RU2735455C1 - Method for suppression of low-frequency oscillations in transport machine transmission - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to a method for suppression of low-frequency oscillations in transport machine transmission at the stage after kinematic levelling of driving and driven parts speeds. Method consists in creation of antiphase control action on own frequency of dynamic system corresponding to lower single-node form of oscillations. Novelty consists in synthesis of regulator based on calculation of parameters of redistribution in time of control function in accordance with algorithms ZV (Zero Vibration), ZVD (Zero Vibration and Derivative), ZVDD (Zero Vibration and Double Derivative), RAMP and so forth. Amplitude and duration of stages of control function (control torque), as well as the beginning of the algorithm action are determined by initial conditions of oscillatory process of dynamic system, which are identified by signatures of the first and second derivatives of torque. Type of Shaper-filter is determined on the basis of selection of priority parameter, which characterizes quality of transient process - overshooting, quick action or robustness.

EFFECT: higher operational properties of transport vehicles, such as acceleration intensity, level of comfort.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано при синтезе систем управления переключением передач трансмиссии транспортной машины.The invention relates to the field of transport engineering and can be used in the synthesis of control systems for shifting transmissions of a transport machine.

Обеспечение качества переключения передач в трансмиссии транспортных машин решается разработчиками более 100 лет. Тем не менее, совершенствование эксплуатационных свойств транспортных машин требует дальнейшего повышения качества переходных процессов переключения передач, повышения долговечности механизмов, осуществляющих переключение. В процессе переключения необходимо выполнение ряда требований: ограничение работы буксования дисков, динамического момента, приращения температуры, длительности переходного процесса, обеспечение гашения колебаний, энергоэффективности и экологичности процесса.Ensuring the quality of gear shifting in the transmission of transport vehicles has been solved by developers for over 100 years. Nevertheless, the improvement of the operational properties of transport vehicles requires a further improvement in the quality of transient processes of gear shifting, an increase in the durability of the mechanisms that carry out the shift. In the process of switching, it is necessary to fulfill a number of requirements: limiting the work of slipping disks, dynamic torque, temperature increment, duration of the transient process, ensuring vibration damping, energy efficiency and environmental friendliness of the process.

В работе [Держанский В.Б., Тараторкин И.А., Абдулов С.В. Управление переключением передач в трансмиссии с тремя степенями свободы // Тракторы и сельхозмашины 2012. №7. С. 22-26., рис. 4, аналог] показано, что требование одновременного обеспечения минимумов работы буксования и динамического момента противоречиво. Например, функция работы буксования фрикциона с ростом длительности процесса возрастает до 10 раз, а коэффициент динамичности при этом снижается в 2,25 раза. Область оптимального управления процессом находится вблизи линии пересечения графических зависимостей работы буксования и динамического момента от относительной скорости вращения дисков и длительности процесса переключения. Существенное снижение момента достигается при управлении давлением рабочей жидкости в серводвигателе управления фрикционом по обратной связи - относительной скорости вращения элементов фрикциона. Но это решение не предотвращает возбуждение колебательных процессов и их гашение после завершения стадии кинематического выравнивания скоростей ведущих и ведомых элементов трансмиссии на включаемой передаче. В действительности, как показывают результаты экспериментального исследования, быстрое приложение нагрузки к элементам механической системы, например, в виде единичной функции, приводит к возбуждению колебаний системы на собственной частоте.In the work [VB Derzhansky, IA Taratorkin, SV Abdulov. Control of gear shifting in transmission with three degrees of freedom // Tractors and agricultural machines 2012. №7. S. 22-26., Fig. 4, analogue] it is shown that the requirement of simultaneous provision of minima of slip work and dynamic torque is contradictory. For example, the function of clutch slipping with an increase in the duration of the process increases up to 10 times, and the dynamic coefficient decreases 2.25 times. The area of optimal process control is located near the line of intersection of the graphical dependences of the slip operation and the dynamic torque on the relative rotational speed of the disks and the duration of the switching process. A significant reduction in torque is achieved by controlling the pressure of the working fluid in the clutch servo motor using feedback - the relative speed of rotation of the clutch elements. But this solution does not prevent the excitation of oscillatory processes and their damping after the completion of the stage of kinematic equalization of the speeds of the driving and driven elements of the transmission in the included gear. In fact, as the results of experimental studies show, the rapid application of a load to the elements of a mechanical system, for example, in the form of a unit function, leads to the excitation of system oscillations at its natural frequency.

