离合器迟滞模型构建方法、控制方法、装置、设备、介质与流程

1.本发明涉及机车离合器控制技术领域，尤其涉及一种离合器迟滞模型构建方法、控制方法、装置、设备、介质。


背景技术：

2.由于传动系统运动过程中的弹性变形，及离合器分离弹簧及摩擦片的变形，离合器的压紧和分离存在迟滞现象，执行机构位移与离合器片间压紧力关系为具有迟滞的为非线性关系。离合器压紧、分离过程执行机构处于相同位置时，对应不同的压紧力，且离合器运动过程的快慢、以及非全行程运动，对其压紧力的大小都有影响。
3.目前离合器的执行系统多为液压系统，液压控制离合器系统则可以较为方便地在离合器控制油路中加装压力传感器，但系统迟滞大，反应较慢。电机控制的离合器系统则具有响应速度快、效率高的优势。
4.目前的控制思路是改变系统结构，增加主动控制件，尽可能减小迟滞。还有一类控制思路是通过执行机构位移-离合器力均值模型进行查表控制，或基于区分离合器接合和分离过程，建立两条位移-压紧力曲线，进行查表或补偿控制。上述方案均具有一定局限性，无法全面考虑实时系统迟滞现象带来的影响，难以实现离合器传扭精确控制。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种离合器迟滞模型构建方法、控制方法、装置、设备、介质，以解决难以实现离合器传扭精确控制的问题。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.第一方面，一种离合器迟滞模型构建方法，包括以下步骤：
8.构建关于电机位置和离合器压紧力的函数关系：
9.根据所述函数关系获得关于所述电机位置、所述离合器压紧力和离散时间的离散化模型；
10.根据所述离散化模型获得关于所述电机位置的实时控制模型；
11.对所述离散化模型进行参数标定，将标定后的参数代入所述实时控制模型；
12.离合器迟滞模型构建完成。
13.作为上述离合器迟滞模型构建方法的优选方案，所述构建关于电机位置和离合器压紧力的函数关系的步骤包括：利用dahl建模方法构建函数关系
[0014][0015]
其中，表示电机位置相对时间的导数，f表示离合器压紧力，σ为等效刚度系数，fc为等效库伦力，sign为符号函数。
[0016]
作为上述离合器迟滞模型构建方法的优选方案，所述根据所述函数关系获得关于
所述电机位置、所述离合器压紧力和离散时间的离散化模型的步骤包括：
[0017][0018]
其中，角标k表示当前时刻，角标k-1表示上一采集时刻，fk表示当前时刻的离合器压紧力，f
k-1
表示上一采集时刻的离合器压紧力，xk表示当前时刻的电机位置，x
k-1
表示上一采集时刻的电机位置。
[0019]
作为上述离合器迟滞模型构建方法的优选方案，所述根据所述离散化模型获得关于所述电机位置的实时控制模型的步骤包括：
[0020][0021]
作为上述离合器迟滞模型构建方法的优选方案，所述对所述离散化模型进行参数标定的步骤包括：
[0022]
设定所述电机位置的初始值和所述离合器压紧力的初始值；
[0023]
给定不同的所述电机位置，获得相应的所述离合器压紧力；
[0024]
拟合出电机位置-离合器压紧力变化曲线；
[0025]
确定所述等效刚度系数和所述等效库伦力。
[0026]
第二方面，一种离合器控制方法，利用上述的离合器迟滞模型构建方法，所述离合器控制方法包括以下步骤：
[0027]
获取期望离合器压紧力曲线；
[0028]
根据所述期望离合器压紧力曲线获得多个采样时刻的离合器压紧力期望值；
[0029]
根据所述离合器压紧力期望值和所述离合器迟滞模型构建方法获得各所述采样时刻下的所述离合器压紧力期望值对应的电机位置期望值；
[0030]
根据所述电机位置期望值进行输出。
[0031]
作为上述离合器控制方法的优选方案，还包括以下步骤：
[0032]
检测实际输出位置；
[0033]
确定所述实际输出位置与所述电机位置期望值的误差；
[0034]
将所述误差和所述电机位置期望值结合后再次输出。
[0035]
第三方面，一种离合器控制装置，包括：
[0036]
函数关系构建模块，用于构建关于电机位置和离合器压紧力的函数关系：
[0037]
离散化模型构建模块，用于根据所述函数关系获得关于所述电机位置、所述离合器压紧力和离散时间的离散化模型；
[0038]
实时控制模型构建模块，用于根据所述离散化模型获得关于所述电机位置的实时控制模型；
[0039]
标定模块，用于对所述离散化模型进行参数标定，将标定后的参数代入所述实时控制模型；
[0040]
构建完成模块，用于离合器迟滞模型构建完成。
[0041]
第四方面，一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述的方法。
[0042]
第五方面，一种介质，所述介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述的方法。
[0043]
本发明的有益效果：
[0044]
对于离合器迟滞模型构建方法，根据液压系统特性的不同，对关键参数进行标定，适用于所有电机驱动离合器系统结构，通用性强，模型离散化，能够实现精确的离合器压力实时控制。
[0045]
