文摘gydF4y2Ba

车辆安装和不平衡桶俯仰系统是一种典型的高精度电液伺服系统。系统控制的关键是不仅要克服外部干扰的影响等不平衡力矩波动和道路,但也抑制的影响内部参数的变化引起的石油污染。首先,桶俯仰系统的总体模型建立及其灵敏度分析,然后校正环节和压差反馈回路分别设计了抑制不平衡力矩和道路起伏的影响。其次,石油污染的影响确定分类和核心衰减参数,然后是分数阶模糊PID控制器的设计。最后,MATLAB / Simulink仿真模型的建立和系统仿真。结果显示,当给定的角是固定在25°,设置时间减少到0.2秒,最大稳态误差只有0.000132 rad。因此,提出桶俯仰系统的控制方法的有效性,并延长了设备的使用寿命在同样精度要求。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

为了提高射击精度,坦克通常配有一个火炮稳定器,能有效隔离车辆运动的影响,如图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。火炮稳定器,也称为枪控制系统,可使桶俯仰和转向的车辆的影响,然后确保坦克射击在游行。它还可以控制桶的位置在垂直方向和水平方向上精确的目标(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),纵向俯仰运动吸引了更多的关注由于道路波动的影响就越大。gydF4y2Ba

采用的电液伺服系统更稳定和营业额的桶,它具有功率重量比大、快速响应、高控制精度。然而,这个系统的突出的弱点是它的低反污染的能力。据权威统计,70% - -80%的液压故障是由石油污染引起的。电液伺服系统也有许多不确定因素,如外部干扰,严重限制了反应速度和控制精度gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

特定于桶俯仰系统外部干扰等不平衡力矩和道路波动会严重影响控制精度。此外,“液压系统的血”,也就是说,工作油,将污染严重的工作条件下的使用寿命延长。石油污染会引起油温上升,磨损加剧,导致泄漏增加,压力不稳定,和行为异常,然后导致频繁的系统故障或使用寿命结束,因为系统性能不能满足要求。因此,石油污染控制难度将大大增加,控制坦克的性能恶化,并最终导致减少设备可靠性和缩短耐久性,甚至会导致人员伤亡和损失的倡议在战争期间。因此,车辆安装的控制研究和不平衡桶石油污染条件下俯仰系统可以极大地提高坦克的可靠性,提高实战能力,这是一个重大战略问题相关的安全与稳定。gydF4y2Ba

桶的控制俯仰系统,学者们做了大量研究,结果表明,不平衡转矩控制性能的恶化是一个重要的原因。目前,平衡的方法这样的失衡可以归因于质量平衡,平衡机平衡,增加驱动源平衡(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。其中,质量平衡所需的平衡质量大,难以实现,因为紧凑的和轻量级的需求。平衡机可以实现轻量级的需求在一定程度上平衡,但很难实现紧凑的需求,因为额外的机械配置。因此,高et al。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]给出一种新型伺服系统平衡和控制不平衡桶,它使用的平衡室three-chamber液压缸补偿不平衡力,和两个驱动室用于位置和干扰抑制,从而达到精确控制的大直径不平衡桶俯仰系统。旨在克服道路起伏的影响,赵gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)建立了一个动态稳定模型桶直接稳定的系统,并分析了系统的稳定精度补偿波动的道路,具有重要的理论价值。gydF4y2Ba

另外,桶石油污染,俯仰系统敏感和石油污染程度有严格的要求。由于伺服阀的存在,所需的桶油位俯仰系统是不低于NAS 7。在服务过程中,液压系统不可避免地与固体颗粒混合,气体,液体,这将减少的可靠性和桶俯仰系统的控制难度增加。然而,现有的方法更加注重主动控制等石油污染的净化和污染检测,也没有研究自适应补偿控制系统性能下降(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

