平地机全轮驱动系统及其控制策略研究

论文摘要

工程车辆的牵引动力学已经进入了对液压牵引动力学研究的新阶段，旨在提高设备在日常工作条件下的牵引性能，从而提高对于复杂工况的适应能力以及满足操作的智能化、自动化。在后轮驱动的平地机上加装前轮双泵双马达液压轮边驱动系统能提高平地机的牵引能力，通过不同的控制方式可以使平地机满足不同工况需求。双泵双马达的前轮独立驱动系统，作为一种真正意义上的液压驱动系统，其研究的核心在于发动机变转速下，液压系统与样机的结构匹配以及控制算法的运用。文中分析表明，平地机前轮双泵双马达驱动时变非线性系统是一个多输入、多输出的复杂系统，经典的控制理论不易满足控制要求。针对随之出现的复杂多变量液压驱动控制问题，本文从理论研究的角度出发，简化系统，针对独立控制回路，研究不同负载输入下，全驱液压系统的压力变化情况。结合功率控制和工程实用性的理想传动控制结构，提出了平地机前轮双泵双马达液压驱动系统的现代综合控制策略。本文基于机械式平地机样机，针对特定的机械传动结构以及液压系统组成，设计了平地机前轮双泵双马达液压驱动系统。本文对平地机直线行驶的运动学和动力学进行分析，并在已有的变量泵-定量马达系统的基础上建立平地机单泵单马达液压系统的非线性数学模型。将该系统简化为负载力矩阶跃输入，马达排量恒定的模型。对于这一多参数，时变强扰动系统分析，提出了双泵双马达系统的控制结构。在Matlab/Simulink软件下组建了简化后的泵、马达系统和基于模糊控制理论的计算机仿真模型，对该控制方法进行仿真，获得较佳的动、静态性能，表明了该算法的实用性。本文基于所述控制方法介绍了平地机全轮驱动系统硬件调试及测试方法，通过数据采集仪记录了典型工况的测试结果，并对测试结果进行了分析，验证了控制方法的可行性。文中对平地机全轮驱动结构的设计和研究方法对其它适用于车辆液压驱动系统的自适应控制方案及其它现代控制方法同样有着借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 平地机全轮驱动研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文主要研究内容
• 1.4 论文的结构
• 第二章 平地机全轮驱动系统
• 2.1 平地机的用途及分类
• 2.1.1 平地机的工作原理
• 2.1.2 平地机的用途
• 2.1.3 平地机的分类
• 2.2 全轮驱动系统结构
• 2.2.1 常规驱动系统
• 2.2.2 液压轮边驱动系统
• 2.2.3 开、闭式系统的选择
• 2.2.4 泵马达系统组成的比较与选择
• 2.2.5 电气控制系统
• 2.3 全轮驱动系统控制的要求与液压系统原理
• 2.3.1 全轮驱动系统关键技术
• 2.3.2 前轮驱动模式的控制要求
• 2.3.3 全轮驱动模式的控制要求
• 2.3.4 全轮驱动液压系统原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 平地机全轮驱动系统控制方法研究
• 3.1 直线行驶的运动学分析
• 3.2 前轮驱动系统的数学表达
• 3.3 全轮驱动控制系统模糊控制方法的研究
• 3.3.1 模糊控制的基本思想
• 3.3.2 模糊控制结构、基本原理与方法
• 3.3.3 模糊控制器设计的基本方法
• 3.3.4 基于模糊控制理论的马达压力控制器的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 全轮驱动系统仿真分析及测试
• 4.1 仿真工具简介
• 4.2 控制模块
• 4.2.1 参数定义
• 4.2.2 比例柱塞泵-马达控制模块
• 4.2.3 全轮驱动模式控制模块
• 4.3 系统仿真验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统测试及数据分析
• 5.1 测试内容
• 5.2 测试方法
• 5.3 测试结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间参与的科研项目及发表论文