SLC900型运架一体机转向同步算法的研究

随着国内高铁事业的发展，运梁车、架桥机、运架- 体机等超大型施工设备的需求量也在大幅提升。

SLC900型运架-体机是专为铁路客运专线研发的重型机械，最大载重量达900 t，主要用于吊运、架设24 m或32 m双线整孔混凝土预制箱梁。

1 SLC900型运架-体机转向模式SLC900型运架-体机整车有 18个轴线 ，36个可独立转向的轮组。每个轮组都由-个独立的液压缸控制转向，可以实现斜行、八字、半八字、横行等转向模式。如图 1～3所示。

以八字转向为例，建立各个轮组间转向角度的综合模型。设转向时右侧轮组转向角度为 Ot ，左侧轮组转向角度为届 ，其中 i1，2，，18，转向中心到流动式架桥机的中垂线长度为 ，车体宽度为 s，各轴线到最后-轴线的距离为f ，如图 1所示。在转向过程中，各个轮组-直在-组以回转中心为圆心的同心圆上，以保证所有轮组都只作滚动，而不受侧向作用力，以免受到损坏。因此，建立流动式架桥机右转时的各轮组转向角度的数学模型： 上tan O/(1)S bi (2)- 般情况下，右前第-个轮组跟随方向盘给定角度值，故 Od 为已知量，可得：：arctan (3)arc (4)半八字转向模式下，前车向右转向时，各轮组位置关系如图2所示。

同理，可以得出前车轮组向左转向时各轮组转向角度的数学模型。八字转向模式各轮组转向角度的数收稿 日期 ：2013-03-11作者简介 ：王庆丰(1987-)，男，河北沧州人，硕士研究生，主要从事轮式工程机械电气控制方面的科研工作。

16 液压与气动 2013年第9期学模型与半八字模式类似，在此不再赘述。

图2 半八字转向a)斜行转向 b)横行转向图3 运架-体机转向模式2 电液转向控制系统的数学模型如图4所示 ，电液转向控制系统主要由控制器、电磁比例换向阀、转向油缸、回转机构、绝对值编码器等五部分构成。由控制器给出控制电流，推动电磁比例换向阀的阀芯动作，液压油经电磁阀推动转向油缸伸出或收回，完成转向动作。绝对值编码器采集轮组的转向角度数据，反馈给控制器；控制器根据给定和绝对值编码器的反馈信号调整控制电流，使转向精准可靠。

图 4 轮组控制方框 图轮组转向结构图如图5所示。C为轮组的回转中心点，A为液压缸固定点，B为液压缸活塞杆与轮组的铰接点，C点与A点之间的距离为a，转向半径为b，L为轮组处于零位时液压缸的初始长度，0[为起始的转向角度，0为转动角度。

PLA ( )JO BeO (5))：二 兰 - (6)/口 b -2ab COS( )式中：，为轮组转动惯量；Be为粘性阻尼系数； 为弹性阻尼系数。

图 5 轮 组转 向结构 图根据文献[3]中电液阀控缸模型建立方法，可建立电液转向控制系统模型，如图6所示。

3 转向同步控制算法电液控制系统的同步控制-般有两种控制方法，即等同控制和主从控制。由于运架-体机转向系统需要控制 36个独立轮组，考虑到 36个轮组耦合计算量过大而控制器运算能力有限等因素，故采用主从控制策略。转向过程中，选取需要回转角度最大的轮组作为主轮组 (斜行模式下选左前第-个轮组为 目标轮组)，其他轮组即要以方向盘给定角度为最终的目标值，又要在转向过程中跟随根据主轮组实时角度计算得到的实时目标值。

如图7、8所示，在运架-体机转向过程中，为了不影响整车的稳定性，不允许出现轮组超调再回转的动作，也不能在小偏差区多次调整，因此主控制采用分段PID控制，在大偏差区采用定值输出，小偏差区采用带死区的PID控制，同步控制采用模糊 PID控制。由于在实际操作过程中，电液比例阀的输入电流有固定范围，故对总电流范围进行划分，运架-体机电液控制系统中，阀电流控制范围为 450～750 mA，限制主控制PID输出为0～240 mA，同步控制输出为0-60 mA，可防止当主控制 PID输出过大时，同步控制无效的现象出现。

在分段 PID控制中，当偏差大于 2.5。时，控制电流输出最大值 240 mA，以保证轮组转向的快速性；当偏差在 1.50到2.5。之间时，控制电流输出中问值，以图6 转向系统数学模型2013年第9期 液压与气动 17：：图7 e(k)和 Ae(k)的隶属度函数≤-i i ti bi5 6 7 8 9 l0 l1 12 13 14图8 Kp的隶属度函数平滑的过渡到带死区的PID控制，防止产生冲击；当偏差在 1.5。以内时，采用带死区的 PID进行控制，死区范围设定为2倍的编码器的精度即为 ±0.04。，以防止出现小偏差区多次调整的现象。

