車(chē)輛油氣懸架電液伺服加載系統(tǒng)控制方法研究.pdf

1、油氣懸架系統(tǒng)具有功率密度高、安裝空間小的優(yōu)點(diǎn),能提高車(chē)輛行駛時(shí)的舒適性和安全性,廣泛應(yīng)用于各種機(jī)動(dòng)車(chē)及場(chǎng)內(nèi)車(chē)輛中。油氣懸架試驗(yàn)系統(tǒng)用于模擬重型車(chē)輛在不同路面條件和速度下懸架系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),驗(yàn)證輪式車(chē)輛懸架及車(chē)橋的設(shè)計(jì)參數(shù),提高懸架系統(tǒng)及車(chē)橋的可靠性。
　　本文以哈爾濱工業(yè)大學(xué)電液伺服仿真及試驗(yàn)系統(tǒng)研究所承擔(dān)的“油氣懸架加載試驗(yàn)臺(tái)”項(xiàng)目為背景,對(duì)油氣懸架加載試驗(yàn)系統(tǒng)中采用的關(guān)鍵控制技術(shù)進(jìn)行了理論研究和實(shí)驗(yàn)研究,研究成果對(duì)于提高系統(tǒng)控

2、制性能及加載精度具有積極意義。
　　文中建立了由電液伺服閥控缸系統(tǒng)和油氣懸架組成的加載系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)油氣懸架高度的非線(xiàn)性以及加載系統(tǒng)固有頻率低、阻尼小的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。引入三狀態(tài)控制策略,應(yīng)用極點(diǎn)配置的方法對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),在保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上拓展了系統(tǒng)的頻寬,改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。設(shè)計(jì)了位置與加速度信號(hào)切換的輸入濾波器,使系統(tǒng)保持性能不變的情況下,實(shí)現(xiàn)位置和加速度兩種控制方式。通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試,驗(yàn)證了三狀態(tài)控制

3、器的有效性和切換位置和加速度控制方式的可行性。
　　主動(dòng)驅(qū)動(dòng)力加載結(jié)構(gòu)是目前最為常用的加載結(jié)構(gòu),力傳感器安裝于加載系統(tǒng)與試驗(yàn)負(fù)載之間,檢測(cè)加載時(shí)的彈性力和粘性力以及慣性力,其缺點(diǎn)是控制特性易受到負(fù)載剛度的影響。常規(guī) PID控制為了達(dá)到穩(wěn)定性的要求,控制參數(shù)往往選取比較保守,系統(tǒng)性能受到制約。針對(duì)油氣懸架的高度非線(xiàn)性,文中采取變結(jié)構(gòu)的控制方法,選取含有位置、速度和加速度狀態(tài)的滑模函數(shù)。利用指數(shù)趨近方式,使系統(tǒng)能夠快速地穩(wěn)定于平衡位置

4、?；贚yapunov穩(wěn)定理論,設(shè)計(jì)了參數(shù)攝動(dòng)和不確定量?jī)煞N非線(xiàn)性環(huán)節(jié)的自適應(yīng)律,結(jié)合自適應(yīng)控制方式減小了滑模帶的寬度,從而減小由于開(kāi)關(guān)控制而引起的系統(tǒng)振動(dòng)。仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了當(dāng)負(fù)載剛度變化時(shí),采用變結(jié)構(gòu)滑模力加載控制策略的優(yōu)勢(shì),為具有狀態(tài)反饋的力加載控制系統(tǒng)提供了實(shí)用的控制方法。
　　正弦信號(hào)是協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)控制中常用的工程信號(hào)。在多通道同時(shí)對(duì)同一試件進(jìn)行加載時(shí),各通道響應(yīng)正弦信號(hào)幅值和相位的差異會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況有著很大的

5、差異。本文針系統(tǒng)對(duì)正弦信號(hào)的精確復(fù)現(xiàn)控制要求提出了基于單層雙通道神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法。采用LMS算法自動(dòng)調(diào)整權(quán)值向量,使系統(tǒng)輸出正弦波的幅值、相位與期望信號(hào)一致,從而實(shí)現(xiàn)正弦波信號(hào)的精確復(fù)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)算法收斂性必要條件的分析,提出了歸一化正弦波復(fù)現(xiàn)的控制方法。經(jīng)仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了該方法在收斂性和收斂速度方面的優(yōu)勢(shì)。
　　時(shí)域波形復(fù)現(xiàn)與激振臺(tái)架是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)再現(xiàn)路譜的必要條件。時(shí)域波形復(fù)現(xiàn)(TWR)的目的是將跑車(chē)場(chǎng)測(cè)試得到的車(chē)輛響應(yīng)轉(zhuǎn)

6、化為激振臺(tái)架的輸入信號(hào)。傳統(tǒng)時(shí)域波形復(fù)現(xiàn)方法采用頻響函數(shù)迭代的方式,在非線(xiàn)性系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)會(huì)變得不易收斂,耗費(fèi)大量時(shí)間。本文提出了基于自適應(yīng)逆控制的方法,降低迭代次數(shù)。應(yīng)用遞推最小二乘算法設(shè)計(jì)了能夠?qū)崟r(shí)辨識(shí)系統(tǒng)傳遞函數(shù)和阻抗函數(shù),并在線(xiàn)調(diào)整系統(tǒng)逆函數(shù)的控制策略。經(jīng)過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了控制算法的穩(wěn)定性。
　　根據(jù)加載系統(tǒng)的要求研制了包括液壓源、機(jī)械部分、液壓伺服加載部分和數(shù)字式控制系統(tǒng)在內(nèi)的油氣懸架加載試驗(yàn)臺(tái)。采用Labview