高速行驶方向盘摆振的鲁棒性分析及优化

针对车辆高速行驶时产生的方向盘摆振问题,通过分析方向盘摆振机理和阐述鲁棒性分析原理,提出一种大样本下摆振响应分布和摆振响应量级分析相结合的方法进行研究。构建某皮卡车型底盘硬点、轮胎、悬架结构、悬架动刚度、转向系统模型,并通过实测和CAE分析悬架模态验证模型准确性,通过CAE对方向盘摆振问题的激励源、传递路径及响应进行研究,确定各部件对方向盘摆振的贡献量,找出影响方向盘摆振的关键部件。最终通过优化方向盘转动惯量以及转向器阻尼参数,有效解决车辆高速行驶时的方向盘摆振问题,提升了问题控制鲁棒性和驾乘舒适性。本研究对于方向盘摆振问题的前期设计规避和后期优化思路具有重要的参考意义。

计及电动汽车与飞轮储能单元的孤岛微电网负荷频率控制

针对孤岛微电网惯性和阻尼不足的问题,引入飞轮储能单元,并构建带飞轮储能单元的孤岛微电网负荷频率控制模型,研究了通信时滞对孤岛微电网系统的影响。采用适用的Lyaunov-Krasovskii泛函(LKF),通过广义自由权积分不等式对导数积分项进行界定,从而得到了时滞相关稳定性判据。当考虑电动汽车电池状态对系统增益的影响时,将系统视为参数不确定时滞系统。通过不同的参数设定,进行了仿真实验,结果证明了所提方法的有效性与优越性。

非驱动轮惯量在油耗测试过程中的影响分析

为了提升整车在单轴底盘测功机上进行油耗试验时的测试精度,基于整车利用底盘测功机进行非驱动轮惯量测试,采用测试值代替经验值,并对油耗结果进行对比,验证在油耗测试时采用非驱动论惯量测试值加载对结果的影响。首先利用底盘测功机测试整车的车轮惯量,得到整车在底盘测功机上的加载质量;其次对整车的万有特性进行测试,得到整车在发动机不同转速、不同功率下的燃料消耗量;再通过整车万有特性对不同车轮惯量(经验值和测试值)加载下的中国重型商用车测试工况(CHTC)油耗和中国-世界重型商用车瞬态循环工况(C-WTVC)油耗进行仿真校核,最终得到车轮惯量测试值和经验值的油耗差值,其结果表明,使用车轮惯量测试值时,能够有效提高单轴底盘测功机的测试精度。

三种汽车驱动轮惯量测试方法的对比分析

文章基于底盘测功机设计了三种汽车驱动轮惯量的测试方法,将驱动轮的转动惯量等效为平动惯量,同时将底盘测功机与驱动轮组成的惯量系统作为整体,采用底盘测功机模拟惯量和加载阻力的方式测试驱动轮惯量。第一种方法为力差法,通过动量守恒的原理进行推导,利用不同加载力下减速时间的关系,推导惯量系统的总惯量并根据已知的底盘测功机加载惯量推导驱动轮惯量;第二种方法为多质量拟合法,通过减速过程中的力学关系的推导,采用转毂在对同一加载阻力下不同模拟惯量下的减速时间测试,建立转毂模拟惯量、减速时间和驱动轮惯量三者间的数学模型,模型截距即为驱动轮惯量;第三种方法为等效质量法,该方法则是根据车辆减速过程中力学平衡方程,对驱动轮惯量进行求解。三种试验方法丰富了驱动轮测试体系,适用于多场景下的驱动轮惯量测试。基于底盘测功机试验的研究结果表明,等效质量法在求解驱动轮惯量时具有精度较高的优点,试验方法的开发进一步提升了基于底盘测功机试验的准确性。

