刁秀永　魯植雄　姜春霞　鐘文軍　張培友

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江蘇省智能化農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京，210031

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基于力矩反饋-位置差型線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制

刁秀永魯植雄姜春霞鐘文軍張培友

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江蘇省智能化農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京，210031

摘要：針對(duì)輪式農(nóng)業(yè)機(jī)械的線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制包括轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角控制與路感模擬控制兩部分，系統(tǒng)控制的協(xié)調(diào)性非常重要。分析了兩部分控制間的耦合關(guān)系以及雙向控制理論；提出一種融合位置與力矩信息的力矩反饋-位置差型控制方法，根據(jù)轉(zhuǎn)向輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)角(轉(zhuǎn)向輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)角由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與角傳動(dòng)比理論計(jì)算得到)與轉(zhuǎn)向輪實(shí)際轉(zhuǎn)角的差值控制路感電機(jī)，同時(shí)根據(jù)駕駛員的作用力矩控制電液比例伺服以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向，并完成了臺(tái)架試驗(yàn)。結(jié)果表明：轉(zhuǎn)向盤在不同初始角度下的回正時(shí)間約為0.5 s，轉(zhuǎn)向階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差為0.231 °，響應(yīng)時(shí)間為2.265 s，正弦跟隨誤差不大于1.401°，隨機(jī)輸入下的跟隨誤差不大于4.492°，但在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向改變時(shí)，誤差達(dá)12.376°，持續(xù)時(shí)間約0.15 s。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；線控液壓轉(zhuǎn)向；雙向控制；臺(tái)架試驗(yàn)；轉(zhuǎn)向特性

0引言

線控液壓轉(zhuǎn)向[1]是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上引入線控技術(shù)的轉(zhuǎn)向技術(shù)，它取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的機(jī)械連接部分，精簡(jiǎn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比的自由化設(shè)計(jì)，有利于改善拖拉機(jī)的操縱性和駕駛舒適性[2]。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)智能化自動(dòng)化的要求，線控技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用逐步得到了研究[3]。

線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制包括轉(zhuǎn)向控制與路感模擬控制兩部分，目前相關(guān)研究較多。對(duì)于轉(zhuǎn)向控制研究，呂安濤等[4-5]研究了拖拉機(jī)的自動(dòng)駕駛復(fù)合模糊控制方法與最優(yōu)控制方法，于蕾艷等[6]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性模型研究了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制，張廣慶等[7]對(duì)拖拉機(jī)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了仿真與試驗(yàn)。對(duì)于路感模擬控制研究，趙苗苗[8]與吳瑾等[9]采用模糊PID控制算法對(duì)路感模擬控制進(jìn)行了研究，邱緒云等[10]基于線性自抗擾控制方法對(duì)路感模擬控制進(jìn)行了研究。上述研究大多將轉(zhuǎn)向控制與路感模擬控制分開(kāi)研究。Sugita等[11]建立了包含轉(zhuǎn)向控制與路感模擬控制的動(dòng)力學(xué)模型，研究結(jié)果表明二者控制間有直接的影響關(guān)系。因此線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為了具備與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一樣的操縱感，其控制必須耦合轉(zhuǎn)向控制與路感模擬控制。

考慮到線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制特點(diǎn)，以及遙操作機(jī)器人系統(tǒng)[12]在結(jié)構(gòu)與工作原理上與線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類似之處，本文分析了雙向控制的結(jié)構(gòu)[13]，提出了適用于線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的雙向控制策略，為控制系統(tǒng)的研究提供了參照。最后通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)提出的控制方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

1雙向控制理論

雙向控制理論[14]是遙操作機(jī)器人研究中提出來(lái)的，用以實(shí)現(xiàn)遙操作機(jī)器人主控和被控系統(tǒng)之間的力與位置交互反饋控制。一般認(rèn)為，可以分為操作者、主操縱機(jī)構(gòu)、通信環(huán)、從操縱機(jī)構(gòu)和外界環(huán)境5個(gè)部分的系統(tǒng)都可以應(yīng)用雙向控制[15]。線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以分解為雙向控制的五部分，如圖1所示。將駕駛員看作操作者；包含轉(zhuǎn)角傳感器、力矩傳感器、路感電機(jī)的轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)看作主操縱機(jī)構(gòu)；控制器ECU看作通信環(huán)；包含伺服換向閥、油泵、轉(zhuǎn)向油缸、位移傳感器、轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角傳感器等的轉(zhuǎn)向執(zhí)行系統(tǒng)看作從操縱機(jī)構(gòu)；路面信息作為外界環(huán)境。

