论文摘要：工程机械液压底盘模拟试验台关键技术研究

工程机械液压底盘模拟试验台课题来源于长安大学211工程实验室建设项目。工程机械液压底盘模拟试验台是一个大型的、复杂的综合机电设备。是融合控制、测试、机械设计及制造、电气、液压等多种技术为一体的高科技产品。该模拟试验台由液压底盘模拟驱动系统，模拟加载系统，测控系统和辅助装置四部分组成。模拟驱动系统可以模拟中央驱动、双桥四轮驱动、轮边独立驱动等多种结构形式的工程机械液压底盘驱动系统的驱动方式。模拟加载系统为驱动系统进行加载，用以考核在各种载荷模式下液压底盘驱动系统的工作性能。工程机械液压底盘模拟试验台的研制对于形成完善的静液行驶驱动系统理论，对于工程车辆的研制开发具有非常重要的意义。本试验台将现场总线技术及工业Fast Ethernet网络技术运用到试验台通讯方案中，通过两种总线构建了网络的三级分层结构来实现基于网络的测、控、管功能。现场控制层采用Siemens基于 PC-Based技术的WinAC系列的PLC作为主控制器，通过现场总线将现场的远程I/O和其他控制器连接起来，完成对现场设备的控制。测试系统和HMI位于控制管理层，主要完成数据采集、数据处理、状态检测、任务分配、故障报警等功能。扩展应用层提供了数据服务和网络发布功能。现场控制层和控制管理层之间的通讯采用OPC方式。本系统将现场总线技术、PC-BASED控制技术、HMI三者无缝的衔接起来，构建了安全、高效、可靠、易用的全集成自动化平台。本文从ISO/OSI模型的三层结构：物理层、数据链路层、用户层对Profibus-DP的协议规范进行了论述。由于试验台是基于现场总线的控制系统，现场总线数据传输的时间延迟特性对控制系统的性能有显著的影响，如何估计网络传输的延迟，对于控制周期的选择，控制算法的实现起着至关重要的作用。针对由于报文的帧重传和非循环服务引起的传输时间不确定的问题，本文详细分析了Profibus-DP报文循环时间的组成部分，在充分考虑了随机因素对报文循环时间的影响的基础上，提出了多主站形式的Profibus总线延迟随机模型。采用容积控制方式的单变量泵驱动双变量马达速度同步控制是具有耦合、非线性特点的多输入多输出系统，是试验台项目开发中的技术难点。针对这个问题，本文提出了一种非解耦的控制策略，采用流量均衡控制马达速度同步，功率匹配控制调节泵的输出流量，使得两个马达即使在经受不同载荷干扰时也能同步到设定的速度，并通过实验进行了验证。针对负载干扰对速度的影响大的问题，根据免疫系统能够抵御外界干扰并可快速稳定自身的特性，构建了免疫反馈IMF控制器。通过仿真验证表明，IMF控制器可以有效地抑制外负载干扰对同步速度的影响，获得良好的同步效果。介绍了二次调节技术的特点及其应用。对比分析了试验台项目所研究的单泵单马达、单泵双马达、双泵双马达等类型的液压底盘的特点，并在此基础上进行了扩展，提出了一种基于二次调节技术的液压四轮独立驱动方案。提出一种结构简单、可调参数少、计算效率高的改进Narendra模型参考自适应算法，并使用该方法进行了二次元件的速度控制仿真。仿真结果表明，对于二次调速系统存在的建模不准确、系统压力波动、外负载干扰等影响因素，改进的Narendra MRAC始终有着良好的调速特性。采用自适应控制与二次调节技术的液压四轮独立驱动系统该具有传动结构简单、驱动方式灵活、可无级变速、系统效率高、路面适应性好、容易实现自动控制等特点。同时，系统的动力性以及燃油经济性也得到提高，这种四轮独立驱动方案适用于对速度及越野性能要求较高的车辆驱动系统。

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