模糊控制工程機械論文

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1換檔規律

曲線是某高原型裝載機全程調速的柴油機、變矩器和變速箱共同工作，油門開度一定，即泵輪轉速一定時，4個檔位的變矩器效率曲線．在發動機與液力變矩器匹配關系確定的情況下，影響傳動系統效率的主要因素有：液力變矩器的傳動效率﹑變速箱及各部分傳動軸的傳動效率．由于變速箱及各部分傳動軸是純機械傳動，其效率可以認為是定值．于是，的變矩器效率曲線反映了液力變矩器傳動效率的變化．相同泵輪轉速的相鄰曲線交點A，B，C就是所求該泵輪轉速的換檔點（變速箱輸出軸轉速）．對所有可能泵輪轉速，求出對應于該泵輪轉速的換檔點，這樣就可以得到裝載機效率換檔規律的換檔曲線．

2模糊換檔控制器的建立

模糊控制器的設計是指確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量．通常將模糊控制器輸入變量個數稱為模糊控制器的維數．模糊控制器的維數越高，控制越精細．但是維數過高，模糊控制規則就會變得很復雜，實現控制算法相對困難．所以本文設計的是二維模糊控制器．自動換檔模糊控制器是整個控制系統的核心，它由模糊化、模糊推理、反模糊化等多個知識庫模塊組成，其工作原理是：由模糊控制器采集車輛的各種信號，如油門開度、發動機轉速、渦輪轉速、檔位等，通過對各參數的分析，控制器可判別系統的工作狀況，根據換檔規律決定是否換檔，從而保證傳動系統效率最高、性能最優．本文選擇發動機轉速nB，變速箱輸出軸轉速n2作為輸入變量，取變速箱檔位i為輸出變量。

2．1輸入、輸出變量論域的確定

輸入量的真實論域（即變化范圍）要變換到模糊控制器的內部論域．將泵輪轉速分別變換到內部論域為：｛0，1，2，3，4，…，11，13｝，變速箱輸出軸轉速內部論域｛0，1，2，3，4，…，14，15｝，檔位內部論域｛0，1，2，3，4｝．根據某高原型裝載機的實際運行情況，取泵輪轉速、變速箱輸出軸轉速的變化范圍分別為：［800，2400］，［0，2000］，可得量化因子k1＝1／200，k2＝1／133．

2．2模糊化

在這個部分中，系統精確的輸入量被轉化成模糊量．將輸入參數泵輪轉速nB劃分為5個模糊集合，變速箱輸出軸轉速n2劃分為7個模糊集合．對于輸入nB，有極小（VS）、小（S）、中（M）、大（B）、極大（VB）5個隸屬函數；對于輸入n2，有極小（VS）、小（S）、中小（MS）、中（M）、中大（MB）、大（B）、極大（VB）7個隸屬函數．輸出量檔位y以單點表示，其取值為：1檔（1），2檔（2），3檔（3），4檔（4）．

2．3定義語言變量的隸屬度函數

隸屬函數在模糊控制系統中所起的作用是將普通的清晰量轉化為模糊量，以便進行模糊邏輯運算和推理，并將模糊推理合成出的結果逆模糊化為普通的清晰量，以便驅動執行器達到控制目的．隸屬函數應覆蓋整個取值范圍，并在整個取值范圍內均勻分布．隸屬函數曲線形狀較尖的模糊子集分辨率較高，控制靈敏度也較高．相反，隸屬函數曲線較緩，控制特性和系統特性也較平緩，系統穩定性較好．某個取值范圍需要敏感一些，則相應的隸屬函數可取“密”一些．另外，各模糊子集之間也有相互影響，即隸屬函數之間有重疊．一般重疊的隸屬度值μ為0．4～0．8，μ值過大易造成2個模糊子集難以區分，使控制的靈敏度顯著降低；μ值過小則會使系統變得過于復雜．發動機怠速轉速為800r／min，當發動機轉速低于怠速轉速時，不滿足工作要求，故VSSigmoid型隸屬度函數比較接近實際．其他的函數采用高斯函數。根據裝載機效率換檔規律的換檔曲線，對變速箱輸出軸轉速取前4個隸屬函數密一些，后3個隸屬函數稍稀一些．變速箱輸出軸轉速n2的各模糊子集的隸屬函數曲線．檔位的隸屬度函數取單點分布．對輸出檔位y各子集（1，2，3，4）的隸屬函數。

2．4模糊控制規則的建立

模糊控制器的控制規則是基于手動控制策略，而對于車輛的換檔過程，手動控制策略就是駕駛員操作經驗的積累．為保證液力變矩器高效性，本文采用二輸入一輸出的控制器，輸入參數泵輪轉速nB取5個語言值，變速箱輸出軸轉速n2取7個語言值，則控制規則數為5×7＝35個．這樣，控制的知識庫可以描述成35個If－Then形式的規則。

3仿真結果分析

為了驗證上述換檔規律的正確性，根據某高原型裝載機動力傳動系統數學模型及效率換檔規律，建立了基于模糊控制的效率換檔規律Matlab／simulink仿真模型。仿真初始條件如下：泵輪和變速箱輸出軸的初始轉速nB＝2200r／min，n2＝2900r／min；油門取100％；仿真時間為200s．仿真結果如圖10所示．隨著負載力矩的增加，變矩器逐漸進入低效區，變速箱自動進行降檔，由4檔降至3檔，在3檔停留一段時間后降至2檔，在2檔停留一定時間后降至1檔，以保證液力變矩器在高效區工作．然后，隨著負載力矩的減小，變矩器又逐漸進入低效區，變速箱也自動進行升檔，以保證液力變矩器在高效區工作．仿真結果證明了模糊控制器能夠控制變速箱換檔來保證液力變矩器在高效區工作。

4結論

針對工程機械工作特點及動力傳動系統效率低問題，從液力變矩器和變速箱入手，提出了利用變速箱換檔來控制液力變矩器始終工作在高效區的效率換檔規律，并開發了采用多輸入單輸出結構的模糊控制器．在一定初始條件下進行的仿真試驗結果表明，基于模糊控制的效率換檔規律可以通過變速箱換檔來保持液力變矩器在高效區工作．

作者：諸紹龍 彭耀潤 田晉躍 單位：江蘇華通動力重工機械有限公司 江蘇大學