探究汽車連桿機械自動節(jié)能傳動的控制系統(tǒng)設計

龍丹

（上海民航職業(yè)技術學院，上海 200232）

隨著人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)成為不可或缺的代步運輸工具，目前，綠色環(huán)保已經(jīng)成為汽車未來發(fā)展的主要方向，決定了汽車行業(yè)發(fā)展必須改變傳統(tǒng)的機構。其中，汽車連桿機械作為汽車結構中的重要組成部分，是自動化節(jié)能設計的重要組成部分。而結合現(xiàn)有的技術發(fā)展情況來看，在進行自動節(jié)能傳統(tǒng)控制系統(tǒng)設計中，要進一步轉變設計理念，這樣才能強化控制系統(tǒng)性能。

1 汽車連桿機械的技術要求

從汽車機構來看，汽車發(fā)動機輸出傳動功能需要依靠連桿機械來實現(xiàn)的，在現(xiàn)有的傳動輸出系統(tǒng)中，依靠連桿機械來完成力的傳輸，此時，汽車連桿機械作為汽車車體的重要組成部分，在功能設計中，不僅要考慮到汽車動力傳輸要求，也應該兼顧環(huán)保要求等，所以對于相關人員而言，需要重視汽車連桿機械的綠色技能設計要求。現(xiàn)有的研究不斷完善了汽車連桿機械的節(jié)能設計要求，其中，使用綠色發(fā)動機連桿則是實現(xiàn)綠色節(jié)能設計的重要組成部分。目前，越來越多的學者提出，在設計中要將各種自動節(jié)能設計思想應用到系統(tǒng)設計中，通過優(yōu)化控制連桿機械傳動系統(tǒng)結構的方法，保證連桿系統(tǒng)結構的穩(wěn)定性滿足預期設計要求。

而針對目前汽車連桿機械的傳動過程，為保證機械應力的平穩(wěn)傳輸，可考慮實現(xiàn)控制系統(tǒng)與自適應控制律的結合，最終全面提高傳動系統(tǒng)品質(zhì)，在這種情況下，自動化節(jié)能傳動效果會受到荷載因素的影響，因此，在設計中，應該按照其荷載變化來提取系統(tǒng)的荷載變化參數(shù)，再運結合其中的運行信息以及特征參數(shù)來評價自動節(jié)能控制效果，以連桿機械的自動節(jié)能效果為基礎，通過反演控制或者模糊PID方法等控制方法即可完成系統(tǒng)設計。但是，也有研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的控制方法在傳動控制過程中存在諸多不足，尤其是穩(wěn)態(tài)誤差會影響自動節(jié)能效果，所以為了能夠有效解決上述問題，在本次研究中，本文將對連桿自動節(jié)能傳動的控制方法進行優(yōu)化，在完成被控對象以及控制約束參數(shù)變化的基礎上，運用結構模糊PID來優(yōu)化其中的控制律，這是避免出現(xiàn)誤差、實現(xiàn)自動節(jié)能優(yōu)化設計的關鍵點。

2 控制約束參量分析與被控對象

2.1 控制約束參量模型的實現(xiàn)

在綜合考慮汽車連桿機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性后，本文提出的控制約束參量模型應該充分考慮現(xiàn)有系統(tǒng)結構功能的要求，在持續(xù)優(yōu)化自動節(jié)能功能實現(xiàn)的基礎上，應該詳細采集汽車連桿機械工作物理環(huán)境的關鍵參數(shù)量信息，依照傳感器的設備環(huán)境以及相關敏感元件等采集汽車連桿機械系統(tǒng)的自動節(jié)能傳動特征。所以，為了實現(xiàn)上述目標，在設計期間，可運用自動化控制系統(tǒng)，在采集機械參數(shù)信息之后，將其輸入系統(tǒng)的信息處理模塊中后，結合自適應控制算法以及LMNN算法完成智能化控制，并由此形成控制質(zhì)量；再將控制指令依托程序加載器直接輸入傳動系統(tǒng)的執(zhí)行器中，這樣才能實現(xiàn)汽車連桿機械的自動控制。在這種情況下，為了實現(xiàn)上述技術要求，本文提出了一種Smith模型的自動節(jié)能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的基本結構如圖1所示。

圖1 汽車連桿機械的自動節(jié)能傳動控制結構

在圖1所介紹的結構下，也有學者對自動節(jié)能傳動控制結構的性能要求等作出全面分析，并將其作為系統(tǒng)功能完善的重要組成部分，而其中的關鍵技術為：在設計自動節(jié)能傳動的控制系統(tǒng)期間，需要掌握汽車連桿機械的相關運輸數(shù)據(jù)，在完成數(shù)據(jù)信息采集的基礎上，識別其中的關鍵運行參數(shù)。一般情況下，自動節(jié)能傳動控制系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)管理需要以控制算法為依據(jù)，并且為了能提高數(shù)據(jù)的運行效率，可采用傳感器模塊加載完成信息采集過程；此時，在控制指令加載等一系列管理過程中，可以在DAQ-STC基礎上增加中央控制模塊；在控制電路的核心板上，選擇ARM9處理器，該處理器由多個SDRAM組成（規(guī)格為32M，寬度為16bit）核心控制芯片，最后，通過AMBA總線接口等實現(xiàn)了彼此之間的聯(lián)系。在這種情況下，為了能夠進一步增強自動節(jié)能傳動效果，在設計中，還需要進一步增加敏感元件數(shù)量。