При использовании современных высокомоментных двигателей, возбуждаются вибрации при запуске, переключении передач. Это снижает уровень комфортабельности машины. Наиболее вероятно проявление этого эффекта при управлении двигателем в процессе переключения передач, а также при функционировании системы «старт-стоп». Эти низкочастотные колебания вполне закономерны и возбуждаются при резком увеличении движущего момента в динамической системе на низшей собственной частоте (первой - одноузловой формой колебаний). Данное явление называется эффектом Бонанса и описано в книге Fischer R. и др. (см. ниже). Энергия этих колебаний пропорциональна квадрату момента, деленному на удвоенное значение угловой жесткости системы. В процессе переключения передач (особенно низших) в трансмиссии транспортной машины действующий момент имеет максимальные значения, а приведенная угловая жесткость ограничена. Это приводит к интенсивному накоплению энергии колебаний с низкими собственными частотами при переключении на низших передачах. Энергия и амплитуда колебаний могут быть уменьшены при вариации параметров системы, повышающих собственную частоту. Однако это трудно реализуемо в реальных конструкциях. Наиболее близким по технической сути и достигаемым результатам является способ гашения колебаний, изложенный в работе Fischer R,

Najork R, Pollak В (2015) The Automotive Transmission Book, DOI 10.1007/978-3-319-05263-2 (прототип, рис. 2.28, стр. 78). Известный способ (прототип) заключается в гашении низкочастотных колебаний в трансмиссии транспортной машины на стадии после кинематического выравнивания скоростей ведущих и ведомых частей созданием противофазного управляющего воздействия на собственной частоте динамической системы, соответствующей низшей одноузловой форме колебаний, и в оценке качества переходных процессов, т.е. перерегулирования и длительности процесса на основе моделирования динамики системы при приложении единичного управляющего воздействия (быстрое приложение момента двигателя).When using modern high-torque motors, vibrations are excited when starting, shifting gears. This reduces the level of comfort of the machine. The manifestation of this effect is most likely during engine control during gear shifting, as well as during the operation of the start-stop system. These low-frequency oscillations are quite natural and are excited with a sharp increase in the driving moment in a dynamic system at the lowest natural frequency (the first is a single-node vibration mode). This phenomenon is called the Bonans effect and is described in the book by Fischer R. et al. (See below). The energy of these vibrations is proportional to the square of the moment divided by twice the angular stiffness of the system. In the process of shifting gears (especially lower gears) in the transmission of a transport machine, the effective moment has maximum values, and the reduced angular stiffness is limited. This leads to an intensive accumulation of vibration energy with low natural frequencies when shifting in lower gears. The energy and amplitude of the oscillations can be reduced by varying the parameters of the system, which increase the natural frequency. However, this is difficult to implement in real designs. The closest in technical essence and achieved results is the vibration damping method described in the work of Fischer R,

Najork R, Pollak B (2015) The Automotive Transmission Book, DOI 10.1007 / 978-3-319-05263-2 (prototype, fig. 2.28, p. 78). The known method (prototype) consists in damping low-frequency oscillations in the transmission of a transport machine at a stage after the kinematic equalization of the speeds of the driving and driven parts by creating an antiphase control action at the natural frequency of the dynamic system corresponding to the lowest single-node vibration mode, and in assessing the quality of transient processes, i.e. ... overshoot and process duration based on modeling the dynamics of the system when applying a single control action (fast application of the motor torque).

В прототипе предлагается корректировать функцию управляющего сигнала: делать ее наклонной (рамповидной RAMP - плавное повышение во времени момента двигателя) или ступенчатой, увязав длительность стадий управляющей функции с периодом (частотой) собственных колебаний динамической системы.In the prototype, it is proposed to correct the function of the control signal: to make it oblique (ramp-like RAMP - a smooth increase in time of the engine torque) or stepwise, linking the duration of the stages of the control function with the period (frequency) of natural oscillations of the dynamic system.

