Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Технология создания и доводки алгоритмов адаптивного управления демпфированием в подвеске колёсных машин в особых условиях движения

Диссертация: Технология создания и доводки алгоритмов адаптивного управления демпфированием в подвеске колёсных машин в особых условиях движения
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Цель диссертационной работы состоит в разработке метода создания и доводки алгоритмов адаптивного управления демпфированием в подвеске колёсных машин в различных условиях движения на основе комплексной математической модели ТС, допускающей перенос программы управления на бортовой микропроцессор автомобиля с минимальными изменениями для повышения эффективности работы подвески колёсной машины… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Состояние вопроса по системам гашения колебаний. Постановка задачи исследования
    • 1. 1. Классификация систем гашения колебаний
    • 1. 2. Классификация управляемых систем подрессоривания
    • 1. 3. Модели для исследования систем гашения колебаний
    • 1. 4. Выводы и задачи исследования
  • Глава 2. Разработка математической модели автомобиля
    • 2. 1. Программное обеспечение для работы с виртуальными прототипами машин
    • 2. 2. Модель автомобиля
    • 2. 3. Выводы ко второй главе
  • Глава 3. Разработка алгоритма адаптирного демпфирования
    • 3. 1. Анализ влияния параметров демпфирования подвески на плавность хода
    • 3. 2. Стационарные режимы — случайный профиль
    • 3. 3. Нестационарные режимы
    • 3. 4. Единичные препятствия
    • 3. 5. Получение оценок динамических показателей
    • 3. 6. Задание для программирования блока управления
    • 3. 7. Отладка работы алгоритма
    • 3. 8. Выводы к третьей главе
  • Глава 4. Идентификация математической модели
    • 4. 1. Анализ экспериментальных и расчётных данных
    • 4. 2. Выводы к четвёртой главе

Технология создания и доводки алгоритмов адаптивного управления демпфированием в подвеске колёсных машин в особых условиях движения (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность работы.

Повышение плавности хода и защита от вибраций является актуальной проблемой транспортного машиностроения Рост скоростей, увеличение максимальной грузоподъёмности и мобильности транспортных средств, увеличение времени работы водителей, зачастую неудовлетворительное состояние дорог обуславливают необходимость совершенствования виброзащитных систем и внедрение новых технических решений.

Одним из путей решения проблемы снижения затрат и уменьшения времени для разработки новых ТС и систем управления является использование имитационного компьютерного моделирования. При этом использование специального программного обеспечения для построения математических моделей с управляющими контурами позволяет сократить время разработки как на этапе создания математических моделей так и на этапе внедрения алгоритмов управления в микропроцессорный блок управляющей системы автомобиля.

Проведённый анализ алгоритмов управления параметрами подвески показал, что они имеют сложную структуру и для их реализации необходимы сложные системы управления Создание и отладка таких управляющих систем является сложной и ресурсоёмкой задачей Математическое моделирование всей системы с управляющими контурами и управляющими блоками позволяет существенно сократить экономические издержки как на этапе проектирования, так и на этапе испытаний и отладки Также оно позволяет вести дальнейшие исследования без создания опытных образцов.

Цель диссертационной работы состоит в разработке метода создания и доводки алгоритмов адаптивного управления демпфированием в подвеске колёсных машин в различных условиях движения на основе комплексной математической модели ТС, допускающей перенос программы управления на бортовой микропроцессор автомобиля с минимальными изменениями для повышения эффективности работы подвески колёсной машины и уско-. рения её цикла разработки.

Для достижения поставленной цели в работе были поставлены и ре- • шены следующие задачи:

1. проведён анализ современных систем управления подвеской автомобиля и методов их проектирования;

2. разработана пространственная математическая модель автомобиля с учётом управляющих контуров, включающая в себя программу управления демпфированием подвески, позволяющая выполнить анализ и доводку алгоритма’управления системы гашения колебаний- .

