矿业是国民经济的重要组成部分,露天采矿占整个矿山开采业的比重很大。矿用大型电铲是露天矿山剥离和采掘矿石的主要设备,其工作环境恶略,再加上操作员长时间工作,使得电铲事故率较高。其中,与行走装置有关的事故占到1/3左右,由此可见行走装置对于大型电铲性能的可靠性具有重要影响。随着矿产装备智能化水平的不断提升,无人电铲成为新的解决方案。其中,自主行走是无人电铲一项关键功能,该过程存在机电耦合、离散介质系统与多体动力学系统耦合以及轨迹跟踪控制与机电特性耦合的多耦合行为。然而,我国大型电铲的智能化水平落后,多数核心技术仍被国外垄断。因此,提升我国大型电铲行走装置智能化水平对我国大型电铲研发具有重要意义。首先,针对电铲典型的运行工况建立其运动学和动力学模型,并结合异步电机动态模型建立了电铲典型工况下的机电耦合动力学模型。通过MATLAB/Simulink数值仿真的方法,分析了电铲在典型工况下的机电耦合特性,得到了异步电机电流、电压、负载转矩以及履带运行速度的变化规律,发现了电铲在转向时会伴随着再生制动转向。同时,为了获得履带与地面的耦合行为,本文通过离散元法与多体动力学耦合方法探究了预紧力、驱动轮转速、支重轮间距以及履刺高度对地压变异系数、功率、驱动力和履带张紧力等履带底盘行驶性能的影响,并进一步分析了不同影响因子和其交互作用对履带底盘行驶性能影响的显著性。在此基础上,基于Kriging方法建立了履带底盘行驶性能预测模型,并通过响应面分析的方法对履带底盘行驶性能交互响应进行了分析,进而基于遗传算法对履带底盘性能进行了多目标优化,并对优化结果和优化效果进行了分析验证。此外,结合电铲的运行特点和结构特点,提出了一种适用于电铲行走的A-RRT*路径规划方法,并对A-RRT*路径规划方法的路径规划效果进行分析,结果显示该方法可以有效消除规划路径中存在的急转弯现象;其次,设计了一种基于Lyapunov的反演滑模轨迹跟踪方法,并且为了考虑机电耦合特性、下陷和滑转对轨迹跟踪性能的影响,本文通过电铲异步电机动态模型和虚拟样机融合的方法对其轨迹跟踪性能进行了分析和初步验证,同时也对两侧履带滑移率进行了研究,发现履带运行速度较大时,滑转现象明显,反之,滑移现象较明显;处于转向内侧的履带机电参数波动特性明显;在此基础上,将所建立的轨迹跟踪方法和路径规划方法融合,对不同的规划轨迹进行跟踪,结果显示电铲可以有效跟踪轨迹,并且跟踪过程中没有出现急转弯和频繁转弯现象。最后,基于实时动态载波相位差分定位技术构建了电铲轨迹跟踪系统,并通过该轨迹跟踪系统对不同行驶轨迹进行相应的轨迹跟踪试验,验证了所建立的反演滑模轨迹跟踪方法和轨迹跟踪系统的实际应用效果;同时分析了不同轨迹跟踪过程中,相应的机电参数变化规律和两侧履带异步电机的工作状态。发现电铲在转向行驶时,伴随着再生制动转向,外侧异步电机负载和功耗较大,内侧异步电机会出现发电机工作状态,这也验证了理论分析结果的有效性。综上所述,本文建立了电铲机电耦合动力学模型,并对其机电耦合性能进行了分析;探究了电铲行走过程中履带与地面之间的耦合行为;构建了适合于大型电铲行走的路径规划算法和轨迹跟踪方法,通过数值仿真和试验验证了其有效性,并分析了相应的机电耦合性能;本论文的研究工作可为我国大型电铲行驶性能智能化水平提升提供借鉴。