法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2019-07-26
授权
授权
2016-06-08
实质审查的生效 IPC(主分类):G05B13/04 申请日:20151214
实质审查的生效
2016-05-11
公开
公开
技术领域
本发明涉及坦克底盘主动悬挂系统控制领域,具体涉及一种基于自抗扰控制的坦克底盘主动悬挂系统的控制方法。
背景技术
坦克,现代陆上作战的主要武器,有“陆战之王”之美称,它是一种具有强大的直射火力、高度越野机动性和强大的装甲防护力的履带式装甲战斗车辆,主要执行与对方坦克或其他装甲车辆作战,也可以压制、消灭反坦克武器、摧毁工事和歼灭敌方有生力量。
坦克乘员的舒适性能很大程度上是由车辆悬挂系统所决定,来自车外的各种冲击和振动都是通过悬挂系统进行传递和衰减。从人体工程学的角度,最大行驶车速与其说是受动力性的限制,不如说是受乘坐舒适性的限制。如果采用先进的悬挂技术使得行驶平稳,那么驾驶员就能够充分利用车辆的动力性、高度发挥车辆的机动性和灵活性,使主战坦克在战场上起到更大的作用。
坦克悬挂系统按振动控制方式可分为主动悬挂与被动悬挂。被动悬挂系统是以弹簧起减缓冲击力的作用、减振器起衰减振动的作用,不需要外界能量辅助其工作,而是以暂时存储或耗散能量的方式工作。而主动悬挂系统安装了能够产生抽动的装置,能进行主动控制,是以外界控制力的方式来抑制路面对车身的冲击力和车身的倾斜力。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种基于自抗扰控制的坦克底盘主动悬挂系统的控制方法,能够实时对坦克在行进过程中所受到的冲击和振动进行控制。
一种基于自抗扰控制的坦克底盘主动悬挂系统的控制方法,包括:
步骤一、建立路面随机不平度时域模型;
步骤二、根据力学平衡原理,建立坦克底盘振动模型;
步骤三、选取状态变量,并基于步骤一和步骤二建立的模型,建立坦克底盘主动悬挂系统的状态方程;并且,根据坦克悬挂系统的性能指标要求,选定状态方程的输出变量;
步骤四、以坦克上的每个负重轮上方车体垂直振动位移作为控制输出,其中,所述每个负重轮上方车体垂直振动位移为:
步骤五、利用自抗扰控制器进行仿真,对步骤四中获得的积分串联型模型进行自抗扰控制;在调节自抗扰控制器的观测器带宽和控制器带宽过程中,比较扰动估计值对各负重轮上方的总和扰动的跟踪情况,当达到理想的振动效果状态时,获取该状态下的虚拟控制量的实际值;
步骤六、根据步骤四中获得的表达式T(u1,u2...ud)以及仿真结果获得的虚拟控制量的实际值,反解算得到控制量u1,u2,…,ud的值;并在实际控制过程中,采用控制量u1,u2,…,ud,对主动悬挂系统进行控制。
有益效果:
使用本发明的方法,能够在主动悬挂系统受自抗扰控制器的控制下,使坦克各负重轮上方车体垂直加速度和车体质心加速度等性能指标都符合指标要求。进而提高了驾驶员对坦克车辆的动力性、高度发挥车辆的机动性和灵活性,使主战坦克在战场上起到更大的作用。
附图说明
图1.在车速v=10m/s时生成的六个负重轮上方延时路面激励;
图2.坦克1/2车体悬挂系统模型;
图3.各负重轮上方车体振动速度对比图;
图4.各负重轮上方车体振动加速度对比图;
图5.车身质心振动速度和加速度对比图;
图6.车身俯仰角振动对比图;
图7.自抗扰控制器的扰动估计示意图;
图8.实际控制力示意图;
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于自抗扰控制的坦克底盘主动悬挂系统的控制方法:
步骤一、建立坦克底盘与路面随机不平度时域模型:
