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基于多环嵌套的矿山车辆铰接系统差动折腰转向控制策略
1
作者
吉志勇
武仲斌
+2 位作者
任志勇
张瑞亮
王铁
《煤炭学报》
北大核心
2025年第4期2321-2332,共12页
铰接车辆在随动折腰时存在滞后性,特定工况下其转向特性还可能呈现非线性特征。为进一步提升矿山车辆铰接转向的操控性能,采用位置-速度双闭环结构对随动折腰过程进行协同控制,并根据横摆运动误差对随动目标进行实时补偿,在此基础上,针...
铰接车辆在随动折腰时存在滞后性,特定工况下其转向特性还可能呈现非线性特征。为进一步提升矿山车辆铰接转向的操控性能,采用位置-速度双闭环结构对随动折腰过程进行协同控制,并根据横摆运动误差对随动目标进行实时补偿,在此基础上,针对差动转向构型,提出了一种基于多环嵌套的差动折腰转向策略。构建包含铰接矿车前、后车体水平运动及车轮旋转运动的8自由度非线性动力学模型,通过对其折腰转向过程的时域分析,确定系统位置和速度闭环控制参数,并基于控制器频率特性,对比分析单、双环控制下随动折腰系统的穿越频率、相位延迟以及带宽分布。在位置环的输入端,也即折腰参考位置的计算中,以车体实际横摆运动偏差为依据对驾驶员期望折腰位置进行正补偿,其中,横摆角速度参考点通过线性离散化的8自由度差动转向模型实时计算获得,由此形成了多环嵌套结构。基于MATLAB/Simulink数值仿真平台及分布式电驱动折腰转向比例样机实验平台,对折腰转向控制策略进行验证,结果表明:在良好路面上,与原单环控制相比,多环嵌套控制策略在5o、10o、15o的阶跃转向测试中,折腰角上升时间分别减少了56.8%、50%、51%,在幅值为10o、20o、30o且频率为0.8 Hz的正弦转向角输入测试中,相位延迟分别减小了75.6%、80.4%、75.4%,在稳定转向的同时,系统带宽得以提升;在低附着路面测试中,多环嵌套控制策略可使车辆在湿滑路面下的横向位置偏差减少56.8%,横摆角速度相位差减少40.3%,显示出比单环控制更好的轨迹跟踪能力。
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关键词
铰接式转向车辆
横摆反馈补偿
多环嵌套控制
差动折腰转向
分布式驱动
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题名
基于多环嵌套的矿山车辆铰接系统差动折腰转向控制策略
1
作者
吉志勇
武仲斌
任志勇
张瑞亮
王铁
机构
太原理工大学机械与运载工程学院
中国煤炭科工集团太原研究院有限公司
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第4期2321-2332,共12页
基金
国家自然科学基金资助项目(52204173)
山西省基础研究计划资助项目(20210302124118)
山西省研究生教育创新计划资助项目(2022Y168)。
文摘
铰接车辆在随动折腰时存在滞后性,特定工况下其转向特性还可能呈现非线性特征。为进一步提升矿山车辆铰接转向的操控性能,采用位置-速度双闭环结构对随动折腰过程进行协同控制,并根据横摆运动误差对随动目标进行实时补偿,在此基础上,针对差动转向构型,提出了一种基于多环嵌套的差动折腰转向策略。构建包含铰接矿车前、后车体水平运动及车轮旋转运动的8自由度非线性动力学模型,通过对其折腰转向过程的时域分析,确定系统位置和速度闭环控制参数,并基于控制器频率特性,对比分析单、双环控制下随动折腰系统的穿越频率、相位延迟以及带宽分布。在位置环的输入端,也即折腰参考位置的计算中,以车体实际横摆运动偏差为依据对驾驶员期望折腰位置进行正补偿,其中,横摆角速度参考点通过线性离散化的8自由度差动转向模型实时计算获得,由此形成了多环嵌套结构。基于MATLAB/Simulink数值仿真平台及分布式电驱动折腰转向比例样机实验平台,对折腰转向控制策略进行验证,结果表明:在良好路面上,与原单环控制相比,多环嵌套控制策略在5o、10o、15o的阶跃转向测试中,折腰角上升时间分别减少了56.8%、50%、51%,在幅值为10o、20o、30o且频率为0.8 Hz的正弦转向角输入测试中,相位延迟分别减小了75.6%、80.4%、75.4%,在稳定转向的同时,系统带宽得以提升;在低附着路面测试中,多环嵌套控制策略可使车辆在湿滑路面下的横向位置偏差减少56.8%,横摆角速度相位差减少40.3%,显示出比单环控制更好的轨迹跟踪能力。
关键词
铰接式转向车辆
横摆反馈补偿
多环嵌套控制
差动折腰转向
分布式驱动
Keywords
articulated steering vehicles(ASV)
yaw motion feedback compensation
multi-loop nested control
differential folding steering
distributed driving
分类号
TD525 [矿业工程—矿山机电]
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1
基于多环嵌套的矿山车辆铰接系统差动折腰转向控制策略
吉志勇
武仲斌
任志勇
张瑞亮
王铁
《煤炭学报》
北大核心
2025
0
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