即熱式飛機除冰車關(guān)鍵技術(shù)研究

1、精品文檔1歡迎。下載第二章即熱式飛機除冰車系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 飛機除冰車設(shè)計標準、規(guī)范、現(xiàn)場條件1.機除冰清洗車的設(shè)計、制造、試驗等，應(yīng)采用適合該項目的最新且己實 施的標準和規(guī)范，以滿足使用條件，其引用標準如下 :(1)國家標準、中國行業(yè)標準等高空作業(yè)部分應(yīng)符合 GB9465.1 -3 的規(guī)定 ;車輛運行安全技術(shù)條件應(yīng)符合 GB7258 的規(guī)定；車輛的側(cè)面及下部防護裝置應(yīng)符合 GB11567 的規(guī)定；車輛的外廓尺寸應(yīng)符合 GB1589 的規(guī)定；車輛的水路系統(tǒng)應(yīng)符合 GB7956 的規(guī)定。(2)國際權(quán)威組織標準ICAO 國際民用航空組織的相關(guān)標準；lEC 國際電工委員會的相關(guān)標準 .2.對于車輛

2、的各種零、 部件的設(shè)計及選用應(yīng)充分考慮其標準化和通用化， 以 便于更換與維修。3.使用現(xiàn)場條件大氣壓力 :99.8Kpa-103Kpa；環(huán)境溫度:-40C-+50C;相對濕度:20% -100%(平均 8O%)；抗風能力:45m /s;抗地震能力 : 水平加速度 0.3g, 垂直加速度 0.15g:安全系數(shù) : 結(jié)構(gòu)件安全系數(shù)大于 2,穩(wěn)定性安全系數(shù)大于 2；適用機型:B727,B737, B757, B767 ,B747, A30D, A310, A319, A320,A321,A340, MD80, MD82, MD90。2.2 飛機除冰車設(shè)計的技術(shù)指標參照國外先進的飛機除冰清洗車， 購置

3、和改裝相應(yīng)的車底盤， 對各分系統(tǒng)進 行設(shè)計、制造與調(diào)試， 組裝后進行整車調(diào)試試驗， 使其主要技術(shù)指標基本上達到 國外先進水平，產(chǎn)品生產(chǎn)制造實現(xiàn)國產(chǎn)化。 飛機除冰車設(shè)計的技術(shù)指標包括如下 :(1)最大舉升作業(yè)高度 ( 工作籃底平而距地面 ) 為 13m；(2)舉升臂最大水平幅度為 8m；(3) 大噴射流量達到 230L/min；(4)工作時噴槍出口溫度為 84C;精品文檔2歡迎下載(5)溫度升至 84 度的時間w3min,(實際升溫時間w90s);(6)噴槍出口壓力為 1.3Mpa；(7)噴槍出水射程15m( 8)除冰液箱容積為 6800L;(9) 工作籃載荷 204kg;(20) 工作籃聯(lián)接臂

4、折疊至駕駛室前端,載人從地面直接進入工作籃。2.3 即熱式飛機除冰車分系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)要求設(shè)計的即熱式飛機除冰車結(jié)構(gòu)如下。 包括汽車底盤、 載人高空作業(yè) 裝置、除冰液箱、液壓系統(tǒng)、除冰液噴射 ( 水路 ) 系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、電氣及控制系 統(tǒng)和安全裝置等。 載人高空作業(yè)裝置的主體結(jié)構(gòu)為折曲式, 在主臂端部設(shè)置有一 節(jié)小臂,與小臂聯(lián)接處有工作籃裝置。 主臂下端為旋轉(zhuǎn)支架, 其與回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接。 工作籃的承載重量為 204kg，其作業(yè)面積應(yīng)能容納 2 人站立工作。籃內(nèi)設(shè)置有一 套控制裝置,用以控制主臂的展開和俯仰,小臂的起伏、上車部分的旋轉(zhuǎn)等,該 控制裝置為搖桿手柄式控制。 臂架結(jié)構(gòu)采用高強度鋼板， 經(jīng)折彎

5、壓型焊接加工后 而成，臂架部分對底盤應(yīng)相對進行旋轉(zhuǎn)，向左、右旋轉(zhuǎn)的角度不小于 175 度，連 續(xù)旋轉(zhuǎn)角度不小于 350 度. 在臂架與旋轉(zhuǎn)支架的下方，設(shè)有回轉(zhuǎn)支承用以實現(xiàn)支 承上車和旋轉(zhuǎn)上車的功能。 在汽車主梁上部設(shè)置有汽車付梁， 用以聯(lián)接汽車底盤 與上車臂架部分。 整體嘴架的控制采用液壓控制方式。 除冰液箱用不銹鋼材料制 作，箱體容積 8000 升，箱體內(nèi)部設(shè)有防蕩隔板，用以克服汽車行駛時液體沖擊 對汽車的行駛穩(wěn)定性造成的影響 . 噴射系統(tǒng)最大噴射流量為 230L/min, 最大噴射 距離大于 15m 噴槍的流量在設(shè)定范圍內(nèi)多級可調(diào)，并能實現(xiàn)柱形噴射和扇形噴 射。加熱系統(tǒng)需要在 3 分鐘將除

6、冰液從常溫下加熱到 84E以上。并且能夠控制噴射 的除冰液溫度使其穩(wěn)定在 84C左右。當除冰液超過警戒溫度時能夠自動關(guān)閉燃 燒器，并在液溫低于某個閥值時啟動燃燒器， 加熱系統(tǒng)設(shè)置在封閉的車箱內(nèi)， 并 對燃燒室有適當?shù)谋Ｗo外罩， 其保護外革為不銹鋼材料制成， 控制面板設(shè)登在駕 駛室內(nèi)?，F(xiàn)分別介紹各系統(tǒng)構(gòu)成。3.3.1 機械系統(tǒng)飛機除冰車機械系統(tǒng)由汽車底盤、 載人高空作業(yè)裝置等組成， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如 圖2-1 所示。飛機除冰車底盤采用長春第一汽車制造廠制造的解放 CA1226P1K2L7T1 二 類)型車底盤，車內(nèi)配置冷暖空調(diào)和無線對講系統(tǒng)，駕駛室內(nèi)設(shè)置必要的控制開 關(guān)與儀表，駕駛室上方還設(shè)置了觀察

7、天窗，發(fā)動機采用大連柴油機 CA6DE1-23， 其最大扭矩為890N?m 載人高空作業(yè)裝置包括立柱組件、三個工作臂、三個臂 缸、兩個蹄平衡缸，以及相關(guān)的一些組件。該飛機除冰車的高空作業(yè)裝置主體結(jié)構(gòu)為折曲式，在主臂端部設(shè)置有一精品文檔3歡迎下載圖 2-1 飛機除冰車外形圖節(jié)小臂，與小臂聯(lián)接處有工作籃裝里。主臂下端為旋轉(zhuǎn)支架，其與回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接。 與汽車底盤聯(lián)接部分為付梁結(jié)構(gòu)用以支承整個上車。在付梁上方設(shè)置有嘴架及旋 轉(zhuǎn)支承框架。付梁為高強度鋼板焊接后加工而成。所有臂架結(jié)構(gòu)采用高強度鋼板， 經(jīng)折彎壓型焊接加工后而成，并進行了嚴格的防銹處理，臂架部分可相對底盤進 行旋轉(zhuǎn)。包括向左、右旋轉(zhuǎn)不小于 17

