在履帶的滑移和滑轉(zhuǎn)，雖然兩側(cè)液壓轉(zhuǎn)速達(dá)到了控制的目標(biāo)值，但車輛的實(shí)際轉(zhuǎn)向角速度和轉(zhuǎn)向半徑并不是所期望的。因此為了對(duì)車輛轉(zhuǎn)向進(jìn)行準(zhǔn)確地控制，必須重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。
車輛的實(shí)際動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)該是既包括了履帶滑移，又包括離心力在內(nèi)的動(dòng)力學(xué)模型，這樣仿真出來(lái)的結(jié)果才比較符合實(shí)際情況。正確的模型是對(duì)履帶車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向研究的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，水泵廠提出了控制車輛兩側(cè)速度的控制方法，因?yàn)槁膸к囕v的行駛速度、轉(zhuǎn)向角速度和轉(zhuǎn)向半徑等都是由車輛兩側(cè)的速度決定的，能對(duì)車輛兩側(cè)的速度進(jìn)行準(zhǔn)確控制，就能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。重新設(shè)計(jì)的實(shí)際整車行駛控制系統(tǒng)的原理如圖1所示。
實(shí)際中，車輛兩側(cè)的實(shí)際速度是不可測(cè)的，不能直接用傳感器采集反饋回來(lái)，但可以用GPS、慣導(dǎo)等手段測(cè)出車輛的實(shí)際行駛速度和轉(zhuǎn)向角速度等參數(shù)，換算出車輛兩側(cè)的實(shí)際速度。在仿真模型中就直接拿來(lái)用了。
如果兩側(cè)泵馬達(dá)系統(tǒng)的排量控制器使用PID控制器，則可以得到PID控制下的整車行駛控制系統(tǒng)，如圖2所示。
圖2：PID控制的整車行駛控制系統(tǒng)
對(duì)整車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的PID控制器，檢驗(yàn)在PID控制器的作用下系統(tǒng)的響應(yīng)特性。在低速段，要增大車速，需增大泵的排量，因此PID的參數(shù)為正；而在高速段，要增大車速，需減小馬達(dá)的排量，因此PID的參數(shù)為負(fù)。
采用PID控制時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)震蕩，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，難以滿足軍用輕型高速履帶車輛轉(zhuǎn)向平穩(wěn)性和高機(jī)動(dòng)性的要求。另一方面，由變量泵和變量馬達(dá)組成的靜液傳動(dòng)系統(tǒng)是多輸入多輸出的非線性系統(tǒng)，而履帶車輛行駛時(shí)車速變化頻繁，負(fù)載干擾隨機(jī)出現(xiàn)，靜液系統(tǒng)的響應(yīng)受工況變化和時(shí)變負(fù)載的影響，采用常規(guī)的PID控制一般難以滿足動(dòng)態(tài)性能的要求。
預(yù)測(cè)控制能很好的解決復(fù)雜系統(tǒng)控制的不確定性與時(shí)變性問(wèn)題，控制效果好，魯棒性強(qiáng)，有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且對(duì)模型精度要求不高。而本文研究的履帶車輛的特點(diǎn)是：由變量泵和變量馬達(dá)組成靜液傳動(dòng)系統(tǒng)，泵或馬達(dá)的排量由電液伺服排量控制機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，履帶車輛的結(jié)構(gòu)包括懸架部分、車輛重心的位置，尤其是履帶與地面的作用非常復(fù)雜，所以很難建立整個(gè)系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型；而且液壓容積調(diào)速系統(tǒng)是典型的高階、時(shí)變、非線性系統(tǒng)，加上履帶車輛行駛時(shí)車速變化頻繁，負(fù)載干擾隨機(jī)出現(xiàn)。這些特點(diǎn)決定了靜液驅(qū)動(dòng)履帶車輛非常適宜采用模型預(yù)測(cè)控制來(lái)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
利用MATLAB模型預(yù)測(cè)控制工具箱，可以避免代碼的編寫過(guò)程，方便地設(shè)計(jì)出所需要的模型預(yù)測(cè)控制器。模型預(yù)測(cè)控制工具箱為系統(tǒng)地分析，設(shè)計(jì)和仿真模型預(yù)測(cè)控制器提供了一系列函數(shù)、一個(gè)應(yīng)用程序即一個(gè)圖形用戶界面的設(shè)計(jì)工具，MPCDesigner和相應(yīng)的Simulink模塊。在MPCDesigner應(yīng)用程序里設(shè)計(jì)好預(yù)測(cè)控制器后，通過(guò)Simulink庫(kù)所提供的模型預(yù)測(cè)控制器模塊MPCController進(jìn)行調(diào)用，然后就可以在Simulink環(huán)境下，對(duì)復(fù)雜的模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。
