автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Моделирование и синтез управляемой подвески многоопорных машин

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ОПЕЙКО Александр Федорович

УДК 629.114. 4. 012. 8. 001. 24: 681. 3

МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИНТЕЗ УПРАВЛЯЕМОЙ ПОДВШШ Ш0Г001ЮРНЫХ МАШИ

05.05. 03 - автомобили и тракторы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск 1993

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии.

Официальные оппоненты: - академик АН Литвы, чл.-корр. РАН,

заслуженный деятель науки и тех -ники, доктор технических наук, профессор Рагульекис K.M.

- академик Академии аграрных наук РБ, академик Российской сельскохозяйственной академии, доктор технических наук, профессор Нагорский И.С.

- Заслуженный деятель науки и техники Республики Беларусь, доктор технических наук, профессор Кацыгин В.В.

Ведущее предприятие - Минский автомобильный завод

Защита состоится " ЯНоVf ¡»Jf igs h. в ^ часов на заседании специализированного совета ВАК Д 056.02.02 при Белорус -ской государственной политехнической академии по адресу: 220027, г. Минск, проспект Ф.Скорины, 65, главный корпус, а. 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат просим направлять в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, по вышеуказанному адресу:

Автореферат разослан «46* féf-^/^ 1993

г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат тех -нических наук

Г.Ф.Бутусов

/^Белорусская государственная ^политехническая академия, 1993

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работа. Многоопорные транспортно-тяговые машины получили значительное распространение, так как при большой грузоподъемности они обладают высокой проходимостью, устойчивостью и управляемостью при сравнительно небольших нагрузках на ось. Это позволяет эксплуатировать многоопорные машины на дорогах с твердым покрытием, грунтовых, а также в сельском хозяйстве и условиях бездорожья.

Эксплуатационные свойства многоопорных машин в значительной мере зависят от качества их подвески. Потенциальные возможности традиционно используемых пассивных подвесок практически исчерпаны. Дальнейшее улучшение эксплуатационных свойств многоопорных машин требует перехода к управляемым подвескам. Управление подвеской позволяет существенно повысить плавность хода многоопорных машин,поперечную и курсовую устойчивость, управляемость, а также обеспе -чить стабилизацию грузовой платформы в продольной и поперечной плоскостях и по вертикальному перемещению, снизить динамические нагрузки на несущую конструкцию.

Управление подвеской позволяет обеспечить более стабильный контакт ходовых систем с опорной поверхностью (за счет уменьшения дисперсии вертикальных реакций), что улучшает тягово-сцепные качества многоопорных машин и уменьшает разрушающее воздействие на почву. Поэтому усложнение конструкции подвески, вызванное введением управляемых элементов и обратных связей, представляется оправданным, тем более, что современные технические средства управления позволяют осуществить практическую реализацию управляемых подвесок.

Многоопорные машины с управляемой подвеской представляют собой сложные системы, функционирующие в условиях воздействия случайных возмущений. В процессе проектирования управляемой подвески требуется вести поиск технических решений, сравнивать возможные варианта, определять основные конструктивные параметры, произво -дить выбор структурной схемы системы управления и синтез алгоритма управления, а также оценивать эффективность принятых решений. Сложность используемых математических моделей - их многомерность, нелинейность, наличие неголоноыных связей и случайных возмущений, а также необходимость решения задач синтеза управления подвеской, обусловливает необходимость разработки единой методики моделиро-

вания и синтеза управляемой подвески многоопорных машин, которая и составляет основу данной работы.

В диссертации сформулированы и развиты основные положения нового научного направления, имеющего важное прикладное значение: разработка и совершенствование прикладной, теории и методики решения задач моделирования и синтеза управляемой подвески многоопорных транспортно-тяговых машин. Исследования по теме диссертации проводились в период 1978-1992 гг. и были связаны с проведением НИ ОКР по Постановлению ГКНТ при СМ СССР (Я 132 от 19.04.82), в рамках межвузовской программы САПР (приказ МВ и ССО СССР й 535 от 20.05.81), п. 2.4.6, плана важнейших НИР в области естественных и общественных наук на 1981-85 гг. (постановление Президиума АН БССР № 230 от 5.12.80), Республиканской НТП "Машиностроение", раздел 03.03.Н9.

Цель работы - улучшение эксплуатационных свойств многоопорных транспортно-тяговых машин, улучшение условий труда водителей,обеспечение сохранности перевозимых грузов на основе углубления исследований процессов управления подвеской, разработки методов моделирования и синтеза управляемой подвески и применение разработанных методов к решению технических задач, возникающих при проектировании управляемых подвесок.

Методы исследования. В работе использованы методы аналитичес -кой механики, теории колебаний, динамических аналогий, теории случайных процессов и спектрального анализа, теории управления, численные методы, методы машинного эксперимента. Решения получены в аналитическом виде и приближенными методами с применением ЭВМ.

Синтез управлений построен на использовании методов реакция обратных задач динамики, теории управления и теории устойчивости.

Научная новизна работы заключается в получении и обобщении методов моделирования и синтеза управляемой подвески многоопорных транспортно-тяговых машин.

На защиту выносятся:

- методика математического моделирования многоопорных машин с управляемой подвеской, учитывающая иерархическую структуру систем, и ее физическую неоднородность, наличие элементов с нелинейными характеристиками и неголономных связей;

- математическая модель многоопорной колесной машины с управляемой подвеской, описывающая ее пространственное движение с учетом

злинейных характеристик элементоЕ подвески, кинематики направля-цего аппарата, неголономных связей и управляемых гидропневгати -зских опор;

- методика динамического синтеза систем виброзащиты и стаби -азации, включая формализацию технических требований к управляв -ой подвеске, декомпозицию задачи синтеза с использованием иерар-шческой модели и сведение задачи синтеза к последовательности братных задач динамики, обоснование рангового критерия динамичес-ой управляемости многоопорных машин с управляемой подвеской;

-решение задачи об оптимальной стабилизации многоопорного твердого тела и применение этого решения к синтезу алгоритмов управления подвеской многоопорных машин;

- алгоритм управления подвеской многоопорной машины с разлнч-шми схемами соединения управляемых гидропневдатических опор (управление опорами, осями, тележками и опорами бортов);

- результаты исследования динамики многоопорной машины с уп -равляемой подвеской, полученные методом машинного эксперимента и подтверждающие эффективность предложенных методов моделирования и синтеза управляемой подвески многоопорных машин и работоспособ -ность полученных алгоритмов управления по критериям управляемости, плавности хода и энергетическим затратам на управление.

Новизна технических решений, полученных в ходе исследований, подтверждена 5-ю авторскими свидетельствами.

Практическая ценность работы. Разработанные в диссертации теоретические положения и проблемно-ориентированный инструментарий моделирования и синтеза позволяют решать широкий круг задач исследования и проектирования управляемых подвесок многоопорных машин.

Разработанная прикладная теория позволяет создавать управляемые подвески с заданными свойствами, определять их параметры и получать алгоритмы управления, обеспечивающие необходимое качество стабилизации, плавность хода и управляемость в заранее неизвестных условиях движения машины, улучшать условия труда водителя,повысить безопасность транспортного процесса и обеспечить сохран -ность перевозимых грузов, сократить сроки проектирования управляемых подвесок. Разработана конструкторская документация на стен -довую установку с управляемой гидропневматической опорой и алгоритмы управления подвеской многоопорных машин.

