● 摘要
工程机械液压底盘模拟试验台课题来源于长安大学211工程实验室建设项目。 工程机械液压底盘模拟试验台是大型的、复杂的综合机电设备，是融合了自动控制、测试、机械设计及制造、电气、液压等多种技术于一体的高技术产品。试验台由液压底盘模拟驱动系统、模拟加载系统、测试控制系统和辅助装置四部分组成。模拟驱动系统用来模拟实际工程机械的工作状态，要求其能通过多种不同的组合组成多种工程机械的类似结构，模拟中央驱动、双桥四轮驱动、轮边独立驱动等多种工程机械的驱动方式。模拟加载系统为驱动系统进行加载，用以考核在各种载荷模式下液压底盘驱动系统的工作性能。工程机械液压底盘模拟试验台的研制对于工程车辆的研制开发具有非常重要的意义。 本论文主要做了以下工作： 1、结合工程机械液压底盘模拟试验台研究的需要，运用理论建模的方法，分别建立了柴油机数学模型、油门控制器数学模型、变量泵－定量马达、定量泵－变量马达、皮囊蓄能器数学模型，为进行驱动系统的马达转速控制提供了理论分析模型。采用最小二乘法理论根据万有特性曲线图建立了具有最佳油耗的柴油机转矩－转速运行关系曲线，为柴油机的节能控制提供了理论和试验基础。 2、采用容积控制方式的单泵双马达速度同步控制是试验台项目开发中的技术难点，本文提出了采用直接自适应模糊控制的策略来提高单泵双马达的同步控制精度。直接自适应模糊控制系统能够充分利用系统的数据信息和带有模糊量的语言信息，并能根据情况进行自学习调整。仿真和试验结果证明：与常规PID控制相比，直接自适应模糊控制策略能够更能有效提升单泵双马达系统的同步控制精度。 3、采用常规PID控制对试验台系统的单泵单马达的转速、双泵双马达的直线行驶、转向行驶、恒定速行驶进行了实验研究，达到了要求的技术指标。为进一步提高系统性能，提出了柴油机依据最优油耗曲线运行的泵控马达系统抗负载干扰的研究。对柴油机、泵、马达采用模糊自适应PID控制提升了系统的转速控制精度，同时又保证了柴油机尽量在燃油高效区运行，因而具有良好的节能效果。 4、借鉴汽车行驶的巡航速度的概念，提出了工程机械液压底盘模拟试验台的巡航工作模式。采用模糊自适应PID控制对双泵双马达系统进行了在最佳燃油利用率工作点的控制。试验表明采用模糊自适应PID控制，柴油机的转矩和转速运行曲线在最佳工作点上具有较好的集中度，使柴油机的燃油效率得到了有效的发挥，适合大功率工作情况。 5、提出了试验台系统综合节能的控制策略，保证了试验台系统柴油机在最优油耗曲线下运行，辅助系统如冷却系统通过变频冷却保证了液压油工作在最合适的粘度值上，使液压泵、马达的效率在最高处及其附近运行。理论计算，能够有3％～6％的额外节能效果。 6、采用PID控制实现了转速变量控制和马达高压自动变量控制的匹配试验，拓展了该技术的使用范围。为进一步提高系统性能，提出采用具有学习功能的模糊神经网络自组织控制器，提高了系统的精度。试验表明：柴油机－泵的转速变量控制和马达高压自动变量控制相结合，依据最优油耗曲线理论控制系统的运行时，能够形成较为理想的驱动装置，对于马达受低转矩负载的情况具有更明显的节能效果。