 这样的分配比例对于车辆在良好附着路面上直线或转弯行驶时, 其运行状态都是满意的[1,2,3,4,5,6,7]。

轮边电力驱动系统中, 各电动轮之间无机械差速器连接, 其差速功能则主要通过电子差速控制技术来实现。目前, 研究较多的电子差速控制策略有3种:以驱动轮转速为控制变量、以驱动轮转矩为控制变量、以各驱动轮滑转率相等为控制目标。在理想情况下, 转速控制策略可以实现差速控制, 但现有理论模型很难适应车辆的实际路面[8,9]。使用BP神经元网络的控制方式对于路况固定的路段具有一定的实用性, 但是无法适应没有学习过的路况[10]。转矩控制策略以驱动轮转矩为控制变量, 具有较好的差速功能, 但此方法除受限于车辆模型的精确度外, 还受限于路面的实际情况 (附着系数、滚动阻力系数、坡度等) 的影响, 理论转矩很难精确计算[11]。滑转率控制策略是以驱动轮滑转率相等为控制目标, 是对转矩控制策略的改进, 将计算理论转矩的问题转变成为如何控制滑转率相同。此方法虽然克服了理论转矩的计算难题, 但是滑移率的实时监测和控制, 也比较困难[12]。

综上所述, 现有的3种电子差速控制策略均不能很好地适应轮式工程机械轮边电力驱动系统, 因此有必要研究设计出一套满足此系统使用要求的电子差速控制技术。

1 基于弱磁控制算法的自适应电子差速技术

车轮要实现平稳转向, 需满足下式:

式中, vj为第j个车轮的速度;ωj、rj分别为第j个车轮的旋转角速度和车轮的滚动半径;Sj为车轮轮心沿平行于行驶路面的轨迹移动的距离。

采用弱磁控制策略的永磁同步电机 (permanent magnet synchronous motor, PMSM) 在恒功率区的输出转矩必定与外负载平衡, 而电机转速随其受力状态沿弱磁控制曲线随动。因此可将弱磁控制策略归类为上述转矩控制策略, 但不同的是省去了繁琐困难的理论转矩计算部分, 控制更简洁。与滑转率控制策略不同, 弱磁控制策略无须控制滑转率, 能够自适应不同的路面, 虽然这在一定程度上影响了能量的利用率, 但非常简便。笔者对PMSM采用弱磁控制策略, 以实现各车轮的自适应差速控制。整机控制系统只根据车辆运动状态, 输出驱动电机的转矩指令信号。电动轮系统的转速由电机转矩与电动轮系统的受力平衡点决定。电机转矩采用开环控制。现分析证明如下:

轮式工程机械受力方程为

其中, Tz、Ff、Fa、Fw、Fs、Fr分别为驱动力、滚动阻力、惯性力、风载荷、斜坡阻力和作业阻力, N;f为滚动阻力系数;m为整机质量, kg;g为重力加速度, m/s2;α为坡度角, (°) ;v为整机速度, km/h;CD为空气阻力系数;A为迎风面积, m2;ρ为空气密度, kg/m3;Fz为全部阻力之和, N。

若该轮式工程机械由k个电动轮驱动, 则受力方程为

其中, ij为第j个电动轮中行星减速器的传动比;Tj为第j个电动轮中PMSM的输出转矩, N·m;rj为第j个电动轮中车轮的动力半径, m。

根据能量守恒原则, 由式 (3) 可得

其中, nj为第j个电动轮中PMSM的输出转速, r/min;ηj为第j个电动轮中PMSM的传动效率。

根据弱磁控制算法, 当整机运行平稳后, PMSM运行在恒功率模式, 则有

其中, P为PMSM理论额定功率, W。

由式 (4) 、式 (5) 可得整机速度:

设第j个电动轮的滑转率为δj, 则直行过程中电动轮的轮心速度为

转向过程中电动轮的轮心速度为

其中, R为整机的转弯半径, m;Rj为第j个电动轮的转弯半径, m。

分别将式 (7) 、式 (8) 和nj=30ijvj/ (πrj) 代入式 (3) 得

由式 (9) 、式 (10) 可知, 在行驶和转弯工况中, 各驱动轮均能克服各自阻力矩的变化、行走减速器传动比和车轮动力半径的差异、转弯半径的差异等问题, 可以自适应差速工作。

