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.     

DCT变速混合动力轿车制动降档过程优化控制

针对装配干式双离合器式自动变速器(dual clutch transmission,DCT)的弱混合动力轿车发动机辅助制动工况,为充分回收制动能量,制定了电液复合制动力矩分配策略,并对该工况瞬态降档过程各阶段离合器传递力矩和ISG电机输出力矩协调控制问题展开了研究.首先,建立了DCT降档过程动力学方程,模糊识别驾驶员制动意图,计算并获得驾驶员需求制动力矩,考虑电机最大制动力矩限制、发动机辅助制动力矩以及整车行驶阻力矩,根据所制定的复合制动力矩分配策略决策了发动机辅助制动过程ISG目标输出力矩;其次,设计降档过程转矩相分离离合器控制律,模型计算得到了离合器传递力矩;再者,考虑ISG电机力矩响应速度及转速同步时刻冲击度等,设计了发动机转速参考轨迹,并综合运用线性二次型最优跟踪及模型参考自适应控制,在外界扰动及模型参数摄动的情况下求取了惯性相结合离合器转速同步过程ISG电机输出力矩;最后,为避免从降档过程切换至在档稳定减速制动时,由于电机力矩突变所造成的车辆较大冲击,设计了电机力矩切换控制策略.仿真结果表明:所设计的制动降档控制策略能够充分利用发动机辅助制动力矩,并回收部分制动能量,ISG电机能够响应降档过程需求制动力矩的变化,实现快速换档.     

基于不同啮合刚度计算模型的直齿圆柱齿轮传动系统动力学特性研究

针对直齿圆柱齿轮传动系统,建立了3种齿轮传动系统动力学仿真计算模型,即:基于"切片式"齿轮啮合刚度解析计算方法的齿轮传动系统动力学模型、基于SIMPACK 225号力元建立的齿轮传动系统动力学模型和基于有限元方法建立的齿轮传动系统动力学模型,对比分析了3种模型在高速和低速工况下计算获得的啮合力和动态传递误差.研究结果显示:高、低速工况下,3种模型的计算结果吻合良好.基于"切片式"齿轮啮合刚度解析计算方法的齿轮传动系统动力学模型计算获得的动态传递误差与基于有限元法的动力学模型计算结果更加接近.因此,综合考虑计算精度和计算效率,基于"切片式"齿轮时变啮合刚度解析计算方法可更好地应用于齿轮传动系统动态特性分析.     

六点支承航空发动机双转子系统动力学离散模型

针对六点支承形式的航空发动机双转子系统,建立了复杂离散动力学模型,对该模型进行结构降维,得到了两种简化动力学模型.首先采用有限元法建立了较为精确的多轮盘复杂离散动力学模型,然后基于质心集中方法对该模型进行了简化,分别得到了四轮盘双转子简化动力学模型和三轮盘双转子简化动力学模型,并将其与复杂离散动力学模型进行了临界转速的对比.结果表明,简化得到的四轮盘双转子简化模型,前三阶相应临界转速误差分别在5%,22%,10%之内,可以很好地保有原系统的动力学特性;简化得到的三轮盘双转子简化模型,在柔性支承下,前三阶相应临界转速误差在15%之内,可以较好地保有原系统的动力学特性.最后,给出了3种模型不平衡响应的对比分析图.这是一种从结构上将实际多轮盘双转子简化成少轮盘双转子的方法,降低了双转子系统的自由度,有利于在考虑到故障、支承非线性等因素后的理论计算分析.     

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.     