Разработанные теоретические положения и методики отражены з

двух монографиях. Предлагаемая методика моделирования составляет основу курсов лекций "Метода моделирования" и "Математические модели в расчетах на ЭВМ", читаемых автором в Белорусской государст -венной политехнической академии, а метода моделирования и синтеза, выносише на защиту, используются в курсовом и дипломном проектировании.

Реализация работы. Результата исследований используются при проектировании и создании управляемых подвесок автомобилей в ПО БелавтоМАЗ.

Апробация -работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Белорусского политехнического института в 1978-93 гг., на научно-технической конференции Ивановского энергетического института в 1979 г., на ХХП-ХХШ научных конференциях Университете дружбы народов им. П.Лумумбы в 198690 гг., на научных семинарах кафедры теоретической механики УДН им. П.Лумумбы, руководимых проф. А.С.Галиуллиным, в 1985, 1986 и 1988 гг., на ХШ-ХУ республиканских научно-технических конференциях Минского автомобильного завода в 1979-81 гг., на республиканской научно-технической конференции, посвященной 70-летию Великого Октября и 40-летию Белорусского автомобилестроения на Минском автомобильном заводе в 1987 г.; на всесоюзных семинарах, совещаниях и конференциях, среди которых: Ш Всесоюзная конференциях по механике управляемых систем, г. Иркутск1978 г.; Всесоюзная конференция "Автоматизация проектных и конструкторских работ", г. Москва, 1979 г.; П Всесоюзный семинар "Метода активной виброзащиты машин и конструкций, г. Каунас, 1981 г., Всесоюзное научное совещание по проблемам виброизоляции машин и приборов, г. Москва, 1986 г., всесоюзная НТК "Применение микропроцессорной техники в системах управления автомобилем", г. Минск, 1988 г., на семинаре "САПР изделий и технологических процессов в машиностроении", г.Волгоград, 1988 г., всесоюзной конференции "Нелинейные колебания механических систем", г. Горький, 1990 г.. Результаты докладывались и обсужда -лись также на 23-м международном коллоквиуме в Высшей технической школе г. Ильменау (ГДР) в 1978 г., а также 33-м (1988 г.), 34-м (1989 г.) и 36-м (1991 г.) и на международном симпозиуме МАМ UNDER VIBRATION, г. Москва, 1985 г.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 43 работы, в том

теле две монографии, 5 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, ;емь разделов, заключение, список литературы из 140 наименований I приложения. Основное содержание работы изложено на 240 страни-}ах машинописного текста, иллюстрированного 61 рисунком и 5-ю таблицами.

Материал изложен следующим образом. На основе анализа существующих систем управления подвеской транспортных машин, методов моделирования и синтеза оптимальных систем виброзащиты и стабилизации разработан декомпозиционный подход к решению задач моделирования и синтеза управления подвеской. Обобщение традиционной поста -новки задачи синтеза сделано на основе методов решения обратных задач динамики, позволяющих использовать многочисленные результаты теории оптимального управления, теории нелинейных колебаний и динамики твердого тела, что описано в первом разделе.

Второй раздел посвящен моделированию и включает постановку задач, методику моделирования и модели основных подсистем. Третий, четвертый и пятый разделы содержат описание метода динамического синтеза и его применение к синтезу оптимальных управлений в задачах виброзащиты и стабилизации. Эти три раздела составляют теоретическую часть работы. Вторая часть работы носит прикладной характер. В шестом разделе исследована динамика многоопорной машины с управляемой подвеской, синтезированной предлагаемым методом. Изучена стабилизация в поперечной плоскости, проведен энергетический анализ, анализ плавности хода, устойчивости и управляемости.Седьмой раздел содержит описание стендовой установки ддя динамических испытаний управляемой гидропневматической опоры, обоснование и проверку алгоритмов управления для стендового варианта системы управления, описание системы управления подвеской многоопорного транспортного средства.

В приложении приведены материалы, подтверждающие практическую значимость диссертации.

Автор благодарен чл.-корр. Белорусской инженерной академии,доктору техн.наук, профессору Р.И.^рунжиеву, определившему направление исследований и выражает признательность коллегам по кафедре программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем БГПА, сотрудникам кафедры теоретической механики УДН им. П.Лумумбы, а также работникам производства, НИИ и вузов за содейс-

твие в проведении исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована проблема, обоснована актуальность темы, поставлены цели и задачи работы, указано ее место в планах НИР, связь с целевыми программами. Раскрыта новизна работы и практическая ценность полученных результатов, приведена структура и краткая аннотация разделов.

Первый раздел посвящен анализу управления подвесками транс -портных машин и обобщает опыт отечественных и зарубежных разработок в этой области. Предложена классификация управляемых подвесок, оценены юс достоинства и недостатки, потенциальные возможности и перспективы развития.

Теоретические предпосылки управления подвеской вытекают из теории оптимального управления, фундаментальные результаты в которой принадлежат Р.Беллману, Л.С.Понтрягину, Н.Н.Красовскому, А.А.Красовскому, Р.Габасову, Ф.М.Кирилловой, Ф.ЛЛерноусько и ряду других ученых.

Методы моделирования и синтеза колебательных систем и проблема синтеза систем управления колебаниями нашли развитие в работах А.Е.Бо&ко, В.Л.Вейца, М.Д.Генкина, В.В.Турецкого, В.Г.Елезова, С.В.Елисеева, М.З.Коловского, С.С.Кораблева, К.М.Рагульскиса, A.B. Синева, В.А.Троицкого, К.В.Фролова, Ф.А.Фурмана, Р.И.Фурунжиева, ФД.Черноусько, В.В.Яблонского и других ученых, внесших значительный вклад в развитие теории управления колебаниями и вибротехники.

Основы теории и расчета подвесок транспортных и тяговых машин, математического моделирования, оптимизации и управления заложены в работах Р.А.Акопяна, П.В.Аксенова, Ю.Б.Беленького, М.С.Высоцкого, А.И.Гршпкевича, А.Д.Дербаремдикера, В.И.Кольцова, А.А.Мельникова, А.Н.Останина, Я.М.Певзнера, Р.В.Ротенберга, А.В.Синева,В.М. Семенова, А.А.Силаева, Р.И.Фурунжиева, А.А.Хачатурова, В.Д.Шарапова, Н.Н.Яценко, Е.Бендера, П.Калкатерра, Д.Карнопа, Х.Саттона, А. Томсона и других.

В последние годы наряду с классическими методами теории управления, такими, как принцип максимума Л.С.Понтрягина, динамическое программирование, аналитическое конструирование оптимальных регуляторов получили развитие метода обратных задач динамики. Методы решения обратных задач динамики разработаны Н.П.Еругиным, А.С.Га-

шуллиным, Р.Г.Мухарлямовым, И.А.Мухаметзяновым и другими учеными.

В работах А.Г.Александрова, А.С.Вострикова, А.А.Колесникова, 1.Д.Крутько предложены различные методики синтеза систем управления на основе методов решения обратных задач динамики. Преимущест-зо этих методов состоит в том, что они позволяют получать алгоритмы управления в замкнутом виде для многомерных нелинейных систем з обеспечивать при этом их устойчивость и оптимальность.

Второй •раздел посвящен разработке методики моделирования многоопорных машин с управляемой подвеской. Рассмотрены основные требования, предъявляемые к моделям, приведена постановка задачи моделирования. В основу моделирования положен формализм Лагранжа,иерархическое представление системы в соответствии с принципом ба -лансирования И.Ф.Верещагина и метод динамических аналогий. Приведены математическое модели основных функциональных подсистем. Математическая модель многоопорной машины строится с учетом иерархии системы. Декомпозиция системы произведена по четырем уровням организации (рис. I). На первом уровне находится управляемый объект - корпус многоопорной машины, включая несущую конструкцию с установленными на ней агрегатами. Второй уровень - система управления, создающая управляющие силы, действующие на управляемое тело. Система управления включает элементы ходовой части - колеса,и

Программно-логическое устройство *

Г'

Ч

Ц>

"Каналы ~

КСВ

системы регулирования.

