文献翻译--模型降阶和助力转向系统的设计.docVIP

美国操纵装置讨论会的会议记录加利福尼亚州圣迭戈，1999年6月 模型降阶和助力转向系统的设计 阿里·犹达·洛贝克，卡迈勒·优素福·托米·雅明森加 MA 02139，剑桥麻省理工学院，机械工程学系 摘要 在控制系统的分析中,有着不断增长的对于获得高阶模式的低阶近似物理系统的需求。一些低阶模型在减少计算复杂性和更好地理解原系统的结构方面有很大的优势。此主题已被研究多年，并且许多方法已经被提议出来以获得合适的低阶近似模型。在以往的工作中[1]，一个新的物理域模型简化程序已经被提出。在本文中，这个新的模型简化程序将适用于动力转向系统。我们将从设计的角度来探讨这个程序的有用性。 1.引言 在以往的工作[1]中，一种新的降阶模型在一种物理系统分解程序的基础上被提了出来。这种分解程序基于本地环路收益债券图表，帮助用户确定一个物理系统的模型。一旦组成部分或子系统被确定，他们将通过残留物的信息根据重要性重新被排列。在本文中，同样的想法，将被应用到实际工程系统中，即动力转向系统。在此应用中，我们还将展示这种新的降阶模型如何能被用于工程系统的设计过程。动力转向系统，如图1所示，由两个主要单元组成，即手动功率传输单元和助力单元。其中手动功率传输单元由一个转向轮，一根主轴和齿轮机构组成。 图1：电动助力转向系统 动力转向系统有两种，即：液压助力转向系统和电动助力转向系统。电动助力转向系统比液压动力转向系统更方便，因为它更具有易用性。然而，由于规模，可靠性和安全性等原因,液压动力仍是目前的首选。在本文中，使用的将是液压助力转向系统。液压助力转向系统的主要部件是：油泵，软管和管道，储油罐，方向盘,主轴，包含一个压力控制阀门的转向齿轮箱，齿轮齿条的齿轮机构，活塞和气缸。驾驶员产生的转向力矩通过方向盘转移到齿轮机构。压力控制阀位于主轴和齿轮之间，这就使得阀门的移动与输入扭矩相适应。阀从中央位置的位移产生油压的变化，产生的压力被引导到一个与阀门的运动方向相应的气缸中。接着压力通过活塞以及连接着机架的连杆产生驱动力，这个驱动力将帮助司机完成前轮转向。 2.动力转向系统模型 这个系统的键合图模型如图2所示。变量的定义如表1至3，系统参数值见表4至6。键合图模型的详细情况和制定见[3]。从键合图可以看出，这个系统有9个层次。这种模型基于以下几个假设：（1）油的质量在管道里视为惯性，（2）管道压降被视为阻力，（3）油的可压缩性在管道里被视为电容（4）软管的扩张性视为电容，（5）软管中油的质量包括油管的质量，（6）软管中油的可压缩性包括在软管的可扩张性中，（7）与软管相关的压降包括在管道阻力中。 图2：动力转向系统的键合图模型 这九种情况是: 泵出口端压力 PP 管道流量#1 QP12 管道压力#1 PH1 管道流量#2 QP2 管道压力#2 = PH2 (1) 管道流量#3 QP3 连架杆速度 χL 负载弹簧力 FL 扭杆的扭矩 τL 输入: 泵输出流量 QP 方向盘角速度 ωa2 为了实现我们的目的,我们将这个非线性系统的工作点进行了线性化。这种线性化的细节详见 [3]。我们就此结束对物理系统的介绍。正如人们所见，这是一个多能量域系统。试验和模拟结果表明：该系统具有很高的振荡性。根据[3]现在已经知道，这些振荡来自液压线。下面，我们将展示分解过程[1]是如何帮助我们获得降阶模型并检测这种现象的。 表 1： 在离子键合图重要变量KT= 扭杆弹簧常数 G 变速比 RL 负载电阻 CL 负载电容 IL 惯性的负载 PV 阀进气口的压力 QV 液压管路流量 ωS2 方向盘角速度 表2：键合图表示的重要变量表 变量 变量的详细名称