基于PI動態逆方法的EPS魯棒控制

基于PI動態逆方法的EPS魯棒控制

電動助力轉向系統（EPS）一方面可以降低駕駛員操縱轉向盤的力矩，提供轉向路感；另一方面在完成轉向過程后，輪胎與地面間的回正力矩能夠改變轉向盤轉角使其回到中位，包括低速下的回正不足和高速下的轉向超調及振蕩。然而在路面條件較差的情況下，回正力矩存在非期望的改變轉向盤轉角的隱患。基于PI類動態反演方法設計了魯棒控制器以增強EPS系統的魯棒性，減小轉向盤轉角的意外變化。

搭建了理想的EPS動態模型，主要包含轉向盤、電動機、減速機構和齒輪-齒條機構。EPS機械系統又可分為兩個模塊：①轉向柱管模塊中，轉向盤力矩由扭桿剛度和扭桿兩端轉角差的乘積決定；②助力電機執行模塊中，電機輸出力矩與電機控制電流成正比，輪胎與路面間的外部摩擦力矩由Dugoff輪胎模型計算得到。

動態逆控制的基本思想是利用全狀態反饋抵消原系統中的非線性特性，得到輸入輸出之間具有線性行為的新系統（稱之為偽線性系統），從而可以應用線性方法對新系統進行綜合。動態逆控制方法與其它方法相比，其主要特點是不依賴于非線性系統的求解或穩定性分析，而只需討論系統的反饋變換。然而，對于相同的不確定因素，不同形式的動力學系統響應不同。因此，選擇合理的期望動力學系統對于滿足系統性能和魯棒性要求顯得尤為重要。

為得到閉環控制效果，在動態逆方法中加入PI控制算法，并將其與傳統PI算法進行仿真對比分析。仿真工況保持轉向盤轉角為10°，為了模擬不穩定的路面條件，在回正力矩中加入隨機噪聲干擾。結果表明，傳統PI控制的轉向盤轉角最大誤差達到20%，而PI動態逆控制器的控制誤差低于5%。未來研究工作中，應當進一步考慮更精確的基于橫擺角速度或側向加速度的控制器響應效果。

Byungseok Seo et al. 2012 IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety.

編譯：張為榮