КСРП

щ.

Г" "Каналы"

КСУХ

и,

КСР

системы управления

КСУ. <

«г

щ,

Объект управления (несущая конструкция)

н

и

Рис. I

направляющий аппарат подвески. Третий уровень образует система регулирования, обеспечивающая необходимые управляющие воздействия, реализуемые исполнительными механизмами.

В систему регулирования входят исполнительные механизмы (управляемые гидропневматические опоры), электрогидравлические усилители-преобразователи и электронные усилители.

Система регулирования получает управляющий сигнал от четвертого уровня - программно-логического устройства. Для описания функ -ционирования всей системы введем векторы обобщенных координат х -несущей конструкции; ^ - J -го канала системы управления, -j -го канала системы регулирования, динамика системы описывается уравнениями вида

х =

и= .....

а)

где и - вектор управляющих сил; ^ - управляющее воздействие ^ -го канала; гОу - управляющий сигнал -го канала; £ - векторы возмущающих воздействий.

Для получения уравнений, описывающих отдельные уровни системы, использован метод динамических аналогий в сочетании с формальным аппаратом аналитической механики. Кандый из уровней сам по себе является сложной системой с большим числом степеней свободы. Чтобы автоматизировать процесс формирования математических моделей описывающих функционирование отдельных уровней, производится декомпозиция каждого уровня на функциональные подсистемы. Для каждой из подсистем вводится вектор обобщенных координат, а также векторы избыточных координат Д = (Д4А,„) и5 = (з*,...,5К)Т , описывающих квазиупругие и дассипативные элементы. Математическая модель записывается в векторно-матричном виде

А = ¿= ; >

= ; а0,

где А^-(Пхп) _ матрица инерционных коэффициентов; 1)Д-Стх п) -матрица связей квазиупругих элементов; В3 - ( ^ * п) - матрица связей диссипативных элементов; Q - вектор обобщенных сил; Рд -вектор характеристик квазиупругих элементов; ^ - вектор характеристик диссипативных элементов.

Первое векторное уравнение представляет собой динамическую модель, а второе и третье уравнения - это уравнения связей, записанные в дифференциальной форме. Такая форма записи уравнений позволяет объединить уравнения голономных связей (описывающих направляющий аппарат подвески и др.) и неголономных связей, описывающих качение пневматических шин. Матрицы связей Ц^ и Дд строятся по структурному графу системы и обеспечивают системное единство математической модели. В общем случае это функциональные матрицы Якоби, элементы которых зависят от обобщенных координат

и избыточных координат Д^,.., Дт . При рассмотрении малых колебаний эти матрицы можно считать постоянными.

Уравнения связей зависят от типа направляющего аппарата подвески и могут быть заранее выписаны для всех механизмов. Таким образом, использование методов аналитической механики и динами -ческих аналогий приводит к достаточно универсальному и гибкому инструментарию, позволяющему автоматизировать процесс построения модели сложной системы с большим числом степеней свободы.

Наряду с описанным алгоритмом формирования модели была построена аналитическая модель многоопорной машины, необходимая для синтеза законов управления подвеской.

Для описания пространственного движения многоопорной машины введена подвижная система координат, неизменно связанная с под -рессоренной массой. Начало координат поместим в центре масс системы, ось ох' направлена в продольном, а оу' в поперечном направлении, ось 02.' - вертикально вверх.

Для описания движения введем следующие переменные: квазискорости ъ > - проекции вектора абсоютной скорости центра масс машины на оси подвижной системы координат, квазискорости

9

С0Х } , со£ - проекции вектора угловой скорости машин на эти же оси. Положение центра масс машины относительно инерциаль-ной системы координат определим вектором = (х0, 20)т, а ориентацию машины - вектором о6=(ч>5<р,0')т . Перемещения центров масс колес вдоль оси о г' обозначим через 2к , ( к = 1Т2~т ), где т - число осей машины. Углы поворота колес относительно оси 02' обозначим (±) . Параметры деформации пневматических шин обозначим }(к= 1= 1.2,3), радиальные деформации шин В"*

Уравнзния движения имеют вид

м {% + (ох 0-о) + £ т„ + сох ) = р ;

ел°0) +ЮХ 9^ +(и^.^) = 1_0;

шк(й + 0)х и, +• «ух!^ + сох(^х Гс'к) + (2)

+ Угк +2 у* ад = Рк ; ■

}о = А , = в СО ;

кг + ' Д

^(сз = V }

>

$ = Ох*, г%к)т = ^о г/к + % ,

где И - масса системы; - тензор инерции системы в точке о ;

- тензор инерции колес в его центре инерции; т^ - масса колеса; - угловая скорость колеса относительно оси = )т;

- потенциальная энергия деформированного пневматика; С - матрица жесткости пневматика; символом обозначено дифференцирование проекций вектора по времени.

Главный вектор р = (р^ ру ^у имеет составляющие V г 10. 11*1 .

Р = - Z L

ГХ kr< 1-1 э ¡5tl Э ü-x ' * -ЭП ,

р. - -Af.

у кч 14

2т

Е к-1

fi - - Z (Сшйк + кш ÛK),

(з;

где ^ = Z, - зс^ср + + Z* -R0 -г* ; • t . t f » *

Ок^Нц-ягкФ+УкЧ'-гк _ соответственно радиальная

деформация шины и ее производная; R0 - свободный радиус шины;

ШИН.

Главный

Си1К1Ц- коэффициенты радиальной жесткости и демпфирования шин. Главный момент 1_0Уа 1?г)т имеет составляющие

1т

l9 k-.i ím k*¡

_ _ f f ЭП ajw

Вектор = ( 0 , 0 , Çk )Т j причем

где Л/< - перемещение штока гидропнешатической опоры;

Fïk, F**, F,k - характеристики гидропневматической опоры, амортизатора и сухого трения.

Характеристика управляемой гидропневматическои опоры

с _ с [4-±-(_ù_^ I f

где ijk - статическая нагрузка на опору; X - показатель политропы (эе = 1,25); - идеализированная высота столба газа; JU, - отношение площадей штоковой и безштоковой полостей; кв -

II

(<0

отношение силы, действующей на поршень в статическом положении рав новесия, со стороны штоковой части, к силе, действующей со стороны рабочей полости; ДО" - объем жидкости, подаваемой в рабочую полость опоры; Ап - площадь поршня рабочей полости опоры. Матрица поворота для малых углов имеет вид

COS& SLftT? 4>sin# - <fCos& " А= -stntf cos ¿J* V COS ft + фвЫ)" ч> -ф i

Матрица В для малых углов имеет вид 'соз^ -sin if о

6 =

öLaV cos?" о -fees fr fStfifr 1

Эта модель использована в разделе 5 для синтеза управления системой стабилизации многоопорной машины.

Раздел третий содержит описание метода динамического синтеза управляемой подвески многоопорных машин. Динамический синтез использует иерархическую модель многоопорной машины (I) и базируется на методах решения обратных задач динамики, разработанных A.C. Галиуллиным и его школой. Процедура динамического синтеза основана на решении задачи построения уравнений движения с заданными свойствами.