Однако создание плавного нарастания управляющей функции снижает динамические свойства транспортной машины (интенсивность разгона), а выбор амплитуд ступенчатой функции и их знаков недостаточно формализован и осуществляется интуитивно с учетом опыта исследователя, т.е. носит субъективный характер. В этом состоит основной недостаток метода. В настоящее время алгоритм выбора параметров ступенчатых функций, т.е. амплитуды и длительности импульсов (ступеней) формализован и излагается в так называемой теории построения Shaper-фильтров. Однако их эффективность, как и в способе, изложенном Фишером, обеспечивается лишь при нулевых начальных условиях. В реальных системах управления переключением передач транспортной машины начальные условия после кинематического выравнивания скоростей ведущих и ведомых элементов не являются нулевыми, формируются случайным образом в зависимости от совокупности факторов, определяемых крутящими моментами двигателя, сопротивления движению, а также колебательными процессами динамической системы.However, the creation of a smooth increase in the control function reduces the dynamic properties of the transport vehicle (acceleration intensity), and the choice of step function amplitudes and their signs is not formalized enough and is carried out intuitively, taking into account the researcher's experience, i.e. is subjective. This is the main disadvantage of the method. Currently, the algorithm for choosing the parameters of step functions, i.e. the amplitude and duration of impulses (steps) is formalized and described in the so-called theory of Shaper-filters construction. However, their effectiveness, as in the method outlined by Fisher, is ensured only with zero initial conditions. In real control systems for gear shifting of a transport vehicle, the initial conditions after the kinematic alignment of the speeds of the driving and driven elements are not zero, they are formed randomly depending on a combination of factors determined by the engine torque, motion resistance, and oscillatory processes of the dynamic system.

В предлагаемом способе гашение колебаний осуществляется как в прототипе корректировкой функции управляющего сигнала. Новизна способа заключается в синтезе регулятора на основе расчета параметров перераспределения во времени управляющей функции в соответствии с алгоритмами ZV (Zero Vibration), ZVD (Zero Vibration and Derivative), ZVDD (Zero Vibration and Double Derivative), RAMP и др. Амплитуда и длительность ступеней управляющей функции, а также начало действия алгоритма, определяются начальными условиями колебательного процесса динамической системы, которые идентифицируются по сигнатурам первой и второй производных крутящего момента. При этом управляющий сигнал разрабатываемого регулятора принимается из условия, чтобы суммарная амплитуда ступенчатого воздействие на систему осталось неизменной:In the proposed method, vibration damping is carried out as in the prototype by adjusting the function of the control signal. The novelty of the method lies in the synthesis of a controller based on the calculation of the parameters of the time reallocation of the control function in accordance with the algorithms ZV (Zero Vibration), ZVD (Zero Vibration and Derivative), ZVDD (Zero Vibration and Double Derivative), RAMP, etc. Amplitude and duration of steps of the control function, as well as the beginning of the algorithm, are determined by the initial conditions of the oscillatory process of the dynamic system, which are identified by the signatures of the first and second derivatives of the torque. In this case, the control signal of the developed regulator is taken from the condition that the total amplitude of the step effect on the system remains unchanged:

где n - количество импульсов; A_i - амплитуда i-го импульса.where n is the number of pulses; A _i is the amplitude of the i-th pulse.

Основным параметром, определяющим качество работы регулятора, является степень подавления колебаний в системе. Оценка производится в виде отношения амплитуды остаточных колебаний в системе, в которой входной сигнал был сформирован синтезированным регулятором, к амплитуде остаточных колебаний, которые возникли бы в той же системе без преобразования входного сигнала. Степень подавления колебаний определяется следующими выражениями:The main parameter that determines the quality of the regulator is the degree of suppression of oscillations in the system. The estimation is made in the form of the ratio of the amplitude of the residual oscillations in the system, in which the input signal was formed by the synthesized controller, to the amplitude of the residual oscillations that would arise in the same system without converting the input signal. The degree of suppression of oscillations is determined by the following expressions:

где ω частота колебаний; ε коэффициент демпфирования; t_i время i-го импульса. Параметры регулятора A_i и t_i получаются путем решения уравнения (2), задаваясь максимально допустимым уровнем колебаний V(ω,ε)max. При этом значения ω и ε обычно выбирают равными собственной частоте и коэффициенту демпфирования объекта управления, которые могут быть определены по математической модели или по результатам экспериментальных исследований.where ω is the vibration frequency; ε damping factor; t _i time of the i-th pulse. The controller parameters A _i and t _i are obtained by solving equation (2), setting the maximum permissible level of oscillations V (ω, ε) max. In this case, the values of ω and ε are usually chosen equal to the natural frequency and damping coefficient of the control object, which can be determined by a mathematical model or from the results of experimental studies.