对于离合器控制方法，基于离合器迟滞模型构建方法，根据液压系统特性的不同，对关键参数进行标定，适用于所有电机驱动离合器系统结构，通用性强，且模型离散化，能够实现精确的离合器压力实时控制。
[0046]
对于离合器控制装置，基于离合器迟滞模型构建方法，根据液压系统特性的不同，对关键参数进行标定，适用于所有电机驱动离合器系统结构，通用性强，且模型离散化，能够实现精确的离合器压力实时控制。
[0047]
对于设备，基于离合器迟滞模型构建方法，根据液压系统特性的不同，对关键参数进行标定，适用于所有电机驱动离合器系统结构，通用性强，且模型离散化，能够实现精确的离合器压力实时控制。
[0048]
对于介质，基于离合器迟滞模型构建方法，根据液压系统特性的不同，对关键参数进行标定，适用于所有电机驱动离合器系统结构，通用性强，且模型离散化，能够实现精确的离合器压力实时控制。
附图说明
[0049]
图1是本技术实施例中离合器迟滞模型构建方法的流程示意图；
[0050]
图2是本技术实施例中离合器系统的连接示意图；
[0051]
图3是本技术实施例中电机位移-离合器压紧力的关系示意图；
[0052]
图4是本技术实施例中离合器控制方法的流程示意图。
[0053]
图中：
[0054]
1-电机控制器；
[0055]
2-执行电机；
[0056]
3-传动机构；
[0057]
4-动力源；
[0058]
5-离合器输入轴；
[0059]
6-离合器；
[0060]
7-负载。
具体实施方式
[0061]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0062]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也
可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0063]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0064]
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
[0065]
实施例一
[0066]
本实施例提供一种离合器迟滞模型构建方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：s10、构建关于电机位置和离合器压紧力的函数关系。
[0067]
具体地，利用dahl建模方法构建函数关系
[0068][0069][0070]
合并以上两式可得：
[0071][0072]
其中，表示电机位置相对时间的导数，f表示离合器压紧力，σ为等效刚度系数，fc为等效库伦力，sign为符号函数。在步骤s10中，等效刚度系数σ和等效库伦力fc都为未知系数。
[0073]
需要说明的是，等效库伦力fc约等于离合器最大允许传递扭矩对应的压紧力，等效刚度系数σ对迟滞环形状有直接影响。
[0074]
步骤s10后进行步骤s20、根据s10中的函数关系获得关于电机位置、离合器压紧力和离散时间的离散化模型。
[0075]
需要说明的是，为实现精确离合器压紧力实时控制，需要对步骤s10的函数关系进行离散化，离散时间记为ts，离散化后的模型为：
[0076][0077]
其中，角标k表示当前时刻，角标k-1表示上一采集时刻，fk表示当前时刻的离合器压紧力，f
k-1
表示上一采集时刻的离合器压紧力，xk表示当前时刻的电机位置，x
k-1
表示上一采集时刻的电机位置。
[0078]
步骤s20后进行步骤s30、根据所述离散化模型获得关于电机位置的实时控制模型。
[0079]
具体地，由公式(4)可以得到：
[0080][0081]
需要说明的是，在该系统中，sign(x
k-x
k-1
)＝sign(f
k-f
k-1
)，因此公式(5)可以改写为：
[0082][0083]
基于公式(6)获得电机位置的实时控制模型。
[0084]
步骤s30后进行步骤s40、对离散化模型进行参数标定，将标定后的参数代入实时控制模型，即先对公式(4)中的等效刚度系数和等效库伦力进行标定，再将标定后的等效刚度系数σ和等效库伦力fc代入公式(6)。
[0085]
具体地，步骤s40包括以下步骤：
[0086]
s401、设定电机位置的初始值和离合器压紧力的初始值。在本技术实施例中，电机位置的初始值为0时刻位移值，离合器压紧力的初始值为0时刻压紧力值。
[0087]
s402、给定不同的电机位置，获得相应的离合器压紧力。
[0088]
s403、拟合出电机位置-离合器压紧力变化曲线，得到试验结果与模型仿真结果对比。
[0089]
s404、确定等效刚度系数σ和等效库伦力fc：根据步骤s403的对比结果，通过最小二乘法等基础系统辨识方法或者手动标定，进而确定等效刚度系数σ和等效库伦力fc。之后将等效刚度系数σ和等效库伦力fc代入公式(6)中。
[0090]
同时，确定等效刚度系数σ和等效库伦力fc后，基于公式(4)的实时控制模型也同步完成。至此，s50、离合器迟滞模型构建完成。对于离合器迟滞模型构建方法，根据液压系统特性的不同，对关键参数进行标定，适用于所有电机驱动离合器系统结构，通用性强，模型离散化，能够实现精确的离合器压力实时控制。