8、5 度。在旋轉(zhuǎn)支架上設(shè)有液壓和機械組合式 的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，以實現(xiàn)臂架的轉(zhuǎn)動。工作籃的承載重量為204kg.其作業(yè)面積應(yīng)能容納 2 人站立工作?；@內(nèi)設(shè)置有一套控制裝置，用以控制主臂的展開和俯仰、 小臂的起伏、上車部分的旋轉(zhuǎn)等，該控制裝置為搖桿手柄式控制。工作籃上還設(shè) 有 24V工作照明燈，用以夜間照明工作需要，以及方便上、下的梯物和兩個噴射 器，其中一個為除冰液噴射器，另一個是防冰液噴射器。工作籃平衡缸采用四連 桿機構(gòu)，包括機械四連桿和液壓四連桿，使得工作臂任何動作都保持工作籃在作 業(yè)過程中終處于水平狀態(tài)。2.3.2 水路系統(tǒng)即熱式飛機除冰車的液壓系統(tǒng)包括儲液箱，離心泵、電機、加熱器內(nèi)部盤管、

9、相關(guān)管路、噴槍等。離心泵采用格蘭富(GRUNDFO 公司生產(chǎn)的立式多級離心泵CRN16-120 其額定流量為 267/min,額定壓力為 17kgf/cm 2。它具有如下特點 轉(zhuǎn)速高，體積小，重量輕，效串高，流量大，結(jié)構(gòu)簡單，性能平穩(wěn)，容易操作和 維修。噴槍采用美國 Task Forcery 公司生產(chǎn)的 BGH-HT15 型噴槍，按流量大小 分為六個檔位。水路系統(tǒng)的原理圖如圖2-2 所示。精品文檔4歡迎下載圖 2 一 2 除冰車水路系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)采用專門的發(fā)電機為離心泵提供動力。工作時，離心泵在電機的帶動下把除冰液從儲液箱抽出后，沿管路經(jīng)三個并聯(lián)的加熱器加熱后再從噴槍噴出或通 過電磁閥循環(huán)進入

10、儲液箱，還有一小部分直接通過溢流管路返回儲液箱。使用三 個并聯(lián)的加熱器，使流經(jīng)每個加熱器的液體流量減少到系統(tǒng)總流最的1/3，這樣可以提高液體的加熱速度，即在 90s 的熱交換器預(yù)熱時間內(nèi)使流經(jīng)加熱器的除冰 液溫度升至 84C。設(shè)計通往儲液箱的溢流管路是因為在除冰操作過程中，除冰 液的噴射流量會隨操作入員切換噴槍噴射檔位而大幅度變化，老式飛機除冰車的噴射系統(tǒng)是由定量容積泵和溢流閥等構(gòu)成的恒功率系統(tǒng)，噴射流量降低時，多余的流量被滋流掉，造成了能量的浪費。而本系統(tǒng)選用的離心泵在小流量情況下?lián)P 程不至過高，系統(tǒng)仍然可以正常工作，所以通過設(shè)置帶阻尼管的溢流管路，讓其 直接通向儲液箱，并通過多次試驗來調(diào)節(jié)

11、阻尼管的長度，使得溢流流量保持在一 個小的數(shù)值，保證在操作人員關(guān)閉噴槍，主流量為零時離心泵仍能正常工作， 此時電機負載下降，功耗降低，節(jié)約了能量。1.離心泵本系統(tǒng)選用“格蘭富CRN-120 型離心泵，其額定功率為 11KW 額定流量267L/min,額定壓力 1.7MP&該離心泵的特點是容易操作和維修，轉(zhuǎn)速高，效率 高，結(jié)構(gòu)簡單，性能平穩(wěn)等。由離心泵“流量一揚程”特性曲線可知，在小流量 情況下泵的揚程不至過高，系統(tǒng)可以正常工作23。最小流量是泵能維持正常連續(xù) 運轉(zhuǎn)的最低流量界限，在泵出口處設(shè)置帶阻尼管的溢流管路， 使得泵能夠保證在 系統(tǒng)最小流量情況仍然正常工作。 避免對泵體造成破壞。旁

12、溢流采用細管段，此 外還可以充分利用離心泵的負載特性及細管阻尼特性，實現(xiàn)噴射系統(tǒng)的流量、壓力自動匹配。溢流管路直接通向儲液箱，通過試驗調(diào)節(jié)阻尼管的長度從而控制滋 流流最，使之保持在 20%-30%1 高效率點流量數(shù)值，從而保證在操作人員關(guān)閉噴 槍，主流量為零時離心泵仍能下常工作24。此時電機負載下降，功耗降低，克服 了老式飛機除冰車除冰液噴射系統(tǒng)能量損失大的問題。離心泵的供電電源由控制 柜中的電源按鈕山手動控制，以確保在超溫狀況或類似特殊情況下加熱器的緊急 降溫操作需要。2.準備與預(yù)熱管路在環(huán)境溫度低于 5C的情況下。需要對整箱除冰液進行循環(huán)預(yù)熱，直至除冰 液儲液箱內(nèi)除冰液溫度升至 5C。這樣

13、做的目的是因為工作時系統(tǒng)流量很大，此時如果除 冰液溫度低于 5C，則系統(tǒng)溫升達不到規(guī)定的 84C。預(yù)熱的方法是在加熱器出液口后水路交 匯處設(shè)有兩條管路通向儲液箱，由兩個電磁閥分別控制。其中用于熱交換器預(yù)熱的管路 內(nèi)設(shè)有阻尼管，關(guān)閉噴槍，打開通往水箱的電磁閥，加熱器全功率加熱，系統(tǒng)以 230L/min 的流量工作，這樣除冰液箱中冷的除冰液經(jīng)過加熱器加熱后精品文檔5歡迎下載又返回除冰液箱 . 此外，為 了實現(xiàn)除冰液的即時加熱，加熱器在正式工作前需要有 90s 小流量下除冰液循環(huán)的熱交 換器預(yù)熱過程。 這個過程的意義在于將熱交換器事先升至一定的溫度， 當噴射工作開始 時，除冰液可立即獲得升溫所需的能

14、量， 實現(xiàn)即時加熱。 若在此過程中加熱器內(nèi)沒有處 于流動狀態(tài)的除冰液，則大功率的加熱極易給設(shè)備結(jié)構(gòu)帶來損壞，甚至對人員造成危險，而過大的除冰掖流量將延長熱交換器預(yù)熱過程。3 ，噴槍噴槍選用“ Task Force Tip ”公司的“ BGH-HT-150型專用除冰液噴槍，該噴槍屬 于閥控除冰噴槍，分為 6 個檔位，含有一個壓力調(diào)節(jié)裝置，可使除冰液以恒速噴射，帶 有隔熱底座的 slide-type閥門，可進行噴射檔位的瞬時切換，噴槍還帶有一個緩沖器， 可以很容易的調(diào)節(jié)噴出的水柱的形狀。2.3.3加熱系統(tǒng)除冰清洗車上的加熱系統(tǒng)包括自行研制的燃燒器和熱交換器，設(shè)計要求熱交換器出水量 Q=230L/m

15、in，熱交換器入水 h 溫度 T=5C，熱交換器出水口溫度T=84C,升溫時t=90s ，水管內(nèi)壓力 p=1.3Mpa。根據(jù)設(shè)計耍求來選擇燃燒器的尺寸，具體步驟如下 :(1)熱交換器每秒出水量為230 十 60=3.833L/S;(2)熱交換器出入水口溫差為(84-5=79) -101 LxX*-AOQ53wKT*KJt3+9P0726xIO62 -CL00025535x+OuOOOR5（T7& 根據(jù)擬合的多項式方程得出 II 型噴射系統(tǒng)的阻力特性圖，如圖3-5 所示。圖 3-5 II 型噴射系統(tǒng)管路阻力特性曲線3.1.4 系統(tǒng)負載特性研究根據(jù)試驗求出 I 型噴射系統(tǒng)管路阻力特性，結(jié)合

