軟地面半履帶氣墊車姿態(tài)控制研究.pdf

1、半履帶式氣墊車將氣墊技術與半履帶式行走機構有機結合在一起，可用于有效提高海灘、河流、沙漠、沼澤等地面松軟地帶車輛的通過性。該車輛在行駛過程中，由于車速的變化、載重的不均勻、路面的不平整以及圍裙的泄漏等原因會造成車體出現(xiàn)俯仰和側傾現(xiàn)象，使行駛阻力增大，造成總功率消耗增加，極端情況下甚至使行駛更加困難。因此，研究如何協(xié)調車輛行駛的功率消耗、驅動性能以及車輛運行時的姿態(tài)控制三者之間的關系對于提高車輛性能具有十分重要的意義。
　　本文的研

2、究工作是結合國家自然基金“軟地面半履帶氣墊車載荷匹配及行駛姿態(tài)的控制研究”（項目號:50675135）進行的。針對半履帶氣墊車輛結構實現(xiàn)方案、氣墊系統(tǒng)的特性試驗、利用多氣墊系統(tǒng)進行車身姿態(tài)調節(jié)時墊升系統(tǒng)的建模以及半履帶氣墊車姿態(tài)控制方案等問題，進行了較系統(tǒng)的研究。
　　本文在回顧氣墊車輛及其控制技術的研究現(xiàn)狀和控制中存在的問題的基礎上，建立了整車動力學模型和虛擬樣機模型。在此基礎上，設計制作了半履帶氣墊車的原理樣機。通過對原理樣機

3、的氣墊系統(tǒng)相關試驗和相對應的流體力學仿真，進行了多氣墊系統(tǒng)的特性研究，并建立了多氣墊系統(tǒng)的正向特性和逆向特性的神經網絡模型。
　　本文結合集成控制和分層控制的思想，提出了同時考慮車輛功率消耗、行駛驅動控制和車身姿態(tài)控制的半履帶氣墊車姿態(tài)控制方案。首先提出了混合廣義極限優(yōu)化算法(HGEO)來求解前饋控制回路中的最優(yōu)功率，得到的前饋控制廣義力是可以保證車輛運行狀態(tài)所需的基本目標廣義力;在反饋控制回路中，利用模型預測控制器(MPC)來求

4、解反饋控制目標廣義力，使基本目標廣義力根據(jù)車輛運行目標得到修正，進一步保證了車輛運行狀態(tài)所需的修正目標廣義力;在目標廣義力分配模塊中，將最終目標廣義力通過序列二次規(guī)劃(SQP)分配成目標驅動力矩和目標氣墊壓強;對于得到的目標氣墊壓強，通過氣墊系統(tǒng)逆特性人工神經網絡模型轉換成所需的風機轉速和各子氣墊可變閥門開度值。針對典型工況進行的仿真結果表明，所建立的車輛姿態(tài)控制器具有較好的控制性能，同時也驗證了控制框架中各模塊的必要性。
　　帶

5、非線性特性的氣墊系統(tǒng)和車輪-土壤間的非線性作用引起了半履帶氣墊車輛縱向、側向和垂向動力學之間的耦合，由此所帶來的控制問題是亟待解決的車輛工程領域的技術難點之一。本文所提出的對于半履帶氣墊車輛車輛姿態(tài)的控制器較為合理的考慮了這些耦合關系，既融合了車輛動力學、土壤地面力學、試驗研究、計算流體力學、虛擬樣機技術、優(yōu)化計算與先進控制理論應用，又兼顧了車輛功率消耗、行駛驅動控制和車身姿態(tài)控制，對工程技術領域和今后的非路面車輛控制系統(tǒng)的相關研究具有