双离合器自动变速器换挡控制与动力学分析

针对以往双离合器自动变速器(DCT)换挡控制模型未考虑驾驶员意图和DCT结构复杂性的问题,基于DCT结构与原理,建立了发动机与离合器模型,对汽车换挡过程进行动力学分析;并通过模糊控制理论,实现对驾驶员意图的分析与识别。分别从动力性和经济性出发,制定了基于驾驶员意图的换挡规律、DCT换挡过程中离合器与发动机的控制策略以及换挡综合控制逻辑,并在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了汽车换挡仿真模型。仿真结果表明:所搭建的换挡仿真模型满足要求,所制定换挡控制策略具有良好的控制效果。     

同轴并联混合动力系统模式切换控制研究

同轴并联混合动力系统在低速运行工况下发动机怠速停机对于提升整车节油率有显著的作用,然而由于同轴并联混合动力系统的自身结构特性,当系统由纯电模式切换至混合动力模式过程中,发动机需要开启并通过离合器的接合介入动力系统,这一过程中存在的电机起动发动机及离合器接合控制问题一直是混合动力控制领域研究的热点问题.针对上述模式切换控制问题,本文建立了同轴并联混合动力系统传动系模型及干式离合器及其执行机构的数学模型,考虑模式切换过程的平顺性与混合动力系统的传动效率,并结合发动机起动阻力矩及系统负载转矩的瞬态不确定性,提出了一种同轴并联混合动力系统模式切换控制方法:首先采用H∞鲁棒控制理论设计出满足约束条件且性能指标较优的离合器接合速度轨迹,然后将离合器接合速度轨迹转化成执行电机转速期望曲线,设计直流电机转速跟踪PID控制器实现离合器的快速平滑接合,然后对所提出控制方法在急加速、缓加速、不同发动机内阻以及不同车辆负载工况下的离合接合过程的仿真对比,最后利用控制器自动代码生成技术对所提出方法进行了试验验证.结果表明,所提出的控制方法可以实现混合动力系统平滑快速的模式切换过程,且整车的纵向冲击度控制在一定约束范围内,使得系统模式切换平顺性得到了保障,从而为整车模式切换控制策略设计提供理论基础.     

双离合器自动变速器起步控制与仿真

为分析一种干式双离合器自动变速器(DCT)的结构和原理,建立发动机、DCT和离合器等关键部件的数学模型,对其起步过程进行研究。以汽车起步过程中的性能评价指标为基础,将驾驶员意图分为三种典型模式:爬行起步、正常起步和急起步,并相应制定单离合器起步过程中的控制策略;运用MATLAB/Simulink软件,建立DCT起步仿真模型并进行仿真分析。仿真结果表明:在三种典型模式下,起步过程中产生的冲击度与离合器滑磨功均满足相关性能指标,验证了设计的起步控制策略的有效性。     

某型航空用棘轮棘爪离合器动力学仿真分析

棘轮棘爪离合器是航空发动机双速传动装置的重要组成部分,棘轮棘爪机构能否安全稳定的运转,直接关系到该离合器能否顺利实现啮合转换过程以及能否正常可靠地工作,从而确保飞行安全.通过计算得到各工况下棘轮棘爪结构的动力学特性参数,利用Solid Works建立棘轮棘爪离合器的结构模型,并将其导入ADAMS多体动力学仿真软件进行仿真,将仿真结果与实验数据对照验证模型的正确性及可靠性,并在此模型的基础上建立离合器平面涡卷弹簧各预紧力矩下的脱啮转速变化曲线,得到了平面涡卷弹簧的理想工作区域.通过改变模型参数实现棘轮棘爪离合器加工及装配误差下的特殊工况,深入探讨了离合器的加工参数对脱啮转速的影响,并在力学理论上对影响因素及产生原因进行分析;同时,研究了离合器装配误差状态下的脱啮转速及状态的变化特性,得到了离合器装配误差的有效控制范围.通过研究,以期能够对此型离合器的结构设计及维修提供理论依据和技术支撑.     

电磁多片式离合器扭矩分配控制数学模型构建研究

电磁多片式离合器中的电磁控制单元直接决定了四驱汽车动力分配范围.为研究电磁多片式离合器对整车动力分配性能的影响,必须建立其动力学模型,否则无法对电磁多片式离合器进行精确控制,也不能为整车控制提供有效的输入参数.文章针对这一问题,首先建立了基于电磁学和系统动力学的电磁多片式离合器力学模型,并与整车7自由度动力学模型相结合,通过Matlab/Simulink构建电磁多片式离合器四驱汽车动力学模型.其次以线性2自由度半车模型作为参考对象,运用神经网络PID优化扭矩分配控制系统,研究不同路面、不同车速和转向工况下电流的变化对电磁多片式离合器参与的扭矩分配对整车的转速差、车速、质心侧偏角及横摆角速度的影响规律.仿真结果表明:电磁多片式离合器的扭矩输出和电流大小成正比例关系,可以在0.5s时间内对转速差进行控制,保证整车车速,同时实现期望的质心侧偏角及横摆角速度.最后通过试验车进行验证得到仿真分析和试验数据符合良好,表明建立的电磁多片式离合器整车动力学模型的有效性,为电磁多片式离合器控制的四驱传动设计提供了理论依据.     

