基于粒子群优化算法PID参数优化的双电机耦合驱动履带车辆转向控制

针对电驱动履带车辆转向灵敏度不高、控制精度难的问题进行转向控制策略研究,对双电机耦合驱动履带车辆开展动力学分析,利用数学仿真软件建立转向动力学模型。设计一种基于粒子群优化算法对比例-微分-积分控制器(Proportional-Integral-Differential controller,PID)参数优化的转向控制策略,以改进型时间乘绝对误差积分指标为粒子群优化算法目标函数,对PID转向控制策略中的控制参数进行实时优化,动态调节控制参数,实现车辆转向控制系统优化输出。利用硬件在环仿真平台和实车试验,对控制策略进行仿真和实车试验验证,试验结果验证了控制策略的有效性。

基于ICR的履带车辆路径跟踪与转向控制算法研究

针对丘陵山区单边制动农用履带车辆路径跟踪精度低、控制次数多、转向偏差大等问题,本文开展不同负载条件下履带车辆路径跟踪控制研究。首先,对履带车辆的转向运动学进行理论分析,并建立履带车辆运动学模型;其次,根据履带车辆单边制动转向特性,提出一种基于瞬时旋转中心(Instantaneous center of rotation, ICR)的大角度转向控制算法,该算法能够根据规划路径的转向点位置与履带车辆转向瞬心,规划出最优的转向目标点,并控制履带车辆在该转向目标点一次性转向到所需航向,与此同时,完成转向控制器设计;最后,开展履带车辆在3种不同负载条件下的仿真试验与田间试验。仿真结果表明,大角度转向控制算法产生的跟踪路径平均误差面积与平均转向控制次数分别降低68.95%、68.77%;田间试验结果表明,大角度转向控制算法产生的跟踪路径平均横向偏差均值、平均转向控制次数与转向点处平均最小偏差分别减少57.27%、33.93%、62.29%,且路径跟踪效果更优,验证了大角度转向控制算法的有效性。试验结果满足履带车辆路径跟踪的要求,为实现农用履带车辆的路径跟踪提供理论基础与参考。

双电机耦合驱动履带车辆自适应滑模转向控制

针对双电机耦合驱动履带车辆转向动力学模型具有多输入多输出(MIMO)、非线性且参数不确定的特点,对系统进行解耦,分解为车速控制系统和转向角速度控制系统。在车速控制系统中为实现车速跟踪误差的收敛,根据期望车速与当前速度信息,提出了鲁棒滑模变结构控制算法;在转向角速度控制系统中,提出了针对转向角速度的模糊滑模自适应控制算法。通过"驾驶员—控制器"在环的双电机耦合驱动履带车辆实时仿真系统,对控制算法进行了仿真实验验证,证明了该控制算法的有效性。

履带车辆差速转向机构转向过程动态特性的试验方法

该文研究了履带车辆在不同转向半径下转向的两侧履带功率流动特性及液压无级差速转向机构的工作原理。在此基础上,确定了用试验台模拟履带车辆转向过程的试验方案,提出了用试验台驱动装置模拟发动机特性以及加载装置模拟转向过程动态负载的方法,完成液压无级差速转向机构转向过程的动态特性试验。结果表明:履带车辆转向过程中内侧履带由输出功率到输入功率以及外侧履带输出功率进一步增大的变化特点,能够在液压二次调节实验台上予以完成。此试验方法成功解决了履带车辆转向特性试验的台架实现问题。

履带车辆遥控驾驶的转向控制技术

本文介绍了一履带车辆遥控转向控制系统的方案和结构组成。

履带车辆液压机械差速转向系统控制策略

为了准确实现驾驶员转向意图,解决履带车辆液压机械差速转向系统转向行驶控制问题,该文在对液压机械差速转向系统工作原理进行分析的基础上,运用动力学理论和模块化方法,推导了液压机械差速转向系统动力学方程,建立了系统数学模型。根据履带车辆转向行驶理论和转向安全要求,结合系统数学模型,设计了一种履带车辆液压机械差速转向系统控制策略,通过控制单元与液压泵排量控制器相互配合实现转向控制。仿真结果表明,所设计的液压机械差速转向系统控制策略安全有效,能准确实现驾驶员转向意图。

履带车辆转向机构的研究现状及发展趋势

履带车辆的转向机构是重要的总成之一,其性能的优劣直接影响着车辆的转向机动性和生产效率。因此对性能优良的转向机构的研究一直是车辆工程领域的重要研究课题。本文从履带车辆传统转向机构的构成出发,介绍了各种转向机构的优缺点及新型转向机构的工作原理和研究现状,指出履带车辆转向机构的发展趋势是大力加强对机动性高、能耗低、性能优良的机械液压连续无级转向机构的研究与开发。

