【摘要】：大型自走式高地隙噴霧機(jī)主動(dòng)懸架系統(tǒng)集支撐、減振、輪距調(diào)節(jié)與車身姿態(tài)調(diào)節(jié)等多種功能于一體,對(duì)于改善噴霧機(jī)在復(fù)雜惡劣環(huán)境下工作時(shí)的操作穩(wěn)定性、乘坐舒適性、行駛安全性以及環(huán)境友好性具有重要的意義,是目前國(guó)內(nèi)外噴霧機(jī)行業(yè)的研究重點(diǎn),也是未來(lái)高端噴霧機(jī)行走系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。這類懸架的一項(xiàng)重要任務(wù)是在極端工況下同時(shí)進(jìn)行主動(dòng)減振控制與車身姿態(tài)調(diào)整,由于控制時(shí)所涉及到的反饋狀態(tài)量存在耦合作用,即評(píng)價(jià)減振效果的加速度與調(diào)整車身姿態(tài)的懸架位移存在積分關(guān)系,導(dǎo)致在加速度的控制過(guò)程中需考慮車身姿態(tài)的平穩(wěn),同時(shí)在調(diào)節(jié)車身姿態(tài)時(shí)也要避免降低乘坐舒適性,因而需要綜合制定主動(dòng)懸架控制策略。作為大型重載農(nóng)業(yè)機(jī)械的一種,噴霧機(jī)懸架固有頻率較低,工作時(shí)路面激勵(lì)也處于較低頻段。與此相比,因系統(tǒng)存在非線性特征以及外界環(huán)境噪聲的干擾,造成反饋狀態(tài)量中的高頻成分明顯,嚴(yán)重影響控制效果。由此得知,噴霧機(jī)懸架的減振過(guò)程有著明顯的頻域特點(diǎn),意味著在有限的低頻響應(yīng)帶寬內(nèi)探討設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的控制器,同時(shí)盡量抑制較高頻域內(nèi)的系統(tǒng)非線性表現(xiàn)和各種干擾,以提升控制后閉環(huán)系統(tǒng)懸架綜合性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義�；诖�,本文提出了噴霧機(jī)有限頻域主動(dòng)懸架減振與整車姿態(tài)綜合控制策略,具體研究了針對(duì)主動(dòng)油氣懸架的有限頻域控制器設(shè)計(jì)方法與時(shí)頻控制器設(shè)計(jì)方法,以期為懸架系統(tǒng)綜合控制提供一定的理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。研究工作包括:(1)通過(guò)對(duì)比文獻(xiàn)資料,從設(shè)計(jì)、制造、控制以及后期維護(hù)等多方面出發(fā)對(duì)噴霧機(jī)采用主動(dòng)油氣懸架的優(yōu)勢(shì)與必要性進(jìn)行了分析探討,確定了整車主動(dòng)油氣懸架減振的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。(2)依據(jù)流體力學(xué)和氣體狀態(tài)方程等相關(guān)理論,建立了油氣彈簧的數(shù)學(xué)模型,對(duì)其剛度、阻尼等非線性特性進(jìn)行了分析后,設(shè)計(jì)了油氣彈簧的具體參數(shù);建立了主動(dòng)油氣懸架的非線性數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行線性化處理并轉(zhuǎn)化為狀態(tài)方程,實(shí)現(xiàn)后續(xù)控制器求解;建立了帶有主動(dòng)油氣懸架的整車7自由度動(dòng)力學(xué)模型,作為綜合控制仿真與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ);提出了以減振為主、輔助姿態(tài)調(diào)整的懸架控制策略,最終確定主動(dòng)油氣懸架H∞控制與時(shí)頻PID聯(lián)合控制的內(nèi)外環(huán)控制模式。