[0091]
实施例二：
[0092]
本技术实施例提供一种离合器控制方法，该离合器控制方法基于如图2所示的离合器系统。
[0093]
如图2所示，本实施例中的离合器系统包括电机控制器1、执行电机2、传动机构3、动力源4、离合器输入轴5、离合器6和负载7。
[0094]
具体地，电机控制器1负责对执行电机2进行控制，执行电机2根据电机控制器1的指令，以一定速度旋转相应的位置并带动传动机构3动作；传动机构3主要作用为减速增扭，并将执行电机2的转动转化为传动机构3的轴向运动，从而推动离合器动作。离合器6在推力的作用下，逐渐压紧或放松，具有不同程度的传扭能力。动力源4可为发动机或者动力电机，经离合器输入轴5与离合器6的内毂摩擦片刚性连接，在传动机构3的推动下，经离合器6分离、滑摩或者完全结合，从而实现向负载切断、传递或者分配不同大小的扭矩。
[0095]
由于传动系统运动过程中的弹性变形，及离合器分离弹簧及摩擦片的变形的因素，离合器6的压紧和分离过程为一非线性具有迟滞的过程，电机位移-离合器压紧力的关系示意图如图3所示。
[0096]
其中，图3中横坐标x轴为电机位移，纵坐标y轴为离合器压紧力。虚线表示离合器压紧和分离过程中电机位移-离合器压紧力关系试验曲线平均值。目前对于离合器传扭精度要求不高的系统，多采用均值曲线进行控制，有一定控制误差，但通过查表即可实现，控制简单。对于考虑离合器迟滞的控制系统，多通过判断期望离合器运动方向，选择上行或者下行中的一条曲线进行查表控制，但当离合器为非完全分离、结合运动过程时，实际位移与力的关系为一些内部的迟滞环，通过该方法进行控制误差较大。
[0097]
因此本实施例提出的离合器控制方法在于降低控制误差。本实施例的离合器控制方法的前提在于进行离合器迟滞模型构建方法。
[0098]
如图1所示，离合器迟滞模型构建方法包括以下步骤：s10、构建关于电机位置和离合器压紧力的函数关系。
[0099]
具体地，利用dahl建模方法构建函数关系
[0100][0101][0102]
合并以上两式可得：
[0103][0104]
其中，表示电机位置相对时间的导数，f表示离合器压紧力，σ为等效刚度系数，fc为等效库伦力，sign为符号函数。在步骤s10中，等效刚度系数σ和等效库伦力fc都为未知系数。
[0105]
需要说明的是，等效库伦力fc约等于离合器最大允许传递扭矩对应的压紧力，等效刚度系数σ对迟滞环形状有直接影响。
[0106]
步骤s10后进行步骤s20、根据s10中的函数关系获得关于电机位置、离合器压紧力和离散时间的离散化模型。为实现精确离合器压紧力实时控制，需要对步骤s10的函数关系进行离散化，离散时间记为ts，离散化后的模型为：
[0107][0108]
其中，角标k表示当前时刻，角标k-1表示上一采集时刻，fk表示当前时刻的离合器压紧力，f
k-1
表示上一采集时刻的离合器压紧力，xk表示当前时刻的电机位置，x
k-1
表示上一采集时刻的电机位置。
[0109]
步骤s20后进行步骤s30、根据所述离散化模型获得关于电机位置的实时控制模型。
[0110]
具体地，由公式(4)可以得到：
[0111][0112]
需要说明的是，在该系统中，sign(x
k-x
k-1
)＝sign(f
k-f
k-1
)，因此公式(5)可以改写为：
[0113][0114]
基于公式(6)获得电机位置的实时控制模型。
[0115]
步骤s30后进行步骤s40、对离散化模型进行参数标定，将标定后的参数代入实时控制模型，即先对公式(4)中的等效刚度系数和等效库伦力进行标定，再将标定后的等效刚度系数σ和等效库伦力fc代入公式(6)。
[0116]
具体地，步骤s40包括以下步骤：
[0117]
s401、设定电机位置的初始值和离合器压紧力的初始值。在本技术实施例中，电机位置的初始值为0时刻位移值，离合器压紧力的初始值为0时刻压紧力值。
[0118]
s402、给定不同的电机位置，获得相应的离合器压紧力。
[0119]
s403、拟合出电机位置-离合器压紧力变化曲线，得到试验结果与模型仿真结果对比。
[0120]
s404、确定等效刚度系数σ和等效库伦力fc：根据步骤s403的对比结果，通过最小二乘法等基础系统辨识方法或者手动标定，进而确定等效刚度系数σ和等效库伦力fc。之后将等效刚度系数σ和等效库伦力fc代入公式(6)中。
[0121]
同时，确定等效刚度系数σ和等效库伦力fc后，基于公式(4)的实时控制模型也同步完成。至此，s50、离合器迟滞模型构建完成。
[0122]
如图4所示，离合器控制方法包括以下步骤：
[0123]
s100、获取期望离合器压紧力曲线f
*(t)
。
[0124]
步骤s100后进行步骤s200、根据期望离合器压紧力曲线f
*(t)
获得多个采样时刻的离合器压紧力期望值，记为f
*1
、f
*2
、f
*3
、
……
、f
*m
。
[0125]
步骤s200后进行步骤s300、根据离合器压紧力期望值和离合器迟滞模型构建方法获得m个采样时刻下的离合器压紧力期望值对应的电机位置期望值。具体地，已知上一时刻压紧力、上一时刻位置信息，结合期望压紧力取值序列，代入公式(6)即可得到接下来m个时刻的执行机构位移期望值。
