基于PI動(dòng)態(tài)逆方法的EPS魯棒控制

基于PI動(dòng)態(tài)逆方法的EPS魯棒控制

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）一方面可以降低駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的力矩，提供轉(zhuǎn)向路感；另一方面在完成轉(zhuǎn)向過(guò)程后，輪胎與地面間的回正力矩能夠改變轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角使其回到中位，包括低速下的回正不足和高速下的轉(zhuǎn)向超調(diào)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(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的隱患。基于PI類動(dòng)態(tài)反演方法設(shè)計(jì)了魯棒控制器以增強(qiáng)EPS系統(tǒng)的魯棒性，減小轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的意外變化。

搭建了理想的EPS動(dòng)態(tài)模型，主要包含轉(zhuǎn)向盤、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和齒輪-齒條機(jī)構(gòu)。EPS機(jī)械系統(tǒng)又可分為兩個(gè)模塊：①轉(zhuǎn)向柱管模塊中，轉(zhuǎn)向盤力矩由扭桿剛度和扭桿兩端轉(zhuǎn)角差的乘積決定；②助力電機(jī)執(zhí)行模塊中，電機(jī)輸出力矩與電機(jī)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(jì)算得到。

動(dòng)態(tài)逆控制的基本思想是利用全狀態(tài)反饋抵消原系統(tǒng)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(tǒng)（稱之為偽線性系統(tǒng)），從而可以應(yīng)用線性方法對(duì)新系統(tǒng)進(jìn)行綜合。動(dòng)態(tài)逆控制方法與其它方法相比，其主要特點(diǎn)是不依賴于非線性系統(tǒng)的求解或穩(wěn)定性分析，而只需討論系統(tǒng)的反饋?zhàn)儞Q。然而，對(duì)于相同的不確定因素，不同形式的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)響應(yīng)不同。因此，選擇合理的期望動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)對(duì)于滿足系統(tǒng)性能和魯棒性要求顯得尤為重要。

為得到閉環(huán)控制效果，在動(dòng)態(tài)逆方法中加入PI控制算法，并將其與傳統(tǒng)PI算法進(jìn)行仿真對(duì)比分析。仿真工況保持轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為10°，為了模擬不穩(wěn)定的路面條件，在回正力矩中加入隨機(jī)噪聲干擾。結(jié)果表明，傳統(tǒng)PI控制的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角最大誤差達(dá)到20%，而PI動(dòng)態(tài)逆控制器的控制誤差低于5%。未來(lái)研究工作中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步考慮更精確的基于橫擺角速度或側(cè)向加速度的控制器響應(yīng)效果。

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

編譯：張為榮