На фиг. 1 показано изменение во времени крутящего момента в динамической системе как реакции на единичное управляющее воздействие (переходная функция). На фиг. 2 приведена схема идентификации начальной фазы колебаний крутящего момента, нагружающего трансмиссию после окончания стадии кинематического выравнивания ведущих и ведомых частей трансмиссии. В таблице (фиг. 3) приведены значения сигнатур крутящего момента, его первой и второй производных, позволяющие определить номер четверти периода колебаний и момент времени включения управляющего воздействия. На фиг. 4 показана схема предлагаемого алгоритма управления колебательным процессом. На фиг. 5 приведены результаты моделирования динамики системы при различных вариантах управления, иллюстрирующие эффективность синтезируемых регуляторов для гашения низкочастотных колебаний. В таблице (фиг. 6) приведены результаты оценки эффективности рассматриваемых алгоритмов.FIG. 1 shows the time variation of the torque in a dynamic system as a response to a single control action (transient function). FIG. 2 shows a diagram of the identification of the initial phase of the oscillations of the torque loading the transmission after the end of the stage of kinematic alignment of the driving and driven parts of the transmission. The table (Fig. 3) shows the values of the signatures of the torque, its first and second derivatives, which make it possible to determine the number of the quarter of the oscillation period and the moment of time when the control action is turned on. FIG. 4 shows a diagram of the proposed oscillatory process control algorithm. FIG. 5 shows the results of modeling the dynamics of the system for various control options, illustrating the effectiveness of the synthesized controllers for damping low-frequency oscillations. The table (Fig. 6) shows the results of evaluating the effectiveness of the algorithms under consideration.

В результате исследования динамики переключения передач транспортных машин установлено, что тип синтезируемых алгоритмов определяется в зависимости от приоритетности требуемых характеристик качества переходных процессов (перерегулирования, робастности, быстродействия).As a result of studying the dynamics of gear shifting of transport vehicles, it was found that the type of synthesized algorithms is determined depending on the priority of the required quality characteristics of transient processes (overshoot, robustness, speed).

Результаты совместного анализа перерегулирования, быстродействия и робастности различных Input Shapers позволяет сделать заключение о неоднозначности оценки по отдельным параметрам. Например, лучшее быстродействие демонстрирует ZV-Shaper. При этом он же является наихудшем с точки зрения робастности, т.е. при вариации собственной частоты эффективность алгоритма существенно снижается. Сопоставимое значение показателя робастности демонстрирует RAMP-алгоритм, но при этом его показатели быстродействия равны соответствующим показателям ZVD-алгоритма и существенно уступают ZV-алгоритму. Лучшие показатели перерегулирования демонстрирует ZVD-Shaper, худшие ZV-Shaper и сопоставимые с ним RAMP-алгоритм. Результаты оценки эффективности различных алгоритмов по свойствам перерегулирования, быстродействия и робастности сведены в таблицу на фиг. 6.The results of the joint analysis of overshoot, speed, and robustness of various Input Shapers allows one to make a conclusion about the ambiguity of the assessment for individual parameters. For example, ZV-Shaper demonstrates the best performance. Moreover, it is also the worst from the point of view of robustness, i.e. when the natural frequency is varied, the efficiency of the algorithm is significantly reduced. The RAMP algorithm demonstrates a comparable value of the robustness index, but at the same time its performance indicators are equal to the corresponding indicators of the ZVD algorithm and are significantly inferior to the ZV algorithm. The best overshoot performance is demonstrated by the ZVD-Shaper, the worst ZV-Shaper and the comparable RAMP algorithm. The results of evaluating the effectiveness of various algorithms in terms of the properties of overshoot, speed, and robustness are tabulated in Fig. 6.

