基于电动方向盘的拖拉机自动导航转向控制方法

为提高轮式拖拉机自动导航过程中转向控制的精度与稳定性,该研究以雷沃欧豹M704-2H拖拉机作为试验平台,采用电动方向盘作为转向执行机构,分析转向机械间隙对控制精度的影响,针对转向间隙特性设计转向控制算法。首先,为了获得准确的转向角,利用GNSS(global navigation satellite system)与二轮车模型快速标定虚拟轮转角,标定结果表明:虚拟轮转角的最大误差为1.3°,平均误差为0.11°。然后,对转向系统的机械间隙进行分析,设计一种带有间隙补偿的模糊PD(proportional derivative)转向控制算法,并在Simulink中验证算法的可行性。实车试验结果表明,该算法跟踪方波转角信号的响应时间为1.1 s,最大稳态误差为0.65°,平均稳态绝对误差为0.132°。跟踪正弦波转角信号的平均延时为0.5 s,最大误差为1.91°,平均绝对误差为1.09°。与无间隙补偿算法相比,有间隙补偿算法跟踪方波信号最大稳态误差减小了0.022°,平均稳态绝对误差减少了0.112°,角度误差在±0.2°内的时间提升了71%;跟踪正弦波信号最大误差减小了0.68°,平均绝对误差减小0.23°。田间直线导航转向控制试验结果表明,转角跟踪的绝对平均误差为0.61°,最大跟踪误差为2.82°,转向控制跟踪精度较高,稳定性好,满足导航作业需求。

空间天文望远镜自适应精密稳像闭环控制

针对空间天文望远镜低频段视轴扰动补偿问题,提出了一种基于主动光学技术的自适应精密稳像闭环控制方法。该方法以精细导星仪(Fine Guide Sensor,FGS)为高精度视轴扰动检测器,以四点支撑压电驱动大口径快摆镜机构(Fast Steering Mirror,FSM)为视轴扰动补偿器。首先,采用位置式PID控制器串联积分环节进行精密稳像闭环控制,得到补偿FGS检测出的二维视轴扰动所需FSM的二维摆动角度,进而根据驱动结构转换为每个支撑点的压电陶瓷执行器(Piezoelectric actuators,PZT)的伸缩量。然后,利用基于广义Bouc-Wen逆模型的压电动态迟滞前馈补偿方法进行高精度的压电陶瓷执行器定位控制。最后,根据有监督的Hebb学习规则,利用具有自学习和自适应能力单神经元对PID控制器参数进行调整,从而得到最优控制器参数。实验结果表明,所提控制方法能够有效地补偿空间天文望远镜的视轴偏差,可以将精细导星仪X方向和Y方向的星点质心位置偏差功率谱密度在0~6 Hz频段内积分值分别抑制了98.54%和98.62%。

自适应时域参数MPC的智能车辆轨迹跟踪控制

为了解决智能车辆在低附着路面下主动转向跟踪控制的稳定性和控制精度问题,提出了一种基于自适应时域参数的智能车辆轨迹跟踪控制策略。基于车辆动力学模型和模型预测控制算法(MPC)建立线性时变MPC控制器,并加入包括轮胎侧偏角约束、质心侧偏角约束以及前轮转角约束的动力学约束,求解出最优前轮转向角。分析控制器中的时域参数对控制效果的影响,设计了一种自适应时域参数控制器,能够根据获取的车辆速度,将求解得到最优的预测时域和控制时域参数输入到控制器,提高控制器在不同速度下的控制精度和稳定性。通过搭建MATLAB/SimuLink与CarSim联合仿真平台,在低附着路面情况下对固定时域控制器和自适应时域控制器进行对比仿真实验。结果表明:自适应时域控制器能够有效改善控制器的性能、减少横向偏差、提高轨迹跟踪控制精度,同时对不同速度也具有较强的适应性,车辆质心侧偏角也控制在0°~15°内,有效保证了车辆行驶的稳定性。

两轴径向独立轮副轨道车辆动力学性能

针对独立车轮导向问题提出后倾角导向方法,使独立轮副轨道车辆获得自导向能力。阐述车辆的自导向原理,利用横向轮轨力和后倾角力臂形成摇头力矩,使独立车轮自动转向。关于中心对称的前后独立轮副分别向相反方向转向,使独立车轮处于径向位置。采用多体动力学方法分析独立轮副轨道车辆的自导向性能。结果表明:在直线轨道上,后倾角对车辆横向位移和摇头角的影响明显。带后倾角车辆出现类蛇行运动现象。具有后倾角的车辆在直线轨道上能够自动复位。在曲线轨道上,左前导向轮具有较大的冲角。后倾角能够使车辆动态对中,最终回到轨道中心线位置。带后倾角的独立轮副轨道车辆在曲线轨道上具有有限的导向能力。