总之,没有研究控制桶俯仰系统综合考虑道路起伏的影响,不平衡力矩,和石油污染。在这部作品中,桶俯仰系统整体模型建立及其灵敏度分析,然后校正环节旨在克服道路起伏的影响,构造和压差反馈回路来克服投球过程中变化的不平衡力矩的影响。后,石油污染的影响已经被分类根据不同污染来源,然后核心石油污染引起的衰减参数确定。最后,PID控制器、模糊PID控制器,和分数阶模糊PID控制器的设计约束的复杂影响石油污染,公路波动和不平衡力矩。gydF4y2Ba

2。桶俯仰系统的工作原理和建模gydF4y2Ba

2.1。工作原理gydF4y2Ba

车辆安装和不平衡桶俯仰系统实际上是一个电液伺服控制系统,系统结构如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。桶的速率陀螺仪检测俯仰速度实时并将其发送给控制器及其积分信号。控制器比较它与给定信号和输出控制电压信号,然后把它变成一个伺服放大器的电流信号来控制比例阀。伺服阀输出流和驱动液压缸,并最终驱动筒节o .的支点gydF4y2BaTgydF4y2Ba_lgydF4y2Ba是产生的不平衡力矩相对于支点o .桶桶俯仰伺服系统是安装在车辆,将影响沿着马路波动,和传感器测量液压缸两腔的压力,这是纠正和发送给伺服放大器抑制不平衡力矩的影响。陀螺仪传感器检测到的俯仰角在垂直方向实时载波,然后是角是纠正和发送给伺服放大器抑制道路起伏的影响。gydF4y2Ba

2.2。桶俯仰系统的建模gydF4y2Ba

2.2.1。比例伺服阀模型gydF4y2Ba

伺服放大器转换得到控制电压gydF4y2BaUgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba(gydF4y2BatgydF4y2Ba)输出电流gydF4y2Ba我gydF4y2Ba(gydF4y2BatgydF4y2Ba),它的数学模型可以近似成比例的组件显示如下:gydF4y2Ba

选择比例伺服阀的工作频率远高于致动器的,所以它的数学模型可以表示如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba问gydF4y2Ba_ogydF4y2Ba(gydF4y2BatgydF4y2Ba)表示无载流。gydF4y2Ba

双闭环反馈的角位置和角速度。给定的电压之间的关系gydF4y2BaUgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba(gydF4y2BatgydF4y2Ba俯仰系统和接收电压)的桶gydF4y2BaUgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba(gydF4y2BatgydF4y2Ba)伺服放大器可以表示如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BakgydF4y2Ba_lgydF4y2Ba和gydF4y2BakgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba表示角位置和角速度的反馈系数gydF4y2BaθgydF4y2Ba表示输入角位置传感器和速度传感器。gydF4y2Ba

2.2.2。变量泵和液压缸模型gydF4y2Ba

忽略了回油压力小,变量泵和液压缸的连续流动方程如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BapgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba表示进气压力,gydF4y2BaCgydF4y2Ba_tgydF4y2Ba表示泄漏系数,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba表示活塞的有效面积,gydF4y2BalgydF4y2Ba表示活塞杆的位移,gydF4y2Ba表示单室体积的缸gydF4y2BaβgydF4y2Ba_egydF4y2Ba表示油的体积弹性模量。gydF4y2Ba

在图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,设置gydF4y2BaθgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba桶的俯仰角相对于车辆和gydF4y2BaθgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba作为车辆的旋转角相对于惯性空间围绕着旋转轴。桶相对于惯性空间的旋转角度在旋转轴如下:gydF4y2Ba

自从俯仰角gydF4y2BaθgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba桶的控制变量,有必要建立活塞杆的输出位移之间的关系gydF4y2BalgydF4y2Ba和俯仰角gydF4y2BaθgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba。设置AB在图的长度gydF4y2Ba2gydF4y2Ba如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BalgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba表示OA的长度,gydF4y2BalgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba表示OB的长度,gydF4y2BalgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba表示AB当筒的旋转角的长度为0度,和gydF4y2BaγgydF4y2Ba+gydF4y2BaθgydF4y2Ba_1gydF4y2BaOA的夹角和OB。方程求导(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)gydF4y2BatgydF4y2Ba,它可以获得gydF4y2Ba

