挖掘机是一种应用广泛、创造价值高的工程机械,挖掘机的存在大大提升了工程施工效率,在工程施工中有着无可替代的作用。在日新月异的现代科学技术影响下,智能化、无人化作业逐渐成为了挖掘机的发展趋势,使得挖掘机能够更好的应对复杂多变的工作环境和越来越高的作业要求。本文以实现无人操纵挖掘机作业轨迹的规划与控制为目的,运用了变论域模糊PID控制算法,提高挖掘机工作装置轨迹控制效果。本文的主要工作如下:介绍了无人操纵挖掘机及其相关技术的发展趋势,确定了无人操纵挖掘机的功能需求,提出了无人操纵挖掘机控制系统的总体设计方案。在此基础上,提出了液压系统的改造方法,完成了感知系统的硬件选型设计。对无人操纵挖掘机工作装置进行运动学分析,确定了无人操纵挖掘机工作装置驱动空间、关节空间和位姿空间三者之间的变量转换关系。完成了液压系统中的主要液压元件数学建模。在不同作业情况下,对液压系统进行分析。利用蒙特卡洛法求得铲斗齿尖运动范围,确定了挖掘作业的铲斗齿尖运动轨迹。通过3次NURBS曲线插补法在关节空间完成轨迹规划,得到挖掘作业时各关节角的位置序列。通过变论域模糊PID控制算法解决了轨迹控制问题,并基于simulink进行对比仿真,证明变论域模糊PID控制器具有良好的控制效果。通过AMESim软件建立被控对象模型,在Code Sys软件上完成PLC程序编写,以simulink为半实物仿真平台,实现AMESim建立的虚拟被控对象模型与PLC实物间的数据交换,搭建无人操纵挖掘机工作装置的半实物仿真系统。通过半实物仿真来验证PLC程序正确性和变论域模糊PID控制算法的有效性。半实物仿真结果表明,控制器能够控制AMESim建立的被控对象模型,且变论域模糊PID控制器能够良好完成轨迹控制任务,误差能够保持在20mm以内。