Из приведенных результатов следует, что ни один из рассмотренных алгоритмов не обеспечивает наилучшего качества по всем трем параметрам. Выбор типа алгоритма может быть осуществлен в зависимости от приоритета параметра оценки качества переходного процесса.It follows from the above results that none of the considered algorithms provides the best quality in all three parameters. The choice of the type of algorithm can be carried out depending on the priority of the parameter for evaluating the quality of the transient process.

При приложении момента в виде единичной функции после окончания стадии кинематического выравнивания динамический момент во времени изменяется по гармоническому затухающему закону в соответствии с дифференциальным уравнением второго порядка:When the moment is applied in the form of a unit function after the end of the stage of kinematic alignment, the dynamic moment in time changes according to a harmonic damping law in accordance with the second-order differential equation:

где

- момент инерции; b - коэффициент демпфирования; с - жесткость; ϕ - угловая координата; M_tp=1(t) - единичное управляющее воздействие. Решение данного уравнения описывается выражением:Where

- moment of inertia; b - damping coefficient; c - rigidity; ϕ - angular coordinate; M _tp = 1 (t) is a single control action. The solution to this equation is described by the expression:

где K - коэффициент усиления, равный

; ε - фаза колебания; ω_с - собственная частота системы (модуль мнимой части корней характеристического уравнения); α - реальная часть корней характеристического уравнения. Временная функция, характеризующая качество переходного процесса представлена на фиг. 1. Если величина перерегулирования превышает допустимый интервал 2σ (см. фиг. 1), то необходимо синтезировать регулятор.where K is the gain equal to

; ε is the phase of the oscillation; ω _с - natural frequency of the system (modulus of the imaginary part of the roots of the characteristic equation); α is the real part of the roots of the characteristic equation. The time function characterizing the quality of the transient process is shown in Fig. 1. If the value of overshoot exceeds the permissible interval 2σ (see Fig. 1), then it is necessary to synthesize a controller.

Для корректного применения одного из алгоритмов перераспределения управляющего воздействия необходимо определить момент времени включения регулятора. Для этого по значению крутящего момента в трансмиссии (фиг. 2, график А) и знакам (сигнатурам) первой (фиг. 2, график В) и второй (фиг. 2, график С) производных необходимо определить, в какой четверти периода собственного колебания (квартиле) происходит колебательное движение динамической системы. Результаты идентификации квартилей по значению крутящего момента и знакам сигнатур его производных сведены в таблицу (фиг. 3). Например, если процесс осуществляется в первом квартиле, то знак первой производной крутящего момента положительный, а знак второй производной отрицательный. Если процесс осуществляется во втором квартиле, то знаки первой и второй производной крутящего момента отрицательные. Если процесс происходит в третьем квартиле, то знак первой производной отрицательный, а знак второй производной положительный. Если процесс происходит в четвертом квартиле, то знаки первой и второй производной момента положительные. Данные соотношения приведены в таблице на фиг. 2, строки 1-4. При этом момент времени включения регулятора определяется так же по значениям сигнатур (изменению знаков сигнатур) соответствующих производных динамического момента (таблица на фиг. 3, строки 5-7). Например, при нахождении в первой четверти периода момент времени включения регулятора

определяется нулевым значением первой производной момента (знак производной меняется с плюса на минус); при нахождении во второй четверти периода, момент времени включения регулятора (π) определяется нулевым значением второй производной момента (знак производной меняется с минуса на плюс); при нахождении в третьей четверти периода, момент времени включения регулятора

