基于模糊PID的线控液压转向系统路感控制研究与实现

论文摘要

根据现有农业车辆实际应用情况,结合线控转向技术和全液压转向技术的优点,本文设计了一种空间布局合理、结构简单的线控液压转向系统,并研究其路感控制策略。线控液压转向系统由转向盘模块、ECU模块和液压转向模块三部分组成,与全液压转向系统相比,该系统基于线控转向技术思想,取消了转向盘与车辆转向轮之间的刚性连接;采用模糊PID控制作为路感反馈控制的控制策略;采用DSP2812作为电控单元核心芯片,结合传感器技术,通过采集油压压力传感器与转矩传感器信号值,确定电机控制电压的脉宽占空比,实现路感反馈控制。针对线控液压转向系统的特点,本文主要工作如下：首先,分析了现有全液压转向系统的优点和缺点,提出应用于农业车辆的线控液压转向系统设计原则。分别设计了该系统转向盘模块、液压转向模块和ECU模块,详细阐述了各部分的组成和整个系统的工作原理,并重点强调了前轮转角闭环控制和路感电机反馈控制。其次,研究分析常用路感模拟控制策略,选择动力学建模方法,分析轮式车辆转向理论，建立轮胎回正力矩模型和电机数学模型。详细设计了以理想电机转矩和实际电机转矩误差为输入的模糊PID控制器,确定其隶属度函数和各项控制规则。再次,完成了线控液压转向系统路感反馈的电子控制部分,包括基于TMS320F2812的控制系统电路的设计和系统软件设计。电路部分实现了传感器和执行器的信号调理,且与TMS320F2812的配电模块和车载电源的接口模块相互匹配。系统软件设计部分,利用TMS320F2812的A/D信号采集模块和PWM发射模块,实现了传感器信号采集与PWM信号发射功能,并在主程序中加入模糊PID控制算法进行信号数据处理,实现系统闭环控制。最后,以JS-504拖拉机为参考车型,应用MATLAB/SimMechanics建立其整车模型,并仿真研究线控液压转向系统各项性能,结果表明该系统选用的模糊PID控制策略很好的实现了路感闭环控制,可实现理想的路感特性。提出线控液压转向实验台设计方案,基于液压系统实验平台、路感电机以及各传感器,完成路感反馈控制的系统搭建,初步实现了基于模糊PID的线控液压转向系统路感控制,得出了相关信号数据和图形,验证了该设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 汽车线控转向技术研究现状
• 1.2.2 工程车辆线控转向技术研究现状
• 1.3 课题的提出
• 1.4 研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 线控液压转向系统总体设计
• 2.1 线控液压转向系统概述
• 2.1.1 全液压转向系统概述
• 2.1.2 线控液压转向系统设计原则
• 2.1.3 线控液压转向系统组成
• 2.1.4 线控液压转向系统工作原理
• 2.2 线控液压转向系统各模块设计
• 2.2.1 方向盘模块设计
• 2.2.2 液压转向模块设计
• 2.2.3 ECU模块设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 线控液压转向系统路感反馈及控制理论分析
• 3.1 路感模拟控制策略
• 3.2 轮式车辆转向理论分析
• 3.2.1 运动学分析
• 3.2.2 动力学分析
• 3.2.3 轮胎回正力矩
• 3.3 路感电机数学模型
• 3.4 模糊PID路感控制策略
• 3.4.1 模糊PID控制器的结构组成
• 3.4.2 模糊PID控制器的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 路感反馈控制的硬件实现
• 4.1 路感电机和各传感器参数
• 4.1.1 路感电机参数
• 4.1.2 转矩传感器参数
• 4.1.3 油压压力传感器参数
• 4.2 处理器的选择
• 4.2.1 处理器选用要求
• 4.2.2 DSP2812简介
• 4.3 平台基本硬件系统设计
• 4.3.1 系统电源和复位电路设计
• 4.3.2 DSP的锁相环PLL时钟设置
• 4.3.3 DSP的JTAG仿真接口
• 4.3.4 最小系统A/D采样电路
• 4.4 传感器接口电路设计
• 4.5 PWM输出信号调理电路
• 4.6 本章小结
• 第五章 路感反馈控制的软件实现
• 5.1 系统软件开发环境简介
• 5.2 PWM波的产生
• 5.2.1 PWM信号
• 5.2.2 与PWM相关的寄存器设置
• 5.2.3 PWM产生流程图
• 5.3 死区补偿控制
• 5.4 AD采样
• 5.5 中断服务程序
• 5.6 系统时钟设置
• 5.7 本章小结
• 第六章 线控液压转向系统路感控制仿真与实验分析
• 6.1 SimMechanics简介
• 6.2 仿真参考车型及相关实验数据分析
• 6.2.1 实验车型参数
• 6.2.2 转向系统结构数据分析
• 6.2.3 全液压转向系统传动比测试实验
• 6.3 车辆仿真模型建立
• 6.3.1 转向盘模块模型
• 6.3.2 ECU模块模型
• 6.3.3 液压转向模块模型
• 6.3.4 辅助模块模型
• 6.3.5 路感反馈模块模型
• 6.4 仿真系统输入与结果分析
• 6.4.1 系统输入
• 6.4.2 结果分析
• 6.5 实验与结果分析
• 6.5.1 实验台架的设计
• 6.5.2 实验台架的搭建
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 研究生期间撰写发表的论文