基于线性回归拟合提高液粘调速离合器调速准确度的方法

摘要

本发明公开了一种基于线性回归拟合提高液粘调速离合器调速准确度的方法，属于机械传动驱动技术领域。通过对液粘调速离合器的台架数据进行数据驱动建模，采用台架数据进行数据分类并拟合线性回归模型，采用分段拟合方式建模，三个区间范围均由转速和负载扭矩决定。在此基础上，建立液粘调速离合器输入输出仿真模型。整体采用数据分类+线性回归拟合的方式建立其数据模型，假设输出转速与温度、输入转速、控制压力之间线性相关，即满足一个多元一次方程，输入参数为当前控制压力、温度和输入转速，输出参数为当前输出转速。根据模型进行仿真分析，从而设计控制器算法，有效解决了液粘调速离合器准确调速问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高液粘调速离合器调速系统调速准确度的方法，具体涉及一种基于线性回归拟合提高液粘调速离合器调速准确度的方法，属于机械传动驱动技术领域。

背景技术

液粘调速离合器，是一种利用摩擦副之间的油膜剪切力来传递动力的新型传动装置，在大功率风机、水泵调速节能和车辆、工程机械无级调速方面，有着广泛的应用前景。

液粘调速离合器的调速系统是一种典型的非线性迟滞系统。液粘调速离合器调速系统的准确度，直接影响着传动效果和关键功能。因此，如何进一步调高调速系统的准确度，成为系统性能的重要技术问题。

目前，传统的转速单闭环负反馈控制单纯采用机理分析建模，基于很多简化和假设之上，较大的误差使得液粘调速离合器的调速精度不高，在工程上基本只起到开关的作用，根本无法进行调速。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，为解决液粘调速离合器精准调速的技术问题，提出一种基于线性回归拟合提高液粘调速离合器调速准确度的方法。

本发明的创新点在于：通过分析液粘调速离合器的工作规律和特点，即在油压-转速变化在上升过程与下降过程均存明显差异，整体体现为大迟滞非线性曲线，模型可分别用上升曲线、下降曲线来表示，并且上升与下降过程均可分为三个区间：两头相邻死区和饱和区的是急速变化的非线性区，中间为调速性能较好的近似线性区间。

对液粘调速离合器的台架数据进行数据驱动建模，采用台架数据进行数据分类并拟合线性回归模型，采用分段拟合方式建模，三个区间范围均由转速和负载扭矩决定。在此基础上，建立液粘调速离合器输入输出仿真模型。整体采用数据分类+线性回归拟合的方式建立其数据模型，假设输出转速与温度、输入转速、控制压力之间线性相关，即满足一个多元一次方程，输入参数为当前控制压力、温度和输入转速，输出参数为当前输出转速。根据模型进行仿真分析，从而设计控制器的算法并在仿真平台进行验证，解决液粘调速离合器准确调速问题。

一种基于线性回归拟合提高液粘调速离合器调速准确度的方法，包括以下步骤：

步骤1：采集训练数据信息。

所需采集的离合器数据包括有：控制压力，输入转速，输出转速，温度值。

建模数据的选取，来自不同转速下液粘调速离合器的稳态调速试验，试验原理是输入转速不变，控制油压线性或正弦缓慢变化一个循环，记录输出转速随控制油压变化的数据，同时记录工作温度。

步骤2：进行数据驱动建模。

数据驱动建模，是将液粘调速离合器看作黑箱，不分析其内部机理，只根据研究对象中的输入输出数据之间的相互关系直接建模。模型的在线校正能力强，并能适用于高度非线性和严重不确定系统，从而为解决复杂系统过程参数的模型问题提供了一条有效途径。

回归分析是一种预测性建模方法，其研究的是因变量(目标)和自变量(预测器)之间的关系。这种技术常用于预测分析，时间序列模型以及发现变量之间的因果关系。通常使用曲线/线来拟合数据点，目标是使曲线到数据点的距离差异最小。根据以上特点，将线性回归分析的方式应用到液粘调速离合器数据驱动建模分析中，能够更加准确的表征液粘调速离合器的系统特性，能更准确的表征系统的输入输出非线性特性。