определяется нулевым значением первой производной момента (знак производной меняется с минуса на плюс); при нахождении в четвертой четверти периода, момент времени включения регулятора (2π) определяется нулевым значением второй производной момента (знак производной меняется с плюса на минус).For the correct application of one of the algorithms for the redistribution of the control action, it is necessary to determine the moment of the controller activation. To do this, by the value of the torque in the transmission (Fig. 2, graph A) and the signs (signatures) of the first (Fig. 2, graph B) and second (Fig. 2, graph C) derivatives, it is necessary to determine in what quarter of the natural oscillation period (quartile) there is an oscillatory movement of the dynamic system. The results of the identification of quartiles by the value of the torque and the signs of the signatures of its derivatives are summarized in the table (Fig. 3). For example, if the process is carried out in the first quartile, then the sign of the first derivative of the torque is positive, and the sign of the second derivative is negative. If the process is carried out in the second quartile, then the signs of the first and second derivatives of the torque are negative. If the process takes place in the third quartile, then the sign of the first derivative is negative, and the sign of the second derivative is positive. If the process takes place in the fourth quartile, then the signs of the first and second derivatives of the moment are positive. These ratios are shown in the table in FIG. 2, lines 1-4. In this case, the time of turning on the regulator is also determined by the values of the signatures (changes in the signs of the signatures) of the corresponding derivatives of the dynamic moment (table in Fig. 3, lines 5-7). For example, when it is in the first quarter of the period, the time the controller turns on

is determined by the zero value of the first derivative of the moment (the sign of the derivative changes from plus to minus); when in the second quarter of the period, the time the controller is turned on (π) is determined by the zero value of the second derivative of the torque (the sign of the derivative changes from minus to plus); when in the third quarter of the period, the time the controller is turned on

is determined by the zero value of the first derivative of the moment (the sign of the derivative changes from minus to plus); when it is in the fourth quarter of the period, the time the controller is turned on (2π) is determined by the zero value of the second derivative of the torque (the sign of the derivative changes from plus to minus).

После определения момента времени включения регулятора предлагаемая система управления работает по алгоритму, схема которого приведена на фиг. 4. Для реализации алгоритма вводятся начальные условия (блок 1), включающие в себя таблицу значений собственных частот по передачам, как функций номера включенной передачи и схемы подключения мостов

; допустимые значения параметров перерегулирования по передачам σ_j, [%] и коэффициенты демпфирования рассматриваемых модальных форм α_j. Циклическая программа управления предусматривает определение собственной частоты системы как функции номера включенной передачи и схемы включения ведущих мостов (блок 2). При этом принимаются во внимание N_j - номер включенной передачи; K_сх - идентификатор схемы включения ведущих мостов;

- собственная частота динамической системы, как функция N_j и K_сх для включаемой передачи; α_j - коэффициент демпфирования данной формы колебания (определяется экспериментально);

- относительная скорость вращения ведущих и ведомых элементов трансмиссии на включаемой передаче; PR - приоритетный параметр, характеризующий качество переходного процесса: -перерегулирование σ, [%], быстродействие t_s, [с], - робастность. Затем формируется циклическая программа по времени t с шагом Δt (блок 3). Кроме того, измеряется относительная угловая скорость ведущих и ведомых элементов трансмиссии, их разность (блок 4), позволяющая идентифицировать окончание стадии кинематического выравнивания. После достижения кинематического выравнивания Δω=0 (блок 5) в блоке 6 осуществляется запрос информационно-измерительной управляющей системой (ИИУС) машины требуемого момента двигателя M_tp, обеспечивающего необходимое ускорение движения

в заданных условиях движения, по уравнению 4 определяется расчетный крутящий момент в трансмиссии как реакция на единичное управляющее воздействие (параметры переходного процесса (σ, t_s).After determining the time point for turning on the regulator, the proposed control system operates according to the algorithm, the diagram of which is shown in Fig. 4. To implement the algorithm, initial conditions are introduced (block 1), which include a table of natural frequencies for transmissions, as functions of the number of the engaged transmission and the bridge connection diagram

; permissible values of the parameters of overshoot in gears σ _j , [%] and damping coefficients of the considered modal forms α _j . The cyclic control program provides for the determination of the natural frequency of the system as a function of the number of the engaged gear and the circuit for switching on the driving axles (block 2). This takes into account N _j - the number of the included gear; K _cx - identifier of the driving axle switching circuit;

- natural frequency of the dynamic system, as a function of N _j and K _cx for the included gear; α _j is the damping coefficient of the given vibration mode (determined experimentally);

- the relative speed of rotation of the driving and driven elements of the transmission in the included gear; PR is a priority parameter characterizing the quality of the transient process: - overshoot σ, [%], speed t _s , [s], - robustness. Then a cyclic program is formed in time t with a step Δt (block 3). In addition, the relative angular velocity of the driving and driven transmission elements, their difference (block 4) is measured, which allows identifying the end of the kinematic alignment stage. After reaching the kinematic alignment Δω = 0 (block 5) in block 6, the information-measuring control system (IMS) of the machine requests the required engine torque M _tp , which provides the necessary acceleration

in the given driving conditions, according to equation 4, the calculated torque in the transmission is determined as a response to a single control action (parameters of the transient process (σ, t _s ).