(3)針對(duì)主動(dòng)減振控制與車身姿態(tài)調(diào)節(jié)同時(shí)進(jìn)行的需求,結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)中執(zhí)行部件、懸架機(jī)械結(jié)構(gòu)與輪胎動(dòng)載荷等限制因素,將主動(dòng)懸架外層控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程轉(zhuǎn)化為直接饋通系統(tǒng)多目標(biāo)有限頻域H∞輸出反饋控制器的求解問(wèn)題;基于GKYP引理推導(dǎo)了線性矩陣不等式形式的控制器存在的充要條件,歸納了控制器增益的迭代求解算法。(4)針對(duì)系統(tǒng)非線性與干擾噪聲所造成的控制性能下降問(wèn)題,提出了主動(dòng)懸架內(nèi)層時(shí)頻PID控制方法,目標(biāo)在于提升系統(tǒng)有限低頻域性能的同時(shí),抑制高頻信號(hào)所帶來(lái)的干擾與控制不穩(wěn)定現(xiàn)象;對(duì)信號(hào)離散小波變換的分解與重構(gòu)的基本模式進(jìn)行了研究,提出了基于兩端對(duì)稱拓延的信號(hào)分解、重構(gòu)的矩陣算法,在信號(hào)分量不失真的前提下減少了信號(hào)分解的運(yùn)算量,有效的提升了算法的快速性。(5)基于硬件在環(huán)仿真技術(shù),開(kāi)發(fā)了大型自走式高地隙噴霧機(jī)主動(dòng)減振與整車姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)硬件在環(huán)半物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)減振與整機(jī)綜合控制的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)該研究,可確保噴霧機(jī)在提升駕駛員乘坐舒適性與整機(jī)平穩(wěn)性的同時(shí)進(jìn)行坡地仿形噴霧作業(yè),有效的提升了噴霧機(jī)復(fù)雜工況下的行駛安全性與環(huán)境適應(yīng)性。研究?jī)?nèi)容同時(shí)可為其他類型主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)與研發(fā)提供參考。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S491
【圖文】：

（ｇ）邋Ｊｏｈｎ邋Ｄｅｅｒｅ邋公司邋ＭＯＯＯ邋系列邐（ｈ）邋ＭＡＺＺＯＴＴＩ邋公司邋ＭＡＦ邋系列逡逑圖１－１國(guó)外公司所生產(chǎn)的代表性產(chǎn)品逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｑｕｉｎｔｅｓｓｅｎｔｉａｌ邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ邋ｐｒｏｄｕｃｅｄ邋ｂｙ邋ｆｏｒｅｉｇｎ邋ｃｏｍｐａｎｉｅｓ逡逑（２）使用性能優(yōu)良的懸架系統(tǒng)，減振效果明顯，乘坐舒適性好。由于田間地面顛簸以及行駛和逡逑作業(yè)速度越來(lái)越高，國(guó)外大型自走式高地隙噴霧機(jī)大多配備了以壓縮空氣為彈性來(lái)源的空氣懸架逡逑或油氣懸架等＿類非線性懸架系統(tǒng)，使整機(jī)獲得優(yōu)良的減振性能１｜６￣１７】。除此之外，懸架系統(tǒng)還集逡逑成有離地間隙調(diào)節(jié)以及車身姿態(tài)調(diào)節(jié)功能。由于附加了各輪高度獨(dú)立調(diào)整裝置，噴霧機(jī)不僅可以逡逑同時(shí)滿足對(duì)低桿、高桿作物的噴藥需求，還可以使車身在較為傾斜的坡地中保持水平，進(jìn)而豐富逡逑了噴霧機(jī)的功能、顯著降低了機(jī)器的閑置率，為降低成本創(chuàng)造了條件。圖１－２展現(xiàn)了獨(dú)立可調(diào)地逡逑隙噴霧機(jī)的顯著優(yōu)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)調(diào)平功能可使噴霧機(jī)在工作過(guò)程中具有更高的安全性，甚至保護(hù)作物逡逑避免減小受到車輪碰撞的幾率。由于離地間隙與車身姿態(tài)可調(diào)底盤(pán)在噴霧機(jī)工作過(guò)程中的明顯優(yōu)逡逑勢(shì)

