電控機械式自動變速器(AMT)換擋氣動伺服控制.pdf

1、氣動技術(shù)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進行能量與信號傳遞的工程技術(shù)。氣動技術(shù)具有成本廉價、較高的功率重量比、清潔無污染、設(shè)計簡單、維護和使用方便等優(yōu)點，并且還具有防燃、防爆、防電磁干擾等獨特的優(yōu)勢，為電控氣動機械式自動變速器(Automatedmanual transmission，AMT)的開發(fā)提供十分有利的支持。然而由于氣動系統(tǒng)具有很多不利于精確控制的弱點，如氣體本身固有的可壓縮性、低剛度和低阻尼特性、氣體通過閥口流量的非線性、氣缸等執(zhí)行

2、器復雜的摩擦力特性等，使得電控氣動式AMT換擋控制的效果不如電控液壓式AMT理想，因此其發(fā)展受到限制。近年來微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類性價比較高的氣動控制閥、執(zhí)行元件和傳感器不斷涌現(xiàn)，各種控制算法的不斷提出，使得電-氣比例/伺服控制技術(shù)取得了很大的進步，很大程度上拓寬了氣動技術(shù)的應(yīng)用范圍，這使得電控氣動式AMT高精度伺服控制的成功研發(fā)成為可能。
　　本論文有七個章節(jié)，各章節(jié)分述如下:
　　第一章，詳細介紹了AMT技術(shù)國內(nèi)外的

3、研究現(xiàn)狀，指出AMT研究的關(guān)鍵技術(shù)在于離合器的控制。由于采用壓縮空氣來驅(qū)動離合器執(zhí)行器，故著重介紹AMT的氣動相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀。最后概述了本課題的研究意義、研究難點以及主要研究內(nèi)容。
　　第二章，分析了AMT系統(tǒng)各工作階段的動力學模型，研究了影響換擋品質(zhì)的主要因素，確定了AMT氣動伺服控制的關(guān)鍵階段;建立了AMT氣動系統(tǒng)非線性模型（閥口流量模型、腔內(nèi)氣體熱力學模型以及氣缸摩擦力模型），為后面控制器設(shè)計做準備;通過實驗測試，確定模

4、型中的各參數(shù)值以及PWM控制的開關(guān)閥的占空比與流量的關(guān)系;提出了離合器負載特性測試的新方法，為實現(xiàn)高精度的AMT氣動伺服控制奠定基礎(chǔ)。
　　第三章，為了避免氣缸運動過程中出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，試驗分析了節(jié)流口聲速流導、外作用力、供氣壓力以及進氣腔初始體積在實際應(yīng)用中對氣缸爬行的影響。通過對爬行現(xiàn)象的分析及現(xiàn)有的研究提出爬行判據(jù)，以此判據(jù)為依據(jù)設(shè)計不同工況下的臨界爬行試驗。對試驗曲線進行觀察，發(fā)現(xiàn)氣缸最終趨于勻速運動。通過對臨界爬行試驗數(shù)據(jù)

5、進行多項式曲面擬合，得到以供氣壓力、節(jié)流口聲速流導以及外作用力為參數(shù)的氣缸爬行經(jīng)驗判別函數(shù)式。為了驗證其有效性和可行性，對另一個同型號的氣缸進行多次試驗，結(jié)果表明:該經(jīng)驗判別函數(shù)式能有效的預測不同供氣壓力、節(jié)流口聲速流導及外作用力下同型號氣缸是否產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，以此指導實際工程應(yīng)用。
　　第四章，為了研究閥控缸氣動系統(tǒng)在遭受遲滯影響的不確定的變剛度（存在負剛度階段）的大負載力作用下運動軌跡的跟蹤，采用對干擾和系統(tǒng)不確定性具有很強魯棒

6、性的滑模控制算法并以此為基石，首先提出一種不基于模型的滑?？刂扑惴?，通過開關(guān)閥直接實施滑?？刂坡啥煌ㄟ^脈寬調(diào)制來跟蹤參考的軌跡信號。通過氣壓驅(qū)動力間接估算負載力的特性，理論上采用此方法間接估計到的值誤差小，更加貼近在此種軌跡運動下真實的負載力特性。隨后，對估計出的負載力進行數(shù)學建模為后續(xù)采用基于模型的滑模控制算法控制運動軌跡的跟蹤做好準備。由于負載力存在負剛度階段，低剛度系統(tǒng)對外界擾動力的抵抗是很弱的。為了進一步提高此氣動系統(tǒng)的軌跡跟

7、蹤精度，不僅提出了運動軌跡和剛度最大化同時控制的思想，也在研究了自適應(yīng)魯棒控制算法后提出了改進自適應(yīng)魯棒控制的算法。最后，通過試驗證明了上述的氣動系統(tǒng)軌跡跟蹤伺服控制策略的有效性。
　　第五章，為了實現(xiàn)AMT離合器氣動伺服控制——快速的分離和光滑的接合，有必要研究離合器執(zhí)行器的氣動伺服控制。閥控缸氣動系統(tǒng)運動軌跡跟蹤控制的研究已經(jīng)在上一章中呈現(xiàn)。在上一章研究中提到氣動系統(tǒng)高精度伺服控制的實現(xiàn)需要依靠要求系統(tǒng)全狀態(tài)信息的基于模型的非

8、線性控制技術(shù)。然而，出于成本的考慮，AMT系統(tǒng)中不使用壓力傳感器，故腔內(nèi)壓力狀態(tài)信息是未知的。為了解決這一問題，一個代替壓力傳感器的非線性的全局壓力觀測器在本章被提出。它是負載獨立的且在李雅普諾夫意義上是穩(wěn)定的。通過試驗分析并選擇合適的壓力觀測器的多變指數(shù)。最后，本章提出一個基于全局壓力觀測器的復合滑模控制器，并引入運動和剛度最大化同時控制。廣泛的試驗表明所提出的基于壓力觀測器的控制器是可行的有效的。
　　第六章，根據(jù)前面第四章節(jié)

9、和第五章節(jié)的研究，為了使AMT在不使用壓力傳感器情況下通過氣動伺服控制完成換擋過程，擋位的切換控制采用不基于模型的滑?？刂扑惴?離合器的分離、接合控制采用提出的基于壓力觀測器的復合滑?？刂撇呗?，其中離合器的分離階段采用不基于模型的滑模控制而在離合器完全分離后采用的是所提出的運動和剛度最大化同時控制的策略?；诜謱拥目刂扑枷?，為離合器和擋位協(xié)同控制下完成換擋任務(wù)，設(shè)計了AMT換擋氣動伺服控制器。其核心思想是在明確目標擋位的基礎(chǔ)上，根據(jù)離合