一种拖拉机核心执行机构的可靠性分析

以拖拉机转向机构为研究对象,对不确定因素下转向机构的运动精度进行分析,并利用概率学相关理论对转向机构运动误差和可靠性进行建模,同时采用一次二阶矩阵进行可靠性模型求解。结果表明:受转向机构工作过程可靠性不确定因素影响,拖拉机转向机构结构件误差最大时,其失效概率并未达到最大值。

电动助力转向系统Carsim-Simulink联合仿真控制研究

电动助力转向系统作为电动汽车的主流配置,其性能好坏对整车转向操纵稳定性能有重要影响。以某款自主品牌电动汽车EPS系统为研究对象,进行动力学分析并依次建立Simulink子系统模型。根据实车参数,设计直线型助力特性曲线并输入前述模型,最终建立Carsim/Simulink联合仿真运动学模型并开展国标操纵稳定性仿真试验。结果表明:在方向盘转向角脉冲和角阶跃试验中,较无EPS助力控制车型,有EPS助力控制车型具有良好的车辆瞬态响应度和操纵稳定性;在转向轻便性试验中,验证本款车型助力特性合理,车辆具有较好的助力效果。

四川盆地深层页岩气钻井关键技术新进展及发展展望

四川盆地页岩气资源丰富,目前深层页岩气已成为该盆地天然气增储上产的重点领域,但随着埋深增加和构造背景变化,地质工程条件将更加复杂,钻井过程中将面临井漏风险高、井下工具高温易失效、水平井轨迹控制难度大等技术难题。为此,在系统分析已完钻井实钻数据的基础上,依据深层页岩气区块地质工程特征,系统梳理了影响安全优快钻井的关键技术难点,形成了以地质工程一体化导向技术、钻井提速技术、防漏治漏与复杂防治技术为主体的深层页岩气安全优快钻井关键技术系列。研究结果表明:(1)以精细地质建模优选地质工程“双甜点”、实时靶体追踪为主的地质工程一体化导向技术,实现了地质目标的精准优选和精确追踪;(2)以“高效PDC钻头选型+个性化优化+大扭矩螺杆”高效破岩技术、“MSE+CCS”参数实时优化技术、油基钻井液地面降温+高温旋转导向技术为主的钻井提速技术,实现了页岩气钻井提速提效;(3)以井壁稳定性评价、裂缝性漏层识别、井漏与复杂防治为主的复杂防治技术,从源头降低了井下漏失和卡钻风险。结论认为:(1)形成的深层页岩气安全优快钻井技术,显著提高了机械钻速和铂金靶体钻遇率,在现场规模化推广应用200余口井,单井平均钻井周期降低42.7%,钻井提速效果显著,有力支撑了深层页岩气效益规模开发;(2)深层页岩气钻井将聚焦“地质工程一体化、水平段一趟钻、防漏治漏及智能钻井决策”等方面的技术攻关。

基于卡尔曼滤波的综合脉冲星时驾驭原子时算法研究

利用综合脉冲星时(PT)具有较好长期频率稳定度的优点,将原子时驾驭到综合脉冲星时,可以改进其长期频率稳定度水平。文章描述了综合脉冲星时驾驭原子时的卡尔曼滤波方法。以美国海军天文台地方原子时TA(USNO)为例,采用卡尔曼滤波方法将地方原子时驾驭到国际原子时TAI,进而利用综合脉冲星时PT数据将其再驾驭到综合脉冲星时系统,最后得到经过2次频率驾驭后的PT-TA(USNO)钟差序列。考虑到综合脉冲星时PT包含有较大白频噪声,利用滤除其高频噪声后的PT驾驭原子时,能够获得更佳频率驾驭效果,驾驭后的钟差序列长期频率稳定度有明显提高。采用同样算法,将美国国家标准和技术研究院地方原子时TA(NIST)驾驭到TAI,再驾驭到PT,也得到相似结果。

线控主动四轮转向汽车控制策略研究

目的针对线控四轮转向汽车横向稳定性不足及控制鲁棒性差等问题,提出一种主动转向反馈控制策略。方法使用Simulink搭建线控转向系统转向执行机构动力学模型,将MATLAB/Simulink与Carsim联合仿真,建立线控四轮转向整车模型;基于二自由度模型分析横摆角速度和质心侧偏角对汽车稳定性的影响,推导理想的横摆角速度和质心侧偏角;以横摆角速度增益恒定为依据设计理想传动比,得到期望前轮转角,以横摆角速度误差为控制量设计模糊控制器得到附加前轮转角对期望转角实时修正,实现前轮主动转向;针对横摆角速度和质心侧偏角与理想值之间的误差,加权得到稳定性控制目标;设计自适应积分滑模反馈控制策略输出后轮转角,对理想值进行跟踪,实现后轮主动转向。结果仿真实验结果表明:所搭建的线控转向系统能够准确反映汽车动力学特性。相比无控制的机械前轮转向汽车与横摆反馈控制的四轮转向汽车,线控主动四轮转向汽车在双移线工况下将质心侧偏角控制在0值附近波动,横摆角速度跟踪误差控制在1.149 deg/s以内;在角阶跃工况下将质心侧偏角稳态值控制在0.065 deg,横摆角速度稳态值误差为0.074 deg/s。结论线控主动四轮转向控制策略在双移线和角阶跃工况下控制效果显著,鲁棒性能好,能有效提高汽车的操纵稳定性和主动安全性。