货车运动惯性荷载特性实车试验研究

采用美国密歇根科技公司(MSC)货车车轮六分力传感器,采集不同道路线形、车型、载重和路面类型货车轮胎荷载实车试验数据,结合车辆动力学理论进行了典型货车运动惯性荷载特性分析。分析结果显示:惯性运动荷载的量级主要取决车辆质量、质量分布、加速度大小和方向以及轮胎的组数和接地压强,道路线形起伏和平面转换会引起车辆加减速和复杂惯性运动模式。运动惯性荷载分为两类:第一类表现为较大的均匀荷载,另一类为冲击性荷载;在3个方向荷载中,垂向方向上数值最大,纵向和横向水平方向上数值较小,垂向冲击系数可达4以上,远高于目前一般采用的冲击系数值。引起较大运动惯性荷载的敏感位置,一般分布在车速变化和行驶方向变化显著的转弯路段和坡底路段。长时间持续冲击一般由弯道侧倾运动引起;短时冲击是由于在竖曲线上的车辆制动或加减速引起的俯仰运动以及摇摆运动造成。考虑货车的运动惯性荷载作用效应对于货车重载交通路面结构与材料合理设计、桥梁结构弯道设计和车辆管理均十分必要。

飞机牵引车抱轮机构惯容隔振装置振动特性分析

为减小牵引工作过程中机场道面不平度对牵引车抱轮机构的影响,需在抱轮机构与车体之间设置隔振装置。以位移传递率为隔振性能评价指标,以随机路面函数为激励,分析添加惯容隔振装置后抱轮机构的振动特性,随后对比分析弹簧刚度、阻尼系数和惯容系数对系统隔振性能的影响。结果表明:传统隔振装置与惯容隔振装置的平均位移传递率分别为71.45%和65.23%;增大弹簧刚度,系统共振频率和反共振频率都将增加;增加阻尼系数,共振频率处振动传递减弱,而反共振频率处隔振效果降低;惯容系数越大,共振频率、反共振频率越小,隔振频带越宽,但高频处的隔振性能呈下降趋势。因此,设置反共振频率略小于车体工作振动频率时,惯容隔振装置具有显著隔振性能。通过正交试验法,得出对反共振频率点影响最大的参数为惯容系数。

带惯性轮的两轮机器人H_(∞)鲁棒控制系统

针对复杂环境中两轮机器人的实用性和平衡控制问题,构建了一种带惯性轮的两轮机器人H_(∞)鲁棒控制系统。首先,介绍了两轮机器人的机械结构及性能,通过惯性轮和底部双轮共同作用增强机体的运动能力,提升机器人对环境的适应性;其次,推导了坡面上带惯性轮的两轮机器人动力学模型;在此基础上,设计了一种基于H_(∞)鲁棒控制器的两轮机器人系统,实现了机器人姿态控制的自平衡稳定性、鲁棒性以及抗扰性;最后,仿真和实测实验验证了所设计机器人系统的可行性和有效性:机器人系统的倾斜角度可调范围更大、控制精度更高,可有效抑制由于机体振动和外界干扰对系统的影响。

滚动试验台惯性负载模拟及耦合振动分析

提出了基于惯量匹配的试验台驱动轴负载力矩校核方法,分析了轨道轮转动惯量对牵引制动试验的影响,得出驱动轴的转动惯量是整车运行惯性力矩的6.7%,在进行车辆启动加速性能试验时,转动惯量过小会带来较大误差,而适当增大轨道轮轴上转动惯量是减小误差的唯一方法;针对试验台轨道轮与被试车辆的耦合振动问题,采用有限元法对轨道轮进行了模态分析,得到了轨道轮在前10阶振动下的试验速度等级,分析表明在一阶振动频率12.634 Hz下、对应试验车速为257 km/h时,轨道轮与车辆会产生耦合振动,在车速为127 km/h时,车轮一阶不圆会引起车轮与轨道轮的共振,在试验中应避免长时间在共振频率的速度下运行。

