变转速液压泵控马达系统的恒转速控制研究

发布时间：2018-10-17 21:39

【摘要】：基于“汽车行驶取力发电系统”项目，以变量泵和定量马达组成的闭式泵控马达系统为研究对象，研究了发动机转速及负载扭矩变化时液压马达的恒转速控制问题。针对变量泵转速时变和负载扭矩突变的特点，对动态面控制、LQ最优控制和H∞混合灵敏度控制进行了深入研究，仿真结果表明，所设计的控制器可以满足泵控马达系统的技术要求。研究内容如下： （1）根据系统技术要求，完成了变量泵、定量马达、发电机等元件的选型，完成了系统的设计。根据变量泵的特点，分析了变量泵斜盘及柱塞的受力状态，得到了变量油缸控制力和控制力矩的非线性模型，并根据静态及动态分析结果，结合斜盘摆角线性化，得到了变量泵变量机构的数学模型。 （2）结合所选比例放大器，建立了变量泵斜盘位移闭环系统的数学模型，分析了系统的频率响应特性，得到了简化的变量泵斜盘位移闭环系统的数学模型，进而建立了泵控马达系统的数学模型，并分析了泵控马达系统的稳定性、能控能观性、泵输入转速和负载扰动对马达转速的影响。为了提高马达转速的动态性能并避免转速误差积分引起大的超调，研究了马达转速的积分分离PID控制。 （3）针对PID控制对变量泵转速时变抑制特性较差的问题，研究了基于负载扭矩观测器的动态面控制。采用动态面控制的多闭环原理对变量泵流量进行闭环控制，设计了具有参数不确定性的动态面控制器及负载扭矩的降维观测器，并通过稳定性分析，得到系统参数估计器的自适应函数、控制器及负载扭矩观测器的稳定性条件。结果表明，所设计的动态面控制器降低了变量泵输入转速时变时马达转速的瞬态调整率，缩短了马达转速的稳定时间。 （4）为了进一步降低负载扭矩扰动时马达转速的瞬态调整率，，研究了基于模型参考自适应控制的LQ最优控制。针对变量泵输入转速时变引起的数学模型时变问题，设计了基于模型参考自适应控制的变量泵流量控制器，并通过递归最小二乘算法对流量模型进行极点配置，得到了泵控马达系统的时不变数学模型。针对负载扭矩引起的马达转速稳态误差问题，设计了基于马达及负载动力学平衡方程的负载扭矩观测器及参数估计器，计算了负载扭矩的补偿系数。结果表明，所设计的LQ最优控制器进一步提高了马达转速对变量泵转速时变和负载扭矩突变的抗扰动性能。 （5）为了提高泵控马达系统对参数不确定性及测量噪声的鲁棒性，研究了基于Bang-Bang控制的H∞混合灵敏度控制。为了提高变量泵流量对H∞控制器输出的跟踪性能，设计了基于Bang-Bang控制的变量泵流量时间最优化控制器。为了提高马达转速在负载扭矩扰动时的动态特性，设计了负载扭矩的全维状态观测器，并给出了带微分环节的负载扭矩补偿策略。结果表明，所设计的H∞混合灵敏度控制器具有良好的抗扰动性能，对参数不确定性及测量噪声具有鲁棒性。 最后对各控制算法在变量泵输入转速时变和负载扭矩突变条件下的性能指标进行了对比，分析了它们对参数不确定性、测量噪声的鲁棒性，指出了各种算法的优缺点。归纳总结了论文的主要研究成果，并对今后的工作进行了展望。
[Abstract]:Based on the 鈥淰ehicle driving force generating system鈥

本文编号：2278071