挖掘機的作業(yè)對象――土質變化較大，從軟性粘土、松沙質土、緊密沙質土及較緊密砂礫混合土，到砂礫壓原石和軟巖等，因此在工作過程中載荷的變化很大。另外挖掘機的使用方式和要求也不同：有時追求最大作業(yè)量，要求發(fā)揮最大功率，進行強有力的掘削；有時強調燃料經濟性，對生產率要求不突出，進行一般挖掘和裝載工作；有時則重視精度和安全，進行精細工作和微調作業(yè)，在窄小的場地進行操作。為了適應不同作業(yè)和使用工況，滿足使用要求，需要進行公工況控制，根據作業(yè)工況和使用要求來對發(fā)動機和液壓泵進行優(yōu)化設定，控制發(fā)動機油門開度和液壓泵排量。
　　1、液壓挖掘機控制技術的發(fā)展
　　20世紀80年代隨著能源危機的出現，為了實現對液壓挖掘機節(jié)能的控制要求，國外液壓挖掘機多種動力模式的發(fā)動機、液壓系統(tǒng)的功率匹配控制，如20世紀90年代神鋼SK200MARKⅢ、小松PC200-3、卡特240C型液壓挖掘機等。這類液壓挖掘機通常把發(fā)動機的動力輸出分為100%、85%、50%三種模式，通過對液壓泵轉矩的控制，使發(fā)動機輸出功率與泵的吸收功率達到較好的匹配。在100%動力模式下，增加轉速感應控制，其原理是將檢測到的發(fā)動機轉速信號輸入計算機，并根據發(fā)動機實際轉速與設定轉速的偏差控制泵的排量，使泵的吸收功率始終追綜發(fā)動機的輸出功率，實現功率匹配。由于改變了泵的排量，發(fā)動機的轉速將在最短的時間內恢復到穩(wěn)定工況時的轉速，從而實現恒功率的控制。轉速感應控制的有理框圖如圖1。

　　進入21世紀以來，國外液壓挖掘機生產廠已在解決液壓挖掘機分工況節(jié)能控制的前提下，開始進行液壓挖掘機智能控制的研究和應用。如日本神鋼公司把動力模式分成手動模式和模糊控制模式，并且模糊控制模式是優(yōu)先考慮工作效率的模式。它的工作原理是：電腦自動監(jiān)測操作手柄的動作，通過模糊邏輯推理識別當時的作業(yè)類型后對操作進行輔助，讓操作更容易，被識別的作業(yè)類型可通過液晶顯示屏顯示。先進的電子控制系統(tǒng)可以在低負荷時自動降低發(fā)動機轉速，重負荷時發(fā)揮出發(fā)動機最大功率，操作者可在不知不覺中提高作業(yè)效率，是最省油的模式。而美國凱斯公司液壓挖掘機在自動操作模式精準液壓控制系統(tǒng)（PSCTM）控制下，可以實現“自動”挖掘。
　　2006年11月，在上海工程機械bauma展覽會上，日立公司展出了新型ZAXIS-3系列液壓挖掘機，該機具有以下特點：
　?。?）動力模式進一步簡化，只有手動模式和A/A模式。日立公司把A/A模式稱為自動加速模式，它的工作原理類似于日本神鋼公司模糊控制模式，即通過操作手柄的動作和液壓泵出口壓力等的監(jiān)控，自動調整發(fā)動機油門位置，同時自動調整液壓泵與發(fā)動機功率的合理匹配，使整機操作更人性化，減少操作人員的勞動強度。
　　（2）采用彩色漢化的液晶顯示器，能夠向操作人員提供更多的工況信息和保養(yǎng)信息。
　?。?）遠程保養(yǎng)管理系統(tǒng)（e-Service Owner’s site）。用戶通過上網可以獲得對液壓挖掘機的工作管理、運行履歷分析以及日立公司對液壓挖掘機遠程故障診斷的結果信息。
　　隨著液壓挖掘機發(fā)動機、結構件、液壓系統(tǒng)性能的不斷提高，國內液壓挖掘機廠家在20世紀90年代開始研究液壓挖掘機的節(jié)能控制系統(tǒng)，目前該技術的研究已有突破，并且國內一些單位已生產出可以裝機的節(jié)能控制系統(tǒng)，浙江大學、吉林大學等院校始終走在節(jié)能控制研究的前列。
　　目前，國內研究的重點還停留在實現液壓挖掘機泵與發(fā)動機的匹配，通常的控制方式依然是三擋功率模式。采用模糊算法在線實時調整PID控制參數的方法或單神經元的自適應PID節(jié)能控制以實現前述的轉速傳感控制，實現了發(fā)動機與泵的功率匹配的自適應節(jié)能控制。新的研究是將挖掘機發(fā)動機、變量泵、控制閥、負載作為一個系統(tǒng)，分析該系統(tǒng)各環(huán)節(jié)匹配的原理和方法，提出以泵出油口壓力為依據，實現動力系統(tǒng)與工況的自適應控制。
　　在挖掘機產品的應用中，由于國外挖掘機廠家的電氣控制系統(tǒng)技術對中國市場一直處于封鎖狀態(tài)，國內挖掘機廠家為了提高挖掘機性能，正在加緊控制技術的應用研究。目前已有一些廠家推出了挖掘機控制系統(tǒng)，但都還停留在挖掘機簡易控制的基礎上，即前所述的三種動力模式的分工況控制。對于液壓挖掘機作業(yè)工況進行自動識別和減少操作人員的勞動強度，以及人性化設計等問題還沒有進行進一步的研究。
　　2、液壓挖掘機智能控制系統(tǒng)的方案
　　目前國內挖掘機控制技術研究的重點都集中在發(fā)動機、油泵、負荷的功率、轉矩的有效匹配，出發(fā)點是液壓挖掘機的節(jié)能控制研究，很少或沒有考慮液壓挖掘機的操作人員的舒適性和可操作性。挖掘機智能控制系統(tǒng)的研究應以操作人員為出發(fā)點，以提高挖掘機操作人員操作舒適性、方便性為目的，重點是通過對操作人員的操作習慣、操作手柄的行程大小、運動快慢等因素的研究，結合對實際負載大小的測量，通過智能推理確定發(fā)動機的動力設置，在此基礎上完成發(fā)動機、油泵、負荷的功率和轉矩有有效匹配，使整機具有簡單的人工智能，進一步提高挖掘機的挖掘效率。而在整機控制中，