16、離心泵和噴槍的流量一壓力特性可以 求出 I型噴精品文檔18欠迎下載射系統(tǒng)噴槍最大檔位時系統(tǒng)的負載特性，如圖3-6 所示.圖 3-6 中，曲線 1 為管路的阻力特性曲線和噴槍流量壓力曲線之和，曲線2 為離心泵的流量壓力曲線，系統(tǒng)噴槍位于最大檔位時系統(tǒng)的工作點為曲線1 與曲線 2 的交點，即離心泵出口壓力為 1.56Mpa，噴槍壓力為 IMpa, I型噴射系統(tǒng)管路阻力造成壓降為0.56 Mpa,此時系統(tǒng)噴射流量為186.6L/min,而根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)最大噴射流量為 230L/min。所以 I型噴射系統(tǒng)不能滿足系統(tǒng)需要，其原因是噴射系統(tǒng)管路阻力太大，除冰液流動時消耗了過多的能量。所以，需要對系統(tǒng)

17、管路進行改進，降低管路的阻力特性。改進方法有很多種，包括縮短管道長度、減少管道彎曲和截面的突然變化、增加管道的截面積以及 限制液體流動的速度等30。而根據(jù)設(shè)計的 n 型噴射系統(tǒng)管路阻力特性，結(jié)合離心泵和噴槍的流量-壓力特性可以求出 n型噴射系統(tǒng)噴槍最大檔位時系統(tǒng)的負載特性，如圖3-7 所示。40 flO 1X IG0 )0 2C 260蟲片訓精品文檔19。迎下載圖 3-7 n 噴射系統(tǒng)負載特性圖 3-7 中曲線 1 為離心泵的流最壓力特性曲線，曲線2 為噴槍流量壓力特性曲線與系統(tǒng)管路阻力特性曲線之和.根據(jù)這兩條曲線的交點可知，n型除冰液噴射系統(tǒng)的工作點 流量為 249L/min,泵出口壓力為

18、1.43Mpa。在該流量下由圖 3-4 知，噴槍的壓力約為 1.18Mpa，此時噴槍的射程通過手冊及試驗均達到20m=因此，n 型除冰液噴射系統(tǒng)流量、射程均達到系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的要求，所以本文洗定 n型哈射系統(tǒng)作為即熱式飛機除冰 車的噴射系統(tǒng)。3.2 傳動特性研究載人高空作業(yè)裝置的各個舉升臂的動作、工作籃的平衡以及立柱的旋轉(zhuǎn)都通過系統(tǒng) 的傳動裝置來控制，載人高空作業(yè)裝置的傳動包括機械傳動和液壓傳動。3.2.1 機械傳動圖 3-8, 3-9中，載人高空作業(yè)裝置的立柱可相對底盤進行旋轉(zhuǎn)，包括向左、右旋轉(zhuǎn)不小于 175 度;1 號臂的拉桿連接著立柱和1、2 號臂連接組件，使得1 號臂、拉桿、立柱以及 1

19、,2 號臂連接組件組成了一個平行四連桿機構(gòu)；1、2 號臂連接組件為 旋轉(zhuǎn)支架結(jié)構(gòu)，2 號臂缸和工作籃 1 號平衡缸都連接著 2 號臂和 1、2 號臂連接 組件；3 號臂旁即熱式飛機除冰車載人高空作業(yè)裝置由立柱組件、作臂、1 號臂缸、2 號臂缸、3 號臂缸、拉桿、 工作籃等組成。載人高空作業(yè)裝置的結(jié)構(gòu)圖如圖工作籃3-8、1 號工作臂、1 號平衡缸、3-9 所示。2 號工作臂、 3 號工 工作籃 2 號平衡缸、精品文檔20。迎下載有一拉桿，使得 2 號臂、3 號臂、以及 3 號臂、工作籃連接組件 組成了一個平行四連桿機構(gòu)；工作籃 2 號平衡缸連接著工作籃和工作籃連接組件。 載人高空作業(yè)裝置的機械傳

20、動主要通過 1 號臂、3 號臂上的兩個平行四連桿機構(gòu) 以及工作籃 1 號平衡缸來完成。首先，1 號臂缸伸縮導致 1 號臂轉(zhuǎn)動。由于 1 號臂、拉桿、立柱以及 I、2 號有連接組件組成了一個平行四連桿機構(gòu)，平行四連桿機構(gòu)原理圖如圖 3-10 所 示。圖 3-10 平行四連桿機構(gòu)原理圖由于桿 1 和桿 3 尺寸相同，桿 2 和桿 4 尺寸相同。當桿 1 繞著支點轉(zhuǎn)動時， 桿 2必保持與桿 4 乎行。所以當 1 號臂缸伸縮導致 1 號臂發(fā)生轉(zhuǎn)動時，由于拉桿 作用，使得 1、2 號臂連接組件保持原先角度不變化，所以若工作籃初始狀態(tài)為 水平，則不論 1號肴如何轉(zhuǎn)動，其始終保持水平位置不變。其次，2 號臂

21、缸伸縮導致 2 號臂轉(zhuǎn)動。由圖 3-8 可知。工作籃 1 號平衡缸連 接著2 號臂和 I、2 號臂連接組件，所以當 2 號臂轉(zhuǎn)動時，通過機械連接導致工 作籃 1 號平衡缸的油桿拉伸或者收縮，此時通過液壓傳動回路的平衡回路建立壓 力，工作籃 2 號平衡缸相對的收縮或者拉伸，保證工作籃始終保持水平。最后，3 號臂缸伸縮導致 3 號臂轉(zhuǎn)動。與 1 號臂位動作相同，由于 3 號臂旁 有一拉桿，與 2 號臂、3 號臂、以及 3 號臂一工作籃連接組件組成了一個平行四 連桿機構(gòu)，不論 3 號臂如何轉(zhuǎn)動，3 號臂、工作籃連接組件保持角度不變，從而 使工作籃始終保持水平位置。3.2.2 液壓傳動即熱式飛機除冰車

22、液壓傳動系統(tǒng)用來控制各臂缸、液壓馬達以及工作籃平衡缸， 其包括油箱、液位計、濾油器、齒輪泵、聯(lián)軸錯、電機、手動泵、單向閥、壓力 表、疊加式溢流閥、疊加式制動閥、疊加式單向節(jié)流閥、疊加式液控單向閥（液壓鎖）、電磁向閥、手動換向閥、液壓馬達、三個臂缸、兩個平衡缸、單向平衡 閥和雙向平衡閥等。 其中三個臂缸和液壓馬達分別由并聯(lián)的電磁換向閥和手動換 向閥控制。液壓傳動系統(tǒng)原理圖如圖 3-11 所示。精品文檔18欠迎下載圖 3-11 液壓傳動系統(tǒng)原理圖由圖 3-11 可知，系統(tǒng)包括了一套備用的手動泵和手動換向閥，它們分別與 齒輪泵和電磁換向閥并聯(lián)，目的是保證系統(tǒng)在斷電的情況下仍然可以通過手動操 作保持工

