Pressure-tracking control of a novel electro-hydraulic braking system considering friction compensation

This work presents an integrated pressure-tracking controller for a novel electro-hydraulic brake(EHB) system considering friction and hydraulic disturbances. To this end, a mathematical model of an EHB system, consisting of actuator and hydraulic sub-systems, is derived for describing the fundamental dynamics of the system and designing the controller. Due to sensor inaccuracy and measurement noise, a Kalman filter is constructed to estimate push rod stroke for generating desired master cylinder pressure. To improve pressure-tracking accuracy, a linear friction model is generated by linearizing the nonlinear Tustin friction model, and the unmodeled friction disturbances are assumed unknown but bounded. A sliding mode controller is designed for compensating friction disturbances, and the stability of the controller is investigated using the Lyapunov method. The performance of the proposed integrated controller is evaluated with a hardware-in-the-loop(HIL) test platform equipped with the EHB prototype. The test results demonstrate that the EHB system with the proposed integrated controller not only achieves good pressure-tracking performance, but also maintains robustness to friction disturbances.

Design and Analysis of Electro-mechanical Hybrid Anti-lock Braking System for Hybrid Electric Vehicle Utilizing Motor Regenerative Braking

Braking on low adhesion-coefficient roads, hybrid electric vehicle＇s motor regenerative torque is switched off to safeguard the normal anti-lock braking system （ABS） fimction. When the ABS control is terminated, the motor regenerative braking is readmitted. Aiming at avoiding permanent cycles from hydraulic anti-lock braking to motor regenerative braking, a novel electro-mechanical hybrid anti-lock braking system using fuzzy logic is designed. Different from the traditional single control structure, this system has a two-layered hierarchical structure, The first layer is responsible for harmonious adjustment or interaction between regenerative system and anti-lock braking system. The second layer is responsible for braking torque distribution and adjustment. The closed-loop simulation model is built. Control strategy and method for coordination between regenerative and anti-lock braking are developed. Simulation braking on low adhesion-coefficient roads with fuzzy logic control and real vehicle braking field test are presented. The results from simulating analysis and experiment show braking performance of the vehicle is perfect, harmonious coordination between regenerative and anti-lock braking function, significant amount of braking energy can be recovered and the proposed control strategy and method are effective.

Research on Electro Hydraulic Proportional Control for Heavy Vehicle Blend Braking System

A blend braking system of heavy vehicle was proposed.The main control part of the system is the electro hydraulic proportional servo valve.A nonlinear model of brake cylinder controlled by the valve was deduced through the analysis of its control property and system feature.The transfer function of the system was also proposed,and the hydraulic inherent frequency and the PID closed-loop system feature were calculated.The simulated result is consistent with those tested in the bench and on the site with 50 t heavy vehicle.The experimental result shows that the control method has quick response and high precision.

A New Type of Automotive Braking Actuator for Decentralized Electro-hydraulic Braking System

This paper presents a new type of automotive braking actuator for a kind of brake-by-wire system called decentralized electro-hydraulic braking system( DEHB) to replace the traditional automobile braking system. The actuator of this system is driven by an electrical motor instead of the conventional vacuum booster to make the brake pressure be linearity controlled quickly. Therefore,the system has the advantages of quick response speed,good control performance and simple structure. Firstly,an overview of the actuator and the whole DEHB system is shown. Secondly,the possibility of this new kind of actuator working for the system is ensured based on some braking theories. Thirdly,the appropriate dynamic simulations are done to get some results to show the relations of different parameters and the effect of braking. Eventually,the proper parameters are determined to build a test bench which shows that DEHB system can achieve the maximum pressure of 13 MPa within 100 ms after parametric optimization,and meanwhile,the actuator is able to reduce pressure quickly after maintaining high pressure. All of the bench test results can meet with the design requirements and real demand of vehicle and this actuator may improve vehicle braking effect in the future. Besides,this actuator can be widely applied to the regenerative braking system because of its linear braking performance.

电动装载机转向系统电液流量匹配控制策略

针对电动装载机优先型流量放大转向系统单动工况下节流损耗严重的问题,提出了一种电液流量自适应匹配的节能型控制策略。首先,介绍了优先型流量放大转向系统工作原理;其次,建立转向系统能量损失模型;然后,提出转向系统电液流量匹配控制策略,实现液压泵输出流量与转向系统需求流量的匹配,并构建液压泵流量非线性映射补偿模型,提升流量控制精度;最后,利用AMESim软件搭建系统仿真模型,与原系统对比仿真分析。结果表明:改进后系统流量损耗降低62.68%,能量损耗减少65.26%,节能效果显著,为电动装载机的推广应用奠定基础。

