考虑时变扰动观测的拖拉机动力换挡过程最优控制方法

来源：农业机械学报杂志2025年第12期北京时间：

作者：傅生辉，唐汝旗，李伟，刘双喜，任乃旭，张稳

单位：山东农业大学,山东农业大学,国家开放大学,山东农业大学,山东农业大学,山东农业大学,

摘要：由于拖拉机作业工况复杂，受作业环境、土壤条件及牵引载荷等影响，动力换挡过程中的随机时变扰动易引发换挡冲击，甚至造成变速箱损坏。因此，本文提出一种考虑时变扰动观测的拖拉机动力换挡过程最优控制方法。首先，分析拖拉机动力换挡过程动态特性，建立拖拉机换挡过程动力学模型。以换挡时间、滑摩功和冲击度为换挡品质评价指标，构建换挡控制系统二次型指标函数。然后，引入高阶扰动观测器估计换挡过程中的时变扰动及其各阶导数，并结合哈密尔顿函数对线性二次型调节器（Linear quadratic regulator，LQR）求得换挡过程最优控制律。最后，基于dSPACE和Matlab/Simulink搭建了拖拉机硬件在环仿真平台，开展了不同工况下的换挡过程仿真验证。结果表明，以1LL挡升1L挡为例，运输工况和犁耕工况下，本文算法换挡时间分别为0.72、0.85s，较LQR分别减少22.58%、38.4%，经HDO算法补偿后，最大冲击度分别为16.11、8.51m/s3，虽比LQR分别增加了5.29%、2.04%，换挡顿挫差异不明显，但滑摩功控制效果显著，仅为4.61、8.82kJ，比LQR分别减少38.04%、59.17%，本文方法可有效观测抑制换挡过程中的时变扰动，提高了换挡舒适性。

关键词：动力换挡变速箱;换挡过程控制;高阶扰动观测器;线性二次型调节器;换挡品质

基金资助：山东省自然科学基金项目（ZR2022QE217）