针对磨削和抛光等对恒力控制装置的迫切需求,开展气动恒力控制系统研究。由于气动系统存在比例流量阀死区、气缸摩擦力以及气体可压缩等非线性问题,提出了一种二阶线性PID自抗扰控制器,并加入了死区补偿器。该控制器采用跟踪微分器对输入信号进行过渡,利用扩张状态观测器对非线性参数影响进行估计,并通过线性PID反馈控制律进行补偿,同时引入死区补偿器快速跳过死区范围。试验结果表明,相比传统PID控制和积分型线性自抗扰控制(I-LADRC),线性PID自抗扰控制具有更好的动态响应以及更强的鲁棒性,并且稳态误差小于2 N。

针对挖掘机工作装置差动缸中存在流量不平衡和多象限工况,提出一种单双泵控混合分布式液压系统,其中动臂为单泵控,斗杆和铲斗为双泵并联式泵控。以某微型挖掘机为对象,分别设计单泵、双泵并联式泵控单元及其自抗扰控制器。在MATLAB/Simulink中建立附加泵控单元的工作装置动力学模型、负载敏感阀控系统和所提出的泵控系统模型;在典型挖掘循环下进行阀控和泵控系统的仿真,分析系统速度-负载特性、跟踪性能及能耗。结果表明,双泵并联式泵控能有效

针对单泵控差动缸闭式系统需要补油单元及在负载方向频繁变化下运行速度波动的问题,提出了一种以液压蓄能器为低压油箱、单伺服电机驱动双定量泵的变转速双泵控差动缸闭式系统及其控制方法。分析了变转速单泵和双泵控差动缸闭式系统在四象限工况下的运行原理。在Matlab/Simulink中建立了液压挖掘机工作装置机构模型、单泵和双泵控差动缸闭式系统模型、速度开环和速度前馈加闭环的控制系统,并对所构建的双泵控差动缸模型进行了局部试验验证。以斗杆速度和铲斗空载为输入,通过仿真对单泵和双泵控缸闭式系统在挖掘机斗杆液压缸四象限工况下的控制性和效率进行了对比分析。结果表明,所提出的采用速度前馈加闭环控制的双泵控差动缸闭式系统,虽然总效率较单泵控差动缸闭式系统降低了4个百分点,但实现了差动缸流量的平衡,解决了由四象限工

为了解决挖掘机工作装置下降时大量势能转化为热能的问题,提出一种以液压蓄能器为储能元件,通过液压变压器回收和再利用动臂势能的节能系统。分析了其结构原理,并以7t的挖掘机为研究对象,建立了工作装置机械结构和液压系统模型;在典型挖掘循环中对动臂液压缸速度、蓄能器液压变压器转速和排量等参数进行了数值仿真,并计算出动臂势能、回收能量、再利用能量和再生的流量等;对系统运行过程和能耗进行分析与对比,结果表明该系统运行状况良好,可显著提升节能效果,是挖掘机节能减排的有效途径。

基于挖掘机液压系统效率低的现状，以某型LUDV液压挖掘机为研究对象，建立了工作装置多刚体动力学、液压系统以及系统能量损耗模型。通过仿真研究，得出该挖掘机在标准工作循环中各个元件（回转马达、多路阀、管路和各液压缸）和子系统的能量传输比和损耗比，揭示了在不同动作时主要的能量损耗源，并计算出各个元件在该工作循环中潜在的可回收能量。最后，提出采用泵控系统或应用液压变压器的恒压网络系统取代LUDV系统，对动臂、斗杆以及转台的势能和制动能进行回收是降低系统能耗的有效途径。

基于挖掘机液压系统效率较低的现状,以某20 t双泵双回路液压挖掘机为样机,搭建液压系统可回收能量分布实验平台,在Matlab中建立液压系统和执行机构模型,通过典型挖掘循环下的仿真和实验,得出各个元件（动臂、斗杆、铲斗油缸以及回转马达）的可回收能量分布情况.结果显示可回收能量占液压系统总输入能量的21.1％,其中动臂势能和回转制动能分别占总可回收能量的72％和23.8％,是可回收能量的主要组成部分,表明对动臂势能和回转制动能进行能量回收是降低系统能耗的有效途径.

针对挖掘机工作装置下放时大量势能转化为热能的问题,提出了一种以液压蓄能器为储能元件同时实现势能回收和流量再生的新型动臂节能系统。首先分析了其系统构成和运行机理;然后建立了工作装置机械结构模型和各个元件的数学模型,对动臂下放工况的速度等参数进行了数值仿真,由此计算出系统回收的能量和再生的流量等;最后,通过对系统运行过程和能耗进行分析。结果表明：该系统可显著提升节能效果,运行状况良好,是挖掘机节能减排的有效途径。

为了降低工程机械动力系统的能耗、噪声和废油处理对环境的影响,以某型号液压挖掘机为研究对象,采用无节流损失的伺服电机驱动定量泵的直驱液压技术替代传统的发动机-变量泵-多路阀-执行元件的阀控技术;建立工作装置动力学、泵控缸液压系统、伺服电机、控制系统多学科领域的系统模型,通过典型挖掘循环下的仿真分析研究其系统跟踪性能、能耗和系统效率。研究成果对工程机械的新能源化(纯电驱动或混合动力化)具有理论和实际意义。