由此可见, 基于弱磁控制算法的电动轮之间能自适应差速, 而不需要任何基于理论模型或理论计算的额外控制策略, 简单方便, 实用可靠。

2 基于弱磁控制算法的自适应电子差速仿真

下面以改装为轮边电力驱动的ZLM15B装载机为原型, 进行基于弱磁控制算法的自适应电子差速仿真。

轮边电力驱动ZLM15B装载机采用永磁同步电动轮进行前轮驱动, 其仿真模型主要由整机控制器 (vehicle control unit, VCU) 模块、牵引力控制系统 (traction control system, TCS) 模块、电机及其控制器模块、电源模块、超级电容系统模块和机械系统模块等组成, 如图1所示。

忽略坡度和风载, 整个模型仿真参数如下, 整机质量mv=7000kg, 负载和质心折算到前轴的轴荷系数k=0.8, 整机的转弯半径R=3.17m, 车轮半径r=0.5m, 车轮轮距b=1.49m, 滚动阻力系数f=0.1, 超级电容的电容C=3.3F, 电机转动惯量Jm=0.15kg·m2, 质心高度h=0.7m, 车轮数量ntyre=4, 电机数量nmotor=2, 重力加速度g=9.8m/s2, 电感L=4mH。自适应差速仿真分为两种工况:转弯工况和不同滚动半径直行工况。

2.1 转弯工况

0s给予电机90N·m的转矩指令使之启动, 稳定后在10s给予转向指令使之右转, 质心转弯半径R=3.17m, 16s时仿真结束。

图2所示为左右驱动车轮的轮速, 由于向右转向, 左侧车轮轮速大于右侧车轮轮速;图3所示为左右驱动电机转矩, 右驱动电机转矩大于左驱动电机转矩;图4所示为左右驱动车轮的滑转率。由图4可以看出, 滑移率在10s转向时有个跳变后, 马上自适应路面而稳定在轮胎附着系数的稳定区。采用弱磁控制的左右电机在转弯过程中, 能自适应向心力负载, 很好地满足转向时转矩与转速的需要, 保证转弯时的稳定行驶。

2.2 不同滚动半径直行工况

仿真时, 左右驱动轮滚动半径分别为0.4m和0.6m, 转矩指令均为90N·m。

图5所示为左右轮轮速和车速的变化, 可以看出, 左轮滚动半径小于右轮滚动半径, 导致左轮轮速慢, 右轮轮速快;图6所示为左右轮电机转矩, 右轮电机转矩大于左轮电机转矩;图7所示为左右轮滑转率变化, 由滑转率曲线可以看出, 虽然车轮滚动半径不同, 但左右车轮加速和匀速过程中均没有出现打滑现象, 左右车轮在该工况可实现自适应差速。

3 轮边电力驱动装载机的转向工况试验

轮式装载机转向时, 由于内外侧驱动轮在同样的时间内行驶的路程不一样, 所以内外侧驱动轮的转速不一样。传统的液力机械传动系统通过驱动桥中的差速器解决差速问题, 采用轮边电力驱动的装载机则是通过转矩控制转速自适应的电子差速进行差速。

轮边电力驱动装载机在水泥路面上进行转向试验 (重载和空载) 。试验中, 装载机以固定转向角全速运行。根据内外侧驱动轮的滑转率, 研究装载机电力驱动系统的转向差速特性。

图8为装载机转向示意图, 实测转向半径R=3.195m, 外侧轮的转向半径R1=4.055m, 内侧车轮的转向半径R2=2.335m。点O为装载机转向的瞬时速度中心, 外侧驱动轮车速、整车车速、内侧驱动轮车速的关系如图8b所示。

