[发明专利]一种基于灰色预测模糊PID算法的高地隙车辆侧倾稳定性控制系统

说明书

一种基于灰色预测模糊PID算法的高地隙车辆侧倾稳定性控制系统。本发明属于农业载运工具运用工程与农业车辆稳定性控制领域，涉及灰色预测、模糊控制及PID控制理论，研发出一种高地隙农业车辆侧倾稳定性控制方法，针对高地隙车辆作业时系统具有非线性、复杂性以及时变不确定性的特点，利用灰色预测模型的“超前控制”特点，基于模糊PID控制算法建立了对车辆负载质心侧倾角控制的主动力矩控制系统，通过传感器测量车辆当前状态值，发送给电子控制单元后产生相应的控制指令以调整车辆负载的空间姿态，该控制系统能够很好的适应复杂的工作环境，为开发更加多样化的农业车辆稳定性控制系统提供坚实基础。

技术领域

本发明属于农业载运工具运用工程与农业车辆稳定性控制领域，具体涉及灰色预测、模糊控制及PID控制理论，研发出一种高地隙农业车辆侧倾稳定性控制方法，针对高地隙车辆作业时系统具有非线性、复杂性以及时变不确定性的特点，利用灰色预测模型的“超前控制”特点，结合模糊控制算法及传统PID控制的优点，建立高地隙车辆侧倾稳定性控制模型，利用质心侧倾角和侧倾角速度作为系统状态变量实施反馈，产生负载空间姿态控制的主动力矩，本发明能够很好的适应复杂的工作环境，为开发更加多样化的农业车辆稳定性控制系统提供坚实基础。

背景技术

自走式高地隙农业车辆具有整车质心高、离地间隙大和作业环境恶劣等特点，且车身负载重量占整车重量比例较大，在作业过程中由于路面激励和车速的输入及药箱质心位置的变化，导致整车侧倾稳定性变差，严重影响其作业效果和行驶安全性。目前，国内有不少学者对影响高地隙作业车辆行驶及操纵稳定性的因素及控制方法进行了相关研究，并取得了一定的研究进展。高地隙车辆作为一种复杂的非线性、时变不确定性系统，目前关于自走式高地隙车辆的操纵稳定性控制方法大多借鉴于传统车辆，但这些控制方法并不能有效解决由于路面激励输入及负载质心偏移带来的车辆侧倾甚至侧翻问题，而传统车辆失稳大多数为横摆失稳，较少发生侧翻及俯仰事故，因此在应用过程中，由于工作环境不同，类似的控制方法存在控制精度不佳、控制响应不足以及控制响应过度等诸多问题。。

目前在工业控制中经常采用PID控制方法，这是由于PID控制器具有良好的鲁棒性、结构简单及易于实现等特点，因此得到了广泛的应用。但常规PID控制参数固定，对于一些更加复杂的控制对象，难以取得较好的控制效果，因此传统PID控制器与现代控制理论中的智能控制算法相结合得到广泛的研究与应用，其中模糊PID控制算法的应用较为广泛。而目前这些控制理论与方法，大多是根据现有数据和信息进行判断并做出决策，在大多数情况下，这些控制理论与方法是有效的、有实际作用效果的。但对于具有复杂非线性、时变不确定性的高地隙农业车辆来说，很难做到完全而又准确的实时响应，因而控制系统的作用效果存在一定的局限性。

灰色预测控制理论是由我国著名学者邓聚龙教授于上世纪八十年代提出的一种控制理论算法，其算法核心是根据系统已有的少量数据利用累加求和消除数据随机性并发现系统内部发展规律，建立GM(1,1)模型并预测系统未来的响应结果。针对复杂的非线性、时变不确定性系统，系统特征信息具有不确定性且难以建立准确的数学模型来描述系统行为，灰色预测控制理论能够很好的适用于此类系统的控制问题，但如何与其他控制算法相结合应用于控制系统的集成控制是研究应用的难点。

综上所述，高地隙农业车辆侧倾稳定性是影响整车作业效率与作业效果的主要因素之一，如何通过对整车负载空间姿态进行调节与控制从而保证整车行驶及操纵稳定性是关键问题，因此克服现有技术的缺点与不足，设计一种高地隙车辆侧倾稳定性控制系统是非常有必要的。

发明内容