基于数字孪生的大马力拖拉机湿式离合器压力控制方法研究

摘要

大马力动力换挡拖拉机作业环境多变、工况复杂,其工作过程换挡频繁,针对动力换挡变速箱(Power shift transmission,PST)湿式离合器压力控制不准确、响应迟滞等问题,引入数字孪生的理念,提出了一种数字孪生驱动的时变比例微分自适应控制(Digital twin driven time-varying proportional integral adaptive control,DT-TVPIA)方法。首先,建立湿式离合器液压系统物理模型,分析系统物理模型的干扰因素;然后,利用输入/输出(Input/Output,I/O)数据构建湿式离合器液压系统数字孪生体;其次,利用Savitzky-Golay滤波器实时处理传感器数据,设计基于改进投影算法的自更新控制器,考虑最小化加权一步向前预报误差的控制电压准则函数,引入微分控制因子,设计时变比例微分自适应控制器;最后,开展基于快速控制原型(Rapid controlprototype,RCP)的离合器压力控制试验。结果表明,伪梯度估计值随系统状态变化而变化,在系统状态发生剧烈变化时,数字孪生体能够在0.445 s内迅速更新并准确描述离合器液压系统,验证了基于I/O数据的湿式离合器液压系统数字孪生体的有效性;对比试验结果表明,与PID相比,DT-TVPIA的离合器压力响应速度更快,鲁棒性更好,其方波压力响应时间、超调量、稳态误差分别在0.445 s、0MPa、0.001MPa以内,正弦压力响应延迟时间、跟随误差、压力波动分别在0.05s、0.024 MPa、0.001 MPa以内,满足拖拉机湿式离合器压力控制要求,研究结果为动力换挡拖拉机换挡品质的提升提供了基础,同时,为数字孪生技术在复杂非线性系统优化控制方面的应用提供了参考。