挖掘机以其高性能、高效率等优点在建筑领域得到了广泛地应用,但是在目前挖掘机作业过程中,绝大多数依靠驾驶员手动操作,且不宜在危险环境或者长时间工作,实现挖掘机的自动化与智能化显得尤为重要。本课题以实验室挖掘机实验平台为研究对象,旨在通过设计一种高性能的控制器来实现挖掘机工作装置轨迹的高性能控制。本文研究内容主要包括挖掘机工装轨迹控制系统的建模,控制器的设计仿真以及实验研究。在挖掘机控制系统建模过程中,对于动臂和斗杆控制系统分别进行建模,计算各环节的传递函数。液压系统动力机构环节对于液压缸活塞正反向运动分别进行建模,机械结构环节采用最小二乘法拟合求取其传递函数。为实现数字计算机控制,对连续传递函数进行离散化,求取其脉冲传递函数和差分方程。基于建立的挖掘机工装轨迹控制系统的离散数学模型和增量式PID控制算法,设计基于普通PID控制器的变速积分数字PID控制器和由神经网络实现控制器参数调节的单神经元自适应PID控制器、BP神经网络PID控制器,并在MATLAB软件中编写控制器的控制算法程序,完成控制器的参数整定及仿真,得到动臂控制系统和斗杆控制系统在各个控制器作用下,对于测试信号的响应曲线及PID控制器参数变化曲线的仿真结果。基于实验室挖掘机实验平台,编写各控制算法的控制程序,进行相关的实验研究,将普通PID控制器,变速积分PID控制器、单神经元自适应PID控制器以及BP神经网络PID控制器的实验结果进行分析和比较。实验结果表明,基于神经网络的单神经元自适应PID控制器和BP神经网络PID控制器控制效果比常规PID控制器控制效果要好,适应性更强,而两者中BP神经网络PID控制效果更佳,具有很好的应用前景。