基于深度神经网络的电液伺服泵控系统健康评估研究

电液伺服泵控系统具备功重比高、响应快等优点,在多领域得到广泛应用,但如何针对该系统开展更有效健康评估,进一步保障系统的安全性和可靠性成为必须面对的问题。按照明确原理、建立数学模型、建立仿真模型、仿真分析的思路针对健康评估方法开展研究,提出油液体积含气量、气隙磁密、泄漏系数3个健康评估指标并确定阈值,构建了LGA(LSTM-GRNN-ANN)深度神经网络健康评估方法并进行仿真分析,结果显示该方法准确率约为97.48%,比LSTM、GRNN健康评估方法具有更高的准确率,为继续深入开展电液伺服泵控系统健康评估的研究提供了理论支持。

高频响应悬臂梁单向阀动态特性研究

单向阀动态性能是影响磁致伸缩电液作动器中核心部件磁致伸缩泵输出性能的因素之一。已应用于磁致伸缩泵配流的悬臂梁单向阀在使用过程中出现随着启闭频率上升而响应性能下降问题,通过理论分析,提出了一种高频响应双瓣式悬臂梁单向阀,对已有和提出的单向阀进行动态响应分析。通过流固耦合在阀两端输入幅值为60 kPa的正弦压差,对比分析了已有和提出的两种单向阀的响应性。结果表明:随着输入压差信号频率的增加,已有单瓣式悬臂梁单向阀出现了响应滞后和阀口不能关闭的情况,阀口未关闭位移随频率的增大而增大,输入频率每增加100 Hz,阀口不闭合位移增加2.1%;双瓣式悬臂梁单向阀在相同结构参数下频率响应和阀口关闭情况都优于单瓣式单向阀,输入频率每增加100 Hz,阀口不闭合位移增加1%,减少了阀口回流,阀的高频响应优点可以适应磁致伸缩材料高频宽的特点。为高性能智能电液作动器的发展提供支持。

一种用于电液位置伺服系统控制的高阶滑模控制器的设计

这里提出了一种用于电液位置伺服系统控制的高阶滑模控制器的设计,以提高电液位置伺服系统的控制准确度。从电液伺服系统的构造出发,分析了其组成结果与工作过程。以外界输入电压为依据,求取了滑阀的动力学模型,通过液压缸两个子缸压力差值形成的负载压力,计算出了滑阀动态运动时产生的流量,并通过负载压力得出了负载的位移平衡方程,进而以滑阀位移、负载位移及输入电压等系统的状态参数,获取了电液伺服系统的动力学模型。引入超螺旋控制器和广义超螺旋控制器的一般表达形式,以输入电压误差及负载位移误差为依据,构造了系统的滑动面函数,并将滑动面函数的导师与超螺旋控制器相结合,构造了基于超螺旋控制器的滑模控制器,为了提高系统的收敛速度,在基于超螺旋控制器的滑模控制器的基础上,借助广义超螺旋控制器,构造了高阶滑模控制器,以对电液位置伺服系统进行控制。实验结果表明,所提算法不仅具有较好的响应速度,而且对电液位置伺服系统的控制准确度较高,在对目标轨迹跟踪时,所提方法比模糊干扰观测器方法的跟踪准确度提高了33.11%。说明所提方法对电液位置伺服系统具有较好的控制性能。

不确定电液伺服系统的时变输出约束自适应滤波控制

针对电液伺服系统位置跟踪控制中存在的输出约束和不确定性问题,提出一种基于正切型时变障碍Lyapunov函数的输出约束自适应滤波控制方法。构造具有时变约束边界的正切型时变障碍Lyapunov函数,通过时变边界函数的参数设置,使系统输出具有较好的瞬态和稳态性能;设计径向基函数(RBF)神经网络及权重自适应学习律,在线逼近由模型不确定性和未知干扰组成的复合干扰,并将逼近值用于反馈控制;采用二阶指令滤波反步法设计状态反馈控制律和误差补偿机制,避免反步设计中“计算爆炸”的问题,同时消除滤波误差,提高系统位置跟踪精度;依据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统中所有误差信号的收敛性。仿真结果表明:系统的稳态误差在所提方法下约为3.48×10^(-8)m,相比于其他控制方法,跟踪误差始终约束在时变的约束边界内,跟踪精度和控制性能均得到提升。