由图8可知, 内外侧驱动轮的实际速度分别为

3.1 空载转向

图9、图10所示为空载转向时前桥两独立驱动电机输出的转速、扭矩曲线。

经测量可知, 装载机的实际转向速度v=3.85km/h, 根据式 (11) 可知, 外侧驱动轮的实际线速度v1=4.9km/h, 内侧驱动轮的实际线速度v2=2.81km/h。当装载机运行稳定时, 取8.4~17.8s这段时间的转速, 计算电机的平均转速。外侧驱动轮 (前右轮) 电机平均转速为2466.29r/min, 内侧驱动轮 (前左轮) 电机平均转速为1414.83r/min。外侧车轮理论速度vr1=5.4km/h, 内侧车轮理论速度vr2=3.1km/h。外侧车轮和内侧车轮的滑转率, 见表1。

3.2 重载转向

图11、图12所示为重载转向时前桥两独立驱动电机输出的转速、扭矩曲线。

经测量计算可知, 装载机的实际转向速度v=4.5km/h, 根据式 (11) 计算得, 外侧驱动轮的实际速度v1=5.69km/h, 内侧驱动轮的实际速度v2=3.31km/h。计算驱动轮的理论速度, 当装载机运行稳定时, 取13~21s这段时间的转速, 计算电机的平均转速。计算得, 外侧驱动轮 (前右轮) 电机平均转速为2705.63r/min, 内侧驱动轮 (前左轮) 电机平均转速为1665.15r/min。外侧车轮理论速度vr1=5.93km/h, 内侧车轮理论速度vr2=3.65km/h。外侧驱动轮和内侧驱动轮的滑转率见表2。可见, 转向差速性能良好。

图9、图11中, 由于采用弱磁控制, 内外侧电机恒功率运行, 从而导致内侧电机的转速小于外侧电机。图10、图12中, 装载机稳定运行时, 内侧电机 (前左轮) 输出的扭矩大于外侧电机 (前右轮) 输出的扭矩, 这是因为装载机在向左转向行驶时, 离心力会造成内侧驱动轮的承重增大, 外侧驱动轮的承重减小。

由表1、表2可知, 无论在空载转向还是在重载转向, 内外侧驱动轮的滑转率都在轮胎与地面附着特性的稳定区域内, 充分表明, 采用弱磁控制算法的左右电动轮能自适应差速, 实现平稳转向。另外, 在重载转向试验 (图12) 中, 外侧驱动轮 (前右轮) 输出的扭矩跳动比较明显, 这是由装载机运行过程中的振动引起的。装载机运行得越快, 驱动轮上的载荷越大, 电机输出的扭矩跳动就越明显。

4 结语

在现有的电子差速控制策略的基础上, 介绍了基于弱磁控制算法的自适应电子差速控制技术。通过搭建轮边电力驱动装载机模型, 对转弯工况和不同滚动半径直行工况进行了仿真研究。轮边电力驱动装载机的空载转向和重载转向试验表明, 采用弱磁控制算法的左右电动轮能够自适应差速, 实现平稳转向, 验证了该方法在理论上和实际应用中的可行性。

摘要：传统轮式工程机械使用机械差速器来完成差速, 而轮边电力驱动系统的差速功能主要通过电子差速控制技术来实现。分析了常用的电子差速控制策略, 提出了基于弱磁控制算法的自适应电子差速技术, 搭建了轮边电力驱动装载机模型, 并对转弯工况和不同滚动半径直行工况进行了仿真研究, 进行了轮边电力驱动装载机的空载转向和重载转向试验。研究表明, 采用弱磁控制算法的左右电动轮能够自适应差速, 实现平稳转向。

关键词：工程机械,轮边电力驱动,弱磁控制,自适应电子差速

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机械控制工程 篇11

【关键词】恒功率；控制技术；计算机

工程液压系统动力匹配及控制技术在国外起步较早，发展较快，新成果、新技术不断涌现，很多技术在国外使用后，很快进入中国市场，目前国内已经由引进和模仿状态，对相应的技术进行了创新和改进。

