模糊控制工程機(jī)械論文

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1換檔規(guī)律

曲線是某高原型裝載機(jī)全程調(diào)速的柴油機(jī)、變矩器和變速箱共同工作，油門開(kāi)度一定，即泵輪轉(zhuǎn)速一定時(shí)，4個(gè)檔位的變矩器效率曲線．在發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器匹配關(guān)系確定的情況下，影響傳動(dòng)系統(tǒng)效率的主要因素有：液力變矩器的傳動(dòng)效率﹑變速箱及各部分傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率．由于變速箱及各部分傳動(dòng)軸是純機(jī)械傳動(dòng)，其效率可以認(rèn)為是定值．于是，的變矩器效率曲線反映了液力變矩器傳動(dòng)效率的變化．相同泵輪轉(zhuǎn)速的相鄰曲線交點(diǎn)A，B，C就是所求該泵輪轉(zhuǎn)速的換檔點(diǎn)（變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速）．對(duì)所有可能泵輪轉(zhuǎn)速，求出對(duì)應(yīng)于該泵輪轉(zhuǎn)速的換檔點(diǎn)，這樣就可以得到裝載機(jī)效率換檔規(guī)律的換檔曲線．

2模糊換檔控制器的建立

模糊控制器的設(shè)計(jì)是指確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量．通常將模糊控制器輸入變量個(gè)數(shù)稱為模糊控制器的維數(shù)．模糊控制器的維數(shù)越高，控制越精細(xì)．但是維數(shù)過(guò)高，模糊控制規(guī)則就會(huì)變得很復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)控制算法相對(duì)困難．所以本文設(shè)計(jì)的是二維模糊控制器．自動(dòng)換檔模糊控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它由模糊化、模糊推理、反模糊化等多個(gè)知識(shí)庫(kù)模塊組成，其工作原理是：由模糊控制器采集車輛的各種信號(hào)，如油門開(kāi)度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、渦輪轉(zhuǎn)速、檔位等，通過(guò)對(duì)各參數(shù)的分析，控制器可判別系統(tǒng)的工作狀況，根據(jù)換檔規(guī)律決定是否換檔，從而保證傳動(dòng)系統(tǒng)效率最高、性能最優(yōu)．本文選擇發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nB，變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速n2作為輸入變量，取變速箱檔位i為輸出變量。

2．1輸入、輸出變量論域的確定

輸入量的真實(shí)論域（即變化范圍）要變換到模糊控制器的內(nèi)部論域．將泵輪轉(zhuǎn)速分別變換到內(nèi)部論域?yàn)椋海?，1，2，3，4，…，11，13｝，變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速內(nèi)部論域｛0，1，2，3，4，…，14，15｝，檔位內(nèi)部論域｛0，1，2，3，4｝．根據(jù)某高原型裝載機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，取泵輪轉(zhuǎn)速、變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速的變化范圍分別為：［800，2400］，［0，2000］，可得量化因子k1＝1／200，k2＝1／133．

2．2模糊化

在這個(gè)部分中，系統(tǒng)精確的輸入量被轉(zhuǎn)化成模糊量．將輸入?yún)?shù)泵輪轉(zhuǎn)速nB劃分為5個(gè)模糊集合，變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速n2劃分為7個(gè)模糊集合．對(duì)于輸入nB，有極小（VS）、小（S）、中（M）、大（B）、極大（VB）5個(gè)隸屬函數(shù)；對(duì)于輸入n2，有極小（VS）、小（S）、中小（MS）、中（M）、中大（MB）、大（B）、極大（VB）7個(gè)隸屬函數(shù)．輸出量檔位y以單點(diǎn)表示，其取值為：1檔（1），2檔（2），3檔（3），4檔（4）．

2．3定義語(yǔ)言變量的隸屬度函數(shù)