基于方程(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)、液压泵的连续流动方程和气缸可以获得如下:gydF4y2Ba

气缸和负载之间的平衡方程如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba米gydF4y2Ba表示输出转矩的液压缸,gydF4y2BaJgydF4y2Ba表示桶相对于耳轴的转动惯量,gydF4y2BaBgydF4y2Ba_米gydF4y2Ba表示粘性摩擦系数,gydF4y2Ba表示不平衡力矩。gydF4y2Ba

输出转矩gydF4y2Ba米gydF4y2Ba液压缸的输出力与手臂的输出力的产品相对于桶旋转中心:gydF4y2Ba

2.2.3。状态空间模型gydF4y2Ba

基于方程(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)和假设gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba桶俯仰系统的状态空间模型可以得到方程(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba),影响控制性能的因素包括外部干扰和内部参数扰动。前者包括不平衡力矩gydF4y2Ba和道路波动gydF4y2BaθgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,后者包括参数变化引起的石油污染等工作条件。因此,首先每个参数的灵敏度分析系统性能分析找出更敏感因素。其次,外部干扰的隔离设计应进行。最后,应该设计一个有效的控制器能够有效地抑制敏感因素和外部干扰。gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba

3所示。桶俯仰系统的灵敏度分析gydF4y2Ba

桶俯仰系统的灵敏度分析是使用一阶轨迹灵敏度模型(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。轨迹灵敏度是研究状态向量的变化引起的变化参数根据状态方程。桶俯仰系统的状态方程可以表示如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaxgydF4y2Ba是gydF4y2BaNgydF4y2Ba维状态向量,gydF4y2BaugydF4y2Ba是gydF4y2BaRgydF4y2Ba维输入独立gydF4y2BaαgydF4y2Ba,gydF4y2BatgydF4y2Ba是时间。gydF4y2Ba

方程解(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba)表示如下:gydF4y2Ba

的灵敏度函数向量gydF4y2BaxgydF4y2Ba对参数gydF4y2BaαgydF4y2Ba和初始条件定义为gydF4y2Ba

在这工作,gydF4y2BaugydF4y2Ba和gydF4y2BaαgydF4y2Ba是独立的,方程的导数(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba)的两侧gydF4y2BaαgydF4y2Ba作为gydF4y2Ba

选择相关的向量桶俯仰系统gydF4y2Ba 管系统的状态向量参数在哪里吗gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba ;gydF4y2Ba输入向量参数gydF4y2BaugydF4y2Ba_1gydF4y2Ba=gydF4y2BaUgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba,gydF4y2BaugydF4y2Ba_2gydF4y2Ba=gydF4y2BaTgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba,gydF4y2BaugydF4y2Ba_3gydF4y2Ba=gydF4y2BaθgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba;和独立的向量参数gydF4y2BaαgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba=gydF4y2BaKgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba},gydF4y2BaαgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba=gydF4y2BaKgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba=gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba=gydF4y2BalgydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_5gydF4y2Ba=gydF4y2BaCgydF4y2Ba_tgydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_6gydF4y2Ba=gydF4y2BaVgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_7gydF4y2Ba=gydF4y2BaβgydF4y2Ba_egydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_8gydF4y2Ba=gydF4y2BaBgydF4y2Ba_米gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_9gydF4y2Ba=gydF4y2BaJgydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_10gydF4y2Ba=gydF4y2BakgydF4y2Ba_lgydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_11gydF4y2Ba=gydF4y2BakgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

然后桶俯仰系统的状态空间模型可以扩展到以下方程:gydF4y2Ba

状态方程函数的偏导数状态向量gydF4y2BaxgydF4y2Ba进行,然后灵敏度函数的系数项可以得到方程(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

状态方程函数的偏导数状态向量gydF4y2BaαgydF4y2Ba进行,然后自由项的灵敏度函数可以得到方程(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

状态向量的初始值gydF4y2BaxgydF4y2Ba是gydF4y2BaxgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba= 0,然后灵敏度函数的初始值如下:gydF4y2Ba