3. определены рациональные параметры демпфирования и упругих свойств подвески при движении ТС в различных условиях движения;

4. сформулированы критерии алгоритма переключения демпфирования в амортизаторах подвески колёсных машин в зависимости от типа микропрофиля и режима движе-ния (прямолинейное движение, разгон, торможение, поворот);

5. проведена идентификация созданной модели АТС по результатам экспериментальных данных;

Научная новизна:

1. обоснован метод отладки и доводки управляющих программ подвеской колёсной машины на математической модели, позволяющий с минимальными изменениями переносить программу в микропроцессорный блок управления реального объекта;

2. разработана и отлажена оригинальная пространственная многомассовая модель АТС колёсной машины, с учётом кинематики работы подвески и различных упругих соединений, которая позволяет получить адекватные результаты нагружения и ускорений различных элементов конструкции АТС;

3. впервые предложен многокритериальный алгоритм адаптивного управ-' ления демпфированием подвески автомобиля и доказана его эффек-. тивность при выборе рациональных параметров управления.

Практическая значимость. Разработанный метод отладки алгоритма управления демпфирующими свойствами элементов подвески колёсной" машины позволяет сократить сроки проектирования и доводочных испытаний. Разработанная математическая модель является универсальной и позволяет исследовать свойства ГПР различных конструкций. Математическая модель отличается учётом управляющих контуров и управляющих мо-. дулей, которые позволяют’запрограммировать алгоритм управления демпфирующими свойствами ГПР с учётом переноса в микропроцессорный блок' управления. Научные положения диссертации обоснованы и подтверждены идентификацией математической модели с экпирементальными данными.

Результаты, изложенные в диссертации, могут быть использованы .для:

1> усовершенствования работы алгоритма управления подвеской автомобиля с использованием разработанной математической модели;

2. разработки и внедрения новых алгоритмов управления подвеской АТС на основе разработанной математической модели;

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ОАО «ВМК «ВгТЗ» .

Апробация работы’Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

1. XIV региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, ноябрь 2009 г.);

2. научном семинаре «Компьтерное моделирование в железнодорожном транспорте: вопросы динамики, Прочности и изноСа» (Брянск, фе-враль.

2009 г.);

3. первой объединённой международной конференции 1М50 2010 (Лап-пеенранта, Финляндия, 25−27 мая, 2010 г);

4 48-ой научной конференции (ВолгГТУ, Волгоград, 31 января — 4 февраля 2011 г.);

5. 49-ой научной конференции (ВолгГТУ, Волгоград, 30 января — 3 февраля 2012 г.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах, из них 3 статьи во входящих в «Перечень россииских рецензируемых научных журналов рекомендованных ВАК, 2 статьи в сборниках трудов конференций и тезисы 2 докладов. •.

Личный вклад автора В работах [1−7] автор принимал непосредственное участие в постановке задач, выполнении работ, проведении расчетов, в подготовке и проведении экспериментальных исследований, в обсуждении полученных результатов.

4.2. Выводы к четвёртой главе.

Общий сравнительный анализ результатов моделирования показывает, что математическая модель имеет хорошую сходимость с реальными экспериментами. Низкий процент совпадения СКЗ вертикльных ускорений на разбитом булыжнике обусловлен отсутствием учёта работы трансмиссии в математической модели АТС, допущением, что все тела в составе модели абсолютно жёсткие, и различиями в характеристиках профиля д<�ш эксперимента и для’расчёта. Добавив модель трансмиссии и упругости элементов конструкции в общую модель автомобиля, можно уменьшить погрешность результатов до уровня .в 10−20%.

Заключение

.

На основе проведённой работы выделим основные результаты, которые были достигнуты в соответствии с задачами, поставленными перед данным исследованием:

1. Разработана и отлажена технология создания алгоритма адаптивного управления подвеской колёсной машины в различных условиях' движения, которая позволяет переносить реализованный алгоритм с математической модели на систему управления 'автомобиля с минимальными модификациями;

2. Разработана пространственная математическая модель АТС повышен-. ной проходимости, учитывающая контуры управления. В модели реализован адаптивный алгоритм управления демпфирования элементов подвески;

3. .Установлено, что погрешность значений СКЗ вертикальных ускоре-. ний в модели по сравнению с экспериментом не превышает 31%. Для рассмотренных стохастических процессов полученная погрешность говорит об адекватности разработанной математической модели;

4. Установлены рациональные •показатели демпфирования в подвеске АТС повышенной проходимости для стационарных и нестационарных условий движения;

5. Разработан многокритериальный алгоритм работы адаптивного демп- • фирования в подвеске АТС повышенной проходимости. Преимущество созданного алгоритма в том, что он комплексно. учитывает раз.