在圖1介紹的系統(tǒng)結構下，考慮到汽車連桿機械的參量約束條件需要以構建的總體結構模型為依據(jù)，一般在初始狀態(tài)量已經(jīng)確定的情況下，構建具有若干條輸出通道的模型。假設汽車連桿機械的相關參數(shù)表達為：飛行姿態(tài)角的加速度為：左右車輪的控制系數(shù)為系統(tǒng)振動幅值分別用表示，連接結構的輸出增益用表示，用fd1、fd2與fd3分別代表不同的干擾項，最后車體繞擺桿的力學控制輸出量用與δγ表示，則有關系式：

在上述結構中，為避免汽車連桿機械的自動節(jié)能傳動過程出現(xiàn)的各種誤差可能會影響最終研究結果，在研究期間，可考慮通過引入穩(wěn)態(tài)誤差補償項的方法來降低擾動因素的影響。其誤差不暢則需要結合控制約束參量等相關指標進行計算，在數(shù)據(jù)處理過程中，針對控制約束對象能進一步降低向擾動因素對最終數(shù)據(jù)處理結果的影響，因此，在分析期間，可以根據(jù)字系統(tǒng)連桿傳動角度以及旋轉角度等各種關鍵數(shù)據(jù)做統(tǒng)一評價，并在增設干擾信號的基礎上，強化控制系統(tǒng)的抗干擾能力，這樣才能滿足汽車連接機械自動節(jié)能傳動控制方面的要求。

2.2 控制節(jié)律設計

在控制節(jié)律設計中，使用建模工具搭建具有較高精準度的汽車連接機械自動節(jié)能傳動的控制模型后，即可進行指控率設計，此時，本文使用模糊控制的PID變結構控制法，由此能夠形成變結構模糊的PID神經(jīng)網(wǎng)絡體系。在這種情況下，用t來表示任意一個時間節(jié)點，用xn表達在第n個神經(jīng)元輸入至輸出層厚，汽車連桿所產(chǎn)生的動力學參量變化情況，并與對應的權重值相乘后，獲得輸出層控制器的辨識參數(shù)，其計算公式為：

在上述公式中，neti表輸出層i的控制器辨識參數(shù)情況；表示汽車機械連桿傳動力學參數(shù)的在對應時刻的權重值。

之后，根據(jù)控制約束量的相關數(shù)據(jù)要求，在完成誤差補償?shù)那闆r下，可以按照獲得的誤差項，且不考慮汽車傳動機械在正常行駛情況下的不確定因素，即可判斷出系統(tǒng)切換的控制規(guī)律特征。

2.3 硬件設計

在硬件設計期間，考慮到汽車連桿機械傳動控制系統(tǒng)的特殊性能要求，對于控制系統(tǒng)而言，信息的采集效率則成為其中的關鍵點，所以，設計人員要通過多種方法來提高信息的全覆蓋面，這是提高數(shù)據(jù)精準度的有效手段。所以，為了能夠實現(xiàn)這一目標，本文在設計時，將結合連桿機械自動化節(jié)能要求，通過智能傳感器模塊并搭配相應的控制模塊，使整個系統(tǒng)能夠順利完成各種操作指令。同時，在控制電路中，控制核心板實其中的核心組件，因此，在綜合考慮各方面要求的基礎上，選擇了ARM9處理器模式，運用DSP技術，在總線接口的支持下，實現(xiàn)與外部設備之間的有效連接，能夠避免出現(xiàn)質(zhì)量問題的現(xiàn)象，使控制系統(tǒng)的性能更加滿意。

3 汽車連桿機械自動節(jié)能傳動的控制系統(tǒng)的仿真實驗

通過開展仿真實驗的方法，能夠全面評價汽車連桿機械的自動節(jié)能傳動效果，所以本文將通過Mabtlab設計系統(tǒng)，通過簡化系統(tǒng)的相關操作步驟來降低出現(xiàn)質(zhì)量問題的風險。所以在設計中，可選擇Simulink仿真平臺，對汽車連桿機械的硬件部位做仿真評價，通過該結果，能夠顯示汽車連桿機械的性能。

在實驗過程中，設置每隔0.2s采集一次汽車連桿機械的傳動學參數(shù)，將實驗過程設計為12s，設計控制迭代補償為20；在嚴格遵守國家的相關技術標準后，設置標準的參數(shù)數(shù)據(jù)；通過將設定好的仿真參量依托該實驗進行仿真模擬后，使系統(tǒng)具有更強的模擬分析能力。

從實驗結果來看，在設計迭代步長為10的情況下，本文所設計的傳動控制系統(tǒng)誤差為0.25N；而相比之下，若采用傳統(tǒng)的控制方法，則誤差量達到了0.45N。當?shù)介L為20時，本文所介紹的設計方案的控制誤差僅為0.1N，而在使用傳統(tǒng)方法時，傳動控制系統(tǒng)的誤差達到了0.33N。通過這組數(shù)據(jù)比較可發(fā)現(xiàn)，本文所介紹的控制系統(tǒng)誤差度更小。

4 結語

本文基于在變結構模糊PID技術基礎上，提出了一套汽車連桿機械自動節(jié)能傳動的控制系統(tǒng)設計方案，本文的設計方法具有更高的精度，滿足汽車連桿機械自動化節(jié)能要求，具有推廣價值。