液压伺服弹射式碰撞模拟系统的仿真研究

论文摘要

汽车碰撞模拟试验是汽车被动安全性开发中的重要手段,试验研究是产品研究中不可缺少的环节。台车试验系统可以降低试验费用,提高产品的研制质量。台车试验的目的在于重现实车碰撞的动力学过程,一般用台车与实车加速度?时间历程曲线(简称碰撞脉冲)的重合性来评价台车模拟的精度。按其使用方法将台车试验设备分为制动式和弹射式两种类型。本课题以液压伺服弹射式汽车碰撞模拟试验台为研究对象,对其进行仿真研究,意图再现实车碰撞的加速度?时间曲线。首先从理论上分析各液压元件及系统的工作原理,确定系统的工作方案;以Matlab/Simulink为开发工具,从电液伺服控制系统的数学模型入手,对电液伺服控制系统的动态特性进行分析;在系统稳定、具有一定响应速度的基础上,采用控制工程中常用的工程整定方法之一的稳定边界PID参数整定法,使系统响应速度提高,但调节后系统存在很大超调,在此基础上引入基于MATLAB/Simulink的最优控制,得到优化的PID参数,使得电液位置伺服系统阶跃响应基本无超调、响应加快,平稳性、控制精度得到很大提高;为了得到更好的跟踪精度,运用迭代补偿方法,以加权误差来控制迭代的次数,对驱动信号进行补偿;采用MATLAB可视化图形用户界面(GUI)进行程序设计,绘制台车碰撞的期望输出与实际响应对比曲线,验证系统模型的正确性及迭代补偿算法的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 汽车碰撞模拟试验的研究现状及分析
• 1.2.1 制动式汽车碰撞模拟试验台
• 1.2.2 弹射式汽车碰撞模拟试验台
• 1.3 电液位置伺服系统及其建模方法
• 1.3.1 电液位置伺服系统
• 1.3.2 MATLAB/Simulink建模方法
• 1.4 控制策略在电液伺服控制系统的应用
• 1.5 迭代补偿控制算法
• 1.6 课题的主要研究内容
• 第2章 方案确定及试验台模型建立
• 2.1 大流量比例阀控制式
• 2.1.1 工作原理
• 2.1.2 大流量比例阀的结构原理
• 2.2 电液位置伺服控制式
• 2.3 方案确定
• 2.4 负载分析及液压缸参数计算
• 2.4.1 负载分析
• 2.4.2 液压缸参数计算及选型
• 2.5 蓄能器的选择
• 2.6 试验台模型建立
• 2.6.1 蓄能器模型
• 2.6.2 液压缸和负载的力平衡方程
• 2.6.3 液压缸连续性方程
• 2.6.4 阀的流量方程
• 2.7 模型仿真
• 2.8 本章小结
• 第3章 电液位置伺服系统的建模与仿真
• 3.1 电液位置伺服系统的基本原理
• 3.2 电液位置伺服系统建模方法
• 3.3 负载分析、伺服液压缸参数计算
• 3.3.1 负载分析
• 3.3.2 伺服液压缸参数计算及选型
• 3.4 伺服阀的选择及参数计算
• 3.5 液压动力机构性能参数的计算
• 3.5.1 动力机构固有频率
• 3.5.2 动力机构阻尼比
• 3.6 伺服放大器增益的计算
• 3.7 电液位置伺服系统的简化模型
• 3.8 电液位置伺服系统的性能分析
• 3.8.1 系统时域特性分析
• 3.8.2 系统频域特性分析
• 3.9 本章小结
• 第4章 控制器设计及参数优化
• 4.1 基于MATLAB/Simulink环境下的PID参数整定
• 4.2 PID参数对系统控制过程的影响
• 4.3 Simulink环境下PID参数整定的稳定边界法
• 4.3.1 PID控制下模型的建立
• 4.3.2 临界振荡周期和临界增益的求取
• 4.3.3 稳定边界法整定的PID参数及模型仿真
• 4.4 液压动力机构模型线性化
• 4.5 基于MATLAB/Simulink的最优控制程序及其应用
• 4.6 本章小结
• 第5章 应用迭代补偿方法的系统仿真研究
• 5.1 台车实际加速度的模型建立
• 5.2 系统整体模型建立及仿真
• 5.3 迭代补偿
• 5.3.1 迭代补偿的原理
• 5.3.2 定义迭代误差
• 5.3.3 迭代过程
• 5.3.4 迭代补偿法在系统中的应用
• 5.4 基于图形用户界面的仿真分析
• 5.4.1 MATLAB图形用户界面简述
• 5.4.2 界面制作及仿真分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