[發(fā)明專利]一種基于灰色預(yù)測模糊PID算法的高地隙車輛側(cè)傾穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910187714.0
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109739083A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮靜安;余希勝;王衛(wèi)兵;郭祖揚(yáng);王麒淦;張鵬;王偉軍;任志端;申團(tuán)輝
• 申請（專利權(quán)）人: 石河子大學(xué)
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于灰色預(yù)測模糊PID算法的高地隙車輛側(cè)傾穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，是應(yīng)用于高地隙農(nóng)業(yè)車輛作業(yè)穩(wěn)定性控制中，其特征在于所述高地隙車輛側(cè)傾穩(wěn)定性控制系統(tǒng)包括：車輛負(fù)載、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、側(cè)傾角傳感器、灰色預(yù)測模型、模糊控制模型和PID控制器；

所述側(cè)傾角傳感器在采樣時刻t獲得所述高地隙車輛負(fù)載質(zhì)心側(cè)傾角信號w(t)并傳遞給灰色預(yù)測模型進(jìn)行相關(guān)計算；

所述灰色預(yù)測模型在經(jīng)過計算后得出側(cè)傾角w(p)的預(yù)測值并與系統(tǒng)側(cè)傾角期望值w0進(jìn)行比較得到差值e；

所述模糊控制模型在接收到差值e的信號輸入后，對e信號求導(dǎo)后得到側(cè)傾角速度ec并一起輸入至模糊控制模型，根據(jù)制定的模糊推理規(guī)則得到PID控制參數(shù)調(diào)節(jié)量Δkp、Δki、Δkd輸入至PID控制器；

所述PID控制器在得到初始PID控制參數(shù)調(diào)節(jié)量后與初始PID控制器參數(shù)kp、ki、kd相加后得到整定后的PID控制器參數(shù)，經(jīng)過整定后的PID控制器輸出相應(yīng)的控制量u(t)至液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

所述液壓控制機(jī)構(gòu)在接收到PID控制器的控制量信號u(k)輸入后，伸長或收縮相應(yīng)長度至車輛負(fù)載質(zhì)心側(cè)傾角w(t)達(dá)到期望值w0后停止，從而實現(xiàn)高地隙車輛側(cè)傾穩(wěn)定性控制，以保證高地隙車輛作業(yè)穩(wěn)定性及作業(yè)質(zhì)量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于灰色預(yù)測模糊PID算法的高地隙車輛側(cè)傾穩(wěn)定性控制方法，其特征在于：所述灰色預(yù)測模型用于對系統(tǒng)側(cè)傾角測量值w(t)進(jìn)行累積運(yùn)算并輸出相應(yīng)預(yù)測值w(p)，其特征是按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、根據(jù)所述側(cè)傾角傳感器獲得車輛負(fù)載質(zhì)心側(cè)傾角信號w(t)，并累積采集4次數(shù)據(jù)信號進(jìn)行計算，用于建立四維新息GM(1,1)預(yù)測模型，設(shè)可測得系統(tǒng)側(cè)傾角輸出時間原始數(shù)據(jù)序列如下：

（1）

步驟2、由于原始數(shù)據(jù)序列是系統(tǒng)的灰信息數(shù)據(jù)列，可通過對數(shù)據(jù)列作一次累加生成(1-AGO)，如式(2)所示：

（2）

步驟3、根據(jù)一次累加生成后的數(shù)據(jù)列可設(shè)關(guān)于數(shù)據(jù)列的白化微分方程如式（3）所示：

（3）

式(3)中，；

其中 ； ；

其中 ；

步驟4、求出后可得出白化方程（3）在t時刻的解為

（4）

步驟5、根據(jù)式（4）進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測并得到新的序列，然后對預(yù)測后的數(shù)據(jù)進(jìn)行還原得到原始數(shù)據(jù)和預(yù)測步長為t+1的預(yù)測值如下式（5）和式（6）：

（5）

（6）

步驟6、在一次預(yù)測完成后，補(bǔ)入一個新的數(shù)據(jù)組成新的四維數(shù)據(jù)序列如下：

（7）

步驟7、返回步驟2，重新計算微分方程參數(shù)并得到新的預(yù)測值，循環(huán)往復(fù)直至結(jié)束。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于灰色預(yù)測模糊PID算法的高地隙車輛側(cè)傾穩(wěn)定性控制方法，其特征在于：模糊控制模型中隸屬度函數(shù)及模糊推理規(guī)則的確定；所述隸屬度函數(shù)設(shè)定側(cè)傾角誤差e和側(cè)傾角速度誤差ec作為系統(tǒng)的輸入語言變量，PID控制參數(shù)調(diào)節(jié)量Δkp、Δki、Δkd作為系統(tǒng)的輸出語言變量，確定系統(tǒng)輸入輸出語言變量論域；系統(tǒng)輸入輸出語言變量的模糊子集均定義為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其中語言變量分別為NB（負(fù)大）、NM（負(fù)中）、NS（負(fù)小）、ZO（零）、PS（正小）、PM（正中）、PB（正大）；所述模糊推理規(guī)則的制定主要依靠PID控制參數(shù)kp、ki、kd對系統(tǒng)輸出特性的影響情況，其特征在于：比例環(huán)節(jié)參數(shù)kp能夠快速減小響應(yīng)偏差，但在調(diào)節(jié)的同時易產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)偏差；積分環(huán)節(jié)參數(shù)ki可以消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差，因此比例環(huán)節(jié)常與積分環(huán)節(jié)配合使用，但有時會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象；微分環(huán)節(jié)參數(shù)kd起一定預(yù)測作用，對誤差變化進(jìn)行提前預(yù)報并在響應(yīng)過程中抑制誤差向任何方向的變化，但有時會導(dǎo)致系統(tǒng)的抗干擾性能變差，根據(jù)這些控制參數(shù)對系統(tǒng)輸出特性的影響去制定模糊推理規(guī)則能夠有效的提高PID控制器的作用效果。