圖1　雙向控制典型結(jié)構(gòu)

圖1中，F(xiàn)o為操作者(駕駛員)輸出的力指令，作用于轉(zhuǎn)向盤；Fm與Xm分別為操作者(駕駛員)作用下主操縱機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng))產(chǎn)生的力和位置信息，該信息通過(guò)通信環(huán)(控制器ECU)發(fā)送給從操縱機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)向執(zhí)行系統(tǒng))；Fs與Xs分別為從操縱機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)向執(zhí)行系統(tǒng))根據(jù)指令產(chǎn)生的力和位置信息，該信息通過(guò)通信環(huán)(控制器ECU)反饋給主操縱機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng))；Fe為從操縱機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)向執(zhí)行系統(tǒng))和外界環(huán)境(路面信息)產(chǎn)生的交互信息。

雙向控制常采用的控制方法主要包括[16]：位置伺服型、力反饋型、力反饋伺服型、力-位置綜合型等。從圖1中力與位置信號(hào)的交互路徑可以看出，主從操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向執(zhí)行系統(tǒng)之間同時(shí)有力和位置信息的傳遞，此處雙向控制的重點(diǎn)就是如何將這兩種信息進(jìn)行有效融合。本文基于力-位置綜合型的雙向控制方法得到力矩反饋-位置差型控制策略，對(duì)于線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該策略如圖2所示。圖中，F(xiàn)表示控制器輸出的力控制信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)路感電機(jī)；X表示控制器輸出的位移控制信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)電液伺服閥從而控制轉(zhuǎn)向油缸。

圖2　力矩反饋-位置差型控制策略

2系統(tǒng)控制方法

線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有路感電機(jī)與轉(zhuǎn)向缸。路感電機(jī)是直接控制對(duì)象，以產(chǎn)生力感；轉(zhuǎn)向缸則通過(guò)控制電液伺服閥進(jìn)行控制，以控制轉(zhuǎn)向缸的位移和運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。因此，在控制器中需要分別進(jìn)行路感電機(jī)和電液伺服閥的控制方法研究。

2.1路感電機(jī)控制

路感電機(jī)的控制信號(hào)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的差值確定，路感電機(jī)在控制全過(guò)程中是堵轉(zhuǎn)的，所以，其控制除了會(huì)受到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、阻尼等因素的影響外，反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的逆電勢(shì)對(duì)控制精度也有很大影響，它會(huì)使得路感電機(jī)輸出的力矩產(chǎn)生較大差值。同時(shí)駕駛員在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生力矩的波動(dòng)與滯后現(xiàn)象，這些都會(huì)嚴(yán)重影響駕駛員的手感。針對(duì)路感電機(jī)控制過(guò)程中這些特點(diǎn)，設(shè)計(jì)電流的閉環(huán)控制，以降低路感電機(jī)的控制偏差與響應(yīng)時(shí)間，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，且可使獲得的力矩更加平滑無(wú)沖擊。此處選用PID控制算法，經(jīng)試驗(yàn)整定得到比例系數(shù)KP=1.5，積分系數(shù)KI=0.005，微分系數(shù)KD=0.002。路感電機(jī)控制策略如圖3所示。

為了便于臺(tái)架試驗(yàn)的驗(yàn)證，本文路感特性采用線性特性。路感電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)向輪-轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角差值的關(guān)系為

Tl=k1|θp-θlij|+0.3

式中，Tl為路感數(shù)值，N·m；kl為路感系數(shù)，N·m/(°)；θp為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，(°)；θl為轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，(°)；ij為角傳動(dòng)比，本文取9。