• личные'- параметры влияющие на плавность хода и управляемость: скорость автомобиля, ускорения на сиденье водителя, ускорения на раме сзади, относительные перемещения штоков. ГПР, положение педалей тормоза и акселератора, угол поворота рулевого колеса;

Показать весь текст

Список литературы

  1. A.A., Афанасьев В. Л., Васильев B.C. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель / Ed. by. Хачатуров Машиностроение, 1976.
  2. . A.C., Кушвид Р. П., Карцов С. К. Развитие теории управляемости и устойчивости движения автомобиля на базе пространственных компьютерных моделей. Машиностроение, 2004.
  3. A.C., Карцов С. К., Р.П. Кушвид. Комплекс ФРУНД инструмент исследования динамики автомобиля // Автомобильная промышленность. 2005. Т. 2. С. 32−33.
  4. С.М., Тольский В. Е., Горобцов A.C. Современные методы проектирования автомобиля. Проблемы и пути их решения // Автомобильная промышленность. 2008. Vol. 10. Р. 34−36.
  5. Ефимов Г Б., Погорелов Д. Ю. Универсальный механизм пакет программ для моделирования динамики систем многих твердых тел // ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. 1993. Vol. 77.
  6. С.А., Шмелев E.H. Особенности формирования математических моделей технических объектов средствами программного комплекса PRADIS // Информационные технологии 1996. Vol. 3. Р. 14−19.
  7. В.Г. Моделирование динамики механических систем в программном комплексе Euler // САПР и графика. 1998. Vol 1 Р. 38−48.
  8. А.С. ' Программный комплект моделирования пространственного движения систем твердых и упругих тел // Инженерный журнал. 2004. Vol. 9.
  9. Agarwal М. А systemic classification of neural-network-based control // IEEE Control Syst Mag. 1997. Vol. 2. -P. 75−93. •
  10. Ahmadian M., Marjoram R.H. Effects of passive and semi-active suspension on body and wheel-hop control. SAE paper 892 487, 1989.
  11. Al-Houlu N. Weaver J., Lahdhiri Т., Joo D S Sliding mode-based fuzzy logic controller for a vehicle suspension system // American Control Conference, San Diego, USA. 1999.
  12. Alanoly J., Sankar S. A new concept in semi-active vibration isolation // J Mech Transmissions Autom Des. 1987. Vol. 109. P. 242−247.
  13. Alleyne A., Neuhaus P.E., Hedrick J.K. Application of non-linear control theory to electronically controlled suspensions // Vehicle Syst Dyn. 1993. Vol. 22. P. 309−320.
  14. Baker A. Lotus active suspension // Automotive Engineer. 1984. P. 56−57.
  15. Barak P., Hrovat H. Application of the LQG approach to the design of an automotive suspension for three-dimensional vehicle model // Proc IMechE Advanced Suspensions Conference, London, UK. 1988.
  16. Besinger F.H., Cebon D., Cole D.J. An experimental investigation into the use of semi-active dampers-on heavy lorries // Proc 12th IAVSD Symposium on Dynamics of Vehicles on Roads and on Railways Tracks 1991.
  17. Chalasani R.M. Ride performance potential of active suspension systemJ. s-part II: comprehensive analysis based on a full-car model. // ASME Symposium on Simulation and Control of Ground Vehicles and Trans.-portation Systems. 1987.
  18. Chang S: L., Wu C.H. Design of an active suspension system based on • a biological model // American Control Conference, Albuquerque, USA. 1997.
  19. Chantranuwathana S., Peng H. Adaptive robust control for active suspensions // Proc American Control Conference, San Diego, USA. 1999.
  20. Cole D.J., Cebon D., Besinger F.H. Optimization of passive and semi-active heavy vehicle suspensions // SAE paper 942 309. 1994.
  21. Computer Aided Design Software. User’s guide. Inc. DADS, 1992.22.- Crolla D.A. Vehicle dynamics — theory into practice // J Automobile Eng. 1995. Vol.209. P. 1−12.
  22. Crolla D.A., Abdel Hady M.B.A. Semi-active suspension control' for a full vehicle model // SAE paper'911 904. 1988.