轨迹灵敏度方程(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba)是一个一阶线性非齐次微分方程与时变系数。有gydF4y2BangydF4y2Ba×(gydF4y2BapgydF4y2Ba+ 1)方程得到解决,包括gydF4y2BangydF4y2Ba状态方程和gydF4y2BangydF4y2Ba×gydF4y2BapgydF4y2Ba灵敏度方程。在这项工作中,只有桶的俯仰角的敏感性gydF4y2BaxgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba参数向量gydF4y2BaαgydF4y2Ba被认为是。gydF4y2Ba

桶俯仰系统的仿真模型在MATLAB / Simulink建立了。参数的初始值如表所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba桶俯仰系统的阶跃响应,建立时间超过2 s,稳态曲线几乎是正弦曲线,它的大小是0.007 rad,稳态误差是0.001 rad,不能满足需求。gydF4y2Ba

基于仿真模型,微分方程解决了MATLAB命令接口的使用四阶/基于龙格-库塔算法,然后灵敏度函数gydF4y2Ba 的阶跃响应gydF4y2BaxgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba的参数gydF4y2BaαgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba(gydF4y2Ba我gydF4y2Ba= 1,2,…,如图11所示)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

比较数据gydF4y2Ba3gydF4y2Ba和gydF4y2Ba4gydF4y2Ba可以看出,参数gydF4y2BaαgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_6gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_7,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_8gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_9gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_11gydF4y2Ba只有一个更大的影响力在设定时间;的参数gydF4y2BaαgydF4y2Ba_5gydF4y2Ba和gydF4y2BaαgydF4y2Ba_10gydF4y2Ba影响输出角在所有的采样时间。正弦曲线和大级引起的波动,这需要进一步抑制。为了量化每个参数的影响,输出的百分比Δ角的变化gydF4y2BaxgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba相对于价值角度的一步gydF4y2BasxgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba如图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,每个参数的最大影响值输出角度如图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba。很明显,的值gydF4y2BaαgydF4y2Ba_5gydF4y2Ba和gydF4y2BaαgydF4y2Ba_10gydF4y2Ba的值很小,虽然gydF4y2BaαgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_6gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_{9日,gydF4y2Ba}和gydF4y2BaαgydF4y2Ba_11gydF4y2Ba不少于5%。实际上,参数的值的变化可以忽略桶俯仰系统确定后,所以有必要进行影响分析和控制gydF4y2BaαgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba_7,gydF4y2Ba和gydF4y2BaαgydF4y2Ba_8gydF4y2Ba有很大的影响,会改变石油污染。gydF4y2Ba

4所示。外部干扰及其修正gydF4y2Ba

4.1。路波动及其隔离模型gydF4y2Ba

基于桶投球的模型系统,控制图可以得到如图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba。gydF4y2BaGgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba(gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba)是正确的组件,它的功能是补偿的影响gydF4y2BaθgydF4y2Ba_2gydF4y2BaJsgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba。控制命令gydF4y2BaUgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba和不平衡力矩gydF4y2BaTgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba都设置为0,输出角的传递函数gydF4y2BaθgydF4y2Ba对波动信号的必经之路gydF4y2BaθgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba获得的是gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaFgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba(gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba),gydF4y2BaFgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba),gydF4y2BaFgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba(gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba)表示如下:gydF4y2Ba

补偿的影响gydF4y2BaθgydF4y2Ba_2gydF4y2BaJsgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,我们可以得到以下方程:gydF4y2Ba

4.2。不平衡力矩及其抑制模型gydF4y2Ba

如果gydF4y2BaTgydF4y2Ba_g0gydF4y2Ba不平衡力矩在0度,平衡转矩gydF4y2BaTgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba随倾角:gydF4y2Ba