圖3　路感電機(jī)控制策略

2.2電液伺服閥控制方法

電液伺服閥用來(lái)精確控制流量和流向，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)向油缸的位移和移動(dòng)方向，其控制信號(hào)是駕駛員作用力矩。電液伺服閥在壓差恒定的情況下，其流量?jī)H與其開(kāi)度有關(guān)，因此固定壓差后，只需精準(zhǔn)控制閥芯位置即可有效控制流量，從而確保轉(zhuǎn)向的響應(yīng)速度與精度。因此本文針對(duì)電液伺服閥的控制，采用閉環(huán)控制，由目標(biāo)閥芯位移信號(hào)與實(shí)際閥芯位移信號(hào)構(gòu)成，此處選用PID控制算法，經(jīng)試驗(yàn)整定得到比例系數(shù)KP=1.2，積分系數(shù)KI=0.008，微分系數(shù)KD=0.001。電液比例伺服閥控制策略如圖4所示

圖4　電液比例伺服閥控制策略

3試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1試驗(yàn)平臺(tái)的搭建

搭建線控液壓轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)，主要由控制柜部分、轉(zhuǎn)向執(zhí)行部分、轉(zhuǎn)向盤部分、加載部分四部分組成，如圖5所示。

圖5　線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)

(1)控制柜部分主要包括電源系統(tǒng)(強(qiáng)電用于給油泵供電，弱電用于控制器、傳感器、執(zhí)行器等供電)、控制器模塊、伺服閥與電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器模塊，可以滿足試驗(yàn)臺(tái)控制對(duì)硬件的要求。

(2)轉(zhuǎn)向執(zhí)行部分主要包括轉(zhuǎn)向油缸、電液伺服閥、油泵、轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向桿拉壓力傳感器等部件，用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的驅(qū)動(dòng)，并為控制器提供必要的轉(zhuǎn)向執(zhí)行部分的狀態(tài)信息。

(3)轉(zhuǎn)向盤部分主要包括路感電機(jī)、力矩傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等，可以實(shí)現(xiàn)路感的模擬，并為控制器提供轉(zhuǎn)向盤狀態(tài)信息與轉(zhuǎn)向阻力矩。

(4)加載部分主要包括電液伺服閥、加載油缸、油泵等，用于模擬拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向輪受到的轉(zhuǎn)向阻力矩。

臺(tái)架系統(tǒng)的主要零部件選型如表1所示。

表1　主要零部件型號(hào)

3.2試驗(yàn)結(jié)果與討論

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正是依靠回正力矩作用于轉(zhuǎn)向輪使其逐漸回正，并通過(guò)機(jī)械連接帶動(dòng)轉(zhuǎn)向盤回正。因此，在線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向輪在回正力矩作用下回正，引起轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角差值改變，控制器根據(jù)此差值輸出路感電機(jī)的控制信號(hào)，在路感電機(jī)作用下使轉(zhuǎn)向盤回正。

臺(tái)架試驗(yàn)中，通過(guò)轉(zhuǎn)向加載缸，給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加轉(zhuǎn)向阻力，轉(zhuǎn)向輪的目標(biāo)轉(zhuǎn)角由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與角傳動(dòng)比理論計(jì)算得到。

回正性試驗(yàn)中，首先轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，將轉(zhuǎn)向輪控制到某一轉(zhuǎn)角，然后雙手松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤，此時(shí)轉(zhuǎn)向阻力模擬回正力矩，并讓轉(zhuǎn)向阻力大小與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角成正比，即當(dāng)轉(zhuǎn)向輪回正后，不再有回正力矩；同時(shí)車速以虛擬信號(hào)替代，不考慮車速對(duì)回正力矩的影響，觀察轉(zhuǎn)向盤的回正響應(yīng)，結(jié)果如圖6所示。轉(zhuǎn)向盤在轉(zhuǎn)角為30°、60°、90°下的回正時(shí)間約為0.5s，回正穩(wěn)態(tài)誤差分別為0.210°、0.742°、0.905°，誤差與回正時(shí)間均較小。

圖6　不同角度下轉(zhuǎn)向回正性試驗(yàn)

階躍響應(yīng)試驗(yàn)中，為獲得準(zhǔn)確穩(wěn)定的角階躍輸入，由控制器模擬產(chǎn)生由0°階躍變化到18°的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角信號(hào)，同時(shí)固定轉(zhuǎn)向盤以測(cè)得路感電機(jī)的輸出力矩及路感值，得到轉(zhuǎn)向輪的響應(yīng)與路感值如圖7所示。轉(zhuǎn)向輪響應(yīng)時(shí)間為2.265s，穩(wěn)態(tài)誤差為0.231°，可以滿足低速農(nóng)業(yè)機(jī)械的要求。路感值由3.8N·m降到0.389N·m，階躍轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力矩很大，可以有效降低駕駛員急轉(zhuǎn)向的速度，提高行駛安全性。

