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装载机容错线控转向系统研究

胡静波  
【摘要】: 线控转向是指通过微电子技术连接并控制转向系统的元件来代替传统的机械或液压连接,用传感器记录驾驶者的转向数据和车辆转角、车速、转向阻力等数据并传送给车载控制器,车载控制器按照给定的控制算法计算输出控制信号,控制车辆的转向角度实现转向控制。装载机线控转向系统具有转向传动比可调、路感清晰、便于整机布置等优点,而且还可以自由设计车辆转向的力传递特性和角传递特性,是车辆转向系统的重大革新。但线控转向系统能否替代现有的装载机流量放大转向系统,取决于线控转向系统的可靠性、安全性和系统成本等方面。其中,最为重要的是系统的可靠性,这决定于系统容错能力的高低。容错是指所研究的对象能容许系统发生故障,不会因故障而发生失控或者崩溃;容错控制是指在传感器、控制器、执行器或系统其他元部件发生故障时,控制系统仍然是稳定的,并具有较理想的特性。 本文立足于国内技术水平,追踪国外的先进技术,开发了装载机容错线控转向系统,并围绕该系统进行了较为深入的理论与实验研究。首先,应用有限状态机(FSM)系统动态行为建模工具,建立装载机容错线控转向系统的故障诊断模型,并根据该模型提出元件与系统的故障诊断算法。其次,应用马尔柯夫(Markov)过程理论建立系统的可靠性分析模型,并计算得出系统的可靠性。再次,对线控转向系统转向控制算法进行了研究,通过MATLAB仿真,对比分析数字PID控制算法、混合模糊控制算法,仿真及实验结果显示混合模糊控制算法响应时间较快、抗干扰能力强,可以较好地满足实际转向系统的需要。最后,对装载机容错线控转向系统进行了部分台架实验,包括转向液压系统性能实验、故障诊断算法及容错性能验证实验、转向控制算法及转向性能验证实验。实验及仿真结果表明本文开发的的装载机容错线控转向系统具有较高可靠性,能够满足转向系统的实时性、稳定性和准确性要求。


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