● 摘要
大型自行式工程施工装备是一种用于高速铁路施工和航空航天及船舶等重大装备制造中进行大型不可拆卸件搬运的工程机械。随着我国经济建设以及交通物流等行业的发展，对基础设施建设和施工工艺需求不断加大，使得对大型结构件、桥梁整体部件等的搬运需求越来越大，需要提升相关工程建设装备的综合性能。近年来，计算机、自动化及网络等技术的发展促进了工程搬运车辆在高性能、智能化和综合协调操控技术方面的进步，使车辆满足对搬运体的高稳定性、高协调性和高精度移位安装的需求以及在复杂工况下的高可靠性和适应性工作成为可能。成为今后工程机械发展的一个重要方向。
工程车辆的多轴静液驱动系统是一个机电液高度集成的复杂系统，是一类以闭式泵控马达液压系统作为驱动机构的行走系统。研究车辆的高性能驱动、高精度路径跟踪以及对某些特殊工况研发具有针对性的驱动控制方案对提升这类装备行走驱动系统的智能化水平，拓宽车辆应用领域具有重要的实际意义。
本文以多轴静液驱动工程车辆为研究对象，针对车辆的泵控马达静液驱动系统和车辆行驶特性，从车辆驱动系统的综合协调控制、泵源的流量控制与恒功率控制、类车机器人的非完整约束特性与路径和轨迹跟踪、车辆长距离下坡工况下的缓速持续制动方案设计与调速控制、静液驱动车辆的最优加减速驱动与防滑驱动等方面的问题展开深入的理论分析与实际应用研究。
首先对多轴驱动工程车辆的应用背景和研究意义展开论述，分析了该类型工程车辆的关键技术点，总结了现有这类车辆的行走驱动系统在实际使用中遇到的问题，以多轴工程车辆的驱动行驶与控制系统中提炼出的关键技术点作为本论文的主要研究内容。
接着，对多轴驱动车辆的泵控马达驱动系统、电液比例转向系统、现场总线控制架构的工作原理展开了分析。基于多轴驱动的特点，采用了自下而上的分层动力学方式建模，结合工程车辆智能化行驶操控发展的需求，提出了车辆行走系统分层协调控制体系结构。驱动系统泵源流量的精确稳定输出是实现马达速度精确控制的重要环节，是驱动控制系统的重要组成。对工程车辆上普遍采用的变量柱塞泵，分析了通过调节斜盘倾角改变排量的方式，建立了描述柱塞泵动态特性的状态方程，并提出采用 H∞鲁棒控制策略实现泵源流量的精确调节。进一步研究了泵源恒功率控制的方法以降低发动机能耗，为实现机载泵源的智能化奠定基础。并在搭建的仿真平台上验证了控制策略的有效性。
多轴驱动车辆是一种具有非完整约束特性的类车移动机器人，相比简单的差分驱动机器人，多轴驱动的形式涉及到对多个转向和行走机构的复杂协调控制。为适应对搬运体高精度移位与安装以及车辆智能行驶的需要，研究了车辆的路径和轨迹跟踪方法。推导了车辆的动力学模型，提出将基于制导的路径跟踪控制理论引入到对车辆的路径跟踪控制中，并设计了带有干扰观测器的滑模速度跟踪控制律实现路径跟踪。针对路径更新参数表征不同物理意义时路径函数的特点，分析了各种形式下的路径跟踪情况。通过仿真分析验证了所提出的控制方法的有效性，较好的实现了车辆对路径和轨迹的跟踪。
静液驱动工程车辆在下坡工况下其泵控马达驱动系统实际工作在反拖状态，针对车辆在长距离下坡时需要进行持续制动的要求，进行了反拖制动过程中能量的传递和液压驱动系统的反拖运行规律研究。由于发动机反拖制动能力有限，设计了一套由液压泵和比例溢流阀组成的缓速液压系统嵌入到行走驱动系统中，并研究了在此方案下实现对马达速度的稳速控制方法。建立了反拖工况下液压系统数学模型，分别采用Backstepping控制和带有干扰观测器的Terminal滑模控制策略等构建了系统的稳速控制器。通过仿真平台验证了所设计的方案和控制策略的有效性，对几种控制策略的效果进行了比较。
为提高和优化车辆的驱动行驶能力，提高车辆的行驶平顺性，通过观测识别路面特征，提出了一种以跟踪最优滑动率为目标的车辆最优加减速驱动策略，避免车辆加减速驱动过渡造成车辆行驶能力的降低和轮胎的磨损。针对驱动系统流量自适应分配特性下部分驱动轮进入湿滑路面发生打滑而造成的整车失速的问题，提出了相应的电子抗滑转策略，以解决车辆行驶时的打滑问题。在仿真平台上验证了所设计的控制策略的有效性。
搭建了一个驱动系统实验平台，系统由发动机、泵控马达系统、缓速制动系统、外负载转矩模拟系统（交流电机+变频器）、测控系统等组成，设计了下位机和上位机的控制软件程序，并对部分研究内容中所设计控制方案和策略进行了实验验证。
论文末尾总结了本文在多轴驱动工程车辆驱动系统的智能化操控方案设计、泵源流量的精确控制、多轴驱动类车机器人非完整约束特性分析、路径与轨迹跟踪控制、车辆长距离下坡持续制动方案设计与控制以及车辆的最优加减速驱动与防滑驱动等领域所取得的主要成果，并给出了进一步工作的展望。
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