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

在審

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• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109739083A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 馮靜安;余希勝;王衛(wèi)兵;郭祖揚;王麒淦;張鵬;王偉軍;任志端;申團輝
• 申請（專利權）人: 石河子大學
• 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

一種基于灰色預測模糊PID算法的高地隙車輛側傾穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)載運工具運用工程與農(nóng)業(yè)車輛穩(wěn)定性控制領域，涉及灰色預測、模糊控制及PID控制理論，研發(fā)出一種高地隙農(nóng)業(yè)車輛側傾穩(wěn)定性控制方法，針對高地隙車輛作業(yè)時系統(tǒng)具有非線性、復雜性以及時變不確定性的特點，利用灰色預測模型的“超前控制”特點，基于模糊PID控制算法建立了對車輛負載質(zhì)心側傾角控制的主動力矩控制系統(tǒng)，通過傳感器測量車輛當前狀態(tài)值，發(fā)送給電子控制單元后產(chǎn)生相應的控制指令以調(diào)整車輛負載的空間姿態(tài)，該控制系統(tǒng)能夠很好的適應復雜的工作環(huán)境，為開發(fā)更加多樣化的農(nóng)業(yè)車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)提供堅實基礎。

技術領域

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)載運工具運用工程與農(nóng)業(yè)車輛穩(wěn)定性控制領域，具體涉及灰色預測、模糊控制及PID控制理論，研發(fā)出一種高地隙農(nóng)業(yè)車輛側傾穩(wěn)定性控制方法，針對高地隙車輛作業(yè)時系統(tǒng)具有非線性、復雜性以及時變不確定性的特點，利用灰色預測模型的“超前控制”特點，結合模糊控制算法及傳統(tǒng)PID控制的優(yōu)點，建立高地隙車輛側傾穩(wěn)定性控制模型，利用質(zhì)心側傾角和側傾角速度作為系統(tǒng)狀態(tài)變量實施反饋，產(chǎn)生負載空間姿態(tài)控制的主動力矩，本發(fā)明能夠很好的適應復雜的工作環(huán)境，為開發(fā)更加多樣化的農(nóng)業(yè)車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)提供堅實基礎。

背景技術

自走式高地隙農(nóng)業(yè)車輛具有整車質(zhì)心高、離地間隙大和作業(yè)環(huán)境惡劣等特點，且車身負載重量占整車重量比例較大，在作業(yè)過程中由于路面激勵和車速的輸入及藥箱質(zhì)心位置的變化，導致整車側傾穩(wěn)定性變差，嚴重影響其作業(yè)效果和行駛安全性。目前，國內(nèi)有不少學者對影響高地隙作業(yè)車輛行駛及操縱穩(wěn)定性的因素及控制方法進行了相關研究，并取得了一定的研究進展。高地隙車輛作為一種復雜的非線性、時變不確定性系統(tǒng)，目前關于自走式高地隙車輛的操縱穩(wěn)定性控制方法大多借鑒于傳統(tǒng)車輛，但這些控制方法并不能有效解決由于路面激勵輸入及負載質(zhì)心偏移帶來的車輛側傾甚至側翻問題，而傳統(tǒng)車輛失穩(wěn)大多數(shù)為橫擺失穩(wěn)，較少發(fā)生側翻及俯仰事故，因此在應用過程中，由于工作環(huán)境不同，類似的控制方法存在控制精度不佳、控制響應不足以及控制響應過度等諸多問題。。

目前在工業(yè)控制中經(jīng)常采用PID控制方法，這是由于PID控制器具有良好的魯棒性、結構簡單及易于實現(xiàn)等特點，因此得到了廣泛的應用。但常規(guī)PID控制參數(shù)固定，對于一些更加復雜的控制對象，難以取得較好的控制效果，因此傳統(tǒng)PID控制器與現(xiàn)代控制理論中的智能控制算法相結合得到廣泛的研究與應用，其中模糊PID控制算法的應用較為廣泛。而目前這些控制理論與方法，大多是根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和信息進行判斷并做出決策，在大多數(shù)情況下，這些控制理論與方法是有效的、有實際作用效果的。但對于具有復雜非線性、時變不確定性的高地隙農(nóng)業(yè)車輛來說，很難做到完全而又準確的實時響應，因而控制系統(tǒng)的作用效果存在一定的局限性。

灰色預測控制理論是由我國著名學者鄧聚龍教授于上世紀八十年代提出的一種控制理論算法，其算法核心是根據(jù)系統(tǒng)已有的少量數(shù)據(jù)利用累加求和消除數(shù)據(jù)隨機性并發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)展規(guī)律，建立GM(1,1)模型并預測系統(tǒng)未來的響應結果。針對復雜的非線性、時變不確定性系統(tǒng)，系統(tǒng)特征信息具有不確定性且難以建立準確的數(shù)學模型來描述系統(tǒng)行為，灰色預測控制理論能夠很好的適用于此類系統(tǒng)的控制問題，但如何與其他控制算法相結合應用于控制系統(tǒng)的集成控制是研究應用的難點。

綜上所述，高地隙農(nóng)業(yè)車輛側傾穩(wěn)定性是影響整車作業(yè)效率與作業(yè)效果的主要因素之一，如何通過對整車負載空間姿態(tài)進行調(diào)節(jié)與控制從而保證整車行駛及操縱穩(wěn)定性是關鍵問題，因此克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，設計一種高地隙車輛側傾穩(wěn)定性控制系統(tǒng)是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容