液粘测功机系统辨识研究

液粘测功机是将液粘传动技术应用于车辆传动系统动态性能(如起步换挡、制动过程等)测试的试验设备,通过模拟发动机负荷和道路载荷确定被试件是否达到设计要求或满足实际需要.利用液体粘性传动原理[1,2],可较好地实现大功率和低速大转矩的要求,但是响应时间还不能完全令人满意.为了对液粘测功机进行控制方法研究以改进其性能,就必须得到较准确的数学模型.作者利用最小二乘法对液粘测功机系统进行试验辨识研究.

1　模型参数辨识

液粘测功机的输出转矩在大范围内与输入电压呈非线性关系.早期研究的常用做法是将测功机的非线性模型在某个工况参数空间的小邻域内线性化[3,4],将非线性的模型转换成线性模型进行分析.这种做法最大的缺点是当转矩和转速变化范围较大时模型与实际系统的误差较大,较适合用于小功率液粘测功机的理论建模和控制系统设计过程中对控制算法的仿真研究.

对于车辆传动试验台而言,客观上需要测功机能够覆盖传动系统各个挡位和工况的载荷范围.630 kW液粘测功机的转速范围是0～3 000 r/min,转矩范围是0.1～12.0 kN·m,理论上可以达到大功率传动系试验的要求,但是局部线性化模型的误差和系统非线性特征的建模所带来的误差非常大,成为液粘测功机的理论研究和控制算法开发的主要障碍.

辨识采用Hammerstein模型,即一个非线性系统可以用一个线性子系统内含一个无记忆非线性增益组成[5,6].其中,非线性增益用p阶多项式近似,

Hammerstein模型的意义在于对于某些非线性特征明显的系统,可以用线性子系统描述其动态特性,而用非线性的增益来校正线性模型[7].这样,既可以利用线性系统理论中的成熟的辨识方法,又可以得到较好的辨识效果.根据文献[8],理论辨识模型为

2　线性子系统模型的辨识

广义最小二乘法在最小二乘法的基础上加了一级白化滤波器,将有色噪声转化为白噪声,解决了信号受到有色噪声污染时最小二乘法对相关残差的估计是有偏的,而且又不是一致估计的问题.在试验现场有变频电机和大功率工频电源同时工作,会影响动态信号的频域测量精度.对液粘测功机输出转矩阶跃响应的功率谱分析表明,在17 Hz,33 Hz和50 Hz处有明显的尖峰,即该数据受到了有色噪声的污染.因此,辨识线性子系统要采用广义最小二乘法.广义最小二乘法的另一个优点是在不能确定系统是否有非线性特征时可以先按线性假设进行辩识,若非线性特征明显,则可以进一步辨识系统的非线性参数,符合前面既定的辨识策略.

首先辨识线性子系统,所做假设如下:

①系统的输入为电压,液粘测功机主动轴转速n、润滑油流量Q、润滑油入口温度t均为测功机的工作状态量;