针对一类参数不确定的非线性系统,提出了一种微分与积分滑模自适应控制策略。在滑模控制中引入积分控制项,消除了传统滑模变结构控制需要被跟踪信号导数已知的假设,同时基于 Lyapunov 方法引入参数自适应律,使系统具有优良的抗干扰特点。利用一非线性微分控制减弱了参数自动调整阶段引起的系统抖动。给出了积分滑模控制中切换函数的定义方法,以及非线性微分控制中微分系数的非线性函数表达式。采用该控制方法,对电液伺服系统的液压缸位置进行跟踪控制。仿真结果显示,该方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪性能。

考虑阀控非对称缸系统的特性,设计了一种基于逆向递推方法的多级滑模鲁棒自适应控制器。首先采用Backstepping逆向递推技术和状态反馈线性化的方法,给出系统的多级滑模控制器。然后依据Lyapunov稳定性理论,得到系统不确定参数的自适应律,并在自适应控制中引入鲁棒控制的设计方法,实现对活塞位移的精确位置跟踪控制。实验结果表明,多级滑模鲁棒自适应控制具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能。

针对目前普通挖掘机上存在的动臂、斗杆和铲斗下降后，因势能无法回收而造成的能量损失以及由此而引起的液压元器件发热、失效、加速磨损等问题，在设计混合动力挖掘机时，提出了一种由液压缸、节流阀、变量马达和发电机组成的挖掘机势能回收系统，并将回收的能量纳入整机能量分配管理系统中。该回收系统回收效率较高，可控性好，能有效延长元器件寿命，并在一定程度上降低发动机装机容量，达到了节能的目的。

现有的液压挖掘机功率匹配方法由于负载工况的剧烈波动和不可预知性导致动力源工作点很大部分分布于高油耗区域动力源本身效率无法得到提高从而影响了整机效率。为此提出了一种基于混合动力技术的液压挖掘机全局功率匹配与动力源优化的综合控制策略。该策略以传统功率匹配方法为基础结合混合动力的特点在实现动力源、液压泵和负载三者功率匹配的同时优化动力源的工作点提高整机的燃油经济性。试验表明采用该策略的液压挖掘机能够实现全局功率匹配同时减小了发动机的转速波动使其工作在高燃油效率区域提高了整机的燃油经济性。

为进一步提高液压挖掘机的节能效果提出了以混合动力源代替单一柴油机动力系统的新型节能方法。通过分析液压挖掘机的工况特点和发动机工作点波动情况证明了混合动力技术在液压挖掘机节能中的必要性和可行性。建立了5t级串、并联混合动力挖掘机的仿真模型并以采集的同等级动力配置的液压挖掘机工作负载作为仿真的载荷谱。以模型仿真和试验测试为研究手段对比分析了原型系统和串/并联混合动力系统的节能效果、系统成本和动力性能得出了并联式混合动力系统是目前最适合液压挖掘机的节能方案的结论。仿真和试验结果表明该方案能进一步提高液压挖掘机的节能效果。

通过对液压挖掘机典型工况特性的分析提出了一种并联式混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统分析了液压缸负载受力情况建立了液压缸、节流阀、液压马达等液压元件以及永磁同步电机、镍氢电池组等电气元件的数学模型提出了具有动臂势能回收功能的混合动力液压挖掘机整机控制策略以及能量回收控制方法。理论分析和仿真结果表明并联式混合动力液压挖掘机除了能改善发动机工作状况提高燃油效率外可以通过动臂势能回收进一步提升系统的节能效果并且能量回收系统具有结构简单、回收效率高、回收速度可控、回收能量再利用范围广等优点。