隸屬函數(shù)在模糊控制系統(tǒng)中所起的作用是將普通的清晰量轉(zhuǎn)化為模糊量，以便進(jìn)行模糊邏輯運(yùn)算和推理，并將模糊推理合成出的結(jié)果逆模糊化為普通的清晰量，以便驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器達(dá)到控制目的．隸屬函數(shù)應(yīng)覆蓋整個(gè)取值范圍，并在整個(gè)取值范圍內(nèi)均勻分布．隸屬函數(shù)曲線形狀較尖的模糊子集分辨率較高，控制靈敏度也較高．相反，隸屬函數(shù)曲線較緩，控制特性和系統(tǒng)特性也較平緩，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好．某個(gè)取值范圍需要敏感一些，則相應(yīng)的隸屬函數(shù)可取“密”一些．另外，各模糊子集之間也有相互影響，即隸屬函數(shù)之間有重疊．一般重疊的隸屬度值μ為0．4～0．8，μ值過(guò)大易造成2個(gè)模糊子集難以區(qū)分，使控制的靈敏度顯著降低；μ值過(guò)小則會(huì)使系統(tǒng)變得過(guò)于復(fù)雜．發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速為800r／min，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于怠速轉(zhuǎn)速時(shí)，不滿足工作要求，故VSSigmoid型隸屬度函數(shù)比較接近實(shí)際．其他的函數(shù)采用高斯函數(shù)。根據(jù)裝載機(jī)效率換檔規(guī)律的換檔曲線，對(duì)變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速取前4個(gè)隸屬函數(shù)密一些，后3個(gè)隸屬函數(shù)稍稀一些．變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速n2的各模糊子集的隸屬函數(shù)曲線．檔位的隸屬度函數(shù)取單點(diǎn)分布．對(duì)輸出檔位y各子集（1，2，3，4）的隸屬函數(shù)。

2．4模糊控制規(guī)則的建立

模糊控制器的控制規(guī)則是基于手動(dòng)控制策略，而對(duì)于車輛的換檔過(guò)程，手動(dòng)控制策略就是駕駛員操作經(jīng)驗(yàn)的積累．為保證液力變矩器高效性，本文采用二輸入一輸出的控制器，輸入?yún)?shù)泵輪轉(zhuǎn)速nB取5個(gè)語(yǔ)言值，變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速n2取7個(gè)語(yǔ)言值，則控制規(guī)則數(shù)為5×7＝35個(gè)．這樣，控制的知識(shí)庫(kù)可以描述成35個(gè)If－Then形式的規(guī)則。

3仿真結(jié)果分析

為了驗(yàn)證上述換檔規(guī)律的正確性，根據(jù)某高原型裝載機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及效率換檔規(guī)律，建立了基于模糊控制的效率換檔規(guī)律Matlab／simulink仿真模型。仿真初始條件如下：泵輪和變速箱輸出軸的初始轉(zhuǎn)速nB＝2200r／min，n2＝2900r／min；油門取100％；仿真時(shí)間為200s．仿真結(jié)果如圖10所示．隨著負(fù)載力矩的增加，變矩器逐漸進(jìn)入低效區(qū)，變速箱自動(dòng)進(jìn)行降檔，由4檔降至3檔，在3檔停留一段時(shí)間后降至2檔，在2檔停留一定時(shí)間后降至1檔，以保證液力變矩器在高效區(qū)工作．然后，隨著負(fù)載力矩的減小，變矩器又逐漸進(jìn)入低效區(qū)，變速箱也自動(dòng)進(jìn)行升檔，以保證液力變矩器在高效區(qū)工作．仿真結(jié)果證明了模糊控制器能夠控制變速箱換檔來(lái)保證液力變矩器在高效區(qū)工作。

4結(jié)論

針對(duì)工程機(jī)械工作特點(diǎn)及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)效率低問(wèn)題，從液力變矩器和變速箱入手，提出了利用變速箱換檔來(lái)控制液力變矩器始終工作在高效區(qū)的效率換檔規(guī)律，并開(kāi)發(fā)了采用多輸入單輸出結(jié)構(gòu)的模糊控制器．在一定初始條件下進(jìn)行的仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，基于模糊控制的效率換檔規(guī)律可以通過(guò)變速箱換檔來(lái)保持液力變矩器在高效區(qū)工作．

作者：諸紹龍 彭耀潤(rùn) 田晉躍 單位：江蘇華通動(dòng)力重工機(jī)械有限公司 江蘇大學(xué)