挖掘机是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料后装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。主要包括回转部分,行走部分和工作部分,而工作部分结构与平面串联关节型三自由度机械臂相似。由于挖掘机的工作性质,作业过程中操作人员劳动强度较高,并且在很多工况下存在危险,从而操作人员的人身安全难以保证。因此,许多国内外学者和专家在研制具有自主作业功能的智能挖掘机做了大量的研究工作。本课题从避免安全事故和使挖掘机进入较危险或人无法进入的区域内作业出发,以小松PC02-1型号小型挖掘机为基体,对其进行了液压系统改造,将原有的手动控制系统替换成电液比例系统,再由用MATLAB中的xPC target工具箱搭建的宿主机/目标机形式的控制平台对其进行控制,初步实现了人机分离。在液压系统比例化改造过程中,选用了基于流量控制的并带有阀芯位置反馈的电液比例阀,通过对输入比例电磁铁的电流的控制来控制比例阀内阀芯的位移,进而控制比例阀的输出流量,最终实现对机械臂的速度控制。而位置控制则由倾角传感器来完成。装置在机械臂上的倾角传感器采集机械臂的角度信息并最终反馈到宿主机中,形成姿态闭环控制,同电液比例系统的速度环共同实现了双闭环控制,大大提高了控制精度。用来驱动比例电磁铁的电流信号由比例放大器给出,而输入比例放大器的控制信号则来自于宿主机/目标机控制平台中的目标机,它装载着研华PCL-726数据采集卡,由PCL-726控制电压(-9-9V模拟量输出)。目标机主要用来运行xPC target系统内核程序。其与宿主机之间可通过串口连接,也可通过TCP/IP的形式接入到互联网中,进行远程控制。宿主机中则运行用Simulink搭建好的数学模型,通过预先设置好类型的接口,将目标信号传输到目标机中。通过对本套系统输入—输出实验数据的分析,验证了本实验平台有良好的姿态控制和速度控制精度。此外,本文还对三自由度机械臂进行了动力学分析和仿真,还对改造完成后形成的阀控缸、阀控马达系统进行了液压系统建模与仿真,为今后的深入研究打下了基础。