В блоке 7 осуществляется сравнение степени перерегулирования σ с допустимым значением. Если перерегулирование превышает допустимое значение, то выполняется в блоке 8 синтез параметров силового перераспределения управляющего сигнала A_i и t_i (амплитуды и длительности их действия) для типа регулятора (Shaper-фильтра), обеспечивающего требуемое значение приоритетного параметра качества переходного процесса (перерегулирование, быстродействие или робастность). Для выделения функции момента (измеренного), соответствующего первой одноузловой форме колебаний осуществляется фильтрация применением режекторного фильтра на собственной частоте ω_c системы с полосой пропускания ±(Δ%)⋅ω_c. В этом выражении Δ% - учитывает возможность варьирования собственной частоты системы и определяет приоритетность выбранного регулятора по степени его робастности. Например, как показывают результаты моделирования для первой передачи автомобиля массой 3 т, для ZV-Shaper при заданном уровне перерегулирования 10% полоса пропускания Δ% ≈ ±5; для ZVD-Shaper при заданном уровне перерегулирования 10% полоса пропускания составляет Δ% ≈ ±20%; для ZVDD-Shaper при заданном уровне перерегулирования 10% полоса пропускания Δ% ≈ ±30%.In block 7, the degree of overshoot σ is compared with the permissible value. If the overshoot exceeds the permissible value, then block 8 synthesizes the parameters of the power redistribution of the control signal A _i and t _i (amplitude and duration of their action) for the type of regulator (Shaper filter) that provides the required value of the priority parameter of the quality of the transient process (overshoot, speed or robustness). To isolate the function of the moment (measured) corresponding to the first single-node vibration mode, filtering is carried out using a notch filter at the natural frequency ω _{c of the} system with a bandwidth of ± (Δ%) ⋅ ω _c . In this expression, Δ% - takes into account the possibility of varying the natural frequency of the system and determines the priority of the selected controller according to the degree of its robustness. For example, as the simulation results show for the first gear of a car weighing 3 tons, for the ZV-Shaper at a given overshoot level of 10%, the bandwidth is Δ% ≈ ± 5; for ZVD-Shaper at a given overshoot level of 10%, the bandwidth is Δ% ≈ ± 20%; for ZVDD-Shaper at a given overshoot level of 10%, the bandwidth is Δ% ≈ ± 30%.

Далее, по сигнатурам полученного (отфильтрованного) крутящего момента, его первой и второй производных, определяется номер текущего квартеля колебательного процесса и его временных границ. Правая граница интервала определяет момент времени приложения управляющего силового воздействия синтезированного регулятора.Further, according to the signatures of the obtained (filtered) torque, its first and second derivatives, the number of the current quarter of the oscillatory process and its time boundaries is determined. The right boundary of the interval determines the time of application of the control force action of the synthesized controller.

После этого осуществляется передача параметров синтезированного регулятора в систему управления подачей топлива двигателя (блок 9). На этом работа алгоритма заканчивается (блок 10).After that, the parameters of the synthesized controller are transferred to the engine fuel supply control system (block 9). This concludes the work of the algorithm (block 10).

На фиг. 5 представлены результаты моделирования динамики системы при управлении тремя регуляторами. Результаты моделирования иллюстрируют эффективность синтезируемых регуляторов для гашения низкочастотных колебаний. Из графиков на фиг. 5 и результатов обработки экспериментальных данных сведенных в таблицу (фиг. 6) следует, что ZVD-алгоритм обеспечивает наивысшую эффективность по ограничению перерегулирования при приемлемых значениях быстродействия и робастности. В целом анализ полученных результатов свидетельствует об эффективности перераспределения управляющего крутящего момента при переключении передач.FIG. 5 shows the results of modeling the dynamics of the system when controlling three controllers. The simulation results illustrate the effectiveness of the synthesized controllers for damping low-frequency oscillations. From the graphs in FIG. 5 and the results of processing the experimental data summarized in the table (Fig. 6), it follows that the ZVD-algorithm provides the highest efficiency in limiting overshoot with acceptable values of speed and robustness. In general, the analysis of the results obtained indicates the effectiveness of the redistribution of the control torque when shifting gears.