23、作。正常工作時系統(tǒng)接通電機電源，同時切換電磁換向閥17 到下位，此時齒輪泵開始轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。當切換電磁換向閥18 來調(diào)節(jié)立柱位置或各鐘位置時換向閥 17 恢復原位。疊加式溢流閥 13 的作用是保證系統(tǒng)的最高 壓力不超過某一限定值，保證系統(tǒng)工作安全。液壓馬達回路包括電磁換向閥 18.1、手動換向閥 20.1、疊加式制動閥 14 和液壓馬達 22,通過調(diào)節(jié)電磁換向閥或手動換向閥的位置來切換液壓馬達的轉(zhuǎn) 向，此外，為了在車輛行駛中為保持立柱不會因為慣性而大幅度的擺動，所以在回路中加入了疊加式制動閥，此外，制動閥還可以在系統(tǒng)沖擊較大時導通，不鎖 死液壓馬達，從而保證系統(tǒng)的密封圈不會因為沖擊而

24、泄漏。在 1 號臂缸（大臂）的油路上串聯(lián)了一個雙向平街閥，在 2 號臂缸和 3 號臂缸 的油路上分別串聯(lián)了一個單向平衡閥。平衡閥實質(zhì)上是單向閥與外控內(nèi)泄式順序 閥組合而成的組合閥，平衡閥的作用包括鎖緊和限速.首先將平衡閥反向串接在液壓缸的回油路中，并將其控制油路與液壓缸的進油路相連， 就能使回油路在制 動狀態(tài)下因控制油路無壓力油作用而切斷， 對液壓缸起到應(yīng)有的鎖緊作用。此外；當機構(gòu)或載荷下降時，平衡閥內(nèi)的順序閥能借助閥芯的平衡作用， 使液壓缸的回 油流贊保持穩(wěn)定狀態(tài)，從而使液壓缸保持勻速運動。為了獲得均勻的一降速度， 設(shè)計系統(tǒng)時要注意兩點：一是不能為了節(jié)省成本，就簡單地用一般的單向閥與外 控內(nèi)

25、泄漏式順序閥并接組合來代替平衡閥。 這是因為平衡閥雖然也是單向閥與外 控內(nèi)泄漏式順序閥的組合，但其順序閥已經(jīng)增加了雙層彈簧、 阻尼小孔等使閥芯 減振的裝置：二是平衡閥的控制油路要串聯(lián)節(jié)流閥。以使順序閥的閥芯動作“遲 滯”，不因外部壓力的微小變化而使其速度有所改變。在限速方案中，使用平衡 閥的效果是最理想的，是首選的方法。因為需要對 2 號臂缸和 3 號臂缸的臂桿收 縮進行限位和限速，所以安裝單向平衡閥，而 1 號臂缸則需要伸長和收縮兩個方 向都進行限位和限速，所以需要安裝雙向平衡閥。此外，系統(tǒng)在工作籃平衡缸的 油路上安裝了雙向平衡閥 22.1 、疊加式溢流閥 22.2 、疊加式液控單向閥 16

26、、疊 加式單向節(jié)流閥 15 和電磁換向閥 19。精品文檔19歡。迎下載在系統(tǒng)工作前需要來回切換電磁換向閥的 接通位置，使得工作籃平衡缸內(nèi)充滿油。工作時，切換電磁換向閥到中位，此時 工作籃平衡回路可以正常工作。 即當系統(tǒng) 2 號臂動作導致工作籃 1 號平衡缸的油 桿拉伸或者收縮時，平衡回路建立壓力， 工作籃 2號平衡缸相對的收縮或者拉伸， 保證工作籃始終保持水平。 由于在工作中平衡回路會有漏油現(xiàn)象， 所以需要通過 電磁換向閥進行補油工作。通過試驗對除冰車傳動系統(tǒng)進行分析， 結(jié)果證明機械傳動以及液壓傳動能夠 較好的控制各舉升臂的動作， 控制效果良好， 且各臂桿動作時工作籃能夠始終保 持水平，符合設(shè)

27、計的要求。精品文檔23歡迎下載第四章即熱式飛機除冰車溫度控制方法研究本系統(tǒng)采用的基于經(jīng)驗公式的控制方法是開環(huán)控制方法，通過除冰液流量以及除冰 液入口溫度信號進行控制，其控制方法簡單，比較容易設(shè)計和調(diào)整，但其控制精度取決 于組成系統(tǒng)的元、部件自身的精度，系統(tǒng)對外部干擾及內(nèi)部參數(shù)變化的影響缺乏自動修 正的能力，適用于輸出量與輸入量關(guān)系為已知，內(nèi)外擾動對系統(tǒng)影響不大且控制精度要 求不高的場合，無法對動態(tài)性能進行改進。而閉環(huán)控制采用了反饋控制方式，被控制量 受控制器的控制作用對被控制量不斷地測量、并將其反饋到輸入端與給定輸入值進行 比較，產(chǎn)生的偏差信號被送到控制器的輸入端，進行相應(yīng)的控制，對系統(tǒng)的控制

28、效果較 好，且通過改變控制方法，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)的動態(tài)特性。采用精度不高。成本較低的 元、器件可以達到控制精度較高的控制效果31。根據(jù)分析，飛機除冰液加熱系統(tǒng)的溫度控制屬于典型的大慣性、大滯后控制系統(tǒng)， 其溫度控制信號和其溫度檢測反饋信號之間存在很大的滯后時間，一般來講，這樣的系 統(tǒng)難于精確控制，它對溫度控制器的要求極高。為此，本文先后采用了Fuzzy-Smith 控制算法以及基于自適應(yīng) Smith-PID 控制算法，均獲得了令人滿意的溫度控制效果。4.1 加熱控制規(guī)律研究在文獻價7中我們己經(jīng)對除冰液快速加熱控制規(guī)律進行了研究，在綜合分析大量試驗 數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對試驗結(jié)果進行總結(jié)，證明了將占空

29、比信號作為控制器的輸入，配合適 當?shù)目刂扑惴梢垣@得較好的溫度控制效果，也證明基于經(jīng)驗公式的溫度控制方法滿足 除冰車快速加熱的指標要求，可以作為實際系統(tǒng)的控制策略。但實際即熱式飛機除冰車 采用單片機作為控制器件，而非試驗系統(tǒng)中使用的PLC,且實際工作中噴射除冰液，而非試驗中噴射的水，所以在實際系統(tǒng)進行工作前仍需要對其控制效果進行檢驗，對一些 系數(shù)需要進行修正。根招能量守恒和定律分析大量的試驗數(shù)據(jù)，可知將不同初始溫度以及流量的除冰液 加熱升溫到穩(wěn)定的工作溫度過程中存在一個除冰液溫升和能量供給的經(jīng)驗公式如下式中1熱處吸收的效率熱處吸收的效率; ;中中總能気供給總能気供給b試驗弁質(zhì)的比熱試驗弁質(zhì)的比

30、熱 U):P- 試驗介質(zhì)的密試驗介質(zhì)的密: :L試驗介質(zhì)體積試驗介質(zhì)體積AT度差等式(4.1)左邊為加熱器提供且被除冰液吸收的能量，等式右邊為使 L 升除冰液升溫 T 攝氏度所需要的總能量。本系統(tǒng)采用的燃燒器具有兩段火能力，分別由大火電磁閥和小火電磁閥來控制，工 作時小火電磁閥總開著，而根據(jù)不同的流量調(diào)整大火電磁閥的開關(guān)來控制燃燒器的功率 輸出，即通過占空比的方法來進行功率調(diào)節(jié)；精品文檔24歡迎下載勾勾社社+ +紳紳“(4.2式中式中軋低功率供油電碣閥低功率供油電碣閥開啟一開啟一周期內(nèi)的能量供給周期內(nèi)的能量供給(J)；k 一制器轍出的占空比、一制器轍出的占空比、張張高功率供油電磁閥開啟一周期內(nèi)

