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基于定量反馈理论的越野车遥控制动系统研究

作　者: 李欣
导　师: 宫文斌
学　校: 吉林大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 全液压制动二自由度越野车定量反馈理论遥控操作联合仿真
分类号: TP273.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

新世纪以来,工程车辆进入了一个全新的发展时期,工况的变化对车辆的越野性、可靠性和安全性也提出了更高的要求。越野车辆由于其在复杂路面上有着较好的通过性,成为现代工程机械领域中一种十分重要的车辆。制动性能是衡量车辆质量极为重要的指标之一,良好的制动性能是车辆安全行驶的重要保障。我国较早的工程机械车辆制动系统主要采用气压或气顶液的结构形式,而国内全液压式的越野车辆的研究工作则相对较少。近年来,随着液压及其控制技术的不断发展成熟,全液压制动系统在工程机械领域得到了广泛应用,其优点是系统的制动压力高,产生的制动力矩大,制动灵敏且便于实现电子控制。液压系统是一种系统本身及参数变化的非线性时变系统。系统本身的非线性主要包括由阀孔流量方程的非线性、非对称活塞缸正反向运动特性的差异以及机械结构的摩擦非线性等因素；参数的不确定性主要包括液压元件的磨损、液体弹性模量以及外负载等因素。所以,如何确定液压系统的数学模型及对其进行控制以达到更好的性能指标,成为近年来研究者着力解决的问题。因此,在国家“863”自然基金的资助下,笔者在本篇论文的研究中,以面向复杂地形环境的具有二自由度铰接车体的新型行驶机构做为研究对象。该二自由度越野车具有地形适应能力突出、机动性高、越障能力强等优点。研究者在其机械结构基础上进行相应的技术设计和改进,引入无线遥控技术和电液比例及其控制技术使其成为遥控车辆,使操纵人员不在驾驶室内就可以完成各种控制动作。文中设计了越野车遥控系统并进行了行走性能实验。实验证明设计的遥控系统能够完成越野车的无人驾驶功能。本文通过分析得到越野车全液压制动系统的数学模型,在AMESim软件中仿真并得到了液压系统的性能曲线。并且针对系统的非线性提出了一种全新的控制理论—定量反馈理论(QFT)。定量反馈理论由于其能保证系统有较好的稳定性和鲁棒性能而逐渐为广大研究者所接受和应用。根据QFT理论将设计得到的控制器G和前置滤波器F加入控制系统中,可以使得整个闭环系统稳定,并具有相应要求的鲁棒性能。文中通过QFT理论设计的控制器,在Simulink中建立了制动系统的控制模型,并且根据AMESim的S-Function功能实现AEMSim和Simulink两种软件的联合仿真。利用两种软件其液压和控制领域的独特优势进行联合仿真可以更好的贴近实际系统并且精确的达到控制目标。经过验证,QFT控制器与传统的PID控制器相比,系统有更快的响应速度并且有较低的幅值误差,系统能够更加快速稳定的达到控制目标。所以应用QFT理论设计的控制器较传统方法相比有着更加精密的实际意义。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 引言  11-12
  1.2 车辆制动控制的发展过程  12-13
  1.3 基于QFT理论的控制技术发展现状  13-15
    1.3.1 国外发展现状  14
    1.3.2 国内发展现状  14-15
  1.4 课题背景及主要研究内容  15-17
    1.4.1 课题背景及意义  15-16
    1.4.2 本文主要内容  16-17
第2章越野车制动系统分析  17-31
  2.1 二自由度越野车简介  17-18
  2.2 二自由度越野车制动系统介绍  18-20
  2.3 越野车制动系统数学模型  20-29
    2.3.1 比例阀的负载压力—流量特性  20-24
    2.3.2 非对称液压缸的比例阀负载流量方程  24-25
    2.3.3 非对称液压缸的力学方程  25-26
    2.3.4 非对称动力机构的数学模型  26-27
    2.3.5 盘式制动器的数学模型  27-28
    2.3.6 制动过程分析  28-29
  2.4 本章小结  29-31
第3章越野车制动系统控制研究  31-45
  3.1 控制方法简介  31
  3.2 定量反馈控制理论QFT  31-35
    3.2.1 QFT设计中控制系统结构  32
    3.2.2 QFT理论设计主要性能指标  32-33
    3.2.3 QFT理论设计过程  33-35
  3.3 制动系统QFT控制器设计  35-41
    3.3.1 阀控非对称缸位置反馈系统  35-36
    3.3.2 制动系统QFT控制器的设计  36-41
  3.4 QFT控制器性能分析  41-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章越野车遥控系统设计  45-57
  4.1 二自由度越野车遥控系统简介  45-46
  4.2 遥控机构硬件设计  46-52
    4.2.1 单片机的选择  46-47
    4.2.2 无线收发模块设计  47-48
    4.2.3 A/D及D/A转换器设计  48-49
    4.2.4 接口电路设计  49-52
  4.3 遥控系统软件设计  52-54
  4.4 抗干扰措施  54-55
  4.5 本章小结  55-57
第5章越野车制动系统仿真与实验  57-73
  5.1 全液压制动系统的AMESim仿真  57-63
    5.1.1 系统仿真模型及参数选择  57-59
    5.1.2 系统的AMESim仿真分析  59-61
    5.1.3 管道参数对系统的影响  61-63
  5.2 制动系统的AMESim/Simulink联合仿真  63-66
  5.3 仿真结果分析  66-69
  5.4 越野车遥控系统实验  69-72
    5.4.1 遥控系统实验  69-70
    5.4.2 越野车制动系统实验  70-72
  5.5 本章小结  72-73
第6章总结及展望  73-75
  6.1 研究工作总结  73-74
  6.2 展望  74-75
参考文献  75-79
致谢  79

基于定量反馈理论的越野车遥控制动系统研究

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