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摘要：我国国民经济的迅速发展与提升，工程机械这一领域已经被应用到海洋的开发、国际物流与国家物流的运输以及农业水利发展等各个领域内，由此可见我国的工程机械的应用领域也越来越广，并且逐渐成为了当今建设工程的重要作业手段以及重要建设工具。要想在真正意义上提升工程建设的施工质量与施工效率，并且能够有效加快社会经济建设与发展，就应当充分推动工程机械的现代化发展。
关键词：神经网络；PID挖掘机轨迹；控制系统；实验研究；
一、引言
通过将神经网络与传统意义上的PID控制器有效的结合起来这一方式，能够充分的提升传统PID控制系统自身的具体性能。并且PID控制器能够依靠神经网络系统自身所具有的有关学习与组织等专业特点来促进PID控制器实现参数的自定义调整。在传统意义中的神经网络PID控制系统与液压状态下的挖掘机工装轨迹控制系统合理的结合之后，就能够给工业领域内的自动化所包含的挖掘机自动智能化带来重要意义。
二、国内外在挖掘机轨迹控制方面的研究现状及分析
通过对国内外的研究现状可以获取到，目前国内对挖掘机轨迹的研究现状主要体现在能够采用不相同的控制方式来提升系统的运行速度、跟踪系统所产生的误差、从中发现系统稳定性的主要误差等特性，并且能够运用不同的方法来对系统的参数特征进行充分辨识。在系统的控制方法中使用最多的就是非线性的PID控制器以及参数自定义相对模糊的PID控制器、带有滑模观测器能够将具体结构进行改变的控制器、自适应的控制器等等。
在挖掘机轨迹控制系统的辨识方法中有着基于PBF的神经网络、改进型BF神经网络以及相应图像目标等具体辨识方法。通过充分的实验调查就会发现国内对挖掘机轨迹控制方面的研究有着很大程度上的进展，但仍然存在着些许不足，例如控制精度较低、有些控制研究没有进行具体的实验等。
而国外的挖掘机轨迹控制研究的主要内容大多都是基于建模、控制方法之上来解决液压挖掘机中液压系统的模型复杂化、不容易建立模型以及在挖掘机轨迹控制系统中非线性问题的严重性等等问题。在有关挖掘机轨迹的建模方法研究上对液压系统使用了相应的键合图理论进行具体的建模，进而促进修改模型的具体参数形式变得更加简便。在对挖掘机轨迹的控制方法思考中，国外研究人员主要采用的就是基于模糊与神经网络的智能性算法控制器以及自适应的控制器来对非线性问题进行有效的解决。
三、对挖掘机的工装轨迹控制系统进行数学建模
3.1挖掘机工装轨迹控制系统的主要结构分析
液压的挖掘机主要就是靠它的动臂、斗杆以及铲斗这三种互相支撑的串联挖掘机控制系统部件应当进行相互间的协调，来保证挖掘工作能够顺利进行。并且三个挖掘机具体部件拥有着相同的驱动成分，也就是阀控缸依靠的液压工作系统，挖掘机进行挖掘时正是由于这三个具体部件的相互配合。而液压系统主要包括了这三个部分分别的液压系统所组成。要想准确具体的呼应运动学解独一无二的特征，相应工作人员就应当在具体的挖掘测试实验中，将挖掘具体部件铲斗的液压缸进行锁死，并且对动臂和斗杆液压缸两个重要控制系统进行有效的建模，在此基础上完成对控制器的科学设计。挖掘机液压系统的控制对象应当选择动臂与斗杆两个装置结构的具体旋转角度，并且能够通过具体的液压缸以及活塞上的实际位移进行具体实现。挖掘机的液压工作装置机械机构如图：
四、基于挖掘机工装轨迹来建立控制的传递函数
在普通的PID控制器研究基础之上，专业研究人员应当使用合理改善过的数字PID控制方式，在挖掘机的工装轨迹控制系统中装入新型的变速积分数字控制器。科学合理的完成对控制器的参数研究与具体参数整定，并且能够对挖掘机轨迹的控制器特性进行具体内容的仿真操作。在研究过程中还能够选用自适应调节下的PID控制系统来设计有效参数下的控制器，并且由具体的神经网络算法对数字PID控制器中的具体参数进行合理的调节工作。
在进行具体挖掘机工装轨迹控制的传递函数研究时，发现应当将单神经元自适应条件下的PID与BP神经网络条件下的PID两者控制器进行有效的对比融合，进而进行具体的控制系统仿真与方案设计工程，通过分析挖掘机轨迹控制系统所表现出的响应曲线与PID参数变化曲线来进行具体的仿真改善工作。
五、挖掘机工装轨迹控制系统控制器的设计与仿真分析
在对挖掘机的动臂控制系统分析，还包括斗杆控制系统的离散数学模型中的差分方程的具体分析基础之上，再加上对增加具体量值的数字PID控制算法表达式进行理解掌握后，再次面对动臂与斗杆具体控制部件的控制系统时，就能够设计出两者各自的变速积分数字下的PID控制器。还能够在相应实验工作软件中编写相应的控制算法代码文件，在此文件中能够对基于阶跃与正弦两者信号对PID控制器进行具体的仿真分析，进而提升对基于神经网络的PID挖掘机轨迹控制器仿真的控制效果。
在PID控制器的控制操作过程中，还应当具体获取阶跃与正弦信号影响中所产生的PID控制系统的参数变化曲线，通过认真分析后能够得出具体的仿真成果，也就是基于神经网络系统的PID挖掘机轨迹控制器有着高效的控制性能，并且它的参数报告中显示其有着良好的自适应能力与自整定特性。
在连续的控制系统中，PID 控制器的结构形式可以表述为：
六、结束语：
对于挖掘机的具体工作轨迹进行控制化的研究能够有效的提升其生产效率与生产质量，能够在实际意义上真正降低挖掘机驾驶人员内的劳动力度，进而实现工程建设的有效自动化以及建设工程时的安全化。本文实验研究时的内容主要有三点，首先对挖掘机的原构造系统进行了具体性能分析，能够通过对挖掘控制系统的离散化模型分析来得到传递函数与差分方程。其次在研究过程中设计了有关PID控制器的变速积分，对各个不同控制器的具体参数进行了具体的整定，对特征进行了仿真操作与具体分析。最终研究出神经网络PID控制器有着自我调节、自我整定以及自我适应的良好特性。
参考文献：
[1]孙雪飞.基于神经网络PID的挖掘机轨迹控制系统的实验研究[D].哈尔滨工业大学，2016.
论文作者:刘凯
论文发表刊物:《河南电力》2019年6期
论文发表时间:2019/12/12
标签：挖掘机论文; 控制器论文; 控制系统论文; 轨迹论文; 神经网络论文; 参数论文; 工装论文; 《河南电力》2019年6期论文;