電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)換擋氣動(dòng)伺服控制.pdf

1、氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量與信號(hào)傳遞的工程技術(shù)。氣動(dòng)技術(shù)具有成本廉價(jià)、較高的功率重量比、清潔無(wú)污染、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、維護(hù)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，并且還具有防燃、防爆、防電磁干擾等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為電控氣動(dòng)機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automatedmanual transmission，AMT)的開(kāi)發(fā)提供十分有利的支持。然而由于氣動(dòng)系統(tǒng)具有很多不利于精確控制的弱點(diǎn)，如氣體本身固有的可壓縮性、低剛度和低阻尼特性、氣體通過(guò)閥口流量的非線(xiàn)性、氣缸等執(zhí)行

2、器復(fù)雜的摩擦力特性等，使得電控氣動(dòng)式AMT換擋控制的效果不如電控液壓式AMT理想，因此其發(fā)展受到限制。近年來(lái)微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類(lèi)性?xún)r(jià)比較高的氣動(dòng)控制閥、執(zhí)行元件和傳感器不斷涌現(xiàn)，各種控制算法的不斷提出，使得電-氣比例/伺服控制技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，很大程度上拓寬了氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用范圍，這使得電控氣動(dòng)式AMT高精度伺服控制的成功研發(fā)成為可能。
　　本論文有七個(gè)章節(jié)，各章節(jié)分述如下:
　　第一章，詳細(xì)介紹了AMT技術(shù)國(guó)內(nèi)外的

3、研究現(xiàn)狀，指出AMT研究的關(guān)鍵技術(shù)在于離合器的控制。由于采用壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)離合器執(zhí)行器，故著重介紹AMT的氣動(dòng)相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀。最后概述了本課題的研究意義、研究難點(diǎn)以及主要研究?jī)?nèi)容。
　　第二章，分析了AMT系統(tǒng)各工作階段的動(dòng)力學(xué)模型，研究了影響換擋品質(zhì)的主要因素，確定了AMT氣動(dòng)伺服控制的關(guān)鍵階段;建立了AMT氣動(dòng)系統(tǒng)非線(xiàn)性模型（閥口流量模型、腔內(nèi)氣體熱力學(xué)模型以及氣缸摩擦力模型），為后面控制器設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備;通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，確定模

4、型中的各參數(shù)值以及PWM控制的開(kāi)關(guān)閥的占空比與流量的關(guān)系;提出了離合器負(fù)載特性測(cè)試的新方法，為實(shí)現(xiàn)高精度的AMT氣動(dòng)伺服控制奠定基礎(chǔ)。
　　第三章，為了避免氣缸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，試驗(yàn)分析了節(jié)流口聲速流導(dǎo)、外作用力、供氣壓力以及進(jìn)氣腔初始體積在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)氣缸爬行的影響。通過(guò)對(duì)爬行現(xiàn)象的分析及現(xiàn)有的研究提出爬行判據(jù)，以此判據(jù)為依據(jù)設(shè)計(jì)不同工況下的臨界爬行試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)曲線(xiàn)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)氣缸最終趨于勻速運(yùn)動(dòng)。通過(guò)對(duì)臨界爬行試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5、進(jìn)行多項(xiàng)式曲面擬合，得到以供氣壓力、節(jié)流口聲速流導(dǎo)以及外作用力為參數(shù)的氣缸爬行經(jīng)驗(yàn)判別函數(shù)式。為了驗(yàn)證其有效性和可行性，對(duì)另一個(gè)同型號(hào)的氣缸進(jìn)行多次試驗(yàn)，結(jié)果表明:該經(jīng)驗(yàn)判別函數(shù)式能有效的預(yù)測(cè)不同供氣壓力、節(jié)流口聲速流導(dǎo)及外作用力下同型號(hào)氣缸是否產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，以此指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用。
　　第四章，為了研究閥控缸氣動(dòng)系統(tǒng)在遭受遲滯影響的不確定的變剛度（存在負(fù)剛度階段）的大負(fù)載力作用下運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤，采用對(duì)干擾和系統(tǒng)不確定性具有很強(qiáng)魯棒