[0126]
之后进行步骤s400、根据电机位置期望值进行输出。
[0127]
需要说明的是，离合器控制方法还包括以下步骤：
[0128]
检测实际输出位置；
[0129]
确定实际输出位置与电机位置期望值的误差；
[0130]
将误差和电机位置期望值结合后再次输出。
[0131]
需要说明的是，通过pid反馈控制器读取该误差、并将该误差与电机位置期望值结合后再次输出至电机控制器1。
[0132]
该离合器控制方法为基于离合器迟滞模型构建方法，根据液压系统特性的不同，对关键参数进行标定，适用于所有电机驱动离合器系统结构，通用性强，且模型离散化，能够实现精确的离合器压力实时控制，且结合离合器前馈 反馈实时控制，控制效果好且适用于实际的工程控制。
[0133]
实施例三：
[0134]
本技术实施例提供一种离合器控制装置，包括函数关系构建模块、离散化模型构
建模块、实时控制模型构建模块、标定模块和构建完成模块。
[0135]
具体地，函数关系构建模块用于构建关于电机位置和离合器压紧力的函数关系：离散化模型构建模块用于根据所述函数关系获得关于所述电机位置、所述离合器压紧力和离散时间的离散化模型；实时控制模型构建模块用于根据所述离散化模型获得关于所述电机位置的实时控制模型；标定模块用于对所述离散化模型进行参数标定，将标定后的参数代入所述实时控制模型；构建完成模块用于离合器迟滞模型构建完成。
[0136]
该离合器控制装置基于离合器迟滞模型构建方法，根据液压系统特性的不同，对关键参数进行标定，适用于所有电机驱动离合器系统结构，通用性强，且模型离散化，能够实现精确的离合器压力实时控制。
[0137]
实施例四：
[0138]
本实施例提供一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时实现如上述方法。
[0139]
需要说明的是，上述方法包括离合器迟滞模型构建方法以及离合器控制方法。
[0140]
在一个可选实施例中提供了一种设备，设备包括：处理器和存储器。其中，处理器和存储器相连，如通过总线相连。可选地，设备还可以包括收发器。需要说明的是，实际应用中收发器不限于一个，该设备的结构并不构成对本技术实施例的限定。
[0141]
处理器可以是cpu(central processing unit，中央处理器)，通用处理器，dsp(digital signal processor，数据信号处理器)，asic(application specific integrated circuit，专用集成电路)，fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本技术公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，dsp和微处理器的组合等。
[0142]
总线可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线可以是pci(peripheral component interconnect，外设部件互连标准)总线或eisa(extended industry standard architecture，扩展工业标准结构)总线等。可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
[0143]
存储器可以是rom(read only memory，只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，ram(random access memory，随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是eeprom(electrically erasable programmable read only memory，电可擦可编程只读存储器)、cd-rom(compact disc read onlymemory，只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
[0144]
存储器用于存储执行本技术方案的应用程序代码，并由处理器来控制执行。处理器用于执行存储器中存储的应用程序代码，以实现前述方法实施例所示的内容。
[0145]
该设备基于离合器迟滞模型构建方法，根据液压系统特性的不同，对关键参数进行标定，适用于所有电机驱动离合器系统结构，通用性强。
[0146]
实施例五：
[0147]
本技术实施例提供一种介质，介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述方法。
[0148]
需要说明的是，上述方法包括离合器迟滞模型构建方法以及离合器控制方法。
[0149]
该介质基于离合器迟滞模型构建方法，根据液压系统特性的不同，对关键参数进行标定，适用于所有电机驱动离合器系统结构，通用性强。
[0150]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。