在图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,gydF4y2BaGgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba)是压力反馈循环,抑制不平衡力矩的影响。控制命令gydF4y2BaUgydF4y2Ba_rgydF4y2Ba和道路波动gydF4y2BaθgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba都设置为0时,输出的传递函数角度吗gydF4y2BaθgydF4y2Ba对不平衡力矩gydF4y2BaTgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba得到方程(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

结合方程(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba)和参数的值,它是发现不平衡力矩的变化对稳态精度的影响主要来源于方程(gydF4y2Ba27gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

所以压力反馈回路的传递函数可以得到如下:gydF4y2Ba

5。石油污染对桶俯仰系统gydF4y2Ba

液压系统的故障造成的油污染可以直接影响其可靠性和耐久性,石油污染物是指物质混合到石油和有害影响控制系统的性能和使用寿命,主要包括固体颗粒、气体和液体。gydF4y2Ba

石油污染造成的故障可以分为两类:突然的失败和渐进的失败。后者的定义是一个条件,当一个绩效指标不能保持在规定的范围内(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。耦合作用下污染物的技术状态,如粘度和弹性模量将会改变,也等结构参数节流短管阀将退化的边缘。之前最后的失败,提出的控制方法可以推迟逐渐退化的过程。gydF4y2Ba

5.1。固体颗粒gydF4y2Ba

固体颗粒污染是最常见的液压系统和有害污染物。石油流与固体颗粒以一定的速度和角度将导致穿的内表面材料。短管阀的磨损主要是分布式桶俯仰系统,和短管阀的节流模型图所示gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

径向间隙Δ和节流圆角半径gydF4y2BargydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和gydF4y2BargydF4y2Ba_2gydF4y2Ba将会增加,因为穿,所以相当于打开相同的轴位移量吗gydF4y2BaxgydF4y2Ba_vgydF4y2Ba成为大如方程(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba),它带来的流量系数急剧增加,稳定在某一值作为轴位移继续增加。所以,流量系数gydF4y2BaKgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba将会增加:gydF4y2Ba

5.2。气体gydF4y2Ba

目前,液压系统中气体污染物的影响常常被忽视。气体混合到石油,它将影响到压力、粘度、温度和密度,但主要是影响石油的弹性模量。实验数据显示石油乘火车1%的天然气;纯油的弹性模量降低到35.6%,这将严重影响工作绩效。弹性模量之间的关系gydF4y2BaKgydF4y2Ba_egydF4y2Ba石油和天然气的内容显示为方程(gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba),我们发现石油的弹性模量急剧下降,当气体含量增加。gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaKgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba表示不含气的石油的弹性模量;gydF4y2BaKgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba表示液压管道系统的弹性模量;gydF4y2BaKgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba表示天然气中石油的弹性模量;gydF4y2BaVgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba表示包含在石油天然气的体积;和gydF4y2BaVgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba表示石油和天然气混合物的体积。gydF4y2Ba

5.3。液体gydF4y2Ba

性能参数都不会有明显的变化仅当液体混合到石油,但可以提高油温与固体颗粒和气体粘度的油油温密切相关。研究后,江(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)得出的结论是,粘度和油温之间的关系满足以下经验公式:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaμgydF4y2Ba_xgydF4y2Ba表示压力油的粘度gydF4y2BaPgydF4y2Ba和温度gydF4y2BatgydF4y2Ba;gydF4y2BaμgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba表示油的粘度标准大气压力时压力和温度gydF4y2BatgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba;gydF4y2BaαgydF4y2Ba表示粘度系数;和gydF4y2BaλgydF4y2Ba_xgydF4y2Ba表示油温度的比例常数。gydF4y2Ba

根据分析结果,当油温变化从0°- 150°,滑油粘度相对较小,减少慢慢随着温度的增加。即油粘度降低,然后会导致倾销系数降低的线轴的核心作用下液体和其他污染物。gydF4y2Ba

6。分数阶模糊PID控制器gydF4y2Ba

针对参数的变化引起的石油污染的桶俯仰系统,分数阶模糊PID控制器是专为桶投球的控制系统。分数阶模糊自适应控制器的框图如图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