摩托车声品质评价的神经网络方法

针对声品质评价过程中线性回归模型评价结果的不足,采用BP神经网络对人的主观评价结果进行预测.采集摩托车在不同发动机转速下驾驶员耳旁的声信号样本,采用分组成对比较法进行主观评价试验,选取了响度、尖锐度、粗糙度作为神经网络模型输入参数,结合主观评价结果对模型进行训练与检验,并与线性回归模型输出结果进行比较.结果表明,选取驾驶员双耳响度、尖锐度、粗糙度作为模型输入能够较为准确地反映人耳对摩托车噪声的主观感觉.     

高速工况智能车辆转向系统混杂控制研究

通过分析高速工况下交通事故的主要类型及驾驶员的3种基本驾驶行为,可知该工况下转向系统既有离散状态又有连续状态的特性,进而提出基于混杂系统理论的智能车辆转向系统多模式切换控制策略,并利用跨道时间和安全距离作为切换规律.以线控转向系统为执行机构,分别设计阻尼模式、保持模式和换道模式控制器.其中保持模式引入了一种控制预瞄点处侧向偏差的一阶导数和二阶导数的方法,不但有效地防止了超调,而且减少了车辆回到车道中心线的时间;换道模式利用模型预测控制算法,加入多个约束,提高了车辆换道过程的稳定性.从混杂系统稳定性的角度出发,设计了简单有效的稳定性监督器,防止车辆失稳.最后,在Car Sim/Simulink联合仿真平台及Car Sim/Lab VIEW硬件在环测试平台上验证了本方法的有效性和切换过程的稳定性.     

汽车差动助力转向系统的可拓协调控制

根据电动轮汽车各轮扭矩独立可控的特点,改变左右转向轮的驱动力差提供转向助力,实现差动助力转向.考虑到差动助力转向系统对汽车稳定性的影响,利用Carsim/Simulink建立轮毂电机驱动电动汽车模型,设计了两层差动助力转向稳定性可拓协调控制系统.在上层控制器中,根据汽车行驶状态,建立可拓协调控制器,其中将二维可拓集合中的可拓距转换到一维可拓集合中计算,求解关联函数,确定各控制器输出权重.在下层控制器中,采用转向盘转矩直接控制策略,建立差动助力转向控制器;根据可拓域和非域中汽车状态的不同,实现基于横摆角速度和质心侧偏角的切换控制,进而建立横摆力矩控制器;基于二次规划方法对四轮驱动转矩优化分配,并根据所处的值域对3种不同的约束条件进行选择.最后利用Carsim和Matlab/Simulink在不同路面附着系数的双移线工况下进行仿真.仿真结果表明,与差动助力转向系统单独工作时相比,当路面附着系数为0.8时,该控制系统能够提高道路跟踪能力,横向偏差最多减少50%,纵向偏差最多减少30%,横摆角速度、质心侧偏角和侧向加速度明显减小,其均方根值分别优化了54.9%,21.4%和22.3%,改善了汽车操纵稳定性;当路面附着系数为0.4时,该系统能够避免汽车失稳,提高行车安全.     

波形滚筒内颗粒混合和导热分布形态特性的研究

将离散元方法中的软球模型与颗粒热传导模型相结合,研究波形滚筒内颗粒混合及热量传递的复杂过程.设计了一个具有波形边界的旋转滚筒,模拟并分析稠密颗粒在不同速度旋转的波形滚筒内的混合和热传导过程,重点考察波形滚筒内不同转速下产生的颗粒混合和导热过程的形态及转速的影响,并采用无量纲混合度,信息熵来分析混合和热传导的演化特性,比较用不同转速达到同一圈数下的结果来表明转速对混合和导热形态特性的影响.     

天宫一号基于控制力矩陀螺的智能多模自适应姿态控制系统设计与验证

天宫一号是目前我国在轨运行的体积最大、重量最重的载人航天器.它具有变构型、变参数的特性,采用控制力矩陀螺系统和喷气推进系统实现高精度、高稳定度姿态控制.本文通过对天宫一号控制对象参数缓变和跳变相结合特点的分析,规划了高可靠灵活的控制策略,设计了智能多模自适应姿态控制系统.利用智能控制中规则集设定多模自适应控制的指标切换函数分配,利用多模自适应控制算法建立多模型控制器实现不同控制对象,不同控制任务的姿态控制.天宫一号通过地面测试和物理仿真试验,最后发射在轨运行,与神舟八号、神舟九号、神舟十号载人飞船圆满完成交会对接任务,充分验证了姿态控制系统设计的正确性和有效性.该设计方法在解决大型航天器变构型、变参数组合体姿态控制方面有突出优点,在未来的载人航天领域空间站建设具有应用前景.     

