● 摘要
多轴驱动工程机械作为一类重型搬运和施工装备，在各类大型工程建设施工、现代物流、重型装备制造和重型不可分解构件运输等应用领域中发挥着不可替代的重要作用。这类工程机械具备多轴独立驱动、转向和悬挂调平装置，同时采用网络化电液比例系统操纵控制，具有承载大、机动灵活、高通过性和高稳定性等特点，是典型的机电一体化智能机械装备。
多轴驱动工程机械的行走驱动系统负责整机的行走移位，是进行搬运和施工作业的基本功能，因此是核心子系统之一。重型工程机械的行走系统需要搬运重型的构件，其负荷远超过普通的载重车辆。为实现大功率密度的重载驱动和平稳操纵，重型工程机械一般采用网络化多轴驱动电液比例液压传动与控制系统。随着实际工程中多轴驱动工程机械的应用场景越来越广，工况环境越来越复杂，对行走驱动系统的运动精度、多轴协调性、驱动功率利用率、轮胎损耗、运行安全性等方面提出了更高的要求。因此，对电液比例行走驱动系统进行系统性的研究具有必要性和迫切性。
在论文绪论部分，论述了多轴驱动工程机械的电液比例行走驱动系统的应用背景和研究意义，综述和分析了相关多个领域的技术发展现状和发展趋势，总结了当前研究工作中存在的问题，确立了已变量泵控并联马达系统的非线性控制为突破点展开多轴驱动控制研究的技术路线。
在论文正文部分，首先介绍和分析了所研究对象多轴驱动工程机械的电液比例行走系统所涉及的静液传动和基于现场总线网络化控制架构；建立了变量泵控并联变量马达系统的数学模型，指出了其中存在的多个相乘非线性环节、输入输出维数不等、未知转矩扰动等问题，分析了已有研究中控制算法存在的不足之处。
接着，针对泵控并联马达系统的控制提出了一种新的复合控制架构，将系统分解为变量泵控压力系统和多路变量马达调速系统。针对泵控并联马达系统非线性方程的特点，给出一种简易的线性化方法，推导出线性化的对象模型方程。由于避免了常规局部线性化时对高次微分项的舍去，该模型属于一种全局精确线性化模型。提出了综合多轴驱动状态的系统期望压力规划算法。引入扰动补偿机制，解决未知转矩扰动和其他扰动问题。基于线性化模型，采用了工程中最常用的PID控制器，将其作用于原系统非线性对象。通过大量的仿真算例，验证了本文提出线性化模型的正确性和复合控制架构的有效性，为全文的研究奠定了基础。
其次，针对低速行驶状态下的多轴协调驱动控制问题，将其转化为多个含扰动的2阶线型系统的同步控制问题。将相邻交叉耦合策略引入滑模变结构控制器中，形成多轴同步控制算法。针对模型参数差异和轴上负载差异及动态变化两大类引起不同步的主要原因采用几类控制方案进行了测试验证。
再次，针对高速行驶状态下的防滑驱动问题，提出了滑转率控制和局部抗滑控制的相结合的多轴防滑驱动控制控制策略。基于各变量马达的独立的转速控制，实现了滑转率跟踪控制。给出了详细的局部判滑条件和抗滑退出条件，实现了局部抗滑控制。
然后，针对中型和重型多轴驱动工程机械的CAN总线网络环境下的时间确定性控制问题，提出了引入新型总线控制器和采用时间触发式网络调度策略的解决方案，给出了时间触发网络调度策略的详细设计流程和方法。并基于该调度策略，设计了基于相邻交叉耦合策略的离散滑模变结构控制算法，实现了网络环境下的多轴行走驱动系统的协调控制。
进一步，基于郑州大方DCY150型三轴线动力平板车，搭建了多轴行走驱动系统测试环境。设计了整车4块现场控制器的控制程序和数据监控端CAN总线实时数据采集软件。实验结果初步验证了本文所提出非线性复合控制架构的可行性。然后，针对多轴协调驱动控制问题，设计了6轴全向小车，在实验室环境下验证了多轴协调驱动控制对于整车行驶性能和轮胎磨损的改善。另外，面向重型搬运工程机械的安全监控的实际需求，设计了基于CAN总线和GSM/GPRS的远程无线监控模块，并搭建了样机测试平台，验证了该模块的功能完整性。
最后给出了论文的主要结论和对后续研究工作的展望。
论文主要研究工作得到了国家自然科学基金（资助编号：51075016）的资助和支持。