舵机加载测试系统扰动补偿方法研究

针对舵机运动对加载测试系统输出力矩的扰动作用,基于加载测试系统简化数学模型,比较研究转矩扰动补偿和转矩干扰综合补偿两种方式。在不改变系统结构前提下,分别将检测到的舵机和电机速度信号经补偿环节反馈到电机输入端,以消除扰动影响。仿真表明,第2种方式性能更优,引入PID反馈后能进一步提高系统性能。

欠驱动惯性轮摆系统全局滑模控制

针对欠驱动惯性轮摆的镇定控制问题,本文提出了一种新型的滑模鲁棒控制策略,可在系统受到不确定性与外界干扰影响的情况下,实现全局渐近镇定控制.区别于现有方法,本文方法无需切换,且能将无驱动的摆杆摇起至竖直向上位置的同时,确保惯性轮回到初始位置.具体而言,首先对惯性轮摆系统的非线性模型进行非奇异坐标变换,将其变为类积分器形式.随后,根据转换后系统的形式,构造了一种新型的滑模面;经严格分析知,当系统状态处于该滑模面上时,它们将渐近收敛于平衡点.在此基础之上,设计了滑模控制律以确保系统状态始终处于该滑模面上,以实现镇定控制.最后,通过仿真验证了所提控制方法的有效性与鲁棒性,并与现有方法进行了对比.

软件锁相环在惯性动量轮转速控制中的应用研究

研究了基于DSP和软件锁相环算法的惯性动量轮用高速(最高转速30 000 r/min)高精度转速控制系统。首先分析了组成软件锁相环的三个环节,设计了软件锁相环算法;然后与高精度反电势换相模块ML4425相结合,设计并实现了一种高精度无刷直流电机数字控制系统。该系统能在任意转速下进行稳速控制,且当转速高于3000 r/min时,能实现1%%的转速控制精度。

Forwarding控制方法的改进及其在惯性摆系统中的应用

针对常规积分Forwarding设计的局限性,提出了—种新的设计方案。该方案增加了积分运算的自由度,因而有效地拓展了Forwarding设计的使用范围。运用所提出的方法对惯性摆系统进行了控制器的设计。此外,设计过程中同时还构造出该系统的控制Lyapunov函数。理论与实际表明了这种控制方案的有效性。

基于变惯量反作用飞轮的小卫星大角度姿态机动控制研究

研究以变惯量反作用飞轮作为执行机构的小卫星的大角度姿态机动控制问题。变惯量反作用飞轮是一种新型的动量交换装置,不仅可以通过改变飞轮转速输出力矩,还可以通过改变其转动惯量实现大范围的力矩输出。文中建立了带有变惯量反作用飞轮的星体姿态动力学方程,设计了姿态控制律和飞轮的操纵律。仿真结果表明,与一般反作用飞轮相比,当小卫星大角度机动时变惯量飞轮的转速更不容易饱和,且力矩的输出范围变宽,可以同时满足小卫星高精度稳定和快速大角度姿态机动的双重要求。

带有未知参数的惯性轮摆系统的自适应控制

针对带有未知参数的惯性轮摆系统,提出了一种自适应控制律设计方法。首先利用坐标变换将惯性轮摆系统的动力学模型转化为级联系统的形式。然后,针对系统参数未知的问题,在已有的惯性轮摆系统反馈控制律的基础上,利用控制器迭代设计思想,设计了惯性轮摆系统的自适应控制律,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了所得自适应控制律可以使得带有未知参数的惯性轮摆系统保持在摆杆垂直向上的平衡状态。最后以一个实际的惯性轮摆系统为例,采用该系统的物理参数进行仿真,分析了不同自适应参数下惯性轮摆系统各状态的收敛速度及摆起和稳定时间。仿真结果验证了所设计自适应控制器能够使惯性轮摆系统从垂直向下的平衡位置摆起并稳定在垂直向上的平衡位置。