双侧电驱动履带车辆等效条件积分滑模稳定转向控制

履带车辆转向阻力随行驶状态呈现非线性、大范围变化的现象,且由于车辆惯性大、电机驱动能力有限,易进入深度饱和状态,而双侧电机动力相互独立,要实现车辆全速度范围的稳定转向必须对两侧力矩进行有效控制。针对以上问题,设计了一种横摆角速度控制律。开展转向动力学分析,提出速度、横摆角速度转向控制结构;设计了一种带等效控制项的条件积分滑模控制算法,通过引入等效控制项,提高系统响应速度,减小滑模抖振;通过引入条件积分控制项,使滑模控制项边界层外与经典滑模性能一致,鲁棒性强,边界层内平滑切换为Anti-Windup结构的PI控制,便于消除误差,抑制积分饱和。Matlab与Recur Dyn联合仿真表明,提出的算法具备跟踪能力强、抗扰动和饱和、输出控制量平滑的优点,能够实现车辆稳定转向控制。

基于模糊PID算法的双侧电传动履带车辆转向控制策略研究

为了提高电传动履带车辆的转向控制性能,首先进行了履带车辆转向动力学分析,研究了履带车辆转向特性,进而针对履带车辆转向轨迹可控性差、动态响应慢等缺点,提出一种基于模糊PID算法的双侧电传动履带车辆转向控制策略,将驾驶员转向意图解释为内侧电机制动力矩,并通过模糊算法对外侧电机力矩进行跟随控制,实现稳定的转向轨迹并提高转向响应速度。转向过程中的纵向车速由PID算法进行控制,通过模糊因子来实现模糊控制算法与PID算法之间的融合。仿真结果表明,所提出的控制算法可以实现稳定可控的转向轨迹,具有良好的鲁棒性,与传统转向力矩分配策略相比,该控制算法的动态响应时间缩短约0.7s。

电子差速履带车辆转向转矩神经网络PID控制

根据电子差速履带车辆转向动力学和运动学分析,提出一种电子差速履带车辆转向转矩模拟神经网络PID(ANNPID)控制策略,由双电动机转向转矩协调控制、ANNPID控制和感应电动机转矩控制组成。通过建立双感应电动机独立驱动履带车辆电子差速转向控制系统,实现基于ANNPID控制的转向转矩协调分配和基于模型参考自适应控制(MRAC)的感应电动机间接磁场定向(IFOC)转矩控制。采用该策略,在不同转向半径的行驶转向工况、0.5B半径转向工况和中心转向工况下的实车试验结果表明,低速转向具有较好的操控性能。

双侧电传动履带车辆小半径转向控制策略

分析了双侧电传动履带车辆的小半径转向理论,研究了在给定两侧电机力矩的情况下的转向特性,结果表明原地起步小半径转向工况可以分为三个阶段,第一阶段为固定转向半径的加速转向,第二阶段降半径转向,第三阶段为固定转向半径的匀速转向;有初速的小半径转向工况在转向初期转向半径从无穷大迅速降低并达到稳定值,之后的变化特性便与原地起步转向完全相同。在理论分析的基础上,设计了小半径转向控制策略,在MATLAB/Simulink中进行了转向动力学仿真,表明转向控制策略有效。

电传动履带车辆原地转向控制与D2P实时仿真

为了提高电传动履带车辆的原地转向性能,从履带车辆原地转向动力学模型出发,提出一种基于双电机力矩控制的电传动履带车辆原地转向控制策略,首先增大电机力矩初始值以提高转向响应速度,进而将方向盘转角信号引入横摆角速度负反馈增益从而实现驾驶员对转向速度的控制.使用D2P快速原型开发系统构建了履带车辆原地转向"驾驶员+控制器"在环仿真平台,通过实时仿真对所提出的控制算法进行了验证,结果表明设计的控制策略正确有效,且具有良好的实时性.

高速履带车辆静液驱动转向控制策略

为解决高速履带车辆静液驱动转向行驶控制问题,在对静液驱动履带车辆转向行驶理论分析基础上,得到了考虑转向安全性和系统最高承受压力影响的车速与相对转向半径间的相互制约关系。设计了高速履带车辆静液驱动转向控制策略,该转向控制策略由综合转向控制单元和泵、马达排量控制器相互配合实现。运用Matlab/Simulink软件对系统进行转向控制仿真分析,仿真结果表明该转向控制策略可在满足系统压力限制以及保证车辆不侧滑的条件下自动降低平均车速以保证驾驶员期望转向半径的准确实现。

静液传动高速履带车辆转向参数匹配与控制

为了解决静液传动履带车辆转向时外侧系统压力容易过高以及转向轨迹控制问题,基于双侧轮边液压驱动结构特点,提出了外侧马达采用压力、发动机转速双参数控制,内侧跟随外侧采用速度闭环控制的转向控制策略,对目标相对转向半径与方向盘转角、车速,马达排量与发动机转速、系统压力等参数进行了匹配。建立了整车转向仿真模型与实车实验系统。仿真与实验结果表明,控制策略能有效控制系统压力,参数匹配结果能满足转向控制要求,车辆按照目标相对转向半径实现了准确快速转向。

