机液复合无级变速器的控制系统研究

论文摘要

机液复合无级变速传动技术融合了机械传动和液压传动的优点,不仅能够实现无级变速的功能,而且可以增加无级传动的功率和提高传递效率,具有较广泛的应用前景。在国外,此项技术早在上世纪六、七十年代已得到商品化,在军用车辆和重型车辆上得到应用；而在国内,目前对机械液压复合传动技术的研究仍处于理论阶段,和国外相比有明显差距。因此,对其进行学习研究,对于提高我国在该领域的研究应用水平具有重要意义。文章首先分析了机液复合无级变速器(HMCVT)的工作原理及工作特性,并以东方红C702履带拖拉机为装机对象,设计了三段等差式机液复合无级变速器,以此为基础,主要进行了以下几个方面的工作：(1)详细分析工程车辆用柴油机的工作原理和特性,以实现发动机功率和负载功率的合理匹配、提高发动机的功率利用率为目的,制定了HMCVT系统的传动比控制方案,使其能够跟随负载变化而自动调节；(2).综合分析各种控制算法的优缺点及HMCVT的工作特点,设计开发了控制换段机构自动换段的“换段控制器”和控制变量泵排量跟随负载变化而自动调节的“自适应模糊PID控制器”；(3)采用仿真软件AMESim和Matlab/Simulink分别建立了HMCVT的结构模型及控制器模型,基于联合仿真技术对系统结构及控制器设计的合理性进行了仿真验证研究。仿真实验结果表明,本文设计的“换段控制器”和“自适应模糊P1D控制器”能够及时根据负载变化来自动调整系统传动比(自动换段或自动调节变量泵排量),达到了稳定发动机工作转速、实现发动机功率和负载功率合理匹配的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 车辆变速系统概述
• 1.1.1 车辆变速系统的基本功能
• 1.1.2 车辆变速系统的分类与特点
• 1.2 无级变速器简介
• 1.2.1 无级变速器的特点
• 1.2.2 无级变速器的分类
• 1.3 机液复合无级变速器的控制
• 1.3.1 PID控制
• 1.3.2 模糊控制
• 1.3.3 神经网络控制
• 1.4 机液复合无级变速传动的国内外研究应用情况
• 1.4.1 国外研究情况
• 1.4.2 国内研究情况
• 1.5 本文的研究内容、方法及意义
• 1.5.1 本文研究的主要内容及方法
• 1.5.2 本文研究的意义
• 第2章 机液复合无级变速器的设计及分析
• 2.1 机液复合无级变速器的工作原理
• 2.2 机液复合无级变速器的分/汇流形式
• 2.3 三段等差式机液复合无级变速器的设计
• 2.4 HMCVT结构参数设计
• 2.4.1 原型机参数
• 2.4.2 HMCVT结构参数的确定
• 2.4.3 HMCVT系统液压元件参数的确定
• 2.7 机液复合无级变速器基本特性仿真分析
• 2.7.1 仿真模型及参数设置
• 2.7.2 变速器工作特性仿真分析
• 第3章 机液复合无级变速系统控制方法研究
• 3.1 发动机的工作特性及控制
• 3.1.1 发动机"转速-转矩"特性
• 3.1.2 发动机油耗特性
• 3.1.3 发动机与机液复合无级变速器的匹配
• 3.1.4 发动机的转速控制方案
• 3.2 液压系统的控制原理
• 3.3 机械系统的控制原理
• 3.4 HMCVT控制系统整体设计
• 3.5 无级变速器的控制算法设计
• 3.5.1 对变量泵排量的控制
• 3.5.2 对换段机构的控制
• 第4章 机液复合无级变速系统的控制器设计
• 4.1 模糊控制基本理论
• 4.1.1 模糊集合
• 4.1.2 隶属函数
• 4.2 模糊控制系统简介
• 4.3 模糊控制器
• 4.3.1 模糊控制器的工作原理
• 4.3.2 量化因子和比例因子
• 4.3.3 模糊化和清晰化
• 4.3.4 模糊控制规则
• 4.3.5 模糊推理及合成法则
• 4.4 典型的模糊控制器
• 4.5 HMCVT自适应模糊PID控制器的设计
• 4.5.1 确定模糊控制器的结构
• 4.5.2 定义输入、输出量的模糊分布
• 4.5.3 建立模糊控制规则
• 4.5.4 模糊逻辑推理（近似推理）
• 4.5.5 输出模糊量U（t）的清晰化
• 第5章 机液复合无级变速器的控制系统仿真研究
• 5.1 仿真研究思路及工具
• 5.1.1 仿真研究的思路设计
• 5.1.2 仿真研究的工具
• 5.2 机液复合无级变速系统结构建模
• 5.2.1 行星排轮系建模
• 5.2.2 换段装置建模
• 5.2.3 发动机建模
• 5.2.4 液压系统建模
• 5.2.5 负载模型
• 5.3 控制系统建模
• 5.3.1 换段控制器模型
• 5.3.2 变量泵斜盘倾角的控制器模型
• 5.4 联合仿真接口设计
• 5.4.1 AMESim接口设计
• 5.4.2 Simulink接口设计
• 5.5 HMCVT仿真运行及结果分析
• 5.5.1 运行环境设置
• 5.5.2 控制器参数对控制效果的影响
• 5.5.3 系统结构参数对控制效果的影响
• 5.5.4 HMCVT仿真研究总结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文