工程车辆三变量驱动系统控制研究

摘要

近几十年来随着国家建设的全面进行，工程车辆作为主要的运输作业工具在工程建设中得到了相当广泛的应用。液压驱动系统因其布置灵活、功率密度大、能实现大范围的无极调速，而且由于其刚度大，应用于工程车辆传动系统可以获得更高的行驶稳定性及安全性，相关技术得到了飞速的发展。而在之前，对工程车辆驱动系统的控制多停留在单变量或者两变量的研究状态上，系统元件性能未能得到充分发挥。因此本课题将针对车辆的三变量（发动机-变量泵-变量马达）驱动系统进行研究，以期优化系统工作状态，改善车辆在动态条件下的工作适应能力。
　　本文以串联式液压驱动系统为研究平台，对系统各元件之间的匹配原则进行分析，并确定了发动机、液压驱动系统等各个环节的参数情况。通过对系统各部分数学模型的分析建立，利用MATLAB/Simulink搭建了相应的仿真模型以及整车仿真模型。
　　从实现系统效率最大化为目标出发，对系统进行自适应分层控制。首先讨论了变量泵及变量马达的总效率，作为系统控制目标；由于系统参变量较多，将系统分层并讨论了系统各个子模块的设计过程：顶层负责发动机需求功率的输出，底层分为发动机-泵和车辆-马达两个模块，简化了控制器设计难度；最后对其进行仿真研究，结果表明该控制方法能够实现车辆驱动系统高效率的功率传递，并且能够优化发动机的工作状态，降低油耗。
　　从提高系统响应速度及稳定性为目标出发，提出基于反馈线性化理论的滑模变结构控制方法。首先建立了系统的标准化模型，并利用反馈线性化理论将其进行线性化处理，同时根据变量之间的关系简化线性过程，实现输入降维；然后设计了基于指数趋近律的滑模变结构控制器，并验证了算法的Lyapunov稳定性；最后对整车控制模型进行了仿真分析，结果表明该控制器能够提高系统响应速度、降低系统超调，且具有较强的鲁棒性，可以满足车辆行驶过程中的速度控制需求。
　　为了验证理论研究的正确性，并得出系统在实际条件下的控制效果，对试验台架进行了设计，并针对试验台的关键元件以及控制系统硬件设备进行了选型，为后续的试验奠定基础。

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第1章 绪 论

1.1课题来源及研究的意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3本论文主要研究内容

第2章 驱动系统参数配置及整车模型

2.1串联式驱动系统

2.2驱动系统参数配置

2.3系统整车模型建立

2.4本章小结

第3章 自适应分层控制策略研究

3.1变量泵及变量马达效率分析

3.2自适应分层控制策略

3.3仿真结果及分析

3.4本章小结

第4章 基于反馈线性化的滑模变结构控制

4.1系统模型简化

4.2系统反馈线性化

4.3滑模变结构控制算法设计

4.4仿真结果及分析

4.5本章小结

第5章 试验台架及控制系统设计

5.1试验台构建原理

5.2试验台硬件选型

5.3试验台控制系统设计

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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