31、的能匿供蛤高功率供油電磁閥開啟一周期內(nèi)的能匿供蛤 Q).將你，陽展開得：將你，陽展開得：牡牡 土禺丁土禺丁3 亠甌丫J-O式中式中K 一一 驗所選用柴池的燃燒值驗所選用柴池的燃燒值(KJ/Kg)；T占空比信號的周期占空比信號的周期( (業(yè)業(yè)fL氐功率供油電磯閥開啟時的洪油速峯氐功率供油電磯閥開啟時的洪油速峯(Kg/h); fH高功率供油電磁閥高功率供油電磁閥開啟時的供戒速率開啟時的供戒速率(Kg/hh 將式將式(4.3)式式(4.4)比入式比入式(4.2)得，得，qw w鈴鈴( (血血+ +Vir)除冰液體積丄與流盤除冰液體積丄與流盤 Q 的關(guān)系為；的關(guān)系為；式中式中曠一營路內(nèi)除冰液流曠一營路

32、內(nèi)除冰液流: :R(L/mii), 將式他將式他 5 卜式卜式(4.6 出入式出入式(4,1)并整理得并整理得; ;可可 K 伉伉+ +甘甘 J.O.Q 鼬鼬 pfiM總結(jié)出經(jīng)驗公式的目的是為了計埠出不同流址與溫升要求下應(yīng)輸出的占空總結(jié)出經(jīng)驗公式的目的是為了計埠出不同流址與溫升要求下應(yīng)輸出的占空比救值比救值, ,所以對式所以對式( (斗斗.7)移項變形如下移項變形如下; ;對式對式(4.8)化簡為如丁形式化簡為如丁形式: :我我( (畀畀)幾幾山山大蜓試驗得到大蜓試驗得到了不同了不同流楡流楡 Q 情況下情況下申的大小占申的大小占340 (120 齊齊 0 呂呂 140)R. .陽陽 0 (14

33、00160)320 (fi * 160)由各傳感器和試驗所得經(jīng)驗參數(shù)，可根據(jù)占空比計算公式實時地在線計算出數(shù)值， 并輸出信號控制燃燒器的能量輸出。在第二章己經(jīng)介紹加熱控制系統(tǒng)工作過程，加熱第一階段時燃燒器大小火電磁閥全 部接通，此時噴槍關(guān)閉，水路上小流量電磁閥接通，系統(tǒng)處于小流量大功率加熱狀態(tài)， 除冰液經(jīng)過加熱器加熱后通過電磁閥循環(huán)回到儲液箱，使得加熱器的溫度升高；第二階段.當熱交換器溫度升高一定數(shù)值k1 時，水路上大流最電磁閥接通 .系統(tǒng)處于大流量(4(4*5)(4,6)(4-丁丁) )0.06bpQATA)/H(4.9)(4.10)精品文檔25。迎下載大功率加熱狀志，此時噴槍仍然關(guān)閉著，除

34、冰液經(jīng)過加熱器加熱后仍通過電磁閥循環(huán)回到儲液箱，其目的是加熱管路除冰液溫度。當加熱器出口溫度達到某一數(shù)值k2 時進入第三階段，即關(guān)閉燃燒器，關(guān)閉水路上大小流量電磁閥，此時水泵繼續(xù)工作，除冰液直 接通過溢流管路返回儲液箱。第四階段，開啟噴槍，此時燃燒器自動點燃，系統(tǒng)根據(jù)流 量自動調(diào)節(jié)占空比進行加熱。根據(jù)設(shè)計好的控制方法進行單片機編程，并通過多次試驗 調(diào)整系統(tǒng)參數(shù) k1 和 k2，使得系統(tǒng)獲取較為理想的控制效果。取k1 為 6C、k2 為 80 C、系統(tǒng)流量穩(wěn)定工作時噴射流量為233L/min、水箱初始溫度為 27.8 C時系統(tǒng)噴射的除冰液溫升曲線如圖 4-1 所示。圖 4-1 除冰液時間楹度變化

35、曲線圖 4-1 中，0s52s 流量 Q=36L/min,52s7s 流量 Q=186L/min,87s580s 流量 Q=233L/min。由圖可見，根據(jù)式(4.9)的除冰液加熱控制策略，實現(xiàn)了除冰液快速加熱過程的自主 控制。且溫度控制滿足設(shè)計要求。此時，變流量下的系統(tǒng)溫度控制品質(zhì)也令人滿意，整 套飛機除冰液快速加熱系統(tǒng)達到各項指標要求能夠滿足實際的應(yīng)用。但是，基于經(jīng)驗公式計算占空比控制功率輸出屬于開環(huán)控制，無法很好的控制系統(tǒng) 的動態(tài)特性，由圖 4-1 中可知，系統(tǒng)從預(yù)熱完成到噴射階段溫度曲線有明顯的下降，其 原因就是系統(tǒng)流最切換時系統(tǒng)進入了新的動態(tài)平衡過程，這需要一定的時間。本控制方 法無

36、法提高動態(tài)響應(yīng)速度。此外，當系統(tǒng)因為各種因素的影響導致參數(shù)變化時經(jīng)驗公式 的系數(shù)需要重新計算，不具有普遇性，系統(tǒng)易受各種干擾影響，控制穩(wěn)定性差，對系統(tǒng) 參數(shù)的變化非常敏感32。本系統(tǒng)還是一個大時滯系統(tǒng)，熱交換器傳熱需要一定的時間， 系統(tǒng)溫度傳感器由子條件限制只能監(jiān)測熱交換器的出口溫度而不是內(nèi)部溫度，所以交換 器內(nèi)部溫度導出到出口也需要一定時間。綜上所述，可以對系統(tǒng)建立模型，并對控制算 法進行研究，采用適應(yīng)性較強的、較復雜的控制算法從而提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，使系統(tǒng) 獲得更好的控制效果。4.2 加熱系統(tǒng)模型建立由于除冰車加熱系統(tǒng)難以通過理論方式建立系統(tǒng)模型，所以本文根據(jù)試驗測試法 來確定其模型。測試

37、法一般用于建立輸入輸出模型，它是根據(jù)工業(yè)過程的物入和輸出實 測數(shù)據(jù)進行某種數(shù)學處理后得到的模型它的主要特點是把被研究的工業(yè)過程視為一個黑匣子，從外特性上測試和描述它的動態(tài)性質(zhì)，因此不需要深入掌握其內(nèi)部基理，但這 并不意味著可以對內(nèi)部機理毫無所知。過程的動態(tài)特性只有當它處于變動狀態(tài)下才會表精品文檔26歡迎下載現(xiàn)出來，因此為了獲得動態(tài)特性，必須是被研究的過程處于被激勵的狀態(tài)。用測試法建 模一般比用機理法要簡單和省力，尤其是對那些復雜的工業(yè)過程更為明顯。如果兩者都 能達到同樣的目的，一般都采用測試法建模。測試法建模又可分為經(jīng)典辨識法和現(xiàn)代辨識法兩大類。經(jīng)典辨識法不考慮測試數(shù)據(jù) 中偶然性誤差的影響，它

38、只對少量的測試數(shù)據(jù)進行比較簡單的數(shù)學處理，計算工作量一 般很小現(xiàn)代辨識法的特點是可以消除測試數(shù)據(jù)中的偶然性誤差，即噪聲的影響，為此 就需要處理大量的測試數(shù)據(jù)。測試法建模的步驟如下：(1)將系統(tǒng)輸出y(t)轉(zhuǎn)換成它的無量綱形式-，其中，y(g)為 y(t)的穩(wěn)態(tài)形式；(2) 選取 y * (t )分別為 0.4 和 0.8 ,其對應(yīng)的時間 ti，和 t2的比值反映了系統(tǒng)的階次， 如果 ti/t2 0.32，則可選用一階慣性環(huán)節(jié)加純延遲；如果 0.32 ti/t2 0.46，則可選用二階慣性環(huán)節(jié)加純延遲；如果 0.460.4“所以選擇三階慣性所以選擇三階慣性壞節(jié)作為系統(tǒng)的模壞節(jié)作為系統(tǒng)的模 型，即