其中,Zr(t)为随机路面不平度幅值;f0为下限截止空间频率,一般地,取f0=0.1Hz;v为坦克行驶速度;G0为路面不平度系数,单位为m2/m-1,不同等级的路面,不平度系数各不相同,这里选取D级路面,G0=1024×10-6m2/m-1;ω(t)为均值为零的高斯白噪声。例如,车速v=10m/s时生成的路面激励如图1所示。
步骤二、如图2所示坦克1/2车体悬挂系统模型,根据力学平衡原理即坦克受力情况,建立坦克底盘振动模型:
其中,mb为二分之一车体悬置质量;z为车身质心位移;I为车体转动惯量;
步骤三、基于坦克底盘振动模型和坦克底盘与路面随机不平度时域模型,选取状态变量,建立坦克底盘主动悬挂系统的状态方程:
为了便于状态方程的建立以及后续的坐标变换,选取以下参数作为状态变量:
并令状态变量[x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x11x12x13x14x15x16]T分别对应上述选取的各参数;即:x1=z,
根据上述选取的状态变量,基于公式(1)和公式(2),建立状态方程:
并且,根据坦克悬挂系统的性能指标要求,选定状态方程的输出变量:
步骤四、对步骤三中选取的输出变量进行逻辑运算,获得自抗扰控制器的控制输出;即:选取各负重轮上方车体垂直振动位移
由于步骤三中令x1=z,
其中,ζ1、ζ3、ζ5、ζ7、ζ9和ζ11分别代表六个负重轮上方车体的垂直振动位移;表达式P(x1,x2...x16)代表系统内部扰动和外部扰动的总和,称为总和扰动;表达式T(u1,u2...u6)代表虚拟控制量;
式中,P1~P6及T1~T6均为线性组合:
需要指出的是:之所以将公式转换成
由于公式(3)是一个多输入多输出的系统,故:设一典型多输入-多输出系统如公式(6)所示:
该系统是v输入-v输出系统,控制量的放大系数bij是状态变量和时间的函数
可逆,我们把系统控制量之外的模型部分
记η=[η1η2…ηv]T,f=[f1f2…fv],u=[u1u2…uv]T,并引入“虚拟控制量”
则在这个系统中的任意通道I的输入输出关系为
即第i通道上的输入为UI,而其输出为yI=ηI,形成一个单输入单输出系统。这样每一个通道的虚拟控制量UI与被控输出yI之间是单输入-单输出的关系,即第I通道的被控输出yI和虚拟控制量UI之间已被完全解耦了,而
综上:对于任意的v输入-v输出的系统,在控制向量U和输出向量y之间并行地嵌入v个自抗扰控制器就能实现多变量系统的解耦控制。这时,实际的控制量u=[u1u2…uv]就能由虚拟控制量U=[U1U2…Uv]通过公式
步骤五、利用自抗扰控制器进行仿真,对步骤四中获得的积分串联型模型进行自抗扰控制;通过调节自抗扰控制器的观测器带宽和控制器带宽,通过比较扰动估计值对各负重轮上方的总和扰动P1~P6的跟踪情况,判断车体是否达到理想的振动效果;若达到,获取该状态下T1~T6的虚拟控制量的实际值;否则,继续调节自抗扰控制器的观测器带宽和控制器带宽;
步骤六、根据步骤四中的公式(5)以及仿真结果获得的虚拟控制量的实际值,反解算得到控制量u1u2…u6的值;即:根据公式(14),令虚拟控制输入Υi=Ti(u1,u2...u6),i=1~6;
并在实际控制过程中,采用解算得到u1u2…u6的控制量,对主动悬挂系统进行控制,其效果如图8所示。
如图3至图6,为使用模糊控制与本发明的自抗扰控制的效果图;图7为实际扰动与扰动估计值的对比效果,
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
机译: 基于滑模和主动扰动抑制的坦克炮控制系统复合控制方法
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机译: 基于异构传感器的主动式智能座椅控制系统及采用该方法的主动式智能座椅控制方法