一、单泵恒功率控制技术

在单泵控制系统中，通过变量控制机构实现对变量泵排量的控制，在最早的恒功率控制技术中，通过对变量机构二根弹簧弹力的不同设定，实现对变量泵输出流量的控制，其工作曲线为折线，当系统压力达到第一根弹簧设定力后，变量泵排量开始减小。当系统压力克服第二根弹簧设定力后，变量泵变量曲线斜度变化。通过以上控制，使其变量曲线上乘积的离散值趋近于常数。通过以上控制大大提高发了动机功率的利用系数，又能保证发动机不会因为过载而产生熄火。在力士乐公司开发的恒功率控制技术中，通过杠杆原理对变量控制机构进行了改良，使其功率曲线近似为反比例曲线，功率利用系数更高。

二、双泵恒功率控制技术

在双泵或多泵系统中，由于存在多泵之间功率分配的技术难题，如何使发动机功率合理地分配到各泵之中，使各执行机构协调工作，都能尽可能发挥其最大效能，最大程度发挥出发动机功率。目前，在这方面控制技术中，有不同组合形式。

（一）分功率技术。分功率控制是根据各泵所负责的执行机构实际需用功率将发动机的功率按一定比例分配给各泵，在分功率控制中，每个泵均有其独立的变量控制机构，使其负责的执行机构在其预先设定的工作曲线上工作。但分功率控制存在最大的缺点是不能充分利用发动机功率，当某一个泵因某种情况不需要其工作时，其功率不能给另一个泵使用而白白浪费掉，因此极易出现发动机“大马拉小车”的现象，无法满足大型工程机械的使用要求。

（二）交叉传感技术。交叉传感控制系统是日本公司于80年代中期在总功率控制和分功率控制的基础上研制出的一种新型功率控制技术。它是在分功率控制的基础上，通过将两个泵工作压力互相交叉控制来实现，每个泵具有各自的变量机构，因此其流量可以不同，但同时当其中一个泵的功率利用系数少于总功率的50%时，其多余功率将被另一个泵利用，当两个泵的功率利用系数都达到50%时，两个泵每个都利用50%，交叉传感控制技术集中了总功率控制和分功率控制的优点，同时又摒弃他们的缺点，是一个较为理想的功率控制系统。但其缺点是仍不能全部利用发动机功率，而且功率分配在多执行机构共同工作且工作速度不同时仍显不合理，尤其是当某一个泵所负责的执行机构工作速度调至很低，而因工作负载较大时，由于交叉传感已将压力反馈一个泵，这时另一个泵只能利用最多50%功率，而第一个泵却也没用完50%，显然在这种工况下，发动机功率利用系数仍然偏低。

（三）负反馈交叉传感功率技术。交叉传感控制技术虽然在某种程度最大限度地利用了发动机的功率，但其只限于两个主泵之间。而对于多泵控制系统，由于每个泵并不同时处于工作状态，或者虽然每个泵都处于工作状态，但并不同时以最大排量或最大压力点工作，这样还是无法准确确定变量泵的实际应输出功率，易造成功率设定超载或过于保守。

三、计算机控制功率优化控制技术

传统工程机械液压系统动力匹配及控制技术采用了很多方法，虽然取得了不少效果，但都未能从根本上解决问题。但随着现代计算机技术的发展，90 年代以来，国外很多公司将计算机技术成功地应用到动力匹配及控制技术中，取得了良好的效果。传统的恒功率控制中，控制系统与柴油机的匹配非常保守，油泵的输出扭矩要远低于发动机的最大输出扭矩，且当柴油机性能下降时，易使柴油机转速下降导致熄火。

浙江大学流体传动及控制国家重点实验室新建的节能实验台，采用的是计算机功率优化控制系统。它设有多种工作选择模式和怠速模式，用户可按负载大小和实际工作需要进行选择，每一个工作模式对应于一定的油门位置。当设定好一定的工作模式后，电脑向步时电机发出输出指令，给定一个油门开度，同时控制系统可根据工作模式，在系统数据库中查出该油门开度下的柴油机目标转速。同时该系统还有一个输出模式选择，即最大功率模式和最节省燃油模式。在设定了功率模式和输出模式后，通过检测柴油机的工作转速的变化对油门和主泵排量进行电比例无级控制，从而使发动机始终处于柴油机目标转速范围内工作。

