本發(fā)明涉及一種基于遺傳算法的特種車輛系統(tǒng)的參數(shù)辨識方法，屬于特種車輛控制。

背景技術(shù)：

1、特種車輛的起豎和回平過程是整個系統(tǒng)準備過程中的重要環(huán)節(jié)，對該運行過程而言，其速度將直接影響到特種車輛的快速反應(yīng)能力。所以在滿足角度控制精度的要求的前提下，要求特種車輛過程應(yīng)同時具備快速性和平穩(wěn)性?，F(xiàn)行的車控軟件的角度域控制方法為前饋形式的開環(huán)控制，需要在系統(tǒng)實際運行之前給定對應(yīng)角度的控制參數(shù)。但是由于不同車體的系統(tǒng)液壓閥件型號或在不同環(huán)境下導(dǎo)致實際液壓閥件性能參數(shù)、機械部分負載不同，導(dǎo)致車體的系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)較大差異，從而特種車輛達到理想過程的控制量不同。因此需要不斷對起豎、回平過程控制進行調(diào)整和優(yōu)化，最終得到一組能夠滿足過程快速性、平穩(wěn)性的要求的控制量點表。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題：現(xiàn)有調(diào)參方式大多為人工方式，通過反復(fù)試錯，試湊出能同時滿足快速性和平穩(wěn)性要求的車控軟件控制參數(shù)點表。這種傳統(tǒng)方法嚴重依賴人工經(jīng)驗，費時費力，效率極低。為解決上述問題，提出一種基于遺傳算法的特種車輛系統(tǒng)的參數(shù)辨識方法，該方法能夠基于單次過程中的特種車輛系統(tǒng)的控制量與實際表現(xiàn)對該系統(tǒng)的關(guān)鍵性能參數(shù)做出辨識，可由此構(gòu)造出與實際系統(tǒng)接近的數(shù)學(xué)模型，基于該模型實現(xiàn)控制點表的解算而無需多次的試湊調(diào)整，即可得到同時滿足快速性和平穩(wěn)性要求的車控軟件控制參數(shù)點表，使調(diào)參次數(shù)大幅降低。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案：基于遺傳算法的特種車輛系統(tǒng)的參數(shù)辨識方法，實現(xiàn)步驟如下：

3、步驟(1)規(guī)劃好角度域的控制量后，硬件載體為dsp?f28335的參數(shù)擬合軟件通過can通信向車控軟件傳遞該次過程的控制參數(shù)點表，包括比例換向閥閥開度-角度點表和比例溢流閥設(shè)定壓力-角度點表；

4、步驟(2)車控軟件基于控制參數(shù)點表對特種車輛的過程進行控制。運行過程中，車控軟件向參數(shù)擬合軟件通過can通信以0.1s為時間間隔回傳本次運行過程參數(shù)，包括起豎角度和壓力數(shù)據(jù)，直至該次過程完成；

5、步驟(3)根據(jù)車控軟件向參數(shù)擬合軟件回傳的角度時域數(shù)據(jù)，計算每個時間點的角速度和角加速度。挑選角加速度值小于αmax的角度點記為系統(tǒng)穩(wěn)定運行角度點，所有系統(tǒng)穩(wěn)定運行角度點的集合記為θtotal。對于集合中每個角度點，基于該次比例·閥閥開度-角度點表和比例溢流閥設(shè)定壓力-角度點表計算該角度點對應(yīng)的比例換向閥閥開度u和比例溢流閥設(shè)定壓力p，從而得到系統(tǒng)系統(tǒng)的輸入和輸出參數(shù)；

6、步驟(4)由具有經(jīng)驗的工作人員根據(jù)已知信息確定特種車輛系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍，確定遺傳算法種群中的總個體數(shù)量k，并初始化種群中每個個體xi(i＝1,2,3,...,k)的各項參數(shù)值，所有個體的參數(shù)值在由工作人員確定的對應(yīng)參數(shù)范圍內(nèi)隨機均勻取值。計算每個個體的適應(yīng)度，并由此選擇個體進行交叉和變異操作：交叉操作中適應(yīng)度越大的個體被選中的概率越高；變異操作則是在完成交叉操作之后進行，所有個體被選中的概率相同。經(jīng)過種群數(shù)次進化，達到迭代結(jié)束條件后，取最優(yōu)個體的各項參數(shù)作為參數(shù)辨識結(jié)果。

7、所述步驟(3)中計算對應(yīng)角度的角速度和角加速度，并篩選角度計入系統(tǒng)穩(wěn)定運行角度點集合的具體過程如下：

8、根據(jù)車控軟件向參數(shù)擬合軟件回傳的角度時域數(shù)據(jù)(以0.1s為時間間隔，共n個數(shù)據(jù))，根據(jù)下式計算第n個時間點的角速度：