惯性轮摆镇定控制器的迭代设计方法

针对惯性轮摆系统的镇定控制问题,提出了一种控制器迭代设计方法。该方法首先通过坐标变换将惯性轮摆系统转换为一个非线性级联系统,然后通过迭代设计和坐标逆变换,获得惯性轮摆系统的状态反馈镇定控制器,并证明了所得控制器能够使得惯性轮摆系统稳定在摆杆垂直向上的平衡位置。最后参考一个实际的惯性轮摆系统的物理参数,通过仿真,验证了所设计控制器的有效性。与已有方法相比,该方法更为简洁,更适合推广到其他欠驱动系统的镇定控制。

飞机动力机轮动力性能测试加载方法

飞机动力机轮采用电力驱动飞机在地面自主滑行,可以减少飞机发动机驱动滑行的噪声、排放和燃油消耗,受到航空业界的普遍重视;然而,其测试技术目前仍处于起步阶段,以真实飞机为负载的测试方法面临着硬件成本高、测试环境不稳定等因素的困扰。分析了动力机轮的动力性能,依据动力机轮地面滑行的受力状态,提出了动力机轮动力性能的实验室测试方案,给出了动力机轮载荷模拟加载及控制方法;理论推导了位置跟踪型闭环负载模拟控制器的控制精度,并通过算例进行仿真验证。研究表明:采用所提出的测试方案可在实验室环境下对动力机轮的动力性能进行测试;位置跟踪型闭环负载模拟可以实现指定转动惯量的无误差加载。

惯性动量轮滑模变结构控制

为了改善惯性动量轮的动静态性能,提高其转速跟踪精度和输出力矩精度,提出一种滑模变结构控制算法。通过建立包括永磁无刷直流电机和功率变换器在内的惯性动量轮状态空间平均模型,基于李导数形式表述的到达条件,设计并推导出滑模变结构控制律。为验证该控制律的有效性,在惯性动量轮上进行实验分析,实验结果表明:相比传统的PID控制算法,所采用的滑模变结构控制算法响应时间和超调量较小,绕组电流更加平滑,具有更好的动静态性能,转速跟踪精度从2.51 rad/s提高到0.21 rad/s,输出力矩精度从0.01 N m提高到0.001 N m。

航空刹车动力试验台电惯量模拟控制方法的研究

电惯量模拟是航空刹车动力试验台的重要技术,本文通过鼓轮-机轮受力分析及能量守恒定律提出了鼓轮能量补偿法,建立了鼓轮能量补偿法数学模型,模型不受制动力矩变化的限制,更加真实的反映了实际的飞机刹车过程,且模型算法有效的消除了由于每次力矩输出控制误差造成的能量累积误差,提高了能量补偿精度。

车轮强度计算方法的研究

对于车轮的强度设计计算,目前仍以经验和类比为主,近年来,CAE软件的发展,对车轮的强度设计也提供了参考。为了对车轮能够进行强度设计,以载货车轮为研究对象,建立与弯曲疲劳试验等效的力学模型。依据传统强度计算理论和方法,对载货汽车车轮的强度设计做了一种理论计算方法的研究,主要对车轮的复杂截面进行了惯性矩计算与最小化,计算分析得出了车轮的危险截面部位。通过静应力测试,其危险部位与理论计算的结果基本一致,实验测出的主应力方向与车轮实际使用过程中裂纹的方向的基本一致,均是在轮辐通风孔沿圆周方向,表明此车轮强度计算方法是可行的。

惯性轮倒立摆的鲁棒镇定

用一个时滞状态反馈控制律镇定惯性轮倒立摆,不仅保证闭环系统全局渐近稳定,还允许闭环系统承受一定的时滞.将惯性轮倒立摆转化为存在高阶非线性的4维积分器链,然后设计一个明确规定了饱和度和时滞参数的饱和控制律.用简单方式证明了闭环的全局渐近稳定性.仿真表明设计是有效的.