在模糊 PID控制中， 是由输入偏差 e(k)和偏差变化率△e( )来控制的。e(Ii)和 Ae(k)的语言变量劝负大”(NB)，负斜(NS)，零”(Z)，正斜(PS)，正大”(PB)共 5个值，隶属度函数取三角波，输出变量 分为九档，分别为特大”(TB)，极大”(VB)，大”(B)，较大”(LB)，中等”(MD)，较斜(LS)，斜(S)，极斜(VS)特斜(TS)。隶属度函数也取三角波。模糊控制规则如表 1所示 ：表 1 模糊控制规则表 △e( )NB BS Z PS PB e( ) NB TB VB MD VS TSNS VB VB TS LS VSZ0 MD LS MD LS MDPS VS LS TS VB VBPB TS VS MD VB TB根据以上数学模型使用 Matlab中 Simulink工具箱建立系统仿真模型，不失-般性，取 3个轮组，采用斜行转向模式搭建同步控制模型。其中第-个轮组作为转向同步的主轮组，其他两个轮组不但要跟随方向盘的给定角度，还要在转向过程中实时跟随第-个轮组。系统 Simulink仿真模型如图9所示，计算参数如表2所示，数值仿真结果如图 10、11所示。

由仿真曲线可知，给定角度值 0为 5。，当不加入同步算法时，三个轮组之间的角度差 AO最大为0.5。，已超出轮组转向时所允许的误差范围；加入同步算法后，在整个转向过程中，三个轮组之间的角度误差值为0.03。，能够满足转向要求。

图9 Simulink仿真模型2013年第9期 液压与气动 19DOI：10.11832/j.issn.1000-4858.2013.09.004基于 AMESim 的气压式车用主动辅助制动能量回收系统研究岳喜凯，李晓杰，董小瑞，王 龙Study of Pneumatic Actively Auxiliary Braking Energy Recovery Systemfor Vehicles by AMESimYUE Xi-kai，LI Xiao-jie，DONG Xiao-mi，WANG Long(中北大学 机电工程学院，山西 太原 030051)摘 要：提出-种气压式能量回收方案，基于多学科领域复杂系统建模仿真平台AMESim软件，建立气压式车用制动能量回收系统的仿真模型。针对车辆下坡和超速情况，通过分析系统工作过程中车速变化及系统储气罐 中气压变化来研究系统的可行性及其能量回收效率。仿真结果表明：在车辆下长坡时，系统可以有效降低车速的增长幅度，-方面减小制动的频率，另-方面使得原本因制动损失的运动能量得以回收再利用，符合节能环保要求；车辆在高速公路超速时，系统可以有效降低车速，其主动辅助制动效果可以提高车辆行驶安全性。

关键词：能量回收；气压；AMESim；建模；仿真中图分类号：TH138；U463.5 文献标志码：B 文章编号：10004858(2013)09-019-4引言目前，道路中的大、长坡路段增加，汽车在经过该类坡道时，频繁的制动动作，将运动能量转化成热能散发在大气中，不仅造成了车辆燃油效率降低，更为严重的是频繁的制动行为产生的摩擦热能会使得制动系统短时失效，引发安全事故；同时，踏板和刹车盘及有关元件也会加速磨损，大大缩短车辆寿命，需要经常更换车轮和刹车片，增加车辆维修保养费用 ；汽车高速行驶时，超速的概率比较大，导致道路交通事故频发，基于上述现状，制动能量回收方案的提出有-定的必要性。现在国内外对汽车制动能量回收方案研究的目的是为了减少制动系统磨损，提高车辆动力性，降低油耗和排放。采用的制动能量 回收方案主要有三类：机械蓄能(如飞轮蓄能)，技术难度大；液压蓄能，出现泄漏情况时易对环境造成污染 ，成本也昂贵；蓄电池储能，各方面性能都较好，但是功率密度低 ，受 限制较大。

本研究兼顾制动能量回收和主动辅助制动两方面的要求，提出-种气压式车用主动辅助制动能量回收系统，结合 AMESim仿真研究工具，使系统方案满足节能减排及现代车辆设计对安全性的要求。

收稿 日期：20133-12基金项目：山西省高等学衅技项目(201220)作者简介：岳喜凯(1988-)，男，山东聊城人 ，硕士研究生，研究方向为液压技术和车用轮胎主动防护技术。