軟地面半履帶氣墊車姿態(tài)控制研究.pdf

1、半履帶式氣墊車將氣墊技術(shù)與半履帶式行走機(jī)構(gòu)有機(jī)結(jié)合在一起，可用于有效提高海灘、河流、沙漠、沼澤等地面松軟地帶車輛的通過性。該車輛在行駛過程中，由于車速的變化、載重的不均勻、路面的不平整以及圍裙的泄漏等原因會(huì)造成車體出現(xiàn)俯仰和側(cè)傾現(xiàn)象，使行駛阻力增大，造成總功率消耗增加，極端情況下甚至使行駛更加困難。因此，研究如何協(xié)調(diào)車輛行駛的功率消耗、驅(qū)動(dòng)性能以及車輛運(yùn)行時(shí)的姿態(tài)控制三者之間的關(guān)系對于提高車輛性能具有十分重要的意義。
　　本文的研

2、究工作是結(jié)合國家自然基金“軟地面半履帶氣墊車載荷匹配及行駛姿態(tài)的控制研究”（項(xiàng)目號:50675135）進(jìn)行的。針對半履帶氣墊車輛結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案、氣墊系統(tǒng)的特性試驗(yàn)、利用多氣墊系統(tǒng)進(jìn)行車身姿態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)墊升系統(tǒng)的建模以及半履帶氣墊車姿態(tài)控制方案等問題，進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。
　　本文在回顧氣墊車輛及其控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和控制中存在的問題的基礎(chǔ)上，建立了整車動(dòng)力學(xué)模型和虛擬樣機(jī)模型。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制作了半履帶氣墊車的原理樣機(jī)。通過對原理樣機(jī)

3、的氣墊系統(tǒng)相關(guān)試驗(yàn)和相對應(yīng)的流體力學(xué)仿真，進(jìn)行了多氣墊系統(tǒng)的特性研究，并建立了多氣墊系統(tǒng)的正向特性和逆向特性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
　　本文結(jié)合集成控制和分層控制的思想，提出了同時(shí)考慮車輛功率消耗、行駛驅(qū)動(dòng)控制和車身姿態(tài)控制的半履帶氣墊車姿態(tài)控制方案。首先提出了混合廣義極限優(yōu)化算法(HGEO)來求解前饋控制回路中的最優(yōu)功率，得到的前饋控制廣義力是可以保證車輛運(yùn)行狀態(tài)所需的基本目標(biāo)廣義力;在反饋控制回路中，利用模型預(yù)測控制器(MPC)來求

4、解反饋控制目標(biāo)廣義力，使基本目標(biāo)廣義力根據(jù)車輛運(yùn)行目標(biāo)得到修正，進(jìn)一步保證了車輛運(yùn)行狀態(tài)所需的修正目標(biāo)廣義力;在目標(biāo)廣義力分配模塊中，將最終目標(biāo)廣義力通過序列二次規(guī)劃(SQP)分配成目標(biāo)驅(qū)動(dòng)力矩和目標(biāo)氣墊壓強(qiáng);對于得到的目標(biāo)氣墊壓強(qiáng)，通過氣墊系統(tǒng)逆特性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型轉(zhuǎn)換成所需的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和各子氣墊可變閥門開度值。針對典型工況進(jìn)行的仿真結(jié)果表明，所建立的車輛姿態(tài)控制器具有較好的控制性能，同時(shí)也驗(yàn)證了控制框架中各模塊的必要性。
　　帶

5、非線性特性的氣墊系統(tǒng)和車輪-土壤間的非線性作用引起了半履帶氣墊車輛縱向、側(cè)向和垂向動(dòng)力學(xué)之間的耦合，由此所帶來的控制問題是亟待解決的車輛工程領(lǐng)域的技術(shù)難點(diǎn)之一。本文所提出的對于半履帶氣墊車輛車輛姿態(tài)的控制器較為合理的考慮了這些耦合關(guān)系，既融合了車輛動(dòng)力學(xué)、土壤地面力學(xué)、試驗(yàn)研究、計(jì)算流體力學(xué)、虛擬樣機(jī)技術(shù)、優(yōu)化計(jì)算與先進(jìn)控制理論應(yīng)用，又兼顧了車輛功率消耗、行駛驅(qū)動(dòng)控制和車身姿態(tài)控制，對工程技術(shù)領(lǐng)域和今后的非路面車輛控制系統(tǒng)的相關(guān)研究具有