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《长江大学》 2015年
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双电机雨刮控制器的控制算法研究

胡文超  
【摘要】:随着汽车工业与电子工业的快速发展,在现代汽车上电子技术的应用越来越广泛。传统的单电机机械传动式雨刮器正在逐渐被双电机独立驱动式所取代。双电机雨刮系统去掉了传统的机械传动机构,具有机械噪音低,故障率低,电机的功率和体积小,没有安装角度及位置的限制,雨刮面积大等优点。本文针对双电机驱动雨刮系统的控制方法的研究主要包括双电机驱动雨刮系统的数学建模以生成期望运行轨迹、反馈控制器及同步控制器设计等内容,具体研究工作描述如下:首先,介绍了微分平坦理论的基本概念和原理,该理论是对系统建模,得到两支雨刮期望轨迹的数学基础,同时分析了双电机雨刮控制器系统结构,根据基尔霍夫电压定律、力矩平衡和微分平坦理论,建立了双电机驱动雨刮系统的数学模型,并通过对搭建的雨刮系统的Simulink模型进行仿真实验,得到两侧雨刮的期望运行轨迹和系统的控制量驱动电机输入电压轨迹。其次,研究了双电机驱动雨刮系统的轨迹跟踪问题。由于所有的期望轨迹都是在没有任何干扰的情况下得到的,而实际上会有很多不可预知的因素会导致两侧的雨刮片的实际运行轨迹与期望轨迹之间产生偏差,所以,必须为雨刮器系统设计反馈控制器来校正外界干扰引起的误差,确保雨刮器良好运转。其一,详细分析说明了PID控制器的发展、结构、原理和参数整定方法,并进一步的提出了数字PID控制器,其二,通过比较分析了数字PID控制器的两种常用的位置式和增量式算法的优缺点,在增量式算法的基础上提出并设计了带积分分离的数字PID控制器,并进一步的通过参数整定找到适合的控制量参数;其三,搭建Simulink模型进行仿真实验,可以得出,在一般干扰情况下,本文设计的基于带积分分离的数字PID算法的反馈控制器具有良好的抗干扰性,可以实现较好的雨刮轨迹跟踪效果。最后,研究了双电机驱动雨刮系统的协调同步控制问题。为了实现两侧雨刮的协调运行,实现两侧雨刮系统的信息交互,需要设计同步控制器。其一,介绍了电机同步的常用方法,其中并行同步控制系统采用开环结构,各单元之间的运行状态不会相互影响,但不能保证整个系统的同步运行,该方法适用于电机运行状态比较稳定且结构比较简单的系统,主从同步控制又称为串联控制,该控制系统中从机可以始终保持对主机的运行状态的跟随,但是当从机因为干扰引起运行状态变化时,主机却仍保持自身运动状态,这样就导致两电机运动不能保持同步性,该方法主要应用在一些对同步精度要求较低的工业自动化生产场合,交叉耦合同步控制对并行同步控制进行了改进,电机之间形成的耦合可以使电机在工作过程中进行信息交互,电机通过自带的控制器进行自我运行参数校正,增强了电机之间的同步协调性,但这种控制方式只适用于两台电机的同步控制,而偏差耦合同步控制方法又在交叉耦合同步控制的基础上做出了改进,这种方法既可以有效克服交叉耦合同步控制的缺点,同时也具有较好的同步控制性能;其二,以主从同步方式为例,通过仿真实验,验证了其同步效果,通过对于实验结果的分析,提出了基于时钟同步控制器的系统同步控制方法;其三,通过引入各种不同干扰信号模拟雨刮器的实际工作环境,对含有基于时钟同步控制器和没有同步控制器的双电机雨刮器系统进行对比仿真实验,验证了基于时钟同步控制器的控制效果,仿真结果表明能实现雨刮的安全同步运行。
【学位授予单位】:长江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U463.855;TP273

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