39、型，即& &二，其中參數(shù)二，其中參數(shù) K 和和 T 的計算方法如下的計算方法如下, ,也也. .(IJ+1)Ait26通過計算得出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為通過計算得出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 6(5)- , ,由于由于 r/r -0,&8503(所以飛機所以飛機0 + 0.059)3除冰車除冰液快理加熱系統(tǒng)的確是大滯后系統(tǒng)円除冰車除冰液快理加熱系統(tǒng)的確是大滯后系統(tǒng)円 S S4.3 大滯后溫度控制系統(tǒng)分析具有大滯后特性的溫度控制系統(tǒng)，一般來講，系統(tǒng)控制穩(wěn)定性差，難于控制，系統(tǒng) 的反饋性能較差35。據(jù)此，本文采用一種能克服滯后影響，提高控制精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性 的方法，即 Smith 預(yù)估控制

40、器。Smith 預(yù)估器是得到廣泛應(yīng)用的時滯系統(tǒng)的控制方法。 該方法的基本思路是：預(yù)先估計出系統(tǒng)在基本擾動下的動態(tài)特性，然后由預(yù)估器對時滯 進行補償，力圖使被延遲了的被調(diào)童超前反映到調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器提前動作，從而抵消 掉時滯特性所造成的影響，減小超調(diào)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加速調(diào)節(jié)過程，提高系統(tǒng) 的快速性。假設(shè)系統(tǒng)的開壞傳遞函數(shù)為：q(jr)G(y(441)式中式中 ；( (町為被控對線中不含純滯后的部分町為被控對線中不含純滯后的部分. .則系統(tǒng)的閉環(huán)棲遞函數(shù)為則系統(tǒng)的閉環(huán)棲遞函數(shù)為(4.12)曲于特征方程里含有項曲于特征方程里含有項. .這對揑制系統(tǒng)褪定性極其不刊這對揑制系統(tǒng)褪定性極其不刊， 若

41、若r足夠大足夠大系統(tǒng)就系統(tǒng)就 很難穩(wěn)定很難穩(wěn)定“而而且由于系統(tǒng)中念有純滯后壞節(jié)且由于系統(tǒng)中念有純滯后壞節(jié). .使控制需設(shè)計變得員雜使控制需設(shè)計變得員雜. .Smith預(yù)估器長預(yù)估器長 克服純滯加影響的有克服純滯加影響的有效方法之一效方法之一”因此在常規(guī)校正環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上引入因此在常規(guī)校正環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上引入 T Smith 預(yù)估器補償預(yù)估器補償” 其控制結(jié)構(gòu)如圖其控制結(jié)構(gòu)如圖 4-3 所所示示. .此吋系統(tǒng)的閉壞傳謹函數(shù)対此吋系統(tǒng)的閉壞傳謹函數(shù)対有武有武(4J3)可可知經(jīng)補償后，亡勺在閉環(huán)捋制回路之外，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除了知經(jīng)補償后，亡勺在閉環(huán)捋制回路之外，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除了 純滯純滯后部

42、分對控制兼統(tǒng)的影響后部分對控制兼統(tǒng)的影響，僅將控制柞用在時間坐標上搏移了一個時僅將控制柞用在時間坐標上搏移了一個時閭閭控制系控制系 統(tǒng)的過渡過程及統(tǒng)的過渡過程及其他性能指標都與對象特性為其他性能指標都與對象特性為 GU)是完全是完全相同。相同。從上面論述可知，理論上 Smith 預(yù)估器可以完全消除時滯的影響，但是在實 際應(yīng)用中卻不盡人意，主要原因在于 Smith 預(yù)估器需要確知被控對象的精確數(shù)學 模型，陛旦_曠l + P(iX?(s)(4J3)ffl 4-3 Smilh預(yù)估甜輕制框圖精品文檔28。迎下載而且它只能用于定常系統(tǒng)這一條件事實上相當苛刻，因而影響了Smith預(yù)估器在實際應(yīng)用中的控制性

43、能。4.4 基于自調(diào)節(jié) Fuzzy-Smith 算法的溫度控制及計算機仿真由于即熱式除冰車加熱系統(tǒng)具有大滯后、非線性和時變等特性。傳統(tǒng)的Smith 預(yù)估器是基子被控對象精確的數(shù)學模型設(shè)計的，需要確知被控對象的精確 數(shù)學模型，而且它只能用于定常系統(tǒng)，因而影響了 Smith 預(yù)估器在實際應(yīng)用中的 控制性能。 考慮到模糊控制器具有對模型參數(shù)不敏感的優(yōu)點， 能夠適應(yīng)非線性和 時變的要求，且自調(diào)節(jié)模糊控制器能夠自動調(diào)整控制規(guī)則，是系統(tǒng)控制性能達到最佳， 因此把自調(diào)節(jié)模糊控制和 Smith 預(yù)估控制結(jié)合起來， 形成了自調(diào)節(jié) Fuzzy-Smith控制并利用該方法對即熱式飛機除冰車的溫度控制系統(tǒng)進行了仿 真

44、研究。4.4.1 自調(diào)節(jié)模糊控制器設(shè)計自從英國科學家 Mamdani 和 Assitian 首次將模糊理論應(yīng)用于蒸氣機控制，就揭開了模 糊理淪在控制領(lǐng)域應(yīng)用的新篇章。通常來說，對于一個簡單的被控對象，用傳統(tǒng)的模糊 控制器控制規(guī)則就可以對其進行良好的控制，但傳統(tǒng)的模徹控制器的控制規(guī)則是固定 的，一旦在設(shè)計階段選擇了一組模糊控制規(guī)則，則其在控制中就不再發(fā)生變化，但通常 來說我們所要控制的對象的狀態(tài)是隨著時間而動態(tài)變化的，在設(shè)計模糊控制規(guī)則時往往 不能考慮到對象所有的變化情況。所以說固定的控制規(guī)則不能反映人的控制經(jīng)驗中動態(tài) 的方面.不能根據(jù)對象的動態(tài)變化來及時地做出調(diào)整。而對于那些時變的、非線性的復

45、 雜系統(tǒng)采用模糊控制時，為了獲得良好的控制效果，必須要求模糊控制具有較完善的控 制規(guī)則。這些控制規(guī)則是人們對被控過程認識的歸納和操作經(jīng)驗的總結(jié)。然而，山于被 控過程的非線性、高階次、時變性以及隨機干擾等因素，造成模糊控制規(guī)則或者粗糙或 者不夠完善，從而不同程度地影響控制效果，為了彌補這個不足，自然就考慮到使模糊 控制器向著自適應(yīng)、白組織、自學習的方向發(fā)展，使得摸糊控制的參數(shù)和控制規(guī)則能夠 自動的調(diào)整、修改和完善，從而使系統(tǒng)的控制性能不斷改善，達到最佳的控制效果36本章中所設(shè)計的模糊控制器屬于解析規(guī)則可調(diào)整的自調(diào)節(jié)模糊控制器，此控制器考 慮到被控系統(tǒng)的動態(tài)特性，其控制規(guī)則根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)自動的進行調(diào)