月球软着陆飞行动力学和制导控制建模与仿真

着重对月球软着陆制动段、接近段和着陆段的飞行动力学模型进行了研究,同时基于动力学模型对各阶段制导律进行了优化设计.制动段飞行时间和距离较长,拟采用均匀球体模型,该模型也是软着陆全过程下降轨迹分析和动力学仿真的基础;制导律设计中考虑到该段燃料消耗很大,主要以燃料最优为设计指标.接近段距离月面较近,且经姿态调整后接近垂直下降,拟采用平面月球模型;制导律设计采用基于重力转弯技术的最优开关制导律.着陆段几乎垂直下降,动力学模型可在平面月球模型的基础上简化为一维垂直下降模型,制导律设计拟在垂直方向采用简单的程序制导方式.最后,在考虑测量、推力误差以及环境干扰等影响下对着陆精度进行了初步仿真分析,结果表明,给出的软着陆三阶段动力学模型和制导律是可行的.     

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.     

黎卡提差分方程在电磁轴承最优控制中的应用

提出了一种电磁轴承模型预测最优控制方法.为了抑制陀螺效应引起的转子圆锥涡动,在传统二次型性能指标函数中引入同步误差项,基于离散状态方程有限步预估转子平动误差、同步误差以及控制器输出构造最优控制器优化目标函数.基于迭代黎卡提差分方程（Riccati Difference Equation）求解了最优控制器.用伪代数黎卡提方法（Fake Algebraic Riccati Technique）证明了所设计最优控制器的稳定性.通过数值仿真研究了控制器鲁棒性能与设计参数间的关系.针对某扁平型磁悬浮飞轮的仿真和实验结果均表明引入同步误差的最优控制器能有效的抑制圆锥涡动.     

基于真实机器的装配公差分析方法

机器上目标要素的位置误差是零件几何误差和装配误差共同作用的结果．为了研究装配基准的几何误差在装配链中的传递和变换,提出基于真实机器模型的装配积累误差建模与分析方法．首先,采用控制点变动模型表示零件几何要素,利用蒙特卡罗模拟方法生成几何要素相对于公称位置的变动实例．然后,根据理论正确尺寸确定几何要素相对于基准参考框架的公称位置．第三,提出基准参考框架建立方法,根据基准要素实例确定目标要素的测量基准参考框架．最后,提出装配接触模型,根据装配顺序和基准要素位置实例确定测量基准参考框架相对于装配基准体系的位置．通过以上4个过程计算装配链中所有关联要素在机器坐标系下的位置,获得装配基准体系的几何误差在装配链中的转递和变换关系．将真实机器装配情况模拟分解为4个模块化过程,可以实现装配误差分析的自动化．以三平面定位的轴孔装配的装配间隙计算为实例,验证了本文提出的方法．     

摇摆工况下两种舰船转子轴承系统的安全性与稳定性研究

倾斜摇摆工况下,轴承承受载荷随时间变化,这必然会影响轴承支撑的转子系统的安全性与稳定性分析结果,仅通过稳态分析难以保证支撑轴承自身的安全性和可靠性.本文采用西安交通大学润滑理论与轴承研究所多年积累的转子轴承系统动力学分析软件DLAP(dynamic lubrication analysis program),求解包含瞬态项的Reynolds方程和黏温方程,得到了正常工况下椭圆瓦、错位瓦轴承关键的运行参数如最小油膜厚度、最大油膜压力、温升、功耗和流量,同时对比分析了摇摆工况下两种轴承的轴心轨迹和油膜压力的变化.此外,基于轴承刚度和阻尼的分段线性化假设,建立不同横摇角度的转子轴承模型,耦合求解两种轴承支撑的转子系统的动力学模型,采用特征值和特征向量,不平衡响应分析、稳定性分析和瞬态动力学分析等手段,研究轴系的稳定性和安全性,最终得出摇摆工况下椭圆瓦轴承和错位瓦轴承支撑的转子系统的动力学特性.     