考虑履带滑转滑移的电驱动履带车辆转向控制

为消除车辆转向过程中履带滑转滑移对电驱动车辆运动学控制的影响,准确实现车辆的转向轨迹控制,对考虑履带滑转滑移的电驱动车辆转向控制策略进行研究。分析表征履带车辆转向过程滑转滑移特性的转向半径修正系数及转向角速度修正系数,在此基础上提出考虑履带滑转滑移的转向控制策略,利用转向半径修正系数及转向角速度修正系数对电机转速控制指令进行修正。通过仿真和试验,对比了不考虑履带滑转滑移的转向控制策略和考虑履带滑转滑移的转向控制策略。结果表明,考虑履带滑转滑移的转向控制策略可以准确地实现转向控制目标,验证了该转向控制策略的可行性。

履带车辆差速式转向机构性能试验

设计了一种履带车辆用差速式液压机械双功率流转向机构,由3套行星系组成,将变速器传来的功率和液压转向系统传来的功率汇流,在转向时能够实现两侧履带的正反转转向。样机试验表明,样机直线稳定性好,偏驶率为0.7%,符合国家标准;当只有转向动力输入时,样机转向角速度大,转向角速度随转向动力输入转速的增加而增加;由于实际两侧履带的滑移和滑转的情况不同,最小转向半径为0.02m,接近于零,可实现原位转向。

静液传动履带车辆转向神经元自适应PID控制

为实现静液传动履带车辆快速稳定转向,且转向轨迹可控,基于双侧轮边液压驱动结构特点,提出了转向时外侧马达排量采用压力、发动机转速双参数控制,内侧采用神经元自适应PID控制以跟随外侧的转向控制策略.在Matlab/Simulink中建立了包含基于S函数的神经元PID控制器和综合控制策略Stateflow模块的整车模型,对转向控制进行仿真分析,阶跃输入时,神经元PID比传统PID控制能有效抑制系统超调量,加快系统响应速度;不同转向工况仿真结果表明:神经元PID控制具有较好的目标跟随能力,提高了系统的实时性和鲁棒性,使得静液传动履带车辆具有良好的转向性能.

静液驱动履带车辆转向神经网络PID控制仿真

根据履带车辆转向运动学和动力学分析,提出转向控制策略,可在满足系统压力限制以及保证车辆转向安全条件下自动降低平均车速以保证驾驶员期望转向半径的准确实现。转向控制器由神经网络PID控制器和泵马达排量控制器组成。运用Matlab/Simulink对系统进行神经网络转向控制仿真分析,仿真结果表明,与传统PID控制相比较,神经网络控制输出超调量由10.5%降至4.1%,控制响应时间由4.8 s降至2.2 s,提高了系统实时性和鲁棒性。不同转向工况的仿真结果表明,采用神经网络控制可使静液驱动履带车辆获得良好的转向稳定性和操纵性。

基于新型双功率流差速转向机构的履带车辆转向性能

转向机构直接影响履带车辆的转向性能。传统机械式双功率流差速转向机构只能实现数目有限的转向半径,并且往往需要制动器等元件,为此,设计一种具有连续转向半径且可避免磨损的新型机械式双功率流差速转向机构;建立差速转向机构的两电机轴(输入)转速与两半轴(输出)转速的运动学模型。根据两半轴转速与履带车转向半径之间的关系,得到履带车的两电机轴(输入)转速与转向半径的运动学模型;建立考虑履带宽度以及滑转、滑移的履带车稳态转向数学模型;最后进行运动仿真和理论分析对比研究。研究结果表明:对差速转向机构的转速仿真结果与理论值相对误差最大为1.50%,且能够使履带车辆实现任意的连续转向半径,该研究成果能为履带车辆的电机选取、转向控制以及结构优化等提供理论参考。

双侧电驱履带车辆模糊自适应滑模转向控制

针对履带车辆在行驶过程中,由于路面条件非线性变化导致的车速和转向角速度跟踪存在时滞和不稳定的问题,基于履带车辆转向运动学和动力学分析,提出了一种基于滑模变结构的转向控制方法,并将履带车辆的控制系统进行解耦,分别控制车速及转向角速度。采用积分滑模控制算法,设计了能够适应路面变化的车速控制器;引入模糊控制柔化控制信号,降低滑模抖振,并结合自适应调节设计了能够适应转向阻力非线性不确定的转向角速度控制器。运用MATLAB/Simulink软件对系统进行转向控制仿真分析,与传统比例-积分-微分(PID)控制相比较,车辆行驶速度与转向角速度跟踪响应速度分别提高了1.9 s和0.5 s,转向角速度跟踪精度提高了4%。仿真结果表明:所提出的算法具备响应速度快、抗扰动能力强的优点,能够实现履带车的稳定转向。