高地隙喷雾机主动空气悬架减振控制与实验

作     者：武秀恒 秦嘉浩 杜岳峰 宋正河 陈雨 谢斌 WU Xinheng;QIN Jiahao;DU Yuefeng;SONG Zhenghe;CHEN Yu;XIE Bin

作者机构：中国农业大学工学院北京100083 现代农业装备优化设计北京市重点实验室北京100083 西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2018年第49卷第6期

页      面：60-67页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 08[工学] 09[农学] 080204[工学-车辆工程] 0904[农学-植物保护] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2017YFD0700301 2016YFD0200705) 

主　　题：高地隙喷雾机 主动空气悬架 H∞状态反馈控制 非线性时频控制 离散小波变换 实验 

摘      要：高地隙自走式喷雾机在接近于系统固有频率的地面条件下工作时,由于车身重心高、喷杆质量大且展开后较长,导致工作时车身与喷杆大幅剧烈摆动,影响作业质量甚至危及安全。针对此,本文提出适时开启的主动空气悬架减振方案。方案实施过程中,一方面需要解决空气弹簧充放气过程中的非线性控制问题,另一方面则需面对车身加速度与位移多变量同时控制以及最大控制力和悬架行程受限的传统问题。为此,制定了一种空气悬架H∞状态反馈与时频非线性联合减振控制策略。首先求解系统在约束条件下的H∞状态反馈控制器增益,基于此控制器可计算系统在地面扰动下的空气弹簧所应实施的目标压力;然后设计时频非线性控制器,依靠该控制器实时调节比例电磁阀开度进而控制空气弹簧压力使其跟随目标。基于室内台架实验,在模拟地面条件接近于系统固有频率以及田间随机路面激励两种工况下,对所提策略进行了验证。结果表明,系统在一阶共振频率的激励下,被动悬架簧载质量最大加速度达8.5 m/s2左右,半主动悬架的最大加速度约为7 m/s2,而主动空气悬架的最大加速度降低至2.5 m/s2,并在主动控制过程中,悬架位移始终保持在限制范围内,激振结束后悬架位移逐渐恢复至零初始位置;在随机田间路面激励工况下,主动控制悬架的车身加速度亦显著降低,证明了主动减振方案的有效性。