（ｉ）越來(lái)越普遍的應(yīng)用以壓縮空氣作為減振元件的懸架，傳統(tǒng)螺旋彈簧阻尼器形式的懸架應(yīng)逡逑用越來(lái)越少，目前僅有凱斯紐荷蘭Ｐａｔｒｉｏｔ系列和現(xiàn)代農(nóng)裝３ＷＺＧ－３０００等少數(shù)輕型噴霧機(jī)上仍舊逡逑保留該類型懸架［４５？４６】，如圖１－５所示。雖然該類型懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造與安裝，但受限于彈逡逑簧行程小且剛度與阻尼可變性不足的缺點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)噴霧機(jī)的車身高度調(diào)節(jié)與車身姿態(tài)控制的實(shí)逡逑施。此外，隨著噴霧機(jī)逐漸向大型化發(fā)展的趨勢(shì)，應(yīng)用螺旋彈簧形式的懸架所占的底盤(pán)空間會(huì)大逡逑大增加，并且制造大剛度螺旋彈簧與阻尼器的成本也隨之上升，因此這類懸架已不太適合重載類逡逑型的噴霧機(jī)。逡逑以高壓空氣作為傳動(dòng)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)彈性作用的空氣彈簧具有較高的隔振效率，非線性彈簧特性致逡逑使其固有頻率隨負(fù)載變動(dòng)較小。此外，空氣彈簧還具有承載質(zhì)量大而本身質(zhì)量輕，伸縮行程大且逡逑便于調(diào)節(jié)以及固有頻率較低等一系列優(yōu)點(diǎn)，從而在大功率噴霧機(jī)懸架中得到廣泛應(yīng)用。圖１－６所逡逑示為空氣懸架應(yīng)用的具體方案，卜６（ａ）展現(xiàn)了邋Ｍｉｌｌｅｒ公司Ｎｉｔｒｏ邋Ｃｏｎｄｏｒ邋Ｇ７５型噴霧機(jī)上所采用得逡逑空氣懸架方案

邐Ｉ邋Ｌ＿邋＿逡逑（ｃ）防側(cè)傾調(diào)整原理逡逑圖１－７油氣懸架在Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｒ邋ＲＧ６００系列噴霧機(jī)上的應(yīng)用逡逑Ｆｉｇ．邋１－７邋Ｈｙｄｒｏ－ｐｎｅｕｍａｔｉｃ邋ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ邋ａｐｐｌｉｅｄ邋ｉｎ邋Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｒ邋ＲＧ６００邋ｓｐｒａｙｅｒ逡逑（２）半主動(dòng)懸架與高度調(diào)節(jié)裝置開(kāi)始在部分機(jī)型上應(yīng)用，主動(dòng)減振懸架處于研發(fā)試驗(yàn)階段。逡逑為了使噴霧機(jī)更好地適應(yīng)復(fù)雜作業(yè)工況，裝有阻尼可調(diào)減振器的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用在噴霧逡逑機(jī)上。圖１－８邋（ａ）所示為日本Ｊａｃｔｏ公司Ｕｎｉｐｏｒｔ系列噴霧機(jī)上所配備的磁流變液減振器，其阻尼可逡逑根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行主動(dòng)自適應(yīng)調(diào)整，從而一定程度上提升整機(jī)行駛平順性。圖１－８邋（ｂ）為Ｊｏｈｎ邋Ｄｅｅｒｅ逡逑４６３０系列噴霧機(jī)懸架上可供客戶選配的可調(diào)阻尼減振器部件。其工作原理較為簡(jiǎn)單，即液力減振逡逑器的一腔通過(guò)比例電磁閥連接一固定容積的蓄能器，通過(guò)改變比例電磁閥的閥孔面積調(diào)節(jié)減振器逡逑與蓄能器的連通程度，以實(shí)現(xiàn)在六種不同阻尼間的切換，進(jìn)而適應(yīng)不同行駛作業(yè)情況下的減振需逡逑求。逡逑（ａ）Ｕｎｉｐｏｉ？系列所配備的磁流變液體減振器邐（ｂ）４６３０噴霧機(jī)上選配的可調(diào)阻尼減振器逡逑圖１－８可變阻尼減振器在自走式噴霧機(jī)懸架上的應(yīng)用逡逑Ｆｉｇ．邋１－８邋Ｒｉｄｅ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｓｈｏｃｋ邋ａｂｓｏｒｂｅｒ邋ａｐｐｌｉｅｄ邋ｉｎ邋ｓｅｌｆ－ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ邋ｓｐｒａｙｅｒ逡逑噴藥過(guò)程中

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2768188