在混凝土泵车行业，目前三一重工开发出的柴油机转速闭环控制装置，该装置利用PLC中的PID控制指令对柴油机的输出转速进行PID调节，该控制系统有效地减小了发动机工作转速在液压系统输出功率加大后造成的波动，使控制系统在不同负荷下，都能维持同一工作转速。该控制系统的使用提高了整机的输出功率和工作效率，使柴油机在较低转速工作时，不会因为过载而产生掉速或熄火现象，因此使液压系统和柴油机之间的匹配得以优化。但该控制系统只是实现了对柴油机工作转速的闭环控制，在系统超载而产生柴油机失速后，只是通過加大油门开度而实现转速的恒定，而系统中并没有实现对液压油泵排量的控制，因此该控制系统并没有真正意义上实现对对液压系统和柴油机之间的最佳匹配和控制，而且当系统在较高转速工作时，控制效果并不理想。计算机功率优化控制技术的出现，不但使柴油机和匹配实现最优化，还使液压系统更趋于简单化。

四、当前存在的主要问题

目前国内对液压系统动力匹配及控制技术的研究还不够，很多技术的核心还集中在国外专业公司手中，缺乏自主创新能力，无法对已有产品进行必要的改进和提高。液压系统数学模型建立较为复杂，很多研究还集中在定性方面，缺乏理论计算基础。液压系统动力匹配及控制技术的研究需要研究者在发动机技术，液压系统控制技术，电气控制（主要涉及PLC控制领域）方面都有全面的理解，对三者进行有效接口，拿出系统控制方案，因此研究难度较大。缺乏必要的测试手段，液压系统动力匹配及控制技术的研究在系统编程及调试过程中，需要采集很多输入输出实践数据，和对发动机、液压系统进行测试，但目前在测试手段还很缺乏。很多研究成果还是在实验室内完成的，只是一种理论成果，并未经实际检验，实验室往往无法完全模仿出实际工作状况。

参考文献：

[1]沈千里.工程机械液压系统动力匹配及控制技术研究[D].吉林：吉林大学.2005。

[2]路甬祥.液压气动技术手册[M].北京：北京机械工业出版社，2002。

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机械控制工程 篇12

1 课程性质与教学现状

机械控制工程基础是机械类专业最重要的专业基础课和必修课之一, 课程以控制论为基础理论, 研究机械工程中广义系统动力学问题, 通过运用控制论的基本原理及基本思想方法, 分析研究机械工程中有关信息的传递、反馈及控制, 研究机械系统的动态特性[1], 解决系统分析和系统设计两类问题。该课程把数理基础与专业课程紧密结合, 同时具有很强的工程实践性, 内容难、知识点多而学时少的矛盾一直比较突出[2]。

长期以来, 我校该课程采用课堂讲授的教学方式。教师按照自己对课程知识的理解, 注重知识的传授, 学生则在“过关”的压力下被动地学习, 其行为表现为机械记忆。教师的讲授过程抽象, 不具有问题导向性, 传递的信息很难引起学生的学习兴趣和主动性。为了考试过关, 学生把信息作为一种事实去背诵, 而不是将信息作为对相关问题解决的一种工具来掌握。在这种非问题导向的教学环境下, 形成了较为普遍的应付考试突击记忆的现象, 学生对知识的学习在经过短期记忆后即遗忘, 更谈不上将其运用于解决问题的实践中。这种教学模式以“教”为核心, 学生为了达到考核要求, 往往会放弃“体验、思辨、感悟”等有助于形成解决问题能力的必要过程, 而是集中于对事实性知识的记忆, 教师无法引导学生建立基于兴趣和解决问题的主动学习方式, 也很难培养学生灵活运用知识、举一反三、形成创新能力的基本素质。