圖7　階躍響應(yīng)試驗(yàn)

正弦響應(yīng)試驗(yàn)中，輸入的目標(biāo)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角信號(hào)周期為8s，得到的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角響應(yīng)與路感值變化曲線如圖8所示。響應(yīng)誤差為-1.034°～+1.401°，正弦跟隨誤差較小，同時(shí)路感值變化在0.38～0.70N·m之間，因?yàn)檗D(zhuǎn)向輪響應(yīng)效果良好，故不需要為駕駛員反饋較重路感。

圖8　正弦跟隨響應(yīng)試驗(yàn)

隨機(jī)響應(yīng)試驗(yàn)中，人為隨機(jī)地轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、角度均為隨機(jī)，得到的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角響應(yīng)與路感值如圖9所示。轉(zhuǎn)向輪隨機(jī)響應(yīng)誤差較大，在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí)，誤差在-12.376°～+11.904°之間，此時(shí)路感數(shù)值達(dá)2N·m左右，可以有效提醒駕駛員此時(shí)轉(zhuǎn)向誤差較大，而且大誤差持續(xù)時(shí)間較短，約為0.15s，對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)影響較小。在其他時(shí)刻，轉(zhuǎn)向輪響應(yīng)始終滯后，誤差在-4.492°～+3.788°之間，路感數(shù)值在1.5N·m以下，轉(zhuǎn)向較為輕便。

圖9　隨機(jī)跟隨響應(yīng)試驗(yàn)

4總結(jié)

(1)提出的力矩反饋-位置差型控制策略可以使線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)獲得良好的轉(zhuǎn)向盤回正性能，而且反饋的路感能有效地協(xié)助駕駛員判斷轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角響應(yīng)情況，提高了車輛的操縱性。

(2)利用搭建的試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)所提出的雙向控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證，有力地說(shuō)明了該控制策略應(yīng)用在線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的可行性與有效性。

由于試驗(yàn)條件限制，未對(duì)所提出的控制策略進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)，同時(shí)研究中以定車速研究，未能考慮變車速對(duì)系統(tǒng)控制的影響，有待進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡靜波，王同建，羅士軍，等. 裝載機(jī)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研制[J].中國(guó)機(jī)械工程，2008，19(12)：1500-1504.

Hu Jingbo, Wang Tongjian, Luo Shijun, et al. Development of Steer-by-wire System for Wheel Loader[J]. China Mechanical Engineering, 2008, 19(12): 1500-1504.

[2]周聰，肖建.汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 控制工程，2012，19(5)：827-831.

Zhou Cong, Xiao Jian. Current and Trend of Automobile Steering-by-wire System[J]. Control Engineering China, 2012, 19(5): 827-831.

[3]Toru T. Research in Autonomous Agriculture Vehicles in Japan[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2000, 25: 133-153.

[4]呂安濤，毛恩榮，宋正河，等. 一種拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛復(fù)合模糊控制方法[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006，37(4)：17-20.

Lü Antao, Mao Enrong, Song Zhenghe, et al. A Complex Fuzzy Control Technique of Tractor Automatic Steering[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2006, 37(4): 17-20.

[5]呂安濤，宋正河，毛恩榮. 拖拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制方法的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22(8)：116-119.

Lü Antao, Song Zhenghe, Mao Enrong. Optimized Control Method for Tractor Automatic Steering[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2006, 22(8): 116-119.

[6]于蕾艷，伊劍波，鮑長(zhǎng)勇. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性模型的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制[J]. 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2014，41(2)：37-40.

Yu Leiyan, Yi Jianbo, Bao Changyong. Control of Steer by Wire System Based on Artificial Neural

Network Nonlinear Model[J]. Tractor & Farm Transporter, 2014, 41(2): 37-40.

[7]張廣慶，朱思洪，李偉華，等. 鉸接擺桿式大功率拖拉機(jī)原地轉(zhuǎn)向仿真與實(shí)驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43(10)：25-31.

Zhang Guangqing, Zhu Sihong, Li Weihua, et al. Simulation and Experiment of In-situ Steering of Large Wheel Tractor with Hinge Swing Link[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2012, 43(10): 25-31.

