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1
武仲斌2
任志勇3
张瑞亮1
王铁1
1.太原理工大学机械与运载工程学院,山西太原 0300242.太原理工大学机械与运载工程学院,山西太原 030024;中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原 0300063.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原 030006
摘要：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5°、10°、15°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10°、20°、30°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
分类号：TD525(矿山运输与设备)
资助基金：国家自然科学基金(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)
论文发表日期：2025-04-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 2321-2332 )
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