多轴分布式电驱动车辆电液复合制动控制研究

针对多轴分布式电机驱动车辆电液复合制动中易出现的车辆制动抖动问题,提出了一种建压阶段电机制动力修正策略和一种基于前馈-反馈的协调控制策略,分别在建压阶段和其他阶段通过协调复合制动力来解决制动抖动的问题。针对防抱死控制系统与电机制动系统共同作用时的制动矛盾,提出了一种基于PID控制的ABS控制策略,主要通过改变电机制动力来解决制动矛盾的问题。通过TruckSim、Matlab/Simulink及AMESim联合仿真验证,制动冲击度在建压阶段下降了20.66%,在电机退出阶段下降了92.59%,驾驶感觉得到明显改善。而ABS控制策略也可在保证理想滑移率的同时完成制动能量回收;结合整车制动试验,表明协调控制策略在保证制动效果良好的同时实现了制动能量回收,效果显著。

电液3-UPS/S并联稳定平台参数振动特性分析

针对电液3-UPS/S并联稳定平台驱动液压缸的压力脉动所产生的参数振动,建立了稳定平台的参数振动方程并利用多尺度法求解了主共振响应与组合共振响应的一次近似解;分析了主共振与组合共振响应特性以及振动幅值在初始工作空间内的变化规律,最后采用四阶龙格库塔法与模态试验对参数振动模型进行验证。结果表明:数值解与理论解之间的最大误差为4.20%,固有频率理论值与试验值之间的最大误差为4.66%,可验证参数振动模型的正确性。

基于高阶滑模算法的飞机架水平控制方法研究

为提高飞机架水平操作过程的自动化水平,该文针对运八飞机在飞行试验过程中所需的飞机架水平操作系统进行设计研究,提出一种基于高阶滑模算法的运八飞机架水平控制及实现方法。该方法基于三点调平机构,在对系统硬件进行设计的基础上,分别对系统支撑装置、驱动电机、电动泵以及千斤顶进行数学建模分析,并基于高阶滑模算法对控制系统以及滑模控制器进行设计。搭建试验平台进行验证,试验结果表明:飞机各支点位置误差在0.5 mm以内,实际运行测试结果与仿真结果误差较小,误差仅为1.9%。该系统能够实现预期目标,调平精度满足技术要求,可为飞机架水平操作提供一种新的发展方向。

残膜回收机自动仿形系统设计与试验

目前残膜回收机已经成为新疆棉田回收残膜的主要方式之一。在残膜回收机回收残膜的过程中,由于棉田的环境复杂多变,而现有的残膜回收机无仿形功能,导致入土部件的入土深度不稳定,这就造成残膜拾净率达不到预期结果等问题。4JSM-2.1A型棉秸秆还田及残膜回收联合作业机存在同样问题,所以根据此机型设计一套机-电-液配合的自动仿形系统,对地面仿形传感机构的运动进行分析,确定机械部件的关键参数,并对仿形系统进行场地试验和田间试验。结果表明,该机工作稳定可靠,整体仿形稳定,在机具作业速度为6.5~7 km/h时,其入土部件的入土深度平均值为91.6 mm,其标准差为3.13 mm,残膜拾净率达89.5%。

重载车辆再生缓速系统运行特性及能效分析

重载车辆行驶路况复杂,在其下长坡过程中,机械制动器因长时间工作而温度上升,容易造成刹车失灵。为此,针对30 t重载车辆提出一种液压再生缓速系统对其进行制动,系统由液压泵/马达为车辆提供制动扭矩,蓄能器回收制动动能并在加速工况辅助电机驱动车辆,散热模块进行系统散热。制定了车辆行驶过程中的加速与制动控制策略并建立了车辆系统仿真模型进行分析。结果表明:在不同的坡度下该系统均能够提供足够的制动扭矩,最大制动扭矩可达1150 N·m,具有很好的缓速制动特性,其系统油温也稳定在60℃左右;同时该系统能将回收的制动能量辅助电机驱动行走系统,制动能量回收率为42.4%。

电液伺服系统多PID控制器参数整定优化

为了解决挖掘机器人动臂、斗杆和铲斗不同电液伺服系统中多个比例–积分–微分(PID)控制器参数优化的难题,提高挖掘机器人铲斗齿尖轨迹跟踪精度,采用改进的粒子群算法(PSO)对多PID控制器参数进行整定优化.首先,建立电液伺服系统的数学机理模型,在理论模型的基础上,采用递推最小二乘辨识法(RLS)得到实际的机理模型.其次,提出一种改进的PSO算法,采用非线性自适应惯性权重、引入异步变化策略、设计精英变异方法.接着,搭建仿真验证平台,跟踪正弦轨迹,比较传统Z-N参数整定方法、基本PSO算法和改进PSO算法的差别.最后,以挖掘机器人最常见的整平为代表工况,基于23 t挖掘机器人实验平台进行实验验证.实验结果表明,改进PSO算法的跟踪精度最高,与基本PSO算法相比,明显提高了轨迹跟踪精度.

