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自动膜片弹簧离合器接合转矩实时估计和最优控制研究
| 论文题名： | 自动膜片弹簧离合器接合转矩实时估计和最优控制研究 |
| 关键词： | 自动膜片弹簧离合器;转矩估计;线性二次型最优控制;卡尔曼滤波;计算机仿真;电动客车 |
| 摘要： | 本文以应用于混合动力电动客车的自动膜片弹簧离合器系统为研究对象，针对同轴并联混合动力车离合器控制的特殊需求，提出并设计了自动膜片弹簧离合器接合转矩的实时估计算法和基于线性二次型理论的离合器转矩最优跟踪控制方法，为HEV自动离合器的转矩控制策略研究打下了基础。 在HEV整车动力传动系统及自动离合器力学分析的基础上，建立了HEV自动离合器及动力传动系统的动力学模型。对机电式离合器执行机构进行了机理分析，建立了离合器执行机构的数学模型。在考虑离合器从动盘总成轴向弹性特性、盖总成载荷特性与分离特性以及摩擦系数经验公式的基础上，建立了以分离轴承行程为输入，以离合器传递转矩为输出的离合器转矩特性计算模型，并进行了台架试验验证。 以离合器主动端、从动端动力学方程为基础，以相邻时刻的发动机（或电机）转速和离合器传递转矩为状态向量，设计了用于离合器转矩估计的状态空间模型，提出了基于卡尔曼滤波技术的离合器传递转矩估计算法，在MATLAB/Simulink软件下编程实现。对HEV起步和模式切换下的离合器传递转矩进行了估计，并与离合器转矩仿真计算值进行了比较。误差分析表明，所提出的离合器转矩估计方法可行、有效。 在离合器执行机构和转矩操纵特性分析的基础上，提出了离合器行程—转矩特性的分段线性化方法，以离合器传递转矩和执行机构参数为状态向量，建立了系统状态空间模型，提出了结合卡尔曼滤波和线性二次型最优控制的离合器转矩控制方法，设计了离合器传递转矩的线性二次型控制器。研究了二次型性能指标函数加权矩阵对离合器转矩控制的影响。采用遗传算法对加权矩阵进行了优化。 在自动离合器数学建模、离合器转矩估计和线性二次型最优控制算法的基础上，开发了基于Matlab/Simulink环境的HEV自动离合器仿真平台。对HEV发动机启动车辆起步和纯电驱动/发动机驱动模式切换过程进行了仿真研究。分别采用试凑法和遗传算法优化的最优反馈增益矩阵进行仿真，将离合器传递转矩的控制仿真值和期望值进行了比较，分析了二者的误差特性。结果表明，所设计的基于卡尔曼滤波实时转矩估计和线性二次型最优控制的离合器传递转矩控制方法是可行的，经过遗传算法优化的最优反馈增益，能够更准确地跟踪离合器设定目标转矩，进一步提高了控制性能。 |
| 作者： | 张小帅 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 张欣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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