9、

10、最后一個角速度ω(n)記為0。

11、由計算出來的角速度，計算其第n個時間點的角加速度：

12、

13、最后一個角加速度α(n)記為0。

14、將加速度絕對值小于αmax的角度點記為為系統(tǒng)穩(wěn)定運行角度點，其集合即為θtotal，計入角度的總數(shù)量為m。

15、將角度集合θtotal中角度點對應(yīng)的角速度計入集合wtotal中。

16、對每一個角度集合θtotal中的角度點θ1，對控制量做如下處理：在控制角度域集合θc中每一個角度均對應(yīng)一組控制量，即比例換向閥閥開度u和比例溢流閥設(shè)定壓力p。找到控制角度域集合θc中與θ1相鄰的兩個角度點θc1和θc2，按下式求解與θ1對應(yīng)的控制量u1和p1：

17、

18、

19、將θ1對應(yīng)的控制量u1和p1分別計入控制量集合utotal和ptotal中。

20、角度點集合θtotal，角速度集合wtotal，控制量集合utotal和ptotal即為用于參數(shù)辨識的集合。

21、所述步驟(4)中利用遺傳算法對特種車輛系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進行辨識的具體過程如下：

22、由具有經(jīng)驗的工作人員根據(jù)已知信息確定特種車輛系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍，包括：比例換向閥相關(guān)性能系數(shù)k1、平衡閥中順序閥相關(guān)性能系數(shù)k2、平衡閥中單向閥相關(guān)性能系數(shù)k3、比例溢流閥相關(guān)性能系數(shù)k4、比例換向閥面積梯度指數(shù)m、負載重力矩mg、負載繞轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量j、起豎角度為0時負載重心與水平方向的夾角γ、平衡閥中順序閥開啟時的控制壓力pmin、平衡閥中順序閥剛達到最大開度時的控制壓力pmax。

23、初始化參數(shù)種群：確定種群中的總個體數(shù)量k，隨機確定種群中每個個體xi(i＝1,2,3,...,k)的各項參數(shù)值，所有個體的參數(shù)值在由工作人員確定的對應(yīng)參數(shù)范圍內(nèi)隨機均勻取值。

24、計算每個個體的適應(yīng)度f(xi)，計算方法如下：

25、首先計算個體在角度集合θtotal中單個角度的流量值：

26、系統(tǒng)分為兩個工作狀態(tài)，一個是平衡閥中順序閥全開狀態(tài)，另一個是平衡閥中順序閥非全開狀態(tài)。

27、首先按照平衡閥中順序閥全開的情況，對流量值q1進行解算：

28、

29、式中f為液壓缸推力，l1為油缸下支點與起豎軸心距離，l2為油缸上支點與起豎軸心距離，α1為起豎角度θ為0時為l1與l2之間的夾角，qpump為油泵流量。

30、接下來對系統(tǒng)工作狀態(tài)進行判斷：

31、

32、若不滿足上式，則系統(tǒng)工作在平衡閥中順序閥非全開的狀態(tài)，按該狀態(tài)對流量值q1進行解算：

33、

34、流量值計算完成之后，根據(jù)剛體運動投影定理計算流量值在該角度點對應(yīng)的角速度值：

35、

36、計算該值與該角度對應(yīng)的實際角速度的差值：

37、δω＝ω-ωreal

38、同上，計算該個體在角度集合θtotal中所有角度對應(yīng)的角速度值，并計算其與對應(yīng)角度的實際角速度的差值。

39、將角度集合θtotal中每個角度對應(yīng)的計算角速度與實際角速度差值的絕對值進行累加，并對得到值取，得到個體的適應(yīng)度值：

40、

41、選擇：對原種群中所有個體進行精英選擇首先選擇適應(yīng)度最大的0.1k個個體，將其原封不動的復(fù)制到子代中。接下來對原種群中所有個體進行隨機選擇，每個個體被選中的概率為：

42、

43、每次選擇兩個個體進行雙點交叉，生成0.9k個新個體到子代中。

44、對子代種群中所有個體進行隨機選擇，每個個體被選中的概率相同。選出0.02k個個體進行變異操作，最終生成子代種群。

45、按上述方法對子代種群再次進行選擇、交叉和變異操作，以此往復(fù)。當達到迭代結(jié)束條件后，即種群中最有個體的適應(yīng)值大于fqualified：

46、max(f(xi))＞fqualified

47、取最優(yōu)個體的各項參數(shù)作為參數(shù)辨識結(jié)果。

48、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

49、(1)本發(fā)明可以準確辨識特種車輛起豎回平系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，可基于此構(gòu)建與實際系統(tǒng)接近的數(shù)學(xué)模型，利用該模型可直接對控制量進行求解，致使控制量優(yōu)化次數(shù)相較人工調(diào)參方式大幅降低。

50、(2)本發(fā)明通過分析和評判過程的記錄數(shù)據(jù)，對不同車型或不同工況均能依據(jù)其在具體控制量下的實際表現(xiàn)對其起豎回平系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進行辨識，具有普適性。