基于模糊滑模控制策略的电动助力转向系统的回正控制

参考整车二自由度模型,建立汽车在低速和中高速回正工况下的电动助力转向系统动力学模型.考虑到系统的复杂性、模型参数的不确定性和外界扰动,结合两种具有良好鲁棒性的控制策略(模糊控制策略和滑模控制策略)各自的优点,设计了用于改善电动助力转向系统回正特性的模糊滑模控制器.仿真结果表明,汽车低速和中高速时的回正特性都得到了改善,很好地解决了汽车回正过程中的回正不足和回正超调,验证了模糊滑模控制算法的有效性.     

一种基于自适应神经网络的航空发动机故障诊断方法

航空发动机在使用过程中,气路部件的性能不可避免地发生了蜕化,相应的故障诊断技术对发动机的健康管理系统具有重要意义.本文针对发动机在设计点的非线性部件级模型,借助PCC(Pearson correlation coefficient)相关分析方法,对神经网络的输入参数和输出参数的选取方式进行了优化.以前馈型神经网络为基础,针对常规BP(back propagation)神经网络收敛速度不稳定、且容易陷入极小值的缺陷,设计了一种新的自适应神经网络,准确估计了发动机部件的蜕化情况.这种算法融合了比例因子和动量因子,改善了网络的学习速率,提高了神经网络置信度和对发动机模型参数的泛化能力.结果表明,本文设计的自适应神经网络的精度优于常规BP神经网络,并且在训练样本数较少时,依然能够通过训练得到理想的网络,保证发动机健康参数的故障检测具有较高精度.     

低成本辅助凸极式辐向永磁电机的鲁棒性优化设计

将铁氧体应用于具有聚磁能力的辐向永磁电机中可获得与稀土永磁电机相媲美的转矩密度,并兼具低成本的优势.为克服传统辐向永磁电机高转矩脉动的弊端,提出一种新型辅助凸极式转子,增强了转子的可塑性并增加优化参数的数目.采用基于响应面分析与多目标骨干粒子群优化算法相结合的多目标优化方法来提升电机的转矩性能.进一步地,考虑到在电机批量生产过程中不可避免地会受到误差、公差等不确定性因素的影响,将六西格玛设计方法和蒙特卡罗分析方法相结合,对电机进行鲁棒性优化.通过对比分析优化前后的电磁性能可知,所提出的新型电机可以在提高输出转矩的同时有效降低转矩脉动,且极大降低电机批量生产中的失效率.最后,实验结果验证了所提新型电机结构及其鲁棒性优化设计的准确性和可行性.     

ROV水动力性能及推力控制分配研究与仿真

良好的推力控制分配策略是缆控水下机器人(remotely operated vehicle, ROV)机动性和作业安全性的保障,也是ROV运动控制技术得以实现的必要条件.但现有的推力控制分配策略存在推力输出饱和或计算时间过长等问题,导致ROV机动性欠佳.针对现存问题,提出了一种混合优化目标推力控制分配策略.首先,建立ROV驱动系统数学模型,设计了一种混合优化目标推力控制分配函数;再使用Fluent软件分析不同工况下导管螺旋桨的水动力性能,得到推进器的推力模型,从而确定混合优化目标推力控制分配函数的约束条件;最后采用光滑牛顿法求解混合优化目标推力控制分配函数,并与传统伪逆推力分配策略进行仿真对比.仿真结果表明,混合优化目标推力控制分配策略能满足各推进器对推力的约束要求,并能有效地利用约束范围内的推力集合,且通过光滑牛顿法求解的总体误差小于0.0007 N m,单步迭代次数在10步以内,单步计算时间小于2 ms,其具有精度高、实时性好、无推力输出饱和等优点.     

分布式驱动HEV自适应无迹卡尔曼车速估计

针对四驱混合动力汽车,为改善其电子稳定性系统(electronic stability program,ESP)车速估计的精度和鲁棒性,考虑后轮毂电机转矩精确可测可控,以及前轮驱动转矩可推算的特点,结合ESP系统既有的传感器输出信号,提出了分布式自适应无迹卡尔曼车速估计算法.首先,建立了四驱混合动力汽车动力系统及动力学模型,其包括驱动系统模型、7自由度车辆动力学模型和Burckhardt轮胎模型.其次,考虑模型的时变及强非线性特性,采用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法设计了主/子滤波器.一方面通过对量测噪声的自适应,改善了UKF算法量对量测信号干扰的鲁棒性;另一方面将主/子滤波器结果进行融合,并用融合后结果重置了各滤波器,提高了车速估计精度.最后,搭建了四驱混合动力汽车Carsim-Simulink联合离线仿真平台和硬件在环仿真试验平台,分别开展了双纽线、低速双移线两种驱动工况的离线仿真和硬件在环仿真试验.试验结果表明,所提出的分布式自适应无迹卡尔曼车速估计算法不仅估计精度较高,而且也有着较强的自适应性和鲁棒性能.