Для объекта

X = Х(х,х} Ll,t)

задается интегральное многообразие

(5)

(6)

определяющее желаемые свойства движения объвкта, такие, как, например, время переходного процесса, макешальные отклонения координат объекта от желаемого режима, максимальные перегрузки и др. Далее записывается условие осуществимости движения объекта (5) со свойствами (6) в виде

где Фх(^х , ^ )

* * ~ 2t

- функция Еругина, такая, что

Фх(0}Х,ХД) = 0- О,

если ^ 0 .

Функцию Еругина находим из условия минимума функционала

1х= и^ЬхР* + |ф1Ахфх)а1 (8)

о

по формуле Р.Г.Мухарлямова

ф2 = -V? А* ,

где Ах » &зс. » ^х " симметричные, положительно определенные матрицы. Такой выбор функций фж обеспечивает асимптотическую устойчивость объекта (5) по отношению к свойствам (6) и оптимальность в смысле минимума (8).

В задачах виброзащиты и стабилизации выбор весовых матриц в функционале (8) тесно связан с видом исходного многообразия и его физическим смыслом. Рассмотрены различные варианты выбора многообразий и весовых коэффициентов и показано, что для несущей конструкции исходное многообразие должно иметь энергетический смысл. Тогда функционал имеет смысл работы, совершаемой при стабили -зации объекта, а весовые матрицы в функционале 1х определяются выбором постоянных времени. Например, можно принять

где ,... , Тс - постоянные времени переходных процессов в окрестности многообразия Жх. -Из условия осуществимости (7) с учетом (5) находим вектор управления, используя формулы А.С.Гали-уллина. В итоге получаем закон изменения управляющих сил, обеспечивающий движение с желаемыми свойствами: Ц. = «р ( ОС , X , Ь ) ,

В соответствии с моделью системы (I) управляющие силы поэтому должно выполняться равенство

Это условие можно рассматривать как интегральное многообразие для

второго уровня системы, т.е. считать

Это соотношение описывает идеальный режим работы системы управления. Однако его точное выполнение невозможно из-за помех и ошибок, неизбежно возникающих в системах управления и регулирования, наличия люфтов и зон нечувствительности. Поэтому правильно спроектированная система управления должна обеспечивать выполнение условия (6) с наибольшей точностью. Это достигается за счет выбора произвольных функций Еругина в условиях осуществимости:

V* (Ъ^Ь'У) +

функции Фу выбираем из условия минимума функционала

^ о

Минимум достигается при

Подставив в условие (9) уравнение, описывающее динамику систешь; управления, можно найти для каждого канала выражение управляющего воздействия

которые должны быть в идеальном случае равны выходному сигналу системы регулирования = ( ^ 2^) ,

Так приходим к интегральному многообразию для системы регулирования:

Л,- (11)

Условие осуществимости движения системы регулирования со свойством (II) имеет вид

+ эГ = (12)

^ л

где функции Еругина определяем из условия минимума функционала

со

12/ = ^ ^ - { Ц А¿4 , (13)

для д -го канала регулирования имеем

V

Формирование матриц А у ) Ьу , Аъ > связано с временем переходных процессов на соответствующих уровнях. Уменьшение времени переходных процессов не должно противоречить физическим возможностям узлов систем регулирования и управления. Из условия (12) с учетом уравнения (I) находим управляющие сигналы для каждого канала:

Это управление является оптимальным в смысле минимума функционалов (8), (10) и (13), а также стабилизирующим для всех уровней системы, поскольку, как показал Р.Г.Мухарлямов, существуют функции Ляпунова

где , , Йг - постоянные симметричные положительно определенные матрицы. Полные производные этих функций по времени отри -цательны в силу сделанного выбора функций Еругина

На этапах синтеза систем управления и регулирования для отбора конкурентоспособных альтернативных вариантов необходимо иметь дискретный критерий, позволяющий оценить потецциальные возможности того или иного варианта технического решения. Этот критерий должен количественно оценивать наиболее важное свойство - управляемость системы. В задачах виброзащиты и стабилизации при реализации различных законоз управления очень важно, чтобы система обладала динамической управляемостью в смысле З.И.Зубова. Это свойство является более сильным, чем обычная управляемость з смысле Р. Калмана и гарантирует реализацию любой поставленной цели управления. Кроме того, динамическая управляемость по самому ее опреде -лению рассматривает взаимодействие двух соседних уравнений иерархии, например - объект и система управления, система управления и регулирования, т.е. хорошо согласуется с принятой моделью системы и схемой ее декомпозиции. Критерий динамической управляемости В.И.

Зубова получен для систем, взаимодействие которых осуществляется посредством сил инерции. В данной работе этот критерий распространен на системы общего вида, в которых взаимодействие уровней реализуется потенциальными и дассипативнши силами. Рассмотрим два смежных уровня иерархии, конфигурации которых определяются векторами , р и с^е , ре ^ . Предполагаем, что силы взаимодействия уровней можно охарактеризовать потенциальной энергией

п ® П(ч,, р) и диссипативной функцией ф ■= I а кинети-

ческая энергия может быть представлена в виде суммы

т = + тР(р).

Тогда уравнения совместного движения двух смежных уровней иерархии

эт ЭФ /•_— \

а - эр. = 1 -эр. - ^

(14)

р(М-р",

где 0{. - обобщенные силы, действующие со стороны внешней среды и нижнего уровня иерархии; Т^. - управляющие силы, которые нужно определить из условия осуществимости заданной динамической конфигурации.

Теорема I. Для того, чтобы материальная система с полной диссипацией описываемая уравнениями (14), была динамически управляемой, необходимо и достаточно, чтобы ранг матрицы\Ъгф/Ьс^Эр] совпадал с числом степеней свободы нижнего уровня системы, т.е.

Доказательство этой теорены приведено в диссертации. Если система не обладает полной диссипацией, вопрос об управляемости решается на основании более общей теоремы.

Теорема 2. Для того, чтобы материальная система, описываемая уравнениями (14) с неполной диссипацией, была динамически управляемой, необходимо и достаточно, чтобы сумма рангов матриц Гессе диссипативной функции и потенциальной энергии совпадала бы с чис-

лом степеней свобода нижнего уровня:

Динамический синтез оптимальных систем виброзащитн и стабилизации включает следующие этапы:

1. Формализация желаемых свойств и технических требований объекта в виде интегрального виногообразия в пространстве состояния.

2. Формирование функционала (8), описывающего качество переходных процессов в окрестности интегрального многообразия.

3. Определение управляющих сил, действующих на объект управления.;.

4. Выбор структурной схемы системы управления на основе критерия динамической управляемости.

5. Определение закона оптимального формирования управляющих сил с учетом условий устойчивости.

6. Определение закона формирования оптимального стабилизирующего управляющего сигнала.

Решение этих задач в общем виде невозможно, однако в диссер -тации приведены конкретные решения задач синтеза для многоопорной машины с управляемой подвеской.

Четвертый -раздел посвящен синтезу оптимальных управления в задачах виброзащиты и стабилизации многоопорных машин. Поставлена и решена задача об оптимальном управлении движением многоопорного твердого тела в пространстве. Таким телом в известном приближении является несущая конструкция транспортных машин. Показано, что в основу решения этой задачи могут быть положены известные решения в теории управления движением твердого тела, полученные В.И.Зубовым, Л.Д.Акуленко, Ю.Р.Рощикым и др.