46、整，從而使控制規(guī)則 在控制過程中能夠始終反映人在控制中的經(jīng)驗和知識。自調(diào)節(jié)的模糊控制器必須具備兩個功能：(1)根據(jù)被控過程的運行狀態(tài)給出合適的控制量：(2)根據(jù)給出的控制量的控制效果，對控制器的控制決策進一步改進，以獲得更好控 制效果。設(shè)誤差為E，誤差變化率為Ec及控制量為U則模糊控制規(guī)則的解析描述方法可 表示為:式(4.14)中，a 和(1- a )分別代表對誤差和誤差變化的加權(quán)，通過調(diào)整 a 的值，可 以改變對誤差和誤差變化的不同加權(quán)程度，計算出的控制量就不相同。這就是說，一旦 改變 a的值。就相當于改變了模糊控制規(guī)則，從而改變模糊控制器的輸出。這就為我們 實時動態(tài)的改變模糊控制器的規(guī)則提

47、供了方便。顯然，用解析表達式描述的模糊控制規(guī)精品文檔29。迎下載則便于調(diào)整，易子用計算機程序?qū)崿F(xiàn)模糊控制算法。當被控對象階次較低時，對誤差的 加權(quán)應(yīng)大于誤差變化的加權(quán)值；相反，當被控對象的階次較高時，對誤差變化的加權(quán)值要大于對誤差的加權(quán)值39。對于在一般多階系統(tǒng)中 a在系統(tǒng)動態(tài)過程中變化規(guī)律的分析，可以通過式(4.14)在控制過程中在線調(diào)整 a 的大小40。式(4.15)中 B為加權(quán)系數(shù)，h(t)為調(diào)整參數(shù)，由模糊量H 清晰化以后得到。模糊量 H根據(jù) E 和 Ec 的大小，用“如果 E 且 EC 則 H”的模糊推理語句得到。在控制過程中， 根據(jù)系統(tǒng)誤差和誤差變化的模糊變量E 和 EC .查表得

48、到 H,清晰化后即為 h(r).然后根據(jù)式(4.15)，就可以得到此時 a的值.但上述方法得到的?？赡苁遣贿B續(xù)的，從而使控制量 U 在7 坐標系中也可能不是連續(xù)的。本文采用的時變修正 a 函數(shù)為式中3 為誤差，丫為正的加權(quán)系數(shù)。對于不同被控對象的動態(tài)特性，通過調(diào)整加權(quán)系數(shù)丫的大小可以改變。隨時間變化 的規(guī)律，從而調(diào)整了控制量的大小。上面函數(shù)中取平方根的原因是：誤差絕對值啟變化很小時，權(quán)值 a的變化更小，取平方根可以放大這種變化量，便于由式(4.16)給出不同大小的控制量 U。因為式(4.16)給出的。是由連續(xù)的變化量“汕決定的，因此不存在不連續(xù)的情況。從而使控制量U 在坐標系中也是連續(xù)的4.4

49、.2 基于模糊退火算法的自調(diào)節(jié)Fuzzy-Smith 控制器設(shè)計結(jié)合自適應(yīng)模糊控制器具有的對模型參數(shù)不敏感。能夠適應(yīng)非線性和時變的要求，能夠根據(jù)系統(tǒng)性能指標、誤差和誤差變化率來調(diào)整系統(tǒng)模糊控制規(guī)則等優(yōu)點以及Smith預(yù)估控制能夠使調(diào)節(jié)器提前動作，從而抵消掉時滯特性所造成的影響，減小超調(diào)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加速調(diào)節(jié)過程，提高系統(tǒng)的快速性的特點，形成了自適應(yīng)Fuzzy-Smith控制器.系統(tǒng)控制框圖如圖 4-4 所示。圖 4-4 自調(diào)節(jié) fuzzy-smith 控制系統(tǒng)框圖a(t)髓血)(at) s 0.5)(4.15)T V1 F CifE自調(diào)節(jié)模糊自調(diào)節(jié)模糊n: :控控制器制器U-+(L-a

50、)EC給定溫度模擬退火算法模擬退火算法毓控毓控對象對象精品文檔30欠迎下載圖 4-4 中表示具有多個參數(shù)可調(diào)整的模糊控制器。其中Ke . Kec 分別為誤差和誤差變化的量化因子；Kp，Ki 分別為模糊控制器輸出的比例和積分系數(shù)，丫為正的加權(quán)系數(shù)， 它的大小可以改變 a隨時間變化的規(guī)律，通過模擬退火算法41424344 對上述的這 5 個參數(shù)進行組合優(yōu)化。模擬退火算法(simulated annealing, SA)作為局部搜索算法的擴展，在每一次修改模型的過程中，隨機產(chǎn)生一個新的狀態(tài)模型，然后以一定的概率選擇鄰域中能量值大的狀 態(tài).這種接受新模型的方式使其成為一種全局最優(yōu)算法，并得到理論證明和

51、實際應(yīng)用的 驗證.模擬退火的概念是根據(jù)熔融金屬中粒子的統(tǒng)計力學與復雜的組合最優(yōu)化問題的求 解過程的相似性而提出來的45。統(tǒng)計力學的研究表明，在溫度T、粒子停留在狀態(tài) r 滿足波茲曼(Bollzmann)概率分布吩吩( (從命卿卜晉從命卿卜晉 的的 7)式中式中E(r)-為為F狀態(tài)的能薛；狀態(tài)的能薛；-BoltzmannX 數(shù)，他數(shù)，他 a aT絕對溫度，量綱為絕對溫度，量綱為 hZ(T)槪率分布的標準化因子。槪率分布的標準化因子。(4.18)在溫度在溫度 T 時，根誓金屬內(nèi)部粒子的狀杰選擇規(guī)律，時，根誓金屬內(nèi)部粒子的狀杰選擇規(guī)律，Metropolis提出了以下準則：設(shè)提出了以下準則：設(shè) 初始狀

52、態(tài)初始狀態(tài) i為當前狀態(tài)為當前狀態(tài)* *該狀態(tài)的能凰為然后對該狀態(tài)作一隨機微擾該狀態(tài)的能凰為然后對該狀態(tài)作一隨機微擾，得到一個新得到一個新 狀態(tài)八新狀態(tài)的能量為狀態(tài)八新狀態(tài)的能量為 Q Q 如如果果E)。(2)對當前模型進行擾動產(chǎn)生一個新模型m,計算相應(yīng)的目標函數(shù)值E(m)，得到E= E(m) E(mo)。若厶E0,則新模型 m 按概率 P=exp E/T進行接受，T 為溫度。當模型被接受時，置mo=m, E(mo) =E(m)。(4)在溫度 T 下，重復一定次數(shù)的擾動和接收過程，即重復步驟(5)緩慢降低溫度 T。(6)重復步驟 2、5,直至收斂條件滿足為止。SA 算法實質(zhì)上分兩次循環(huán)，隨機擾

53、動產(chǎn)生新模型并汁算目標函數(shù)2, 3。(或稱能量)的變化：決定新模型是否被接受。由于算法初溫設(shè)計在高溫條件，這使得E 增大的模型可能被接受，因而能舍去局部極小值，通過緩慢地降低溫度，算法最終能收斂到全局最優(yōu)點。圖 4-4 中，Ke , Kec , Kp,Ki 和丫取不同取值都會影響系統(tǒng)的性能。這一點不難理解,因為 Ke , Kec 為輸入變量的量化因子，對于相同的輸入量，取不同的輸入量化因子時，得到的輸入量的模糊量也不相同， 同時，改變了輸入量化因子， 也起到了改變模糊控制規(guī)則的 作用。加權(quán)系數(shù)丫大小決定了 a 隨時間變化的規(guī)律， 進而決定了模糊控制規(guī)則隨時間變化的 規(guī)律，因此改變了模糊控制器的

