一种基于自抗扰控制的坦克底盘主动悬挂系统的控制方法

文档序号:9809653阅读:462来源:国知局
一种基于自抗扰控制的坦克底盘主动悬挂系统的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及坦克底盘主动悬挂系统控制领域,具体涉及一种基于自抗扰控制的坦 克底盘主动悬挂系统的控制方法。
【背景技术】
[0002] 坦克,现代陆上作战的主要武器,有"陆战之王"之美称,它是一种具有强大的直射 火力、高度越野机动性和强大的装甲防护力的履带式装甲战斗车辆,主要执行与对方坦克 或其他装甲车辆作战,也可以压制、消灭反坦克武器、摧毁工事和歼灭敌方有生力量。
[0003] 坦克乘员的舒适性能很大程度上是由车辆悬挂系统所决定,来自车外的各种冲击 和振动都是通过悬挂系统进行传递和衰减。从人体工程学的角度,最大行驶车速与其说是 受动力性的限制,不如说是受乘坐舒适性的限制。如果采用先进的悬挂技术使得行驶平稳, 那么驾驶员就能够充分利用车辆的动力性、高度发挥车辆的机动性和灵活性,使主战坦克 在战场上起到更大的作用。
[0004] 坦克悬挂系统按振动控制方式可分为主动悬挂与被动悬挂。被动悬挂系统是以弹 簧起减缓冲击力的作用、减振器起衰减振动的作用,不需要外界能量辅助其工作,而是以暂 时存储或耗散能量的方式工作。而主动悬挂系统安装了能够产生抽动的装置,能进行主动 控制,是以外界控制力的方式来抑制路面对车身的冲击力和车身的倾斜力。

【发明内容】

[0005] 有鉴于此,本发明提供了一种基于自抗扰控制的坦克底盘主动悬挂系统的控制 方法,能够实时对坦克在行进过程中所受到的冲击和振动进行控制。
[0006] -种基于自抗扰控制的坦克底盘主动悬挂系统的控制方法,包括:
[0007] 步骤一、建立路面随机不平度时域模型;
[0008] 步骤二、根据力学平衡原理,建立坦克底盘振动模型;
[0009] 步骤三、选取状态变量,并基于步骤一和步骤二建立的模型,建立坦克底盘主动悬 挂系统的状态方程;并且,根据坦克悬挂系统的性能指标要求,选定状态方程的输出变量;
[0010] 步骤四、以坦克上的每个负重轮上方车体垂直振动位移作为控制输出,其中,所述 每个负重轮上方车体垂直振动位移为:A = ;其中,z为车身质心位移;φ为车身角位 移,li为第i个负重轮中心到车体中心的横向距离,Pi表示第i个负重轮上方车体的垂直振动 位移;根据步骤三中获取的状态变量以及选定的状态方程的输出变量,代入A =z-/,令中,获 得Xl_liX3,且令(2i-l = Xl-liX3;其中,X1、X3分别为Z和Φ对应的状态变量;(2i-1均表不第i个负重轮上 方车体的垂直振动位移;将Χι-1ιΧ3=ζ2ι-i代入步骤三中建立的状态方程进行变形,并令=&, 获得积分串联型模型;所述的积分串联型模型的形式为么,=八介七,....Χ,.,ΚΠ "#:..., 和H ;其中,D为步骤三中选取的状态变量的个数;d为坦克负重轮个数;ζ2ι为第i + 1 个负重轮上方车体的垂直振动位移,ζ2Η为第i个负重轮上方车体的垂直振动位移,表达式 P(X1,X2. . .XD)代表系统内部扰动和外部扰动的总和,称为总和扰动;表达式T(m,u2. . .Ud) 代表虚拟控制量,X1,X2, . . .,XD分别代表各状态变量;Ul,U2. . .Ud分别代表对应的负重轮上 方的实际控制量;
[0011] 步骤五、利用自抗扰控制器进行仿真,对步骤四中获得的积分串联型模型进行自 抗扰控制;在调节自抗扰控制器的观测器带宽和控制器带宽过程中,比较扰动估计值对各 负重轮上方的总和扰动的跟踪情况,当达到理想的振动效果状态时,获取该状态下的虚拟 控制量的实际值;
[0012] 步骤六、根据步骤四中获得的表达式T(m,u2. . .Ud)以及仿真结果获得的虚拟控制 量的实际值,反解算得到控制量m,u2,···,!!<!的值;并在实际控制过程中,采用控制量m, U2,…,Ud,对主动悬挂系统进行控制。
[0013] 有益效果:
[0014]使用本发明的方法,能够在主动悬挂系统受自抗扰控制器的控制下,使坦克各负 重轮上方车体垂直加速度和车体质心加速度等性能指标都符合指标要求。进而提高了驾驶 员对坦克车辆的动力性、高度发挥车辆的机动性和灵活性,使主战坦克在战场上起到更大 的作用。
【附图说明】
[0015]图1.在车速v = 10m/s时生成的六个负重轮上方延时路面激励;
[0016] 图2.坦克1/2车体悬挂系统模型;
[0017] 图3.各负重轮上方车体振动速度对比图;
[0018] 图4.各负重轮上方车体振动加速度对比图;
[0019] 图5.车身质心振动速度和加速度对比图;
[0020] 图6.车身俯仰角振动对比图;
[0021] 图7.自抗扰控制器的扰动估计示意图;
[0022] 图8.实际控制力不意图;
[0023]
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
[0025] 本发明提供了一种基于自抗扰控制的坦克底盘主动悬挂系统的控制方法:
[0026] 步骤一、建立坦克底盘与路面随机不平度时域模型:
[0028]其中,Zr(t)为随机路面不平度幅值;fo为下限截止空间频率,一般地,取fo = 0.1Hz ; v为坦克行驶速度;Go为路面不平度系数,单位为mVnf1,不同等级的路面,不平度系 数各不相同,这里选取D级路面,GozHmxnrWnfSco⑴为均值为零的高斯白噪声。例 如,车速v = l〇m/s时生成的路面激励如图1所示。
[0029]步骤二、如图2所示坦克1/2车体悬挂系统模型,根据力学平衡原理即坦克受力情 况,建立坦克底盘振动模型:
[0031] 其中,mb为二分之一车体悬置质量;z为车身质心位移;I为车体转动惯量;φ为车身 角位移;mwi为负重轮质量(i = l,…,6) ;zwi为负重轮位移;csi为悬挂阻尼系数;ksi为悬挂弹 簧刚度;k ti为轮胎等效刚度;h为第i个负重轮中心到车体中心的横向距离,m为控制量;
[0032] 步骤三、基于坦克底盘振动模型和坦克底盘与路面随机不平度时域模型,选取状 态变量,建立坦克底盘主动悬挂系统的状态方程:
[0033] 为了便于状态方程的建立以及后续的坐标变换,选取以下参数作为状态变量:
[0034] 并令状态变量[XI X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X1Q XII X12 X13 X14 X15 X16]T分别对应
[0035] 根据上述选取的状态变量,基于公式(1)和公式(2 ),建立状态方程:
[0037]并且,根据坦克悬挂系统的性能指标要求,选定状态方程的输出变量:
[0039] 步骤四、对步骤三中选取的输出变量进行逻辑运算,获得自抗扰控制器的控制输 出;即:选取各负重
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