高超声速飞行器面向控制一体化迭代设计的参数化模型

针对高超声速飞行器复杂的运行环境以及强耦合的动力学特性,提出了一种适合控制一体化迭代设计的参数化模型.首先,讨论高超声速飞行器控制一体化迭代设计的必要性和研究现状.然后,采用二次曲线和状态类型函数法将典型的高超声速乘波体外形进行几何参数化.接着,基于面元法结合工程估算公式获取高超声速飞行器力和力矩,构建参数化的非线性动力学模型.进而,采用灵敏度分析策略得到力和力矩的解析表达式,将复杂的非线性动力学模型简化成适合迭代设计的仿真模型.最后,通过仿真实例验证了本文所提方法的可行性,结果表明所发展的参数化模型能够满足高超声速飞行器控制一体化迭代设计的需要.     

液体火箭增压输送系统多学科动力学研究

通过多学科动力学建模方法研究,首先建立了平台供气系统机械、气动与控制动力学特征模型,并对不同工况下系统动态性能进行数值仿真,着重研究调压压力、系统阻尼、充压方式、管路特性等对系统动态稳定性的影响,为系统动态稳定性分析及稳定性改进提高提供指导;最后结合某型号飞行过程中增压系统故障问题,建立了冷氦增压系统机械、气动、电磁、热与控制多学科动力学仿真分析模型,通过系统流量及压降分析进行故障定位,进一步探讨多学科动力学仿真在增压输送系统中的应用.     

底部加热长方体腔内空气自然对流的稳定结构及三维特性的研究

采用具有QUICK差分格式的SIMPLE算法对底部加热长方体腔内空气的自然对流进行了实验研究和数值计算.1）当四周壁面绝热时,腔内流体形成平行于短轴方向的多个长条状涡卷,而平行于长轴方向没有形成涡卷.当Rayleigh数较小时,腔内流动表现出明显的二维特性,沿短轴各个截面的涡卷流动基本一致,三维模型平行于短轴的各截面平均Nusselt数除了边壁处差别较大,中间大部分区域均与二维模型平均Nusselt数比较接近,腔内的空气流动在长轴方向除了边壁附近差别较大,中间大部分区域均呈现明显的二维特性,二维与三维模型计算结果一致,且与实验结果吻合.随着Rayleigh数的增加,涡卷数量与形状都会发生改变,在腔内出现多边形的涡卷,腔内的流动表现出明显的三维特性,此时采用三维模型才能取得与实验一致的计算结果.2）侧壁绝热或者传热量较小时,长高比为16时,三维模型计算得到与实验一致的结果,形成平行于短轴的10个长条状涡卷.当侧壁面有传热时,方腔内流动形成了平行于长轴方向的涡卷,并且热流方向相反时涡卷的旋转方向也相反.3）底部加热长方体腔内空气的自然对流换热,低Rayleigh数时流动和换热处于稳态,当Rayleigh数超过某一临界值时,流动和换热就会发生非线性振荡.随着Rayleigh数的增加,流动的情况基本分成四个区域：稳定区域、单倍周期区域、多倍周期区域和混沌区域.     

空化螺旋桨非定常粘性流场特征分析

基于粘性多相流理论,在均匀入流条件下,利用混合网格和滑动网格数值求解非定常纳维-斯托克斯（N-S）方程和空泡动力学方程来预报螺旋桨尾流场压力、速度和蒸汽体积分数.螺旋桨片空化、毂涡空化、尾流场梢涡空化和压力等的数值计算结果与相关实验一致.预报的尾流场压力信号叶频和轴频等特征与螺旋桨模型及设定参数一致.叶频信号的衰减速度随着进速系数和空化数的减小而增加.梢涡空化对近尾流场压力波动具有重要作用.     

大涡模拟在超音速燃烧领域的应用研究

随着大涡模拟技术发展日臻成熟及目前计算机运算速度的提高,大涡模拟已经逐渐由理论研究阶段进入工程实用阶段.采用大涡模拟进行超音速燃烧数值模拟时,必须能够准确模拟小尺度上的燃料/空气湍流混合过程及化学反应动力学过程.本文回顾了大涡模拟中的主要亚网格模型及亚网格燃烧模型,总结了国内外采用大涡模拟在超音速燃烧研究领域的应用情况,为大涡模拟的进一步发展和应用提供参考.     

