轮耦合道路模拟矩形控制策略研究

发布时间：2020-09-24 19:57

　　轮耦合道路模拟台是目前应用最广的汽车疲劳试验设备之一,通过电液伺服控制系统驱动激振器实现对整车负载的激励,并引入辨识迭代控制来保证控制精度。在一些试验中,往往希望通过加入更多的控制加速度计来额外测量一些关键点的数据或更具体地描述负载的振动状态,这时系统的输出量大于输入量,控制过程被称为矩形控制。本文基于RPC算法,对轮耦合道路模拟系统矩形控制策略进行研究。本文以某型号汽车作为道路模拟的负载,将其简化为振动模型并进行动力学分析,搭建七自由度被动悬架整车行驶动力学模型,通过Simulink仿真分析负载的动态特性及耦合特性。综合分析负载特性,对单通道电液伺服位系统进行建模,从而完成台架四通道模型的建立。依据其闭环频率特性与系统要求,通过比例增益,动压反馈等环节进行校正,使系统能够满足控制要求,得到理想的位置控制效果。仅靠伺服控制难以达到控制精度的要求,需要引入辨识迭代控制来保证控制精度。首先进行辨识方法的研究,包括对时域信号与功率谱密度转换的Welch法以及四种典型非参数辨识法的Matlab实现;对所建立的多通道系统采用同时激励的方法进行辨识,估计出整个系统的频率响应函数矩阵,同时通过相干函数对所有输入、输出信号间的因果关系进行分析,得到系统的耦合特性。最后,对迭代控制算法进行研究。对于矩形控制通过频率响应函数矩阵求逆求解驱动信号过程来说,方程组是超越方程组,不存在精确解。如何保证迭代过程中关键点的快速性及收敛性,求出满足控制精度的最小二乘解是本文研究的重点。本章首先通过积分白噪声法得到的路面不平度时域信号激励整车并获得各控制点采集的时域波形,并以此作为参考信号。针对辨识处的频率响应函数为矩形阵不存在逆的问题,通过广义逆求解阻抗函数,以误差谱与阻抗函数对驱动谱进行离线迭代修正。最终通过Matlab/Simulink联合仿真,搭建出轮耦合道路模拟控制系统波形复现的整体模型。针对迭代的快速性,研究步长的选取所产生的影响;对于迭代过程中关键点的收敛问题,通过调整各误差谱与均方根误差的权系数进行仿真验证,对轮耦合道路模拟矩形控策略进行研究。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U467
【部分图文】：

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图 1-1 第一台汽车道路模拟机年代，经过各方专家的研究与实验，电液伺服技术和汽车疲合与发展[12][13]。1973 年，MTS 公司经过多年的技术积累，耦合道路模拟试验台：326 型三自由度轴耦合道路模拟系这种试验台首创性地将双臂曲柄和耦合连杆等机械解耦装置横向、纵向和垂向三个通道的自由度互不干扰，从而成功立的三维作用力；支柱采用轻质量、高强度的材料，可以承受能力，同时使得系统的响应速度更快，测试精度更高轴耦合试验台能够引入更多的控制自由度，经过不断地发展六自由度轴耦合道路模拟试验台。1974 年，Henry A. Borg分别对应汽车车轮的位置进行排布，形成台阵，通过对车模拟汽车的行驶环境，其如图 1-3 所示。该方法忽略了其他垂向振动进行研究，为后来的轮耦合道路模拟试验台的研

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图 1-2 MTS 公司轴耦合试验台图 1-3 HenryA.Borg 汽车测试装置在道路模拟台的研制方面，MTS公司一直处于世界前列。经过四十余年的发展，根据被试车辆与道路模拟台的连接方式不同，其道路模拟台产品主要形成了两类为世界所认同的产品：轮耦合式和轴耦合式，分别如图1-4和图1-5所示。两者的明显区别在于所能提供的激励自由度不同：轮耦合道路模拟台主要通过垂直排布电液激振器并支撑整车负载，因此可提供的激励仅仅是垂直方向上的，在模拟实际运动环境时具有一定的局限性；轴耦合式道路模拟台由于综合采用了耦合连杆和双臂曲柄等结构，本身就是一个复杂的多自由度并联机构，除了垂向上的激励，还可以在横向，纵向及各绕各轴转动等其他5个自由度上对车轮轮毂施加激励，从而能够更加具体地模拟汽车在行驶过程中的运动状态。但相应的，各通道的激励会出现交叉耦合现象，其控制策略的要求也更为复杂。

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【参考文献】