半主动悬架山地拖拉机姿态控制系统设计与仿真

作者：刘国辉; 郝称意; 李民赞; 孙红^*

来源：农业机械学报, 2022, 53(S2): 338-348.

• 山地拖拉机
• 姿态调节
• 半主动悬架
• BP神经网络PID
• 控制仿真

为提高山地拖拉机在复杂农田环境中的作业平稳性，基于Matlab/Simulink仿真平台，搭建了半主动悬架拖拉机七自由度时域仿真模型，包括四轮路面激励模型、半主动悬架振动模型、半主动悬架拖拉机车体受力分析模型、车身姿态分析模型以及半主动悬架拖拉机时域仿真模型，以车身垂向位移、车身倾斜角和车身俯仰角作为拖拉机的姿态变化参数进行仿真试验。通过构建增量式比例积分微分(Proportion integration differentiation, PID)控制器和反向传播(Back propagation, BP)神经网络PID控制器仿真模型实现对半主动悬架拖拉机车身姿态的自动控制，并分别对两种控制器的控制性能进行测试与评价。利用车身垂直向加速度和车轮相对动载作为半主动悬架系统性能的评价指标，对两种控制方式下的半主动悬架性能进行了评价。仿真结果表明：基于传统增量式PID控制算法的半主动悬架拖拉机，其车身垂直位移均方根减少42.17%、侧倾角均方根减少36.76%、俯仰角均方根减少57.85%,其车身垂向加速度为0.017 7 m/s2,4个车轮的动载荷均方根分别为0.028 4、0.034 6、0.023 9、0.030 4 N。基于BP神经网络PID控制算法的半主动悬架拖拉机，其车身垂直位移均方根减少74.54%、侧倾角均方根减少74.66%、俯仰角均方根减少75.03%,其车身垂向加速度为7.575 8×10-5 m/s2,4个车轮的动载荷均方根值分别为0.019 7、0.023 5、0.016 6、0.019 8 N。相比增量式PID控制的半主动悬架拖拉机，基于BP神经网络PID控制的半主动悬架拖拉机，其车体平稳性得到了较好的提高。

• 单位
  中国农业大学烟台研究院; 中国农业大学; 山西农业大学