在履帶的滑移和滑轉(zhuǎn)，雖然兩側(cè)液壓轉(zhuǎn)速達到了控制的目標值，但車輛的實際轉(zhuǎn)向角速度和轉(zhuǎn)向半徑并不是所期望的。因此為了對車輛轉(zhuǎn)向進行準確地控制，必須重新設(shè)計控制系統(tǒng)。
車輛的實際動力學(xué)模型應(yīng)該是既包括了履帶滑移，又包括離心力在內(nèi)的動力學(xué)模型，這樣仿真出來的結(jié)果才比較符合實際情況。正確的模型是對履帶車輛進行轉(zhuǎn)向研究的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，水泵廠提出了控制車輛兩側(cè)速度的控制方法，因為履帶車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角速度和轉(zhuǎn)向半徑等都是由車輛兩側(cè)的速度決定的，能對車輛兩側(cè)的速度進行準確控制，就能準確實現(xiàn)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。重新設(shè)計的實際整車行駛控制系統(tǒng)的原理如圖1所示。
實際中，車輛兩側(cè)的實際速度是不可測的，不能直接用傳感器采集反饋回來，但可以用GPS、慣導(dǎo)等手段測出車輛的實際行駛速度和轉(zhuǎn)向角速度等參數(shù)，換算出車輛兩側(cè)的實際速度。在仿真模型中就直接拿來用了。
如果兩側(cè)泵馬達系統(tǒng)的排量控制器使用PID控制器，則可以得到PID控制下的整車行駛控制系統(tǒng)，如圖2所示。
圖2：PID控制的整車行駛控制系統(tǒng)
對整車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)的PID控制器，檢驗在PID控制器的作用下系統(tǒng)的響應(yīng)特性。在低速段，要增大車速，需增大泵的排量，因此PID的參數(shù)為正；而在高速段，要增大車速，需減小馬達的排量，因此PID的參數(shù)為負。
采用PID控制時，系統(tǒng)響應(yīng)過程中出現(xiàn)震蕩，響應(yīng)時間較長，難以滿足軍用輕型高速履帶車輛轉(zhuǎn)向平穩(wěn)性和高機動性的要求。另一方面，由變量泵和變量馬達組成的靜液傳動系統(tǒng)是多輸入多輸出的非線性系統(tǒng)，而履帶車輛行駛時車速變化頻繁，負載干擾隨機出現(xiàn)，靜液系統(tǒng)的響應(yīng)受工況變化和時變負載的影響，采用常規(guī)的PID控制一般難以滿足動態(tài)性能的要求。
預(yù)測控制能很好的解決復(fù)雜系統(tǒng)控制的不確定性與時變性問題，控制效果好，魯棒性強，有較強的抗干擾能力，而且對模型精度要求不高。而本文研究的履帶車輛的特點是：由變量泵和變量馬達組成靜液傳動系統(tǒng)，泵或馬達的排量由電液伺服排量控制機構(gòu)調(diào)節(jié)，履帶車輛的結(jié)構(gòu)包括懸架部分、車輛重心的位置，尤其是履帶與地面的作用非常復(fù)雜，所以很難建立整個系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型；而且液壓容積調(diào)速系統(tǒng)是典型的高階、時變、非線性系統(tǒng)，加上履帶車輛行駛時車速變化頻繁，負載干擾隨機出現(xiàn)。這些特點決定了靜液驅(qū)動履帶車輛非常適宜采用模型預(yù)測控制來改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。
利用MATLAB模型預(yù)測控制工具箱，可以避免代碼的編寫過程，方便地設(shè)計出所需要的模型預(yù)測控制器。模型預(yù)測控制工具箱為系統(tǒng)地分析，設(shè)計和仿真模型預(yù)測控制器提供了一系列函數(shù)、一個應(yīng)用程序即一個圖形用戶界面的設(shè)計工具，MPCDesigner和相應(yīng)的Simulink模塊。在MPCDesigner應(yīng)用程序里設(shè)計好預(yù)測控制器后，通過Simulink庫所提供的模型預(yù)測控制器模塊MPCController進行調(diào)用，然后就可以在Simulink環(huán)境下，對復(fù)雜的模型預(yù)測控制系統(tǒng)進行仿真分析。