Предложен алгоритм определения главного вектора и главного момента управляющих сил, обеспечивающих асимптотически устойчивое движение твердого тела в окрестности многообразия, задаваемого двумя векторными уравнениями:

где а), О"0 - векторы абсолютных угловой и поступательной ско -рости центра инерции тела в подвижной системе координат; £>0 -радиус-вектор центра инерции в инерциальной системе координат;

9 - вектор конечного поворота твердого тела; - предельное значение модуля углового ускорения тела; 0.а - предельное значение перегрузки в центре инерции тела.

Главный вектор и главный момент управляющих сил определены с использованием работ Р.Г.Мухарлямова из условий минимума функционала

I - + .

о

Из условий осуществимости определяем главный вектор и главный момент управляющих сил:

р = + ц™*]"*' - 1

Управляющие силы подчиняются условиям

¿р, -Р.0;

¿с

(15)

где |р - вектор-радиусы точек приложения управляющих сил.

Управляющие силы находим из условия минимума принуждения

р»)

с учетом соотношений (15). Принуждение минимально при

Ру = - - Й^Аа. 1 где ( Хг.)Т = (- Рт, - '-о )Т - вектор множителей Лагранжа; - коссосимметричные матрицы, порожденные векторами

а =

п о о о п о ООП I*;

1«, *=< I й,й;

- блочная матрица.

Реализация полученных оптимальных управляющих сил осуществляется исполнительными механизмами. Многоопорные машины с управляемой подвеской имеют гидропневматические опоры, представляющие собой исполнительные механизмы комбинированного типа. Они включают активные элементы в сочетании с традиционными пассивными. Задача синтеза оптимального исполнительного механизма заключается в определении такого распределения функций между активными и пассивными элементами, чтобы управляющие силы создавались с наименьшими затратами энергии. Структурная схема исполнительного механизма в простейшем случае может быть построена на основе параллельного или последовательного соединения пассивных и активных элементов. Выбор параметров управляемой гидропневматической опоры производится так, чтобы управляющее воздействие было бы минимальным. Задача оптимизации ставится следующим образом. Для управляемой гидропневматической опоры усилие на штоке

= + (Л - Л^/Ап) + Р3(А^ ,

где Д-эс-У; ос. - смещение подрессоренной массы; у - смещение неподрессоренной массы.

Приравнивая это усилие программному значению, полученному на первом этапе синтеза, получаем равенство Рп - ЯцТ,= 0 , левая часть которого является функцией координат и скоростей системы,а также параметров управляемой опоры. Из этого равенства вычислим мощность управляющего воздействия:

А/= Ар-¿'г,

где лр - перепад давления.

Параметры управляемой опоры выбираются из условия минимума функционала

о ав А^

где О. - (^(^Л») ^е.} - вектор оптимизируемых параметров;

» Ч-с - коэффициенты отбоя и сжатия амортизатора; А^ - область допустимых значений параметров.

Применение разработанной методики позволило получить закон оптимального управления в аналитической форме для многоопорной машины с гидропневматической подвеской и его частные случаи.

(16)

Пятый раздел посвящен алгоритмам оценивания состояния и параметров многоопорной машины с управляемой подвеской.

Алгоритмы управления, полученные в предыдущем разделе, построены методом обратных задач динамики в пространстве состояний. Параметры состояния многоопорной машины, как правило, недоступны для непосредственного измерения. Поэтому необходимо решать задачу оценивания параметров состояния по совокупности измеряемых величин. На многоопорной машине можно измерять ускорения подрессоренных и неподрессоренных масс и их относительные перемещения, давления, в полостях гидропневматических опор, усилия в элементах подвески,угловые перемещения подрессоренной массы. Все перечисленные величины могут входить в вектор наблюдения и служить источником информации для оценивания состояния многоопорной машины с управляемой подвеской.

Алгоритмы оценивания вектора состояния построены на основе ме -тодов обратных задач динамики. Многоопорная машина с управляемой подвеской описывается как нелинейная система

¿ = Х{х,и.,Ь) , хеПп> не Я*1,

(17)

где вектор состояния х недоступен измерению, а измеряется вектор

# = 4 С*) , , Ср«л),

Для оценивания вектора состояния строится дифференциальное уравнение •

* = (18)

где X - оценка вектора, состояния ос . Уравнение оценивания должно иметь решения, асимптотически устойчивые по отношению к уравнению измерения

= о, (19)

которое задает в пространстве состояний интегральное многообразие. Уравнение оценивания строится так, чтобы его траектории с течением времени из произвольной окрестности многообразия (19) приходили в достаточно малую окрестность и оставались в ней при 1-»-в0 ,

т.е. II я- - ж И £ , даже если п х 110) - £ >£,(.£> о) , что гарантирует сходимость алгоритма оценивания. Эта задача сводит-

ся к решению обратной задачи динамики (задача А.С.Галиуллина построения уравнений движения).

Вектор-функцию правой части уравнения (18) разложим ш нормальную и тангенциальную к многообразию (19) составляющие:

X(x,t)= + XT(£,t).

Нормальную составляющую находим из условия осуществимости движения (18) со свойством (19)

где ф(') - функция Ерутина, определяемая из условия минимума функционала

г = Т^В^Ф'АФ)

о

являющегося мерой ошибки оценивания состояния объекта (17). Тогда Ф--& . Выбор весовых симметричных положительно опреде-

ленных матриц А и В, как показано в диссертации, может быть осуществлен исходя из требуемого быстродействия наблюдателя. В общем случае .

*'(*.*)-OS

Л Л. А

Тангенциальная составляющая X вектора X должна быть выбрана так, чтобы траектории системы (18) совпадали с траекториями объекта управления (17), т.е. следует принять, что

Хт(х,-М - XT(Í

Так как

то нормальная составляющая

j. (X • ¡red N)

x

Рассмотрим примеры оценивания состояния при полной и неполной информации об объекте, а также алгоритмы совместного оценивания

вектора состояния и параметров многоопорной машны с управляемой подвеской. Результаты моделирования показывают, что предложенные алгоритмы оценивания состояния обладают сходимостью и работоспо -собностью.

Шестой раздел содержит результаты исследования динамики многоопорной машны с управляемой подвеской. Исследования проводились методом цифрового моделирования с использованием математической модели многоопорной машины, описанной во втором разделе и алгоритмов управления, описанных в четвертом разделе.

В качестве объекта исследования был цринят четырехосный автомобиль с параметрами Щ.3-543 и гидропневматической управляемой подвеской. Полученные в предыдущем разделе алгоритмы стабилизации поперечно-угловых колебаний были подвергнуты испытаниям, результаты которых сопоставлялись с аналогичными данными для гидропневматической подвески без управления.

Проведен анализ эффективности алгоритмов управления по бортам, тележкам, осям и опорам. Простейший алгоритм управления поперечно-угловыми колебаниями для схемы управления по бортам реализуется на основе ПИД - регулятора. Недостаток такой системы управления состоит в низком качестве переходных процессов и высоких энергозатратах. Показано, что для стабилизации поперечно-угловых колебаний многоопорных машин наиболее перспективна схема управления по осям, (рис. 2), для которой получен алгоритм управления, обеспечивающий одновременно компенсацию кинематических возмущений, действующих со стороны дороги, и силовых, действующих на подрессоренную массу.Показано, что управление для { -й оси может быть представлено в виде суммы

(И)

где и0 - управление, общее для всех осей, компенсирует силовые возмущения; и^ - управление г- -й осью, компенсирует кинемати ческие возмущения.

