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模型水泵預(yù)測設(shè)計與簡析
2017-11-17 16:46:57

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。

 


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