大功率拖拉机液压机械无级变速器的设计与控制策略研究

作     者：张演 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：夏长高

授予年度：2021年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：拖拉机 液压机械无级变速器 特性分析 PSO-PID控制 速度控制 

摘      要：液压机械无级变速器（Hydro-mechanical Continuously Variable Transmission,简称HMCVT）是一种通过分流与汇流机构将液压传动与机械传动结合起来的复合无级变速器。相比于普通的变速器,HMCVT有着实现无级变速、传动功率大、传动效率高的优点。将HMCVT应用在拖拉机上,可显著提高拖拉机的燃油经济性,改善拖拉机的性能,降低驾驶员的劳动强度,减少农业发展成本,对于我国农业现代化的发展起到巨大作用。本文从HMCVT的传动方案、参数设计、仿真建模、控制策略等方面对其进行研究。首先阐述HMCVT传动系统的基本原理,对HMCVT各组成元件进行特性分析,最终确定了分矩汇速式中双行星汇流机构、变量泵—定量马达的液压机械无级变速器的传动方案。根据拖拉机基本参数与不同工作段的速度行驶范围,设计出五段式液压机械无级传动系统,确定HMCVT各工作段的传动比范围,对HMCVT的各工作段速比、功率分流比和效率特性分析,确定HMCVT满足拖拉机行驶速度需求和实现无级变速。通过MATLAB/Simulink仿真软件,建立各传动元件的仿真模型,并将其组合成HMCVT传动系统仿真模型并进行仿真试验,校验其输出特性。针对HMCVT输出特性中的不足,提出适合的HMCVT控制策略和控制逻辑,用以提高HMCVT输出精度,提高拖拉机作业时的行驶速度稳定性,增强拖拉机应对负载及环境变化时的智能性、效率性。为控制策略选择PSO-PID控制算法,设计基于PSO算法的PID控制器,并加入HMCVT仿真系统中进行仿真试验。