[8]趙苗苗. 基于模糊PID的線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感控制研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，2011.

[9]吳瑾，田杰，羅石.基于模糊PID 的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路感控制研究[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2012，31(6)：919-924.

Wu Jin, Tian Jie, Luo Shi. Fuzzy PID Based Controller of Road Feeling for Steer-by-wire System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2012, 31(6): 919-924.

[10]邱緒云，馮晉祥，于明進(jìn)，等. 車輛線控轉(zhuǎn)向路感模擬控制研究[J]. 控制工程，2011，18(1)：25-28.

Qiu Xuyun, Feng Jinxiang, Yu Mingjin, et al. On Road Feeling Simulation Control of Vehicle Steer-by-wire System[J]. Control Engineering of China, 2011, 18(1): 25-28.

[11]Sugita S, Kanagawa F, Tomizuka M. Cancellation of Unnatural Reaction Torque in Variable-gear-ration Steering System[J]. Journal of Dynamic System, Measurement, and Control, 2012,134(2):1-10.

[12]倪濤，李驍鵬，張紅彥，等.基于立體視覺(jué)的遙操作機(jī)器人力感示教控制策略[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44(1)：244-248.

Ni Tao, Li Xiaopeng, Zhang Hongyan, et al. 3-D Vision-based Kinesthesis Teaching Control Strategy for Telerobotics[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(1): 244-248.

[13]Pan Jun, Canudas C，Sename O. A New Predictive Approach for Bilateral Teleoperation with Applications to Driver-by-wire System[J].IEEE Transactions on Robotics, 2006, 22(6): 1146-1162.

[14]王祥.汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雙向控制及變傳動(dòng)比特性研究[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2013.

[15]Mikko V, Janne T, Pekka A,et al. Improving the Performance of DTP2 Bilateral Teleoperation Control System with Haptic Augmentation[J]. Fusion Engineering and Design, 2014, 89(9): 2278-2282.

[16]李世杰，張艷蕊，畢海霞，等. 具有力覺(jué)感的主從醫(yī)療機(jī)器人雙向控制方法研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010(6)：156-157.

Li Shijie, Zhang Yanrui, Bi Haixia, et al. The Research on the Bilateral Control Method of Master-slave Medical Robot System with Force Telepresence[J]. Machinery Design & Manufacture, 2010(6): 156-157.

(編輯蘇衛(wèi)國(guó))

Control of Hydraulic Steer-by-wire System Based on Torque Feedback and Positional Error

Diao XiuyongLu ZhixiongJiang ChunxiaZhong WenjunZhang Peiyou

Key Laboratory of Intelligent Agricultural Equipment of Jiangsu Province,Nanjing Agricultural University， Nanjing, 210031

Abstract:Hydraulic steer-by-wire system included steering control and road-feeling generation control, the coordination of the system was very important. The paper analyzed the coupling connection of the two control parts, also the theory of bilateral control system, then a kind control method called torque feedback-positional difference type control method was proposed, which combined position and torque informations. In this control method, the control signals of road-feeling motor were determined by differences between target road wheel angles and practical road wheel angles. Steering wheel angle divided by transmission ratio was target road wheel angle. In addition, the control signals of electron hydraulic proportional servo valve were determined by drivers’ torque, and the bench tests were finished. The results show that the steering reversal time is as 0.5 s, the difference of step response is as 0.231° and response time is as 2.265 s, the sine response difference is below 1.401°, and random input difference is smaller than 4.492°, but when steering orientation changes, the difference is up to 12.376° with continuous time of 0.15 s.

Key words:agricultural machinery; hydraulic steer-by-wire; bilateral control; bench test; steering characteristic

收稿日期：2015-07-02

基金項(xiàng)目：江蘇省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(BE2012384)；江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(BA2010055)

中圖分類號(hào)：S219.1；TH39

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2016.10.021

作者簡(jiǎn)介：刁秀永，男，1990年生。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院碩士研究生。研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)車輛線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。發(fā)表論文3篇。魯植雄，男，1962年生。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院教授、博士生研究生導(dǎo)師。姜春霞，女，1987年生。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院博士研究生。鐘文軍，男，1990年生。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院碩士研究生。張培友，男，1991年生。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院碩士研究生。