角速度控制

操縱連線運動質點和圓心的半徑在單位時間內轉動的弧度叫角速度控制。

基本介紹

• 中文名：角速度控制
• 外文名：Angular velocity control
• 套用：特種鑄造

傾轉角速度控制定量連續澆注爐技術的套用

有色金屬連續鑄造對金屬液的流量穩定性有較高的要求，針對小截面桿坯連續鑄造提出了熔爐傾倒角速度恆流量澆注的技術方案，建立了恆流量鑄造的數學模型。據此設計了相應的PLC控制程式，提高了有色金屬連續鑄造小截面桿坯截面高度尺寸的一致性，簡化了設備的結構。

澆注機結構

傾轉式澆注機的結構設計較為成熟，根據新工藝對澆注機的要，利用SolidWorks軟體設計了傾轉角速度控制定量連續澆注機。結合國內其他傾轉式澆注機的優點，根據小截面恆流量要求，對液壓缸和爐體轉軸位置、控制系統進行改良，將液壓缸活塞桿與爐體的鉸接支點設在爐體中心位置，減小了轉動時的力；將傾轉的轉軸支點儘量靠近澆口位置，減少出料熔體落點的位置變化；縮減澆口寬度至18mm，以適應小截面桿坯澆注，同時在澆口末端上方增加蓋板，減少了由於澆口變窄帶來的熔渣的流入，使爐體在轉動時更容易控制，穩定熔體的流動性。

傾轉式澆注機恆流量控制原理

傾轉式澆注恆流量控制原理，是通過控制熔爐的傾轉的角度θ和角速度ω，維持流出熔爐的熔體流量q基本恆定，及獲取爐內餘留質量m，此原理基於全自動控制的前提條件和理論基礎，需建立系統輸入和輸出之間的關係。

恆流量澆注控制條件分析

根據金凱的研究，當傾轉式澆注機爐體內熔體體積發生變化時，如果澆注以一定角速度進行澆注，則流出爐體的流量q為變數，無法達到恆流量的要求，如果要保持流出爐體的流量恆定，則澆注機的角速度需不斷調整。為了提供控制系統的設定參數，對θ和ω與q、m之間的關係進行推導整理，以達到流出爐體的流量保持恆定。設h為爐體內襯高度，r為爐體內襯半徑，ρ為金屬液密度。由於金屬液面與爐頂出水口之間有一段距離D，因而當爐體傾轉角度在0～θ₁時沒有熔體流出；傾轉角度在θ₁～θ₂時為第2階段；傾轉角在θ₂～π/2時為第3階段。根據爐體尺寸很容易求出：θ₁=arctan（D/r）；θ₂=arctan（h/2r）。這3個階段爐內剩餘金屬熔體的質量及流速。

實際澆注時，由於金屬熔體的成分差異和澆注過程中溫度不斷下降，熔體的粘度存在差異，從而對熔體的實際流速和澆注速度產生一定的影響；另一方面，由於爐體尺寸製造精度的關係，也會使得金屬熔體實際澆注。速度相對於理論值發生一定的偏離。因此需要對理論模型進行修正，而且不同澆注階段的修正係數應可調節。

汽車急轉工況下橫擺角速度控制技術

採用分層控制策略，提出基於主動轉向和差動制動的汽車橫擺角速度協調控制過程；研究基於主動轉向的間接橫擺力矩控制方法和基於差動制動的直接橫擺力矩控制方法，建立汽車橫擺角速度控制模型；分析協調控制器的監測參數和控制參數，基於急轉意圖識別、汽車信息處理和橫擺角速度分配控制，建立協調控制器模型。

汽車橫擺角速度的協調控制過程

汽車在路面上低速行駛時，駕駛意圖實現較為容易，主動轉向控制和差動制動控制均無需啟動。當汽車高速行駛時，主動轉向控制將啟動，用來保證駕駛員的轉向意圖以及抵抗側向風等干擾；當轉向角較大，輪胎工作在非線性區域時，單靠轉向系統已無法實現轉向意圖，此時差動制動控制將觸發工作，利用差動制動實現直接橫擺力矩控制，以保證駕駛員的駕駛意圖，實現汽車行駛穩定性控制。

控制功能的觸發都是通過監測質心側偏角和橫擺角速度來實現的，並未考慮與駕駛員主觀駕駛意圖相關的方向盤轉角等參數。急轉工況中，差動制動觸發在汽車危險狀態，此時汽車質心側偏角較大，駕駛員很容易因為橫擺角速度階躍變化等干擾而操作不當，引發危險。

基於主動轉向和差動制動的汽車橫擺角速度協調控制過程。汽車橫擺角速度協調控制器首先要監測汽車行駛狀態和駕駛員轉向意圖，判斷汽車行駛工況和預期的轉向程度；其次根據汽車行駛狀態計算出期望橫擺角速度；根據期望橫擺角速度與實際橫擺角速度偏差作為輸入，計算出所需的橫擺角速度偏差；最後分別分配給主動轉向控制和差動制動控制，實現附加前輪轉角和獨立輪胎制動力控制。

汽車橫擺角速度協調控制器模型

汽車橫擺角速度協調控制器整體結構中，主要包括駕駛員急轉意圖識別模組、汽車信息處理模組和橫擺角速度分配控制模組，通過監測汽車方向盤信號和車速信號，進行處理得到所需的控制參數。在仿真分析時將其簡稱為AEBD。

汽車橫擺角速度協調控制器通過駕駛員急轉意圖識別，作為其工作的觸發條件，通過汽車信息處理模組進行橫擺角速度偏差的計算，並通過橫擺角速度控制進行權重的分配。

（1）駕駛員急轉意圖識別模組：控制器對駕駛員急轉意圖的識別主要依據駕駛員急轉意圖識別模型，通過對方向盤轉角、方向盤轉速、車速和方向盤飽和轉角進行建模，將信息進行處理後賦值權重P_startP進行控制器觸發。

（2）汽車信息處理模組：汽車信息處理模組主要包括方向盤轉角和車速信號的採集，期望橫擺角速度和轉向飽和時方向盤轉角的計算以及質心側偏角的估算。

（3）橫擺角速度分配控制模組：汽車橫擺角速度協調控制器的核心主要是對期望橫擺角速度和實際橫擺角速度的差值進行權重分配，通過計算，最終通過主動轉向和差動制動分別提供附加前輪轉角和附加橫擺力矩。

基於主動轉向和差動制動的汽車橫擺角速度協調控制器模型中，主要包括Carsim環節和Simulink 環節，並通過S函式將兩者進行聯合。其中，Carsim的輸入參數為後輪的兩個制動器控制參數和前輪疊加轉角，是控制器作用在汽車上的控制變數；Carsim的輸出參數為車速、方向盤轉角、實際橫擺角速度和實際質心側偏角，它們在現實環境中是通過感測器測量獲得的。

基於主動轉向和差動制動的汽車橫擺角速度協調控制器模型為汽車橫擺角速度協調控制器模型在Carsim整車環境中進行聯合仿真驗證，其中Drive_signal、Vehicle_model和YC_model模組分別是駕駛員急轉意圖識別模組、汽車信息處理模組和橫擺角速度分配控制模組的仿真模型，並進行了封裝處理。