6、性的滑?？刂扑惴ú⒁源藶榛?，首先提出一種不基于模型的滑模控制算法，通過(guò)開(kāi)關(guān)閥直接實(shí)施滑?？刂坡啥煌ㄟ^(guò)脈寬調(diào)制來(lái)跟蹤參考的軌跡信號(hào)。通過(guò)氣壓驅(qū)動(dòng)力間接估算負(fù)載力的特性，理論上采用此方法間接估計(jì)到的值誤差小，更加貼近在此種軌跡運(yùn)動(dòng)下真實(shí)的負(fù)載力特性。隨后，對(duì)估計(jì)出的負(fù)載力進(jìn)行數(shù)學(xué)建模為后續(xù)采用基于模型的滑模控制算法控制運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤做好準(zhǔn)備。由于負(fù)載力存在負(fù)剛度階段，低剛度系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)力的抵抗是很弱的。為了進(jìn)一步提高此氣動(dòng)系統(tǒng)的軌跡跟

7、蹤精度，不僅提出了運(yùn)動(dòng)軌跡和剛度最大化同時(shí)控制的思想，也在研究了自適應(yīng)魯棒控制算法后提出了改進(jìn)自適應(yīng)魯棒控制的算法。最后，通過(guò)試驗(yàn)證明了上述的氣動(dòng)系統(tǒng)軌跡跟蹤伺服控制策略的有效性。
　　第五章，為了實(shí)現(xiàn)AMT離合器氣動(dòng)伺服控制——快速的分離和光滑的接合，有必要研究離合器執(zhí)行器的氣動(dòng)伺服控制。閥控缸氣動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤控制的研究已經(jīng)在上一章中呈現(xiàn)。在上一章研究中提到氣動(dòng)系統(tǒng)高精度伺服控制的實(shí)現(xiàn)需要依靠要求系統(tǒng)全狀態(tài)信息的基于模型的非

8、線(xiàn)性控制技術(shù)。然而，出于成本的考慮，AMT系統(tǒng)中不使用壓力傳感器，故腔內(nèi)壓力狀態(tài)信息是未知的。為了解決這一問(wèn)題，一個(gè)代替壓力傳感器的非線(xiàn)性的全局壓力觀測(cè)器在本章被提出。它是負(fù)載獨(dú)立的且在李雅普諾夫意義上是穩(wěn)定的。通過(guò)試驗(yàn)分析并選擇合適的壓力觀測(cè)器的多變指數(shù)。最后，本章提出一個(gè)基于全局壓力觀測(cè)器的復(fù)合滑?？刂破?，并引入運(yùn)動(dòng)和剛度最大化同時(shí)控制。廣泛的試驗(yàn)表明所提出的基于壓力觀測(cè)器的控制器是可行的有效的。
　　第六章，根據(jù)前面第四章節(jié)

9、和第五章節(jié)的研究，為了使AMT在不使用壓力傳感器情況下通過(guò)氣動(dòng)伺服控制完成換擋過(guò)程，擋位的切換控制采用不基于模型的滑模控制算法;離合器的分離、接合控制采用提出的基于壓力觀測(cè)器的復(fù)合滑?？刂撇呗裕渲须x合器的分離階段采用不基于模型的滑?？刂贫陔x合器完全分離后采用的是所提出的運(yùn)動(dòng)和剛度最大化同時(shí)控制的策略?；诜謱拥目刂扑枷耄瑸殡x合器和擋位協(xié)同控制下完成換擋任務(wù)，設(shè)計(jì)了AMT換擋氣動(dòng)伺服控制器。其核心思想是在明確目標(biāo)擋位的基礎(chǔ)上，根據(jù)離合