车轮转动装置纠偏控制系统研究

摘要

风洞地面效应试验装置为汽车实物模型的性能评估提供了一种有效手段，是汽车自主研发过程中必不可少的基础试验平台。而车轮转动装置是其中的核心组件。该转动装置中采用钢带连接主从动轮，其在自由状态下运行时钢带会在滚筒上左右偏移。针对该问题，设计了一套基于西门子运动控制器SIMOTION的钢带纠偏控制系统。高速移动带的自动纠偏技术是其中的关键技术之一。
　　本文重点对器件的选型、标定、主从动轮的同步控制、钢带纠偏控制等方面进行论述。通过计算钢带张力、负载转矩并结合现场实际需求确定传感器与各执行器的型号。通过实验测定各传感器的工作区间与特性曲线，同时标定各器件。采用电机驱动器的自带编码器检测主动轮转速，从而实现对电机转速的负反馈闭环控制;通过比较主动轮与编码器采集到的从动轮转速驱动推杆电机调节钢带张力，实现钢带转速稳定及主从动轮转速同步的控制目标。采用中值滤波算法对边缘检测传感器采集到的钢带位置数据进行滤波，用滤波后的数据计算运动钢带的偏移速度。根据主电机在不同的转速区域采用不同PD参数的算法控制纠偏调节量，以此驱动推杆调节钢带两侧张力，从而调节钢带在滚筒上的位置，实现运动钢带的纠偏控制。通过调试确定PD参数，最终实现钢带在以60m/s的速度高速运行且钢带在滚筒上的偏移量不超过正负2mm。
　　本文中采用PD算法分段实现钢带的纠偏控制。由于该算法比较复杂而且需要对每个速度段都要调试出合适的参数，因而工作量大。同时，PD参数的可移植性不强，具体调试工作量大。为了解决这个问题本文利用测试数据构建BP神经网络对整个纠偏控制系统进行建模仿真，为以后实现PD参数自整定做铺垫。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 车轮转动装置研究背景及研究意义

1．2 车轮转动装置及相关技术的研究现状

1．2．1 车轮转动装置研究现状

1．2．2 PROFIBUS及PROFINET通信研究现状

1．2．3 人工神经网络的发展现状

1．3 论文组织

1．3．1 研究思路

1．3．2 论文组织安排

2 车轮转动装置的总体设计方案

2．1 测控系统结构与功能设计

2．1．1 测控系统硬件总体结构设计

2．1．2 西门子硬件模块配置组态连线结构设计

2．1．3 测控系统总体功能及主要操作流程设计

2．2 测控系统控制设计

2．2．1 主从动轮转速同步控制

2．2．2 钢带自动张紧及纠偏控制

3 车轮转动装置主要组成部分分析与选型

3．1 钢带受力分析

3．2 钢带的自动张紧机构设计

3．3 钢带的纠偏机构设计

3．4 电机及其驱动器选型

3．4．1 转轮机构驱动电机选型计算

3．4．2 主动轮电机选型

3．4．3 主动轮电机驱动器选型

3．4．4 推杆电机及其驱动器选型

3．5 检测控制系统选型

3．5．1 控制器选型

3．5．2 电源模块选型

3．5．3 信号输入输出模块选型

4 系统主要功能部件测试与标定

4．1 电动推杆测试

4．2 轮胎转速检测传感器(Laser Tach传感器)测试

4．3 跳动量检测传感器(FG20RA传感器)测试

4．4 钢带跑偏位移量检测传感器(AZS01传感器)测试

5 钢带自动纠偏控制及参数调试

5．1 钢带自动纠偏控制

5．1．1 钢带纠偏控制策略

5．1．2 现场数据滤波

5．1．3 钢带位置及其移动速度检测方法

5．1．4 钢带纠偏调节过程中钢带张力控制方法

5．1．5 钢带纠偏调节过量处理方法

5．1．6 钢带纠偏失控处理方法

5．1．7 钢带纠偏控制算法流程

5．2 钢带纠偏控制算法调试

5．3 车轮转动装置的技术指标

6 车轮转速系统纠偏控制建模仿真

6．1 BP神经网络

6．1．1 标准BP算法

6．1．2 相关的几个问题

6．2 车轮转速装置BP神经网络建模仿真

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及研究成果