軸耦合道路模擬試驗(yàn)臺(tái)的六維力波形復(fù)現(xiàn)控制方法研究.pdf

1、六自由度軸耦合道路模擬試驗(yàn)臺(tái)是目前最具代表性的汽車(chē)疲勞試驗(yàn)設(shè)備，但我國(guó)尚沒(méi)有能力獨(dú)自完成該產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，其核心問(wèn)題之一是控制技術(shù)的研究。本文以哈爾濱工業(yè)大學(xué)在研項(xiàng)目“軸耦合道路模擬試驗(yàn)臺(tái)”為背景，針對(duì)六維力波形復(fù)現(xiàn)控制技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與研究。
　　本文首先對(duì)ADAMS模型進(jìn)行完善，以解決聯(lián)合仿真中模型容易發(fā)散的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上建立完整的汽車(chē)負(fù)載模型，完成四角配置的整車(chē)模擬樣機(jī)模型。在逆運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)上，采用Newton-Euler

2、法，利用矢量的叉乘與點(diǎn)乘約掉眾多無(wú)關(guān)未知約束力，最終建立了液壓作動(dòng)器、雙臂曲柄以及臺(tái)架的逆動(dòng)力學(xué)模型，從而完成由臺(tái)架六維力到六個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)力的模型建立。綜合分析負(fù)載特性，建立垂直方向雙自由度以及其他方向單自由度液壓系統(tǒng)模型，并通過(guò)二階振蕩環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、滯后校正及PID控制等進(jìn)行校正，得到理想的單通道電液伺服力控制效果。
　　考慮激勵(lì)信號(hào)的設(shè)定直接影響系統(tǒng)頻響函數(shù)辨識(shí)精度，本文首先給出時(shí)域信號(hào)到功率譜密度的 Welch法以及功率譜

3、密度到時(shí)域信號(hào)的諧波疊加法與時(shí)域隨機(jī)化法，并針對(duì)系統(tǒng)辨識(shí)提出參數(shù)辨識(shí)以及非參數(shù)辨識(shí)兩種方法。參數(shù)辨識(shí)采用隨機(jī)信號(hào)單點(diǎn)激勵(lì)的方式，應(yīng)用殘差平方和估計(jì)出系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)，并在SISO遞推最小二乘算法的基礎(chǔ)上擴(kuò)展到MIMO算法，辨識(shí)得到6個(gè)自由度的頻響函數(shù)矩陣。非參數(shù)辨識(shí)中依次給出頻響函數(shù)的H1法、H2法以及改進(jìn)后的H3與H4算法，激勵(lì)信號(hào)采用多點(diǎn)隨機(jī)激勵(lì)的多正弦信號(hào)輸入從而提高辨識(shí)精度，采用相干函數(shù)作為判別標(biāo)準(zhǔn)，獲得不同采樣周期對(duì)頻響函數(shù)辨識(shí)

4、精度的影響規(guī)律。
　　僅依靠伺服控制難以滿(mǎn)足系統(tǒng)的控制精度要求，因此需要六維力波形復(fù)現(xiàn)技術(shù)提高系統(tǒng)的加載精度。考慮實(shí)際道路模擬試驗(yàn)，采用諧波疊加法再現(xiàn)了路面不平度的位移及加速度信號(hào)，并以此作為頻響函數(shù)辨識(shí)及迭代控制的輸入。采用奇異值截?cái)喾ㄒ约靶拚▽?duì)辨識(shí)得到的頻響函數(shù)中較小的奇異值進(jìn)行處理，然后采用廣義逆的理論求解系統(tǒng)的阻抗函數(shù)，從而保證迭代算法的穩(wěn)定性。針對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的修正，采用分段迭代法以及變修正系數(shù)的迭代改進(jìn)算法，提高迭代算法