抓草机电动助力转向系统仿真设计

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抓草机是一种用于农作物秸杆、林区残枝等物品装载作业的专用设备。可广泛适用于秸杆收购场、树皮树枝收购场、生物质能源发电厂、造纸厂等场所的装卸、堆垛、搬运及清场等作业,近年尤其农作物秸杆回收方面大显身手,得到了快速发展。目前,抓草机多采用液压式助力转向,很少有电动助力转向。与液压式助力转向相比,电动助力转向具有降低燃油消耗、节能环保、结构紧凑、操作稳定性和转向特性较好,且便于维修和保养等优点,因此,对抓草机电动助力转向系统的研究具有重要的实际意义。  目前,EPS系统的发展在国内还处于发展期,但是,其关键技术被国外企业垄断,国内电动助力转向系统控制策略的优化以及可靠性有待提高,因此,本文针对抓草机电动助力转向系统,进行了控制策略的相关研究。本文分析了EPS系统的结构及工作原理,介绍了电动助力转向系统的基本类型,还对电动助力转向系统的关键零部件进行分析,包括转矩传感器、减速机构、助力电机、电控单元以及转向器。通过对抓草机电动助力转向系统的受力分析以及相应的简化,建立抓草机电动助力转向系统的数学模型,通过Carsim仿真软件建立抓草机的整车模型,并验证所建立整车模型的有效性。研究抓草机EPS系统的助力特性以及控制策略,经过分析确定本文EPS系统的助力特性,对助力特性进行参数的计算;并对助力电机的电流控制方式以及模糊自适应PID控制策略进行研究,设计了模糊自适应PID控制器。在EPS系统数学模型的基础上,应用Simulink建立EPS系统的仿真模型,并验证模糊自适应PID控制的助力特性的效果,再利用Carsim建立的整车和Simulink建立的EPS总体模型进行联合仿真,验证模糊自适应PID控制策略的有效性,仿真结果表明,模糊自适应PID控制策略具有较好的转向轻便性以及路感。
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