船舶远程驾驶人机主从博弈控制方法研究

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器的状态空间推导主从博弈的Stackelberg微分对策,使用Fan-GFlicksberg不动点定理证明纳什均衡解的存在性与唯一性。根据驾驶风格和操纵技能预分配驾驶权重,基于模型预测控制方法设计轨迹跟踪器,采取反馈校正方式在有限时域内滚动优化,综合考虑船舶安全航行边界、碰撞风险和人机冲突程度在线进行调节。选取船舶横向偏移误差和驾驶员操作负荷等评价指标,在内河操纵环境下验证了方法的有效性。仿真结果表明:本文所提出的主从博弈控制方法能够为具备不同驾驶风格和操纵技能的作业人员提供个性化辅助,当驾驶员和共驾控制器发生意图冲突时,根据航行风险对预分配权重进行调节,在确保航行安全的前提下使船舶尽可能满足驾驶员的操纵意图。

NIM5驾驭氢钟守时能力分析

时间频率量值源头的独立自主是建设我国综合PNT体系的重要基础。为进一步评估基于我国国家秒长基准的原子时标守时能力,利用改进的有限脉冲响应钟差预测与频率调控方法,对激光冷却铯原子喷泉钟与氢钟的频差实测数据进行后处理,分别产生了自主型时标和溯源型时标。通过国际原子时合作链路将两个时标与协调世界时进行了长期比对实验,结果表明:2021年12月~2022年12月期间,两个时标的时间偏差均优于±4 ns、频率稳定度均优于8×10^(-16)/5 d。

基于传递矩阵法的指向式旋转导向工具主轴振动特性

指向式旋转导向工具应用于井眼轨迹控制时,其主轴的动力学特性将直接影响到井眼轨迹控制效果及作业安全,而在钻进工况下,工具钻压传递机构在主轴上的位置对主轴的动力学特性起着重要的作用。因此,为了分析钻压传递机构的位置对主轴动力学特性的影响,利用多体系统传递矩阵法建立了指向式旋转导向工具外壳-轴承-主轴系统的动力学模型。通过推导主轴上任意节点的几何和力学方程,该研究能够评估钻压传递机构的位置对主轴动态性能的影响规律。结合实例运算分析了钻压传递机构的安装位置对主轴固有频率和振型的影响,探讨了工具造斜时,钻压传递机构安装位置对主轴动态位移的影响。结果表明,随着钻压传递机构安装位置距离钻头越远,主轴固有频率和动态位移均增大,因此在满足工作要求下,推荐钻压传递机构安装位置尽可能靠近钻头端。为验证基于传递矩阵法建立的主轴动力学模型的正确性以及钻压传递装置安装位置对主轴动态位移影响规律,在指向式旋转导向工具试验台架上进行了钻进工况下主轴测点偏移量测试试验,结果表明,试验测得的数据与理论计算的数据基本吻合,误差最大仅为6.47%。

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。

基于混合模型的特种车辆转向泵马达性能评估

为了实现转向泵马达运行性能的实时评估,首先构建了转向泵马达物理模型,该模型考虑了转向泵马达运行机理,通过求解泵马达外特性方程、液压回路平衡方程、内部流量计算方程等,实现内部不可测参数的初步评估与计算,进而获得各类参数对转向泵马达性能的影响机制.同时采用LSTM深度学习方法构建了转向泵马达数据驱动模型,学习并预测不同工况下转向泵马达容积效率的变化规律,并将其输入至物理模型形成转向泵马达性能评估混合模型,提高不同工况条件下转向泵马达性能评估的准确性及适用性.实例分析表明,该混合模型可实现复杂工况下转向泵马达高低压侧压力、流量、转速及转矩等参数的计算与评估,模型误差低于10%.