2 以学生为中心, 构建主动学习教学体系

学生是学校教育的主体, 如何让学生通过教学过程获得知识, 并能够灵活运用, 是教师的任务和使命。大量的教育心理学家认为:“知识的获得, 是在一定的情境下, 学习者借助他人 (教师和学习伙伴) 的力量, 利用必要的学习资料, 通过意义建构的方式而获得, 而不是通过教师传授得到。”[3]建构主义理论, 得到了广大教育研究者和教育工作者的关注。建构主义理论有丰富的内涵和深刻的哲学基础, 其根本内容可以概括为“以学习者为中心, 强调学习者主动探索、主动发现知识, 强调对所学知识意义的主动建构”。由此可见, 建立问题导向, 有助于形成学生主动学习且有利于实现知行结合, 达到教育的目的。

2.1 问题导向主动学习的关键构成

基于问题的学习方法 (Problem-based Learning, PBL) 由美国神经病学教授Borrows于1969年在加拿大McMaster大学医学院根据建构主义理论创立。PBL强调以学生的主动学习为主, 因而能更好地培养学生创造性思维和解决问题的能力[4]。

教育学认为, 主动学习的特征为, 在教育者的引导和启发下, 受教育者能够清晰理解知识的本质作用, 学习者主观能动性得到更大的发挥, 逐渐脱离教育者的指导和影响, 形成独立的自我学习、自我认识、自我修养和自我发展[5]。在这一过程中, 强调通过教育者的引导, 学习者理解知识本质并主动学习。

心理学研究认为, 主动学习的主体是学习者本人。从心理激励和行为动机的角度分析, 学习行为是心理选择的外在表现, 对学习者而言, 学习成就是学习的主要动机, 实现以解决问题为主的心理激励是实现主动学习的关键。

主动学习积极性的产生, 来自学习结果促成的“学习需要”。但是对成就动机而言, 教育者能清晰明了地将与成就关联的知识构成、知识体系以及知识本质对被教育者以循循善诱的方式启发和引导, 并使被教育者建立起完整的自我认知, 这是实现主动学习的心理激励和关键构成。

综上所述, 我们不难归纳出主动学习实现的关键构成:问题意识与学习兴趣;问题导向的教学情景;与问题关联的知识结构;开放合作的探索环境;建立成就动机激励体系。

2.2 控制工程基础课程主动学习教学策略设计

在教学模式设计中突出以学习者为中心, 激发学生学习兴趣和成就动机, 是教学模式设计的核心所在, 同时给定和设计好贯穿机械控制工程基础课程逻辑的系列问题, 是实现问题导向主动学习的必要条件。根据前面对问题导向主动学习的关键构成的讨论, 我们设计了机械控制工程基础课程主动学习教学策略。

2.2.1 培养学生问题意识, 激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师。为了让学生建立对机械控制工程基础课程的学习兴趣, 教师要在课程初始介绍这一环节, 让学生感知控制在机械中的价值和功能, 做到这一点, 除了需要教师在绪论讲授过程中辅以大量的国内外图片和事例以及在机械控制中存在的各类问题外, 最有效的办法是设计与课程相辅相成的实践观摩和实验演示, 这有助于学生了解课程的整体性和价值所在, 激发他们的学习兴趣, 并培养他们的问题意识。

2.2.2 构造问题导向的教学情境

按照建构主义理论, 构建与问题导向的情境, 明确问题以及解决问题的价值, 使学生能够对问题形成客观独立的认知, 这是学生主动学习、积极探索的关键。在这一环节中, 教师是设计者, 围绕整个课程要求和专业素养的要求设计教学情境。问题情境应在课程开始就明确告知学生, 使他们在课程学习中能够沿着知识逻辑顺序解决这些问题, 并逐渐构建自身的知识体系。问题的设计既要明确, 又要涵盖知识要点。根据教学组多年的教学体验, 我们设计了以下问题: (1) 系统确定条件下的输入输出关系确定问题 (系统分析问题) ; (2) 系统确定、输入确定, 如何满足输出要求的问题 (系统优化与设计问题) ; (3) 输入输出确定, 何种系统结构适合的问题 (系统辨识与预测问题) 。尽管这些问题在传统的教学过程中也被归纳为“系统分析、系统优化、系统设计、滤波与预测、系统辨识”五类问题, 但因为主要是基于知识传递而形成的知识抽象, 而非与问题关联, 对于初学者而言过于抽象而不够形象, 我们归纳成以上三类问题, 并结合实际例子, 帮助学生建立起问题导向的知识构建体系。

