● 摘要
本论文以“工程机械液压底盘模拟试验台”研制为背景，以建立高质量的车辆传动系统动态仿真试验系统为目标。对采用基于二次调节原理的加载系统进行了深入的理论和实践研究。负载模拟系统作为典型的位置扰动型力（矩）伺服系统已经经过了几十年的发展历程，传统的负载模拟系统在实现较好的控制效果的同时，也面临着一些问题，例如多余力矩、耗能大等。为解决这个问题，特提出采用二次调节技术实现运动加载的方案。二次调节液压系统具有四象限工作的能力，节能、并且能量可以回收。基于二次调节原理的加载系统在加载过程中不存在多余力的问题，位置扰动只会直接影响系统流量，泵源系统的恒压调节能力决定了这种流量变化对系统工作压力影响程度。本文首先对作为仿真试验系统加载部分的液压二次调节加载系统的动态特性进行了深入的理论和试验研究。在分别建立了二次元件（包括泵/马达、电液伺服阀与控制油缸）及恒压油源（包括恒压变量泵、液压蓄能器）的数学模型后，建立了二次调节扭矩加载装置的整体数学模型，并通过试验对理论模型的正确性加以验证。通过该模型可以看到转矩系统以负载流量的形式对油源系统引入了干扰，由此而产生的油源压力波动反过来又形成了对转矩系统的扰动，表明油源系统和转矩系统之间是相互关联的。针对二次调节加载系统特点，提出采用预测函数控制（PFC）方法。PFC是第三代模型预测控制，它的出现不仅丰富了模型预测控制的内容，而且为快速随动系统的控制提供了一种切实有效，简便易行的控制方法。论文阐述了PFC的基本原理，同时推导了PFC算法。从理论上分析了采用PFC控制方法的单变量和多变量控制系统的闭环稳定性、跟踪特性、鲁棒性等问题，在此基础上讨论了PFC控制方法控制参数的调节方法。针对二次调节加载系统的耦合特性，提出了采用多变量PFC进行解耦控制方法，取得良好的效果。针对二次调节加载系统模型的不确定性，提出了将小波网络与预测函数控制（PFC）相结合，以提高系统模型的精度，使控制系统具有较好的动态跟踪性能，较高的稳态精度。首先分析了小波变换的特性，在小波分析的基础上论述了小波网络的结构、特点及计算方法，进一步总结了小波网络模型结构与分类，分析了小波网络的函数逼近性能。研究了小波网络的拓扑结构设计问题，小波网络具有函数逼近能力、收敛速度快、易适应新数据、可以避免较大的外推误差和算法较简单等特点。由于小波网络上述优点，因而小波网络预测函数控制具有很好的跟踪精度和鲁棒性。仿真与试验研究表明，采用小波网络预测函数控制方法针对二次调节加载系统进行控制，使系统具有抑制干扰能力强、跟踪性能好的特点。实验台系统采用了两层网络结构，特别是现场控制层采用了PROFIBUS-DP控制网络，将控制器、执行器和传感器都通过网络连接起来，扩展系统简单方便，与传统的DDC、DCS控制系统相比优点众多。完成了工程机械液压底盘模拟试验台系统的总体设计和实验研究，设计和建立了系统的整体方案，编写了相应的控制软件。进行了系统硬件系统构成和设计，实现了对加载系统各部分包括：电机、恒压变量泵、二次元件的控制。对加载控制率进行了研究，使得加载系统能够模拟工程车辆工作过程中所受的各种载荷。大量的仿真研究和实验研究，验证了所设计的系统原理及控制算法的正确性，给出了实验结果。试验表明本文提