  23. Crolla D.A., Aboul Nour A.M.A. Theoretical comparisons of various active suspension systems in terms of performance, and power requirements // Proc IMechE Advanced Suspensions Conference, London, UK,. 1988.
  24. Crolla D.A., Horton D'.N.L., Pitcher R.H., Lines J.A. Active suspension •control for an off-road vehicle // Proc ImechE Dl. 1987. Vol. 201. P. 1−10. .
  25. Cross J. Farewell to rock and roll // Automotive Eng 24. 1999. Vol. 7 P. 42−43.
  26. Federspiel-Labrosse G. M. Contribution a l’etude et au perfectionement de la suspension des vehicules // J de la SIA. FISITA. 1954. P. 427−436.
  27. Gillespie T.D. Fundamentals oi Vehicle Dynamics. Society oi Automotive Egineers, Inc. Warrendale. 1992.
  28. Goodall R.M., Kortum W. Active control in ground transportation — a review of the state-of-the-art and future potential // Vehicle Syst Dyn 1983. Vol. 12. P. 225−257.
  29. Goodall R.M., Kortum W. Active control in ground transportation — a review of the state-of-the-art and future potential // Vehicle Syst Dyn 1983. Vol. 12. P. 225−257.
  30. Groenewald M.L., Gouws J. In-motion tyre pressure control system for vehicles // Proc IEEE Mediterranean Electrotech Conf. 1996.
  31. Hac A. Adaptive control of vehicle suspension // Vehicle Syst Dyn. 1987. Vol. 16. P 57−74.
  32. Hac A. Optimal linear preview control of active vehicle suspension // Vehicle Syst 21. 1992. Vol. 3. P. 167−195.
  33. Hac A., Youn I. Optimal semiactive suspension with preview based on a quarter car model // J Vib Acoust 114. 1992. Vol. 1. P. 84−92.
  34. Hedrick J.K., Wormely D.N. Active suspension for ground support vehicles a state-of-the-art review // ASME-AMD. 1975 Vol. 15. P. 2−40
  35. Hillebrecht P., Konik D., Pfeil D. The active suspension between customer benefit and technological competition // Proc XXIV FISITA Congress, Total Vehicle Dynamics-2. 1992.
  36. Isermann R. Mechatronic systems: fundamentals. Springer, 2005. ISBN: 9 781 852 339 302. URL: http://bQoks.google.co.in/books? id=nwgyG4t-uWYC.
  37. Karnopp D.C., Crosby M.J., Harwood R.A. Vibration control 'using semi-active force generators // J Eng Ind. 1974. Vol. 97. P. 619−626.
  38. Kim C., Ro P.I. A sliding mode controller for vehicle active suspension systems with non-linearities // Proc IMechE J Automobile Eng 212 1998. Vol. 2. P. 79−92.
  39. Lanchester F.W. Motor car suspension and independent springing // Proc IMechE J Automobile Eng Dl. 1936. Vol. 30. P. 668−762.
  40. Liu Y., Waters T.P., Brennan M.J.' A comparison of semi-active damping control strategies for vibration isolation of harmonic disturbances // J Sound Vib. 2005. Vol. 208. P.' 21−39.
  41. Majjad R. Estimation of suspension parameters // Proc IEEE Int Conf on Control Applications, Hartford, USA. 1997.
  42. Margolis D.L. The response of active and semi-active suspensions to realistic feedback signals // Vehicle Syst Dyn 11. 1982 Vol. 5−6 P. 267−282.
  43. Margolis D., Nobles C.M. Semi-active heave and roll control for large off-road vehicles //-SAE paper 912 672. 1991.
  44. Martins I., Esteves J., Da Silva F.P., Verdelho P. Electromagnetic hybrid active-passive vehicle suspension system // Proc IEEE 49th Vehicular Technology Conference, Houston, USA. 1999.
  45. Mechanical Dynamics, Inc., ADAMS/Vehicle, User’s Guide (Version 8.0). 1988.
  46. Miller L.R., Nobes C.M. The design and development of a semi-active suspension for a military tank // SAE paper 881 133. 1988.
  47. Milliken W.F., Milliken D.L. Race car vehicle dynamics. SAE, Warren-dale, 1995.
  48. Mohan B., Phadke S.B. Variable structure active suspension system // Proc IEEE 22nd Int Conf on Industrial Electronics, Control, and Instrumentation, IECON, Taipei, Taiwan. 1996.