基于粒子群算法的数字控制伺服系统离线参数自寻优方法研究

由于伺服阀小信号流量特性存在一定散布,电液伺服系统的控制参数需要进行匹配调试,提出了一种基于粒子群算法的电液伺服系统控制参数离线自寻优方法,目标特性由控制系统任务书和人工调试结果确定,参数寻优范围根据伺服系统稳定性分析结果和批产工艺数据包络确定,寻优计算时间约为100~240 s。与人工调试相比,可以大幅提高电液伺服系统控制参数的批产调试效率。

无人机电静液起落架收放及刹车系统仿真研究

无人机起落架收放及刹车系统在无人机的起飞、降落和刹车的过程中发挥着至关重要的作用,随着无人机飞行条件和要求的日益严苛,传统的液压系统已经无法满足需要。根据电静液作动器的工作原理,设计一款无人机起落架收放和刹车功能一体化的电静液系统,将改进的PID控制方式运用到起落架收放的控制中,并且设计两种模糊PID控制方式运用于防滑刹车功能中,在此基础上进行基于AMESim和MATLAB/Simulink的联合仿真用于验证系统性能,并对仿真结果进行对比分析。结果表明:模糊PID控制方式控制效果良好,能够有效地改善无人机起落架收放和刹车过程的稳定性,使得起落架收放更安全,刹车效率更高。

自主行驶调平系统建模及自适应反步滑模控制

为了解决车载式绿篱修剪机在自主行驶作业时车身无法根据地形起伏自适应平衡,提高作业安全性和绿篱修剪的尺寸精度,设计了一种自主行驶车身电液调平系统,该系统采用倾角传感器实时监测车身倾斜角度,根据车身调平机构动力学理论建立了调平系统的数学模型。针对电液调平系统参数的不确定性、非线性特性和外界环境的干扰等问题,通过结合滑模控制和自适应反步法设计了自适应反步滑模控制器,根据反步法的思想,将系统分解为多个子系统,并为每个子系统选择适当的Lyapunov函数。通过逐层递推的方法,最终可以得到控制系统的控制律和不确定参数的自适应律,并且证明了系统跟踪误差的收敛性。针对滑模控制带来的抖振问题,使用饱和函数代替传统符号函数,使得系统抖振得以削弱。仿真研究结果表明,在车身倾斜20°的情况下,实际输出角度能准确、快速地跟踪参考角度,响应时间短,对参数变化具有较强自适应性和鲁棒性,能实现车身快速、准确调平。与比例积分微分控制器相比,调平时间缩短了1/5,系统调平误差小于1°,调平过程更加稳定。

电液位置伺服系统的MPC控制仿真分析

电液位置伺服系统广泛应用在大负载、快速、精确反应的控制领域中,然而其存在时变非线性的特性,因此传统控制系统不能达到理想的控制效果。模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)具有无需模型、鲁棒性强、抗扰动能力强等优点,较适合应用在时变非线性系统的控制中。分别采用PID控制、线性MPC、自适应MPC和非线性MPC 4种控制策略对电液位置伺服系统的控制性能进行仿真研究。结果表明:线性MPC、自适应MPC和非线性MPC都比PID控制性能好,非线性MPC控制精度较高、响应速度较快、抗扰动能力较强,自适应MPC控制精度、响应速度和鲁棒性次之。

改进LuGre模型的挖掘机器人摩擦补偿控制

非线性摩擦会降低挖掘机器人电液伺服系统的动静态性能,引起轨迹爬行、平峰和稳态误差等现象。经典LuGre摩擦模型仅与速度有关,内部鬃毛状态变量无法准确测量,无法全面描述复杂的挖掘机器人电液伺服系统摩擦特性。本文综合考虑电液伺服系统位置、速度和方向等信息,设计了一种改进的LuGre摩擦模型,同时引入速度阈值解决了弹性鬃毛平均变形状态观测器不稳定问题。其次,为了解决传统优化算法陷入局部最优解、收敛速度慢等问题,通过引入惯性权重、异步变化和精英突变操作改进基本粒子群优化算法,以精准快速辨识出改进LuGre摩擦模型中的6个未知参数。最后,结合辨识出的摩擦模型,基于结构不变性原理设计前馈摩擦补偿控制器,并在23吨挖掘机器人进行了正弦和三角波不同工况下的轨迹跟踪实验。实验结果表明,传统的比例积分微分控制器跟踪误差最大,三角轨迹最大跟踪误差达到了29.68 mm,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器仅为9.70 mm,误差减小了67.31%,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器可以有效提升挖掘机器人的轨迹跟踪精度。