В то же время из результатов моделирования динамики энерго-силовой установки рассматриваемого объекта исследования следует, что для первых трех передач целесообразно применение ZVD-Shaper. При требовании более высокого быстродействия возможно применение ZV-Shaper. Для передач начиная с 4-й и выше целесообразно применение RAMP-алгоритма. При этом время нарастания управляющего воздействия должно соответствовать периоду собственной частоты для данной передачи. Приложение управляющего воздействия за время меньшее длительности периода приводит к резкому ухудшению показателей перерегулирования и робастности. Приложение управляющего воздействия за время превышающее длительность периода собственных колебаний приводит к неприемлемому снижению динамики разгона.At the same time, it follows from the results of modeling the dynamics of the power plant of the considered object of research that for the first three gears it is advisable to use the ZVD-Shaper. If a higher speed is required, the ZV-Shaper can be used. For transmissions starting from the 4th and higher, it is advisable to use the RAMP algorithm. In this case, the rise time of the control action must correspond to the natural frequency period for this transmission. Application of a control action for a time shorter than the duration of the period leads to a sharp deterioration in the overshoot and robustness indicators. The application of a control action for a time exceeding the duration of the natural oscillation period leads to an unacceptable decrease in the acceleration dynamics.

Claims (1)

Способ гашения низкочастотных колебаний в трансмиссии транспортной машины на стадии после кинематического выравнивания скоростей ведущих и ведомых частей заключается в создании противофазного управляющего воздействия на собственной частоте динамической системы, соответствующей низшей одноузловой форме колебаний, отличается тем, что в алгоритм работы системы дополнительно введен блок идентификации номера включаемой передачи, схемы включения ведущих мостов и разности относительной скорости ведущих и ведомых элементов системы, определяющей момент времени окончания стадии кинематического выравнивания; после этого осуществляется запрос ИИУС требуемого момента двигателя на данной передаче для обеспечения движения с заданным ускорением; задается величина допустимого перерегулирования момента; прогнозируются реакция системы на единичное управляющее воздействие, то есть параметры качества переходного процесса при быстром приложении момента; при превышении допустимой степени перерегулирования выполняется расчет параметров силового перераспределения управляющего крутящего момента для выбранного алгоритма управления, например ZV, ZVD, ZVDD, RAMP,то есть амплитуд и длительностей их действия с учетом начальной фазы колебания, соответствующей низшей одноузловой форме, определяемой по значениям сигнатур первой и второй производных момента; сформированный сигнал, соответствующий установленным значениям параметров силового перераспределения, передается на блок управления моментом двигателя.The method of damping low-frequency oscillations in the transmission of a transport machine at the stage after the kinematic equalization of the speeds of the driving and driven parts consists in creating an antiphase control action at the natural frequency of the dynamic system corresponding to the lowest single-node vibration mode, characterized in that an identification block for the number of transmissions, driving axle switching circuits and the difference in the relative speed of the driving and driven elements of the system, which determines the time of the end of the kinematic alignment stage; after that, a request is made for the IMS of the required engine torque in a given gear to ensure movement with a given acceleration; the value of the permissible overshoot of the torque is set; the system's response to a single control action is predicted, that is, the quality parameters of the transient process with a rapid application of the torque; when the permissible degree of overshoot is exceeded, the parameters of the power redistribution of the control torque are calculated for the selected control algorithm, for example, ZV, ZVD, ZVDD, RAMP, that is, the amplitudes and durations of their action, taking into account the initial phase of the oscillation corresponding to the lowest single-node form determined by the values of the signatures of the first and second derivatives of the moment; the generated signal corresponding to the set values of the power redistribution parameters is transmitted to the engine torque control unit.

Images