分布式驱动车辆操纵稳定性控制综述

为研究分布式驱动车辆的驱动控制问题,从转向控制、独立驱动控制及2个系统联合控制等3个角度入手,分析了分布式驱动车辆操纵稳定性控制策略的研究进展。首先,基于转向控制技术对影响操纵稳定性的方面进行分类;其次,分析了分层式与集中式控制结构的特点;然后,分析了基于控制结构的操纵稳定性研究;最后,结合分布式驱动车辆操稳性改善的研究现状和技术进展,展望了未来的发展趋势。

综合传动装置转向机构可靠性分析与改进

转向机构是综合传动装置的核心部件之一,其零部件故障将导致车辆转向功率不足,甚至失去转向能力。针对某型综合传动装置转向机构在试验与使用过程中出现的可靠性问题,进行故障归纳与诊断,根据使用条件进行转向机构的可靠性建模与分配,并分析其故障模式、影响及危害性,最大故障影响概率达0.9。基于分析结果,从结构和装配工艺性对转向机构可靠性进行改进,并进行了改进后的转向机构可靠性试验。结果表明,转向机构可靠性已满足要求,改进技术措施有效。

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的4GS/s、14 bit数模转换器

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计了超高速高精度数模转换器(DAC),其时钟采样率为4 GS/s、精度为14 bit。为满足4 GHz处理速度,该DAC中所有电路均采用异质结晶体管(HBTs)搭建。为了降低功耗和节约面积,本设计采用10+4分段译码的方式,其中低10位电流舵使用R-2R梯形电阻网络,而高4位使用温度计码结构。仿真结果表明,所设计DAC的DNL、INL分别为0.54 LSB和0.39 LSB,全奈奎斯特频域内的无杂散动态范围均大于82 dBc。在3.3 V和5 V混合电源供电下,整个DAC的平均功耗为2.39 W。芯片总面积为11.22 mm^(2)。

基于虚拟前轮反馈控制算法的履带车轨迹跟踪方案研究

为了提高煤矿开采环境中履带车辆轨迹跟踪控制的精度,以及减小轨迹跟踪算法的运算负荷,文中以两侧电机驱动履带车为研究对象,提出了一种基于虚拟前轮反馈控制算法的履带车轨迹跟踪方案。采用虚拟前轮反馈控制器为履带车提供参考跟踪轨迹,将前轮转向车与履带车运动轨迹结合,引入执行机构限制条件,建立了虚拟前轮车与履带车拟合的数学模型。针对虚拟前轮反馈控制所得离散参考跟踪轨迹序列点的特点,提出了一种圆弧曲线拟合方法,通过拟合离散参考跟踪轨迹点对履带车的运动控制量求解,将多变量控制问题转化为单变量控制,减小了履带车辆轨迹跟踪算法的运算负荷,实现了前轮反馈控制在履带车辆上的应用。在MATLAB软件中进行仿真试验和实车试验,并与纯跟踪算法比较,试验证明,该方案可以有效地实现履带车的高精度轨迹跟踪。

装载机驾驶室方向盘倾角对肌肉疲劳的影响研究

为分析装载机驾驶员在驾驶过程中手臂肌肉的疲劳情况,设计并完成动态旋转方向盘试验,测试并比较3种方向盘倾角(A型为24°、B型为25°、C型为31°)对肌肉疲劳的影响情况。采用现场真机实验的方法,选取左臂中三角肌为测试对象,聘请14名驾驶员作为被试人员,运用表面肌电测量方法并提取操控方向盘时的表面肌电数据,采用单因素方差分析方法分析3种测量结果并对MPF进行两两比较,实验结果为A型和B型之间不存在显著性差异(P>0.05),C型与A型和B型均存在显著性差异(P<0.05);表明不同的方向盘倾角对肌肉疲劳有较大影响。通过研究得出结论,C型方向盘倾角较容易疲劳,A型和B型不容易疲劳,在仅考虑方向盘倾角的前提下,A型和B型的方向盘倾角优于C型。在装载机驾驶室人机设计中,为降低驾驶员肌肉疲劳,建议方向盘盘面应采用较平缓设计方式,该结论可为后续的方向盘倾角设计提供参考。

基于IESPSO的舵机倾转矢量动力系统建模与参数辨识

针对在旋翼动态时产生的外力矩影响下,倾转矢量动力系统中的舵机系统模型辨识精度低、实际响应难以估计的问题,本文将舵机外力矩作为扰动噪声纳入辨识环节,构建系统模型,并提出了一种基于改进生态系统粒子群优化(IESPSO)的倾转旋翼舵机系统参数辨识方法。为确保试验稳定安全进行,本文设计了倾转矢量动力系统辨识平台,进行参数辨识试验。试验结果表明,在旋翼动态时产生的外力矩噪声影响下,IESPSO相对于粒子群优化法、生态系统粒子群优化法与递推最小二乘法,均方根误差降低了1.46%,1.79%与56.37%,辨识精度有明显提升,并具备更快的寻优收敛速度。在修改搜索空间后,IESPSO仍具有较高的寻优精度,避免了在宽搜索空间下无法快速搜索至较优可行解的问题。