При этом

и0 = о-о* + а<ч> + ¿ЧЦ,;

где - постоянные коэффициенты; -проекция

777777777УТ

У7Г77777УТ7

Рис. 4. 1-3 датчики, расположенные на корпусе машины; 4-9 датчики, расположенные на опорах и колесах; 10 - блок формирования локальной составляющей сигнала управления; II - блок формирования глобальной составляющей сигнала управления; 12 - сумматоп; 13 - датчик перемещения; 14 - дозирующий гидроцилиндр; 15 - распределитель потока; 16 - насос; 17 - управляемые опоры

ускорения центра подрессоренных масс на ось оу' ; Апс перемещения штоков опор левого и правого борта I -й оси; к)"гл[ , ^■н - вертикальные ускорения неподрессоренных масс I -й оси.

Этот результат полностью соответствует положению акад. А.А.Воронова о наличии глобальной и локальной составляющих управления в иерархических системах.

Машинный эксперимент проводился с целью исследования динамики поперечно-угловых колебаний многоопорной машины, анализа поперечной и курсовой устойчивости и плавности хода при детерминированных и случайных возмущений.

Проведенные исследования динамики переходных процессов при свободных и вынужденных поперечно-угловых колебаниях многоопорной машины с системой стабилизации на основе ПИД - регулятора показали что эффект стабилизации достигается.

При этом качество переходных процессов невысокое, колеса имеют нестабильный контакт с опорной поверхностью, ухудшается плавность хода. Причина кроется в самом принципе ПВД-регулятора, который ком пенсирует только силовые возмущения (управление по отклонению).

Алгоритм управления (21), (22) является более совершенным,так как по существу реализует комбинированный принцип управления по отклонению и возмущению, что позволяет компенсировать как силовые, так и кинематические возмущения.

Дяя оценки эффективности алгоритма управления осями многоопорной, машины был проведен машинный эксперимент, имитирующий движение с различными постоянными скоростями от 10 до 50 км/час в различию дорожных условиях: преодоление наклонного участка пути, переезд кс лесами правого борта ступенчатой неровности.

В результате машинного эксперимента были получены переходные процессы изменения углов крена и дифферента машины при преодолении ступенчатой неровности для машины с пассивной и управляемой подве< кой (рис. 3). Оказывается, что относительные перемещения колес дои пассивной подвески и управляемой иэменявгся по-разному (рис. 4). Управление по алгоритму (21), (22) улучшает контакт колес с опорной поверхностью и делает его более стабильным. Колеса правого борта последовательно наезжая на ступенчатую неровностью копируют ее форму, и многоопорная машина с управляемой подвеской, таким образом получает возможность адаптироваться к дорожному профилю, сохраняя контакт колес с опорной поверхностью.

а)

0,06 раЭ

ооз

Г

-0,03

Л

Хг

010 м

005

-0,05

-дю

б)

1

С*02 рад 0,01

'о

-0,01 -0,02

^—

1

Рис. з. Изменение углов крена и дифферента при наезде на ступенчатую неровность (высота 0,1 м, скорость движения 20 км/ч): а - пассивная система;

б - управляемая система; I - угол крена; 2 - угол дифферента

а)

б)

/VI / кг

3 \ /4

0,15 и

0,Ю 0,05

О

-0,05

Й

М<-Ч К

1

1

Рис. 4. Изменение относительных перемещений колес при наезде на ступенчатую неровность: а - пассивная система; б - управляемая подвеска; 1,2,3,4 - номера осей

Управление подвеской позволяет повысить поперечную устойчи -вость при маневрировании. Моделирование курсового движения многоопорной машины показывает, что при входе в поворот и движении с постоянным радиусом поворота угол крена полностью компенсируется системой управления независимо от скорости движения (колеса передней оси повернуты на угол 15 Однако при скорости 44 км/час начинается отрыв колес левого борта, что означает потерю устойчивости. Таким образом многоопорная машина с управляемой подвеской при повороте теряет устойчивость при возрастании скорости без предшествующего возрастания угла крена. Многоопорная машина с пассивной подвеской теряет поперечную устойчивость при V = 32 км/ч, при этом с ростом скорости движения угол крена монотонно возрастает. Введение обратной связи по боковому ускорению ( о.$4 О ) повышает пеперечную устойчивость, и критическая скорость движения на повороте увеличивается до 50 км/ч.

Проведен также анализ плавности хода многоопорной машины для пассивной подвески, стабилизирующей подвески с управлением по осям и подвески с управлением по опорам. Стабилизирующая подвеска с управлением по осям предназначена для улучшения плавности хода. Однако, как показывают результаты машинного эксперимента^ система стабилизации поперечно-угловых колебаний не улучшает плавности хода, однако и не приводит к существенному снижению вертикальных виброускорений.

. Чтобы понизить уровень вертикальных виброускорений корпуса машины , необходимо использовать более совершенную схему системы' управления и соответствующий алгоритм управления. Схема управления опорами удовлетворяет этим требованиям, так как дает возможность максимальной компенсации силовых и кинематических возмущений.

Для дальнейшего улучшения плавности хода многоопорных машин получен алгоритм управления, обеспечивающий подавление низкочасто тных колебаний подрессоренных масс. Для оценки плавности хода мно гоопорной машины был проведен имитационный эксперимент на пяти ос новных типах дорог с пооктавным анализом вертикальных ускорений. Результаты показывают, что по сравнению с неуправляемой подвеской на всех типах дорог при скоростях движения до 72 км/ч.наблюдается существенное снижение виброускорений. На рис. 5 показаны уровни виброускорений над передней осью машины при движении по разбитому

а)

б)

г«

6,3

м с*

2,5

1,0

0,4

0,16 0,063

а -

2 «р к

Рис. 5. Уровни вертикальных виброускорений над передней ось автомобиля МАЗ-543: разбитый булыжник; б - разбитая грунтовая дорога; I - V = 5 м/с; 2 - 10 м/с — пассивная подвеска; — активная подвеска

м •<1

булыжнику и разбитой грунтовой дороге.

Уровни виброускорений над передней осью значительно снижаются при управлении подвеской по сравнению с пассивной подвеской. Тем не менее в четвертой октавной полосе управление не дает эффекта и уровень виброускорений даже выше, чем в случае пассивной подвески. Объясняется это тем, что быстродействие следящего гидропривода управляемых гидропневматических опор оказывается недостаточным на частотах выше 10 Гц.

Разработанное программное обеспечение позволило провести анализ нелинейных колебаний подрессоренной массы при гармонических и случайных возмущениях. Проведенные исследования показали, в частности, что многоопорная машина с гидропневматической подвеской может совершить субгармонические колебания высокого порядка. В эксперименте были выявлены субгармоники пятого и седьмого порядков при гармоническом возмущении системы. Включение управления позволяет подавить субгармонические колебания и сделать спектр мощности более равномерным. Таким образом,даже неполная компенсация колебаний подрессоренных масс улучшает поперечную устойчивость машины благодаря подавлению субгармонических колебаний.

Седьмой раздел содержит описание стендовой установки, разра -ботанной с участием автора.

