拖拉机姿控飞轮防侧翻系统卸载能量回收试验研究

拖拉机侧翻事故是农业生产过程中最严峻的安全问题之一，现有主、被动安全手段均未能从根本上解决该问题。在前期利用飞轮—电机加速旋转时产生的反向力矩进行姿态调节实现失稳态拖拉机姿态回稳的基础上，为进一步避免姿控飞轮卸载过程造成能量浪费，本文基于1∶16比例模型试验平台设计搭建了飞轮卸载能量回收电路，并通过模型试验对其回收效果进行了验证。试验结果表明，当模型拖拉机以0.2m/s速度行驶于路面不平度较高的G级、H级路面出现侧翻趋势并实现姿态回稳时，整机侧向姿态角降至10°后能量回收系统可介入工作，此时回收电压出现峰值0.97V（H-B轨迹），随后其数值变化趋势与姿控飞轮转速的降低趋势相似，直至飞轮卸载完成后回收电压归零。试验过程中，飞轮—电机系统在对不同的整机侧翻趋势做出响应时，能量回收系统完成的电量回收不同，但均完成了对飞轮卸载能量的部分回收，提高了整机能源的利用效率。     

拖拉机动量飞轮主动防侧翻控制与模型试验研究

针对拖拉机侧翻致死致伤事故仍时有发生的问题，基于旋转刚体加速时的反向施矩原理，以反作用动量飞轮为执行元件，提出了从主动安全角度解决拖拉机侧翻问题的研究方法。通过构建拖拉机动力学系统数学模型，解析了整机侧翻行为的动态演变机理。为保证拖拉机主体结构的完整性，将动量飞轮置于拖拉机前部，取代传统静态配重的同时可主动提供防侧翻力矩。应用Matlab/Simulink软件，对反作用飞轮的回稳过程进行了基于PID控制的有效性仿真分析，同时设计并搭建了比例模型试验平台，对主动施矩飞轮的回稳控制效果进行了试验验证。结果表明，装备飞轮的拖拉机与无控制组对比，在一次试验中可多次实现整机的防侧翻控制，使整机防侧翻性能得到明显改善，且不同行驶工况下的试验数据与仿真结果的相关性较强，充分验证了本文拖拉机侧翻动力学模型的有效性。     

高地隙喷雾机主动空气悬架减振控制与实验

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。