一类飞行器姿态动力学特征建模研究

本文研究飞行器姿态动力学的特征建模问题.针对飞行器姿态动力学所具有的三角形式的仿射非线性系统,通过引入非线性系统的时间尺度和一类与系统状态有关的压缩函数,给出了将动力学压缩到特征模型参数中的一般方法,并且给出了特征模型的参数范围及其极限.从所给出的参数范围可以看出,特征模型参数的界与采样周期、建模误差、系统阶数、系统变化率有关.所建立的特征模型的建模误差可以按照控制精度的要求任意小,表明了特征建模和一般模型降阶方法是不同的,该方法并不丢失系统信息.在此基础上建立了挠性卫星姿态特征模型,并给出了参数的界和极限,为基于特征模型的飞行器控制设计奠定了理论基础.     

基于Pro／TOOLKIT的截割头截齿及齿座虚拟装配

通过建立单个截齿及齿座的定位模型,应用PROE的二次开发工具包Pro／TOOLKIT、VC＋＋和数据库技术,开发出掘进机截割头截齿及齿座的虚拟装配程序。该程序只需输入所有截齿定位模型的参数数据,即可得到整个截割头截齿与齿座的装配体。由此装配体能确定各个齿座的安装平面。进而得到满足设计要求的截割头头体,实现整个截割头的虚拟装配。为质量高、性能好的掘进机截割头的研发提供了一种高效、快捷的途径。     

探月工程3UPS-PU并联机构的动力学建模与分析

根据探月工程采样封装专项试验的要求,提出了一种3UPS-PU并联机构作为模拟着陆上升组合体在月球表面着陆姿态的实验平台。以此机构为研究对象,对其约束方程和位姿关系进行了分析,推导出驱动支链的杆长表达式和雅可比矩阵。在此基础上,利用虚功原理对该机构进行了动力学分析,建立了动力学模型。最后对典型工况进行MATLAB和ADAMS仿真验证,得到了驱动支链的杆长和驱动力变化规律,且仿真结果的误差非常小,验证了分析方法的正确性和可行性,解决了3UPS-PU并联机构运动学和动力学相关的一系列问题,同时该方法也适用于类似机构的研究与分析。     

50 GHz宽带采样电路相位误差及其不确定度的精确鲁棒估计

在50GHz宽带采样示波器的内部采样电路SPICE仿真模型的基础上,分析了内部采样电路产生相位误差的原因;定义相位误差为NTN(nose-to-nose)校准方法所获得的采样电路冲击响应相位与电路真实冲击响应相位之间的偏差,并给出了相位误差的计算方法,得出在50GHz时仿真的默认采样电路模型的相位误差为7.03°;逐一改变模型的各个参数,研究这些参数与相位误差之间的关系,在各个参数不确定度均为10%的前提下,分别量化分析采样电路每个元件参数的变化对相位误差的影响;在此基础上按照使相位误差增大或减小的趋势同时改变全部元件参数,可获得相位误差的上限和下限.基于B类估计理论,将这些参数的影响加以综合,得出模型相位误差的不确定度为1.34°.这一结论在国际上尚属首次提出,可直接应用到大信号网络分析仪简称LSNAs(large signal network analyzers)的50GHz带宽的相位校准中,具有极高的实用价值.     

基于磁流变驱动机制的电磁先导阀的可行性研究

结合国内外电磁先导阀发展现状,设计一种基于磁流变阀驱动的高压高水基先导阀,实现对传统电磁先导阀的电液控制.根据现有的电磁先导阀结构,对其正常工况时进行力学分析,建立其动力学模型.通过MATLAB/SIMULINK仿真软件得到磁流变网电场强度与压力降的关系,为磁流变驱动机制的可行性提供了理论依据.