Стендовая установка предназначена для динамических исследований подвески с управляемой гидропневматической опорой. Основные технические характеристики стендовой установки следующие: . Межосевое расстояние для установки испытуемых опор:

в растянутом положении, мм 800

в сжатом положении, мм 600

Установленная мощность, кВт 22

Максимальный ход штока гидропульсатора, мм +100

Максимальная нагрузка при испытании опоры,кН 120 Режим управления: ручной

автоматический, с помощью задающего генератора

сигналов изменения амплитуды, мм 0...Ю0

Изменение частоты, Гц 0,01...1,0

Точность поддержания заданных режимов, % 10

Номинальное давление рабочей жидкости в

гидросистеме, МПа 16,0

Максимальный расход рабочей жидкости, л/мин Габаритные размеры, мм:

длина

ширина

шсота

3500 4200 2300

Стендовая установка состоит из механической конструкции, гидропульсатора, гидропневматической опоры, электрогидравлических распределителей, гидростанции и электронной системы управления. Механическая часть стенда состоит из колеблющейся массы, установленной на продольной балке, один конец которой закреплен на поперечной оси, установленной на подшипниках, вмонтированных в раму стенда направляющих и подшипников, управляемой гидропневматической опоры, соединенной посредством шарового шарнира продольной балкой и шарового шарнира - с вильчатым рычагом, правый конец которого шарнирно соединен с пульсатором, а левый - с рычагом тор-сионов, соединенных с рычагом и воспринимающихся статическую нагрузку; цилиндра гидропульсатора, который шаровым шарниром соединен с основанием стенда, а его шток - шаровым шарниром с рычагом.

Для имитации воздействия дорожных неровностей на стендовой установке совдаегся кинематическое воздействие - закон движения штока гидропульсатора, которой передается на вильчатый рычаг и нижнюю опору гидропневмоцилиндра.

Гидропульсатор представляет собой электрогидравлический следящий привод с обратной связью по перемещению штока исполнительного цилиндра, электрогидравлический усилитель преобразователь УЭГ С-200-96, электронный усилитель УМЭ-ЮО К, генератор специальных сигналов, суммирующий У1ГГ и датчик перемещений штока гидроцилиндра. Гидросистема питается от гидростанции.

Система управления гидропневматической опорой состоит из микроЭВМ "Электроника МС 12.01.02" и крейта КАМАК с набором функциональных модулей и представляет собой программируемый управляющий комплекс, работающий в режиме реального времени.

Гидросистема управляемой опоры питается от отдельной гидростанции .

Были разработаны варианты алгоритмов управления стендовой установкой с использованием метода динамического синтеза. Алгоритмы управления испытывались на системе управления методом полунатурного моделирования. Электронная система управления входи-

ла, кок реальная часть, а стендовая установка с управляемой опорой - как формализуемая часть, представленная аналоговой моделью.

Результаты полунатурного моделирования показывают, что предложенные алгоритмы эффективны при интервале дискретности Т0 меньше 0,01 с. Увеличение интервала дискретности ведет к ухудшению качества переходных процессов и потери устойчивости при Т0 больше 0,2 с.

На основе теоретических исследований и анализа результатов машинного эксперимента были получены технические решения. Одно из этих решений описано в 7 разделе (A.c. 1527022). Предлагаемая структурная схема системы управления подвеской многоопорной машины предполагает измерение относительных перемещений и подрессоренных масс, продольного и поперечного крена, статической нагрузки на опоры, скорости движения и вертикальных ускорений неподрессоре) ной массы передней оси. Управление передней осью осуществляется m принципу отклонения, а последующими - по отклонению и возмущению < учетом информации, полученной для передней оси, и временного запа здывания,

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проблема синтеза новых технических решений систем подрессс ривания автомобилей и автоматизации этих систем имеет важное научно-техническое значение. Решение этой задачи позволяет обосно • вать основные требования к подвеске автомобилей, проводить анали; и выбор рациональных решений, исследовать пути и возможности со • вершенствования существующих и создания новых подвесок с улучшен ными эксплуатационно-техническими характеристиками.

2. Впервые разработан комплексный подход к проблеме моделиро вания и синтеза управляемой подвески многоопорных автомобилей, i основе которого лежит новая иерархическая модель управляемое тед элементы подвески-исполнительные элементы-системы регулирования-программно-логичечкое устройство. Комплексный подход потребовал унифицированного модельного представления элементов системы и с) циальных процедур синтеза технических решений с использованием обратных задач динамики.

3. Дана единая классификация управляемых подвесок на основе унифицированного модельного представления элементов. Рекомендуе ся рассматривать активные подвески (требующие дополнительного и точника энергии), регулируемые по демпфированию и (или) жесткое 30

в темпе дорожных возмущений и регулируемые в темпе изменения статистических характеристик (типа) дороги.

4. При математическом моделировании многоопорных машин с управляемой подвеской следует рассматривать три типа элементов -инерционные, диссипативные и квазиупругие, которые путем соединения могут образовывать системы различной физической природы: механические, гидравлические, пневматические, электрические и магнитные.

5. Впервые разработан метод динамического синтеза управляемых подвесок многоопорных машин, позволяющий учитывать все нелинейные характеристики (физические нелинейности) и кинематику направляющих механизмов подвески (геометрические нелинейности) в составе иерархической математической модели и использующий методы решения об -ратных задач динамики, Метод позволяет решать задачу синтеза управления до конца в аналитическом виде и находить закон управления, структуру и параметры отдельных звеньев системы управления, оптимальное распределение опорных реакций подрессоренного тела. Получаемое при этом управление оказывается стабилизирующим,поскольку придает системе с обратными связями асимптотическую устойчи -вость по отношению к заданным функциям сравнения.

6. Впервые решена задача оптимального распределения опорных реакций подрессоренной массы, которое обеспечивает минимальное дополнительное нагружение несущей конструкции при одновременном достижении главной цели управления - стабилизации подрессоренной массы и изоляции ее от действия дорожных возмущений.

7. Получены алгоритмы управления подвеской многоопорных машин, которые обеспечивают в пределах возможностей следящего привода требуемое быстродействие, запас устойчивости, перерегулирование, уровень виброускорений, точность стабилизации, минимум нагрузок

на несущую конструкцию.

8. Получены алгоритмы управления регулируемой подвеской автомобиля со ступенчатым изменением жесткости и демпфирования. Показано, что число ступеней не должно быть меньше трех, иначе эффективность регулирования не может быть выше 10 %. При трех ступенях регулирования эффективность подвески повышается на 25-30 %. Регулирование характеристик в темпе дорожных возмущений позволяет осуществить улучшение показателей плавности хода на 45 %, что близко к предельным возможностям, присущим этому принципу управления

подвеской.

9. Способ стабилизации сил, предложенный В.Д.Шараповым, позволяет осуществить наиболее простой и надежный вариант управляемой подвески на основе ПИД-регуляторов или регуляторов других типов, допускающих инвариантность по отношению к дорожным возмущениям,однако построение инвариантных систем может приводить к потере устойчивости подрессоренной массы. Поэтому применение принципа стабилизации сил, передаваемых элементами подвески на подрессоренную массу, необходимо дополнять условием устойчивости подрессоренной масс!

10. Стабилизация опорных реакций пневматических шин позволяет достичь максимума безопасности движения и управляемости, однако плавность хода при этом существенно снижается. При стабилизации усилий, передаваемых элементами подвески на подрессоренную массу, можно достичь высокой плавности хода, но тогда увеличивается дисперсия опорных реакций шин. Поэтому необходимо строить компромис -сный алгоритм управления, который не ухудшает плавность хода и устойчивость и управляемость автомобиля.

11. В результате исследований динамики многоопорной машины методами имитационного эксперимента установлено, что полученные метс дом динамического синтеза технические решения вполне работоспособг; и обеспечивают стабилизацию многоопорной машины в поперечной плоскости, повышают ее плавность хода в любых дорожных условиях и при дополнительных затратах энергии (необходима мощность 2 кВт на то£ ну подрессоренной массы) позволяет повысить скорость движения на 55-70 % в тех случаях, когда снижение скорости вызвано поперечно-угловыми колебаниями или вертикальными колебаниями на 30-40 % в хороших дорожных условиях.