具体地：

步骤2.1：进行数据滤波。采用卡尔曼滤波算法，消除输入控制压力的非正常扰动，保持模型稳定输出。

步骤2.2：进行数据分类。将数据划分为压力上升段和压力下降段，并且每段均进一步分为3个阶段：急速上升区、线性区、流固耦合区。

步骤2.3：进行线性回归拟合。根据步骤2.2划分的六段数据，分别编写代码进行多项式拟合，其中，线性区使用一次函数拟合，急速上升区和流固耦合区采用高次多项式拟合，分别得到包含3个上升段和3个下降段共6个输入输出的函数，形式如下：

其中，

步骤3：模型应用。

利用步骤2获得的模型，对液粘调速离合器输入输出搭建仿真模型，利用上升曲线模型和下降曲线模型计算的输出判断数据的滞回状态，得到符合滞环系统特性的输出的模型。

具体如下：

输入控制压力数据值F

若F

若F

由此搭建了滞环仿真模型。

步骤4：根据滞环仿真模型，分析液粘调速离合器特点，从而指导控制器设计，利用步骤3中的仿真平台验证其效果，提高液粘调速离合器的速度控制精度。

有益效果

本发明方法，对比现有技术，具有以下优点：

相对于只能在线性段分析的机理建模方法，本发明根据数据驱动的方式，建立能完整表征液粘调速离合器调速系统的仿真模型，从而提高了液粘调速系统的调速域，此外，数据驱动的拟合模型能直观的提高液粘调速系统的准确性。

附图说明

图1是本发明方法的整体数据驱动建模框图；

图2是基于线性回归方法仿真模型搭建流程；

图3是线性回归拟合图示；

图4是液粘调速离合器仿真模型搭建实例。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明方法做进一步详细说明。

实施例

布置如下的试验台，如图1所示，采集训练数据信息，试验台架实物图和试验原理如下图所示，试验系统主要有变频电机、变速箱、液粘调速箱、加载系统和传感器等组成，采用变频电机通过传动箱带动试验箱(液粘调速离合器+压力控制阀)，试验箱输出通过传动箱带动加载泵。用于液粘调速系统的开环性能试验，无压力闭环和转速闭环。

计算机采集和记录的数据包括：控制压力，输入转速，输出转速，温度值，

变频电机输入转速分别设置为900rpm、1000rpm、1500rpm、2000rpm、2500rpm和3000rpm不变，控制油压线性或正弦缓慢连续变化10个循环，变化范围要覆盖输出转速的变化域，如从0bar增大至15bar，同时尽量选取多个工作温度，测试液粘调速离合器输出转速随控制油压的数据，同时采集工作温度，控制压力数据。

如图2所示，输入的控制压力分别2bar、4bar、6bar、8bar和10bar不变，变频电机转速线性缓慢增加再减小，仍然覆盖整个变化域，记录液粘调速离合器的输出数据及温度。

如图3所示，将以上数据都进行一次卡尔曼滤波后，按照输入量上升段和下降段分别分类，分别进行线性回归拟合，以输入转速为2500r/min为例，输入压力记为x，按照如下区间拟合：

其中：

利用获得的模型，对液粘调速离合器输入输出搭建仿真模型，特别是利用上升段和下降段模型在线计算的输出判断数据的滞回状态，得到符合滞环系统特性的输出的模型。如图4所示：

根据历史输入，判断输入数据采用哪种模型，具体分为四种：连续上升、先上升后下降、先下降后上升、连续下降。

若上述结果为先下降后上升或先上升后下降，则需要进一步判断在哪个状态模型满足滞回切换条件，在该状态之后，模型切换，原来的上升模型切换为下降模型，原来的下降模型切换为上升模型，由此搭建出滞环仿真模型。

最后，根据仿真模型，分析液粘调速离合器的特点，从而指导控制器的设计，并利用上一步中的仿真模型平台验证其效果，从而设计提高液粘调速离合器的速度控制精度的控制器。