  49. Moran A., Nagai M. Analysis and design of active suspensions by H robust control theory // JSME Int J, Series III. 1992. Vol 3. P. 427−437
  50. Moran A., Nagai M. Optimal active control of nonlinear vehicle suspensions using neural networks //.JSME Int J, Series C. 1994. Vol 1 P. 707−717.
  51. Ogawa .Y., Kawasaki H., Arai J., Nakazato M. Application of semi-active suspension system to railway vehicles // Fourth Japan Hydraulics and Pneumatics Society Int Symposium on Fluid Power, Tokyo, Japan. 1999
  52. Park J.H., Kim Y.S. Decentralized variable structure control for active suspensions based on a full-car model // Proc IEEE Int Conf on Control Applications, Trieste, Italy. 1998.
  53. Rakheja S., Sankar S. Vibration and shock isolation performance of a semiactive «on-off» damper // ASME J Vib, Acoust, Stress Reliab Des 1985. Vol. 107. P. 398−403.
  54. Ramsbottom M., Crolla D.A. Plummer A R Robust adaptive control of an active vehicle suspension system // Proc IMechE D. 1999 Vol, 213 P. 1−5.
  55. Sammier D., Sename 0., Dugard L. H control of active vehicle suspensions // Proc IEEE Int Conf on Control Applications, Anchorage, USA 2000.
  56. Satoh M., Fukushima N., Akatsu Y. et al. An active suspension employing an electrohydraulic pressure control system // Proc 29th Conference on Decision and Control, Honolulu, USA. 1990.
  57. Sharp R. S, Crolla D.A. Road vehicle suspension system design a review // Vehicle Syst Dyn. 1987. Vol. 16. P. 167−192.
  58. Shaw M. Application of hydro-elastomer technology to vehicle suspensions: Ph.D. thesis / University of Bath, UK. 1999.
  59. Stayner R.M. Suspensions for agricultural vehicles // Proc IMechE Conference on Advanced Suspension’s, London, UK. 1988.
  60. Tan H S, Bradshaw T. Model identification of an automotive hydraulic active suspension system // American Control Conference, Albuquerque, USA. 1997.
  61. Thompson A.G. An active suspension with optimal linear state feedback // Vehicle Syst Dyn. 1976 Vol 5 P. 187−203
  62. Tiliback L.R., Brood S. Active suspension — the Volvo experience // SAE paper 890 083. 1989.
  63. Titli A.,'Roukieh S., Dayre E. Three control approaches for the design -of car semi-active suspension (optimal control, variable structure control, fuzzy control) // Proc IEEE Conf Decis Control. 1993.
  64. Tseng H.E., Hedrick J.K. Semi-active control laws optimal and sub-optimal. // Vehicle Syst Dyn. 1994. Vol. 23. P. 545−569.
  65. Ursu I., Ursu F., Vladimirescu M. The synthesis of two suboptimal ' electrohydraulic suspensions, active and semiactive, employing the receding horizon method // Nonlin Anal, Theory Appl. 1984 Vol. 4 P. 1977−1984. •
  66. Valasek M., Kortum’W., Sika’Z. et al. Development of semi-active road friendly truck suspensions // Control Eng Practice. 1998. Vol. 6. P. 735−744.
  67. Vemuri V. Artificial neural networks in control applications // Adv Corn-put. 1993. Vol. 36. P. 203−254.
  68. Williams R.A., Burnham K.J., Webb A.C. Developments for an oleo-p-neumatic active suspension // Prtic IEEE International Symposium on Computer-Aided Control System Design, Dearborn, USA. 1996.
  69. Yagtz N., Ozbulur V, Inane N./Derdiyok A Sliding modes control of active suspensions // Proc 12th IEEE Int Symposium on Intelligent Control, Istanbul, Turkey 1997.
  70. Yi K., Song B.S. A new adaptive sky-hook control of vehicle semi-active suspension // Proc IMechE, J Automobile Eng. 1999. Vol, 213 P 293−303
  71. Yokoya Y., Kizu R., Kawaguchi H. Integrated control system between active control suspension and four-wheel steering foi the 1989 Cehca // SAE paper 901 748 1990. Vol. 6. P. 1546−1561.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?