12. Разработана стендовая установка для динамических испытани: управляемых гидропневматических опор. Техническая документация пе редана в УГК-2 МАЗ. Макет системы микропроцессорной системы управ ления стендовой установки был смонтирован и испытан на кафедре ПО и АС ЕГПА. На макете были проверены алгоритмы управления, испытан подтвердили их работоспособность.

13. С точки зрения технической реализации полученных алгоритм управления наиболее перспективной является схема управления по те лежкам, так как она превосходит схемы управления по бортам, осям опорам по показателям надежности, затратам энергии при нeзнaчитeJ ном ухудшении уровбя виброускорений и качества стабилизации, а тг

же нагрузок на раму. Для снижения мощности гидропривода можно использовать пассивные средства - пневмокатки специальной конструкции (A.c. Ji 1293929 ), компенсирующие опрокидывающие моменты от реакций грунта для широкопрофильных шин.

14. Оптимизация параметров исполнительного механизма управляемой гидропневматической опоры может уменьшить потребляемую мощность на 20-30 %. Наибольшие потенциальные возможности имеет схема управления по опорам, она позволяет одновременно решить несколько задач - минимизировать нагрузки на несущую конструкцию, стабилизировать подрессоренную массу, обеспечить плавность хода, повысить устойчивость и управляемость многоопорной машины в то же время работать в режимах частичной компенсации силовых и кинематических возмущений по любой из схем управления (по бортам, осям или тележкам).

Основное содержании и результаты диссертации опубликованы в зледующих работах:

I. Теоретическое и расчетно-эксдериментальное исследование влияния схем и параметров подвески на нагруженность шин автомобиля БелАЗ-549А; Отчет о НИР / Белорусский политехнический институт: руководитель Р.И.Фурунжиев. - № ГР 7502053; Инв. й I6434IS. -Линек, 1977. - 119 с.

2. Исследование активной подвески многоопорных машин. Разработка и внедрение методики ее моделирования на ЭВМ "Минск-32" и рекомендации для натурного образца: Отчет о НИР / Белорусский политех-шческий институт; Руководитель Р.И.Фурунжиев. - Ш ГР 76034057; 1нв. № 725503. - Минск, 1978. - 250 с.

3. Фурунжкев Р.И., Опейко А.Ф., Выговский В.В. Автоматизирован-юе проектирование динамических систем названных машин. / Автомати-¡ация проектных и конструкторских работ. - М., 1979, - С. 104-105.

4. фурунжиев Р.И., Опейко А.Ф., Выговский В.В. Пакет приклад-1ых программ автоматизации проектирования системы стабилизации шогоопорных машин. Ц Автоматизация поискового конструкрования.-Ърький, 1979. - С. 179-188.

5. фуруняиев Р.И., Опейко А.Ф., Выговский В.В. Исследование (инамики системы стабилизации поперечно-угловых колебаний многошорной мобильной машины на цифровой модели. // Динамика и колеба-гая механических систем. - Иваново, 1979. - С. 56-62.

6. Фурунжиев Р.И., Опейко А.Ф., Выговский В.В. Энергетический [нализ колебаний многоопорной машины со стабилизирующей системой.

// "Вибротехника", 4(38). - Вильнюс, 1981. - С. II5-I2I.

7. Опейко А.Ф., Выгозский В.В., Фурунжиев Р.И. Стабилизация поперечно-угловых колебаний многоопорных машин // "Вибротехника", 4(38), Вильнюс, 1981. - С. I23-I3I.

8. Гребнев A.A., Кислов Н.В., Опейко А.Ф. Исследование криволинейного движения многоколесных прицепных машин / Автотракторостроение, Минск, вып. 14, 1980. - С. 86-97.

9. Гуськов В.В., Опейко А.Ф. Теория поворота гусеничных машин

- М.: Машиностроение, 1984. - 186 с.

10. Опейко А.Ф., Фурунжиев Р.И. Нелинейные задачи виброзащиты и стабилизации // Вибротехника, й 2(55). - Вильнюс, 1986 с.

11. Опейко А.Ф., <§урунжиев Р.И. Новые алгоритмы управления вибротехническими системами: Тез. докл. Всесоюзное совещание по проблемам виброизоляции машин и приборов. М.: АН СССР, 1986. -С. I09-II0.

12. Опейко А.Ф., Фурунжиев Р.И. Управление колебаниями многоопорных машин. Там же. - С. II0-II2.

13. Опейко А.Ф., Фурунжиев Р.И. Обратные задачи виброзащиты и стабилизации многоопорных машин // Вибротехника, JS 3(56), Вильнюс

1987. - С. 31-37.

14. Опейко А.Ф., фурунжиев Р.И. Неклассическое управление нелинейными колебаниями многоопорных машин // Вибротехника, № 4(57) Вильнюс, 1987. - С. 159-169.

15. Фурунжиев Р.И., Опейко А.Ф., Эрнандес Э. Компьютерное моделирование и оптимизация. В 9-ти кн. Кн.4. Стабилизация и виброзащита систем. - Камагуэй, Изд-во Камагуэйского университета,1981

- 249 с. (на иеп.яз.).

16. Опейко А.Ф., Останин А.Н., Леошин A.C. Моделирование сте! довой установки с управляемой гидропневматической опорой: Тез.до! ИТК поев. 70-летию Октября и 40-летию Белорусского автомобилестрс ения. - Минск: БелавтоМАЗ, 1987. - С. 50-51.

17. Опейко А.Ф. Управление движением твердого тела // Cö."Tei ретическая и прикладная механика, вып. 15, Мн.: Вышэйшая школа,

1988. - С. 3-10.

18. Останин А.Н., Опейко А.Ф., Леошин A.C. Алгоритмическое и программное обеспечение микропроцессорных систем управления коле баниями многоопорных машин: Тез. докл. всесоюзн. научн.техн.конф "Применение микропроцессорной техники в системах управления авто

дабиля". -Мн., 1988. - С. 87-88.

19. Опейко А.Ф., Быковец С.П., Ломако Г.А., Пекелис И.В. Инструментальные средства разработки микропроцессорных систем улравле-гйя подвесками мобилышх машин. - Там же. - С. 88-89.

20. Опейко А.Ф., Останин А.Н., Ломако Г.А. Математическое меблирование динамики транспортных роботов // 33-й международный гаучн.колокв. ВТШ г. Ильменау (ГДР), 1988. - С. 193-196.

21. Опейко А.Ф., Молочко ¡i.A. Оптимальная стабилизация много-цорной платформы // Об. Теоретическая и прикладная механика, вып. 6. - Мн.: Вышэйшая школа, 1989. - С. 3-8.

22. Опейко А.Ф., Фурунжиев Р.И. Некласснческие алгоритмы управ-ения виброзащитными системами // Вибротехника, Ji 64(3), Вильнюс, 990. - С. 95-105.

23. Опейко А.Ф., Пекелис И.В. Нелинейные колебания автомобиля управляемой подвеской: Тез. докл. Всесоюзн. конф. "Нелинейные

олебания механических систем", ч. 2, Горький, 1990,- С. 10-11.

24. Высоцкий М.С., Жуков A.B., Опейко А.Ф., Опейко С.Ф. Мате-этическое моделирование курсового движения модульных большегрузах автопоездов // Вести АН БССР, J8 2, 1991. - С. 81-86.

25. A.c. II50I03, Ш № 14, 1985*.

26. A.c. I463514, Бй № 9, 1989х.

27. A.c. 1507599, БИ Jt 34, 1989*. • 28. A.c. 1527022, ЕИ ü 35, 1989*.

29. A.c. 1556936, БИ № 14, 1990й.

: В соавторстве.