6.1。模糊化gydF4y2Ba

但是。变量的定义和域gydF4y2Ba

控制器的输入变量是俯仰角偏差gydF4y2BaegydF4y2Ba和偏差变化速度gydF4y2BaegydF4y2Ba_cgydF4y2Ba,输出变量参数的修正Δ数量gydF4y2BakgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba,ΔgydF4y2BakgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba,ΔgydF4y2BakgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba。域的偏差gydF4y2BaegydF4y2Ba和偏差变化速度gydF4y2BaegydF4y2Ba_cgydF4y2Ba[−0.5,0.5]和[5]−5日,Δ的领域吗gydF4y2BakgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba(500−500],基本域Δ吗gydF4y2BakgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba[5]−5日,基本Δ领域gydF4y2BakgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba被认为是[5]−5日。每个变量域离散量化成7水平使用NB, NM, NS,泽、PS、点,和铅。gydF4y2Ba

6.1.2。隶属函数的选择gydF4y2Ba

隶属函数反映了精确值和模糊值之间的关系。两个输入和输出变量使用三角形隶属函数。gydF4y2Ba

6.1.3。模糊规则库gydF4y2Ba

基于知识积累,输入和输出之间的逻辑关系。表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba4gydF4y2Ba参数调优规则基地。gydF4y2Ba

6.2。模糊推理gydF4y2Ba

模糊推理方法可以分为Mamdani推理方法,拉森推理方法,和德推理方法。这项工作选择使用最广泛的Mamdani推理方法,及其模糊蕴涵关系是相对简单的,这是通过模糊集的笛卡尔积gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

6.3。去模糊化gydF4y2Ba

去模糊化是将模糊推理得到的模糊控制量转换成精确的数量实际上用于控制。在这部作品中,重心法用于defuzzify。gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaμgydF4y2Ba_{ΔgydF4y2BakpjgydF4y2Ba}表示Δ的隶属度gydF4y2BakgydF4y2Ba_pgydF4y2BaΔ的确切值gydF4y2BakgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba和ΔgydF4y2BakgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba可以获得。gydF4y2Ba

7所示。仿真和讨论gydF4y2Ba

基于给定的角信号,桶是由电液伺服系统执行俯仰运动,传感器实时检测到的。PID控制器、模糊PID控制器(FPID)和分数阶模糊PID (FOFPID)控制器的设计是为了克服不平衡力矩的影响,道路起伏,和石油污染和最终实现高精度俯仰控制车辆安装和不平衡桶。使用MATLAB建立了仿真模型,仿真参数的值如表所示gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

7.1。模拟FOFPID控制在初始值的参数gydF4y2Ba

基于FOFPID控制器,筒倾角下的阶跃响应曲线的参数初始值如图gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,鉴于角是0.436 (25°)radgydF4y2BaλgydF4y2Ba和gydF4y2BaμgydF4y2Ba设置为0.78和0.84。观察到,动态响应参数的初始值下已得到改进。FOFPID控制器减少设置时间0.2秒。同时,放大稳态曲线仍然是正弦曲线不是直线,但正弦曲线的大小和稳态误差大大降低,这是远远低于没有控制。总而言之,FOFPID控制方法完全可以满足高精度控制要求在初始不平衡力矩,道路起伏,清洁油状态。gydF4y2Ba

7.2。对比模拟下较大的不平衡力矩gydF4y2Ba

实际上,不平衡力矩gydF4y2BaTgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba会增加由于辊身长度的增加或重心的变化。较大的不平衡力矩设置为5000海里,然后PID控制器,FPID控制器,分别和FOFPID控制器应用于桶俯仰系统,和对比仿真曲线如图gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,很明显发现FPID下的动态特性略优于PID,但是差异不明显,然后FOFPID比他们好多了。同时,放大稳态曲线都是正弦曲线,但稳态误差是0.000038 rad,比其他人要少得多;即校正环节和FOFPID控制能有效地抑制不平衡力矩的增加的影响。gydF4y2Ba

