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电动助力转向系统鲁棒控制的分析与研究

张振华  
【摘要】: 随着汽车工业的高速发展,对汽车主动安全性和使用经济性、环保等方面提出越来越高的要求。汽车转向系统是控制其行驶路线和方向的重要装置,它直接影响汽车的操纵性和稳定性。对于汽车转向系统,除了要求其工作安全可靠、操纵轻便、机动性好、高效节能外,还要求它能够在各种工况(包括直线行驶、正常转向、快速转向、原地转向等)下,根据不同的行驶速度和路面状况,提供最佳的路感。目前,电动助力转向(简称EPS,Electric Power Steering)由于其集环保、节能、安全、舒适等性能为一体,正越来越受人们的关注。 本文根据EPS系统的特点,以MATLAB作为主要仿真计算工具,应用经典控制理论和H_∞控制理论等,重点研究了EPS的鲁棒性控制问题。主要研究内容包括以下几个方面: (1)通过对EPS系统中助力电动机、扭矩传感器和齿轮齿条传动轴、方向盘等关键环节的分析,建立了EPS系统的动力学模型,并进一步变换得到了适合控制的状态方程模型。在建模过程中提出了实际研究对象存在非线性因素、模型参数摄动等不确定性因素,名义模型存在建模误差的事实。 (2)考虑到EPS系统中存在的控制对象模型的不确定性和传感器噪声、路面干扰等因素,将H_∞控制理论引入EPS系统控制策略的研究中,通过建立更具一般意义的广义被控对象,根据性能要求选择合适的权函数,建立了广义状态空间,并利用MATLAB来对比H_∞控制与无H_∞控制两种策略的优劣。 (3)在考虑系统的非线性部分的条件下,针对EPS系统参数摄动情况下的鲁棒控制器设计问题,利用现代控制有关线性不确定系统的相关理论,给出了EPS系统参数摄动情况下的鲁棒控制器,并利用MATLAB进行该闭环系统仿真,验证了其有效性。 (4)在实际EPS控制系统中,由于存在参数不确定性以及执行器或传感器发生故障的不可避免性,应同时考虑二者对控制系统带来的影响。本文考虑了该系统对参数不确定性具有鲁棒性,同时针对传感器发生故障时具有完整性的容错反馈控制器,利用MATLAB进行闭环系统仿真。


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