多轴车辆转向控制系统设计及仿真

论文摘要

多轴转向车辆具有转向灵活、大功率、大承载等优点,但是一旦各车轴车轮转向不协调,将加剧车辆的非正常磨损,甚至影响到车辆的行驶安全性,因此多轴转向控制成为了多轴转向技术的关键。本文基于零质心侧偏角控制策略,结合电液比例转向技术对多轴车辆的稳态和瞬态特性进行了一系列的理论推导和控制仿真分析。在对多轴车辆数学模型进行简化的基础上,推导出了多轴车辆的二自由度模型,并基于该二自由度模型对多轴车辆稳态特性和瞬态响应特性进行分析,类比两轴车辆推导出了多轴车辆的转向半径、临界车速以及稳定性条件,并对影响多轴车辆稳定性的因素进行了讨论。对多轴车辆液压助力转向执行机构数学模型进行了推导,通过对电磁比例阀以及液压缸模型进行必要的简化后获得了阀控非对称缸系统的传递函数,运用劳斯稳定性判据对液压助力转向系统的稳定性进行了分析,并对该助力转向系统的动态特性进行了仿真分析。在传统PID控制基础上结合现代控制理论,基于MATLAB/Simulink设计环境,运用模糊逻辑控制工具箱设计了后轴转角模糊PID控制器,并对角阶跃信号激励下液压助力转向系统的响应进行了仿真分析。在MATLAB/Simulink环境中建立了某型号五轴全路面起重机的二自由度仿真模型,并利用在项目后期进行整车道路测试所得的试验数据作为系统输入,对仿真模型进行验证,并基于该二自由度模型对多轴车辆的稳态响应和瞬态响应进行了仿真分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、背景和意义
• 1.2 多轴转向系统的分类
• 1.2.1 机械式多轴转向系统
• 1.2.2 电控电动式多轴转向系统
• 1.2.3 电控液压式多轴转向系统
• 1.3 多轴转向控制技术
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本文的研究思路和内容安排
• 1.6 本文研究的意义
• 1.7 本章小结
• 第2章 零质心侧偏角控制策略
• 2.1 多轴转向车辆二自由度模型
• 2.1.1 SAE 标准汽车运动坐标系
• 2.1.2 SAE 标准轮胎运动坐标系
• 2.1.3 多轴转向车辆二自由度模型的推导
• 2.2 多轴转向车辆的转向特性分析
• 2.2.1 零质心侧偏角控制策略
• 2.2.2 稳态响应特性分析
• 2.2.3 多轴车辆转向圆半径
• 2.2.4 多轴车辆二自由度系统的稳定性分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 电液执行机构建模
• 3.1 电液比例控制技术简介
• 3.2 电磁比例阀
• 3.2.1 比例阀数学模型的推导
• 3.3 阀控缸数学模型的推导
• 3.3.1 比例阀流量方程的推导
• 3.3.2 液压缸流量方程
• 3.3.3 非对称液压缸力平衡方程
• 3.4 转向执行机构的结构参数
• 3.5 系统稳定性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 转向控制系统设计及仿真
• 4.1 PID 控制基础
• 4.2 模糊控制基础
• 4.2.1 模糊控制的基本原理
• 4.2.2 模糊PID 控制器的结构
• 4.3 基于MATLAB 的模糊自适应PID 控制器设计
• 4.3.1 确定模糊PID 控制器的输入输出变量
• 4.3.2 输入输出变量的模糊化
• 4.3.3 模糊PID 控制器各控制参数的整定原则
• 4.3.4 模糊PID 控制器输出变量模糊控制规则
• 4.3.5 模糊推理
• 4.3.6 输出变量清晰化
• 4.3.7 基于Simulink 的模糊自适应PID 控制器实现
• 4.4 转向控制系统仿真分析
• 4.4.1 状态空间方程的推导
• 4.4.2 二自由度仿真模型的建立
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录