7.3。对比模拟下大波动的大小道路gydF4y2Ba

路波动的大小gydF4y2BaθgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba因为道路水平的变化将会增加。较大的不平衡力矩设置为5°(0.087 rad),然后PID控制器,FPID控制器,分别和FOFPID控制器应用于桶俯仰系统,和对比仿真曲线如图gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,很明显发现FPID下的动态特性略优于PID的但是差异并不明显,然后FOFPID的远比他们好。同时,放大稳态曲线都是正弦曲线,但稳态误差是0.000132 rad,就是比别人少的钱;即压差负反馈循环和FOFPID控制能有效地抑制波动幅度的增加的影响。gydF4y2Ba

7.4。对比模拟下更大的流量系数gydF4y2Ba

的流量系数gydF4y2BaKgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba将会增加,因为石油污染。更大的流量系数是设置为0.131gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ (s·),那么PID控制器,FPID控制器,分别和FOFPID控制器应用于桶俯仰系统,和对比仿真曲线如图gydF4y2Ba13gydF4y2Ba,很明显发现FPID下的动态特性略优于PID的但是差异并不明显,然后FOFPID的远比他们好。同时,放大稳态曲线都是正弦曲线,但稳态误差是0.00003 rad,比其他人要少得多;即FOFPID控制可以有效地抑制流量系数的影响的增加。gydF4y2Ba

7.5。对比模拟下较小的弹性模量gydF4y2Ba

的弹性模量gydF4y2BaβgydF4y2Ba_egydF4y2Ba因为石油污染会减少。较小的弹性模量设置为100 MPa, PID控制器,FPID控制器,分别和FOFPID控制器应用于桶俯仰系统,和对比仿真曲线如图gydF4y2Ba14gydF4y2Ba,从中不难发现FPID下的动态特性远优于PID的,然后是FOFPID比FPID略好。同样,FOFPID的稳态性能略优于FPID但远比PID。稳态误差是0.00009 rad;即FOFPID控制能有效地抑制弹性模量的下降的影响。gydF4y2Ba

7.6。对比模拟下较小的粘度系数gydF4y2Ba

粘度系数gydF4y2BaBgydF4y2Ba_米gydF4y2Ba因为石油污染会减少。较小的粘度系数设置为20 Nm / (rad / s),然后PID控制器,FPID控制器,分别和FOFPID控制器应用于桶俯仰系统,和对比仿真曲线如图gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,很明显发现FPID下的动态特性略优于PID的但是差异并不明显,然后FOFPID的远比他们好。同时,放大稳态曲线都是正弦曲线,但稳态误差是0.00005 rad,比其他人要少得多;即FOFPID控制能有效地抑制粘性系数的减少的影响。gydF4y2Ba

8。结论gydF4y2Ba

在这个工作中,为了实现高精度控制,桶俯仰系统的灵敏度分析,校正环节和压差负反馈回路分别用于抑制不平衡力矩和道路起伏的影响。的分数阶模糊PID控制器提出了为了补偿的核心参数的衰减引起的石油污染和外部干扰。gydF4y2Ba

阐述了,除了改善动态特性,设置时间小于0.2秒。控制方法导致的减少稳态误差,最大值为0.000132外部干扰和石油污染条件下rad。并与PID控制器和模糊PID控制器,分数阶模糊PID可以调整控制参数,以适应不同的条件,提出了控制方法是适合的控制车辆安装和不平衡桶俯仰系统。gydF4y2Ba

最后,基于这项工作的结果,未来的研究应该包括的方法考虑车辆的振动对桶俯仰伺服控制系统的影响。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

使用的数据来支持本研究的发现尚未提供,因为数据也形成一个正在进行的研究的一部分。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明没有潜在的利益冲突的研究,本文的作者,和/或出版。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

这项工作得到了国家自然科学基金(国家自然科学基金委)(批准号51805403),该项目由中国陕西省自然科学基础研究计划(批准2019号金桥- 836),陕西省教育部的自然科学基金(批准号19 jk0416),光电学院的院长基金(批准号2017 gdyjy01)。gydF4y2Ba