54、輸出最的變化規(guī)律。 模糊控制器的控制量經(jīng)過比例和積分系數(shù) KP, Kt 的變換，然后輸出到被控對象上。由于上述的這五個參數(shù)都能影響控制器的性能 而改變不同的參數(shù)可能獲得相同的效果，為了獲得較好的控制性能， 僅僅調(diào)節(jié)其中的某一個或者某幾個參數(shù)，都不可能得到令人滿意的控制效果。在這里，我們將模糊控制器的參數(shù)設(shè)計作為組合優(yōu)化問題來處理，通過對控制器的五個參數(shù)同時進行優(yōu)化。以期得到較好的控制性能。本文使用上面介紹的改進的模擬退火算法對上述這五個參數(shù)同時進行尋優(yōu)。給定其指標函數(shù)為J - fjxx + AX(* +(4.22) 式中式中/l(j-) 1 + a1+:Jrta眸眸 J-普普“廣叫廣叫u(k)

55、系統(tǒng)的輸入蜃：系統(tǒng)的輸入蜃：z(k)- 系統(tǒng)的輸出撬系統(tǒng)的輸出撬；叩叩 0系統(tǒng)系統(tǒng)的干擾的干擾噪聲噪聲 參故參故估計估計就是如就是如何利用何利用系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù) u(k)和和 z(k),來確來確定定和和負上負上“) )的的JS 數(shù)數(shù)* *假定系統(tǒng)模型的階次恥和血已經(jīng)確定假定系統(tǒng)模型的階次恥和血已經(jīng)確定，且，且 nanb.則則 S】 0 動動態(tài)述程態(tài)述程的數(shù)學模的數(shù)學模型可以型可以 改改葺成繪小二乘小二乘格式：格式：i(k)-hT(k)6+e(k)(4.23)式申式申用用【“幻幻”, ,上上即上上即J1 1h(k -2( -1),“-工弦工弦 nau(k -1)計計就就- -

56、n/?)r匸匸h(k)觀測數(shù)據(jù)觀測數(shù)據(jù)* * 吐吐一待估計參數(shù)。一待估計參數(shù)。估估計準則計準則函數(shù)取函數(shù)取 J( (町町 匸試匸試)-)-滬佔肖滬佔肖從而推出參數(shù)估計的最小從而推出參數(shù)估計的最小二乘法待辨識二乘法待辨識 參數(shù)參數(shù)：?(4.24)常規(guī)雖常規(guī)雖小二小二乘遞推算法的基本證掘可以概乘遞推算法的基本證掘可以概搭成：搭成：新的新的怙計值怙計值 9 (k+lX 上枕上枕估計值估計值 H 十修滬十修滬項項，與域小二與域小二乘一次乘一次完成算完成算法法相比相比，它不僅它不僅可以誡少計算量和貯存攝可以誡少計算量和貯存攝，而且葩實而且葩實 現(xiàn)在線實時辨現(xiàn)在線實時辨識識. .然而，然而，它有三方面的映

57、陷何它有三方面的映陷何* *(1)當模型噪聲是有色噪聲時，最小二乘參數(shù)估計不是無偏、一致估計；(2)隨著數(shù)據(jù)的增長，常規(guī)最小二乘法將出現(xiàn)“數(shù)據(jù)飽和”現(xiàn)象，即未知參數(shù)的估計值及其精度達不到預(yù)期的結(jié)果，甚至便其辨識結(jié)果更劣；(3)最小二乘的參數(shù)估計，不能跟蹤時變參數(shù)的變化，即它不適用于時變過程的參數(shù) 辨識。為克服數(shù)據(jù)飽和現(xiàn)象，減弱舊觀測數(shù)據(jù)對未知參數(shù)估計的影響，采用最小二乘的改 進算法，即漸消記憶最小二乘遞推算法。漸消記憶遞推最小二乘法的基本思想是給采樣數(shù)據(jù)以不同的權(quán)重，即對老數(shù)據(jù)加上 遺忘因子，以降低老數(shù)據(jù)所提供的信息量，增加新數(shù)據(jù)的信息量。這樣既考慮了歷史數(shù) 據(jù)的作用，又側(cè)重考慮了新信息進行參

58、數(shù)估計。漸消記憶遞推最小二乘法(簡稱 RLS-RFR)的遞推公式可歸納為：帥)飾-誠-1)精品文檔32欠。迎下載、丄 -珂-1妙R+b m切(。尸(4.25)P(r)-l/-L(/(t)P(l)式中入一遺忘因子。對常規(guī)最小二乘法來說，隨著增益矩陣L(t)接近于零，參數(shù)估計值變化就很小了，說明算法基本上失去了修正能力，繼續(xù)遞推計算下去，不會進一步改警辨識精度。然而 對漸消記憶最小二乘法來說，參數(shù)估計始終在波動，說明新數(shù)據(jù)所提供的信息還在起作 用，遞推步數(shù)雌大辨識精度會越高，“數(shù)據(jù)飽和”現(xiàn)象被削弱了。遺忘因子是漸消記憶遞推最小二乘法中的一個重要參數(shù)。當遺忘因子取值較小時， 參數(shù)估計跟蹤參數(shù)變化的能

59、力強，但受嗓聲的影響較大，使參數(shù)估計的精度降低；當遺 忘因子取值較大時，參數(shù)估計跟蹤參數(shù)變化的能力差，但抵制千擾的能力強，使參數(shù)估 計的精度提高?？梢姡褂眠z忘因子遞推最小二乘法算法的關(guān)鍵是正確選擇遺忘因子 選擇不同的遺忘因子，被辨識參數(shù)的收斂速度也不同。遺忘因子選取原則如下48:(1)如果采樣數(shù)據(jù)為嗓聲較小時測得(假定為 2%),并且估計的參數(shù)沒有發(fā)生改變，則遺忘因子的取值對參數(shù)估計影響不大，可在0.900.99 之間；(2)如果采樣數(shù)據(jù)為噪聲較小時測得(假定為 2%)，但估計的參數(shù)變化較大，則應(yīng)選用較小的遺忘因子，以使參數(shù)估計更快地跟蹤參數(shù)的變化。這時，遺忘因子應(yīng)在0.900.92之間取值

60、；(3)如果采樣數(shù)據(jù)為嗓聲較大時測得(假定為 10%)，為了提高參數(shù)估計的精度，則應(yīng)選用較大的遺忘因子，遺忘因子可在0.970.99 之間取值。綜上所述，遺忘因子必須選擇接近于1 的正數(shù)，通常不小于 0.9。當入=1 時，REF 算法就是常規(guī)最小二乘算法了。通過正確選擇遺忘因子后，這種改進算法能有效地克服“數(shù) 據(jù)飽和”現(xiàn)象，同時它也適用于時變過程的參數(shù)辨識。4.5.Z 數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器魯棒性設(shè)計由子微機的應(yīng)用， 運算速度的提高和接口功能的加強， 使得智能調(diào)節(jié)器應(yīng)用于實時 控制成為現(xiàn)實。智能控制具有自尋優(yōu)、非線性和變結(jié)構(gòu)的特點，其自動控制系統(tǒng)的動態(tài) 和靜態(tài)性能有很大的提高。出于即熱式除冰車加熱系統(tǒng)環(huán)境以及結(jié)構(gòu)等因紊，使控制系 統(tǒng)中的被控對象模型多變