2.2.3 提示并引导学生围绕问题构建知识体系

机械控制工程基础课程涉及控制理论、数学基础、机械运动、力学基础等多门基础课程, 为了让学生明晰问题与解决路径之间的知识关联, 教师需要对该课程解决实际问题过程中所需构造的知识体系进行关键知识点的讲解、串通知识, 关键是帮助和引导学生建立解决问题为主要导向的知识构成。如课程的性质, 首先让学生明白, 该课程的核心要素是“输入、系统、输出”, 希望实现系统稳定和优化。在引导学生构建问题导向的知识体系中, 要紧紧围绕三要素之间的动态关系来进行。引导学生构建知识体系要循序渐进, 首先让学生认识系统关系, 继而理解系统的数学模型, 然后分别对系统的时域响应和频率特性进行分析, 并以此为基础分析系统稳定性, 最后在系统特性分析基础上, 依据系统的性能指标对其进行校正。尽管对于一些复杂系统会涉及较为抽象的数学运算, 如一阶或二阶微分方程, 但是只要理解系统与输入输出的关系, 系统模型很容易与输入建立起关联, 自然就能够建立反映系统特性的微分方程和传递函数。所以, 只要让学生建立“输入、输出、系统”三者间的关联, 问题就会明确, 主动学习方向就会明确。引导学生建立基于上述三类问题解决的知识构建体系, 是引导学生学好该课程的关键。

2.2.4 构建开放的适于探索性学习的学习环境

设计开放的实验体系, 要求学生根据课程进度和解决工程实践问题的要求, 循序渐进地设计出基于个人独立完成与合作完成的实验项目。在这个环节中, 教师需要给出明确的实验项目要求, 提出解决哪一类问题, 学生根据问题的要求自行设计实验项目和内容, 独立或合作完成。例如:控制过程经常涉及拉普拉斯变换, 学生在掌握基本知识要点的前提下, 可以自主改变控制参数, 并设计不同的控制目标。同时, 我们引入基于MATLAB的辅助实验条件, 帮助学生利用计算机仿真验证实验和学习效果, 激发学习兴趣。

2.2.5 建立成就动机激励体系

机械控制工程基础课程是应用性和实践性很强的课程, 学习效果的关键表现应是知行结合、学以致用、提高解决问题的能力, 而不是简单的卷面成绩。更为重要的是, 考核内容与方式要能够有效激励学生, 促进学生主动学习, 并不断地提升专业素养。在考核方式上, 我们摒弃传统方式, 建立基于解决问题与创新能力的评价方式, 该方式包括自评、互评、师评和加分, 是有学生参与和开放的评价模式。

3 结束语

机械控制工程基础课程适于建立以问题为导向的主动学习教学模式, 其特点是以学生为主体, 建立问题意识, 主动学习, 教师团队的主要作用是启发和引导学生, 并帮助学生根据问题类别和知识逻辑完成课堂教学和实验。这一教学模式, 需要教师具有很高的学术水平和综合能力, 同时需要建立仿真实验环境辅助实现教学目的。

参考文献

[1]杨叔子.机械工程控制基础[M].第五版.武汉:华中科技大学出版社, 2005.

[2]蒙艳玫, 黄炳琼, 严巳杰.机械工程控制基础课程的实验研究[J].广西大学学报:自然科学版, 2006 (S1) :43-45.

[3]何克抗.建构主义—革新传统教学的理论基础[J].电化教育研究, 1997, 3 (4) :5.

[4]朱月春, 况应敏, 崔映波.PBL教学法在硕士研究生培养中的应用[J].中国高等医学教育, 2007 (10) :13.