电动汽车afs与dyc集成控制_策略研究毕业论文(编辑修改稿)

电动汽车afs与dyc集成控制_策略研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

摆力矩通过约束条件下的二次规划方法求得各个轮毂电机的驱动 /制动力大小，并分配到各个轮毂电机中。 毕业设计（论文）报告纸 6 第 二 章 控制理论 本章的主要工作是阐述了被用作 控制器设计的主要基础理论 的滑模控制原理的发展历史，并简明地介绍了滑模控制的原理和滑模变结构定义、滑动模态的存在性、滑模运动到达条件以及滑模运动的趋近律。 在这性特性和公 式的基础上，第二节简述了滑模控制能够提高系统的运动品质并能 能够克服系统的不确定性 , 对干扰和未建模动态具有很强的鲁棒性 的优点。 滑模 控制的原理 上 世纪 50 年代前苏联学者提出变结构控制 方案 ，变结构控制起源于继电器控制和 BangBang 控制，它与 传统 控制的区别在于 它 的不连续性。 滑模控制是变结构控制的一 个分支。 它是一种非线性控制，通过函数 的切换 来实现，根据系统状态偏离滑模 面 的程度来切换控制器的 函数 （控制律或控制器参数），从而使系统按照滑模规定的规律运行 以减小误差 的控制方法。 经历了 60 余年的发展 , 滑模控制已形成 了 一套比较 完善 的理论体系，并已广泛应用到各种工业控制之中。 滑模变结构控制的原理，是根据系统所期望的动态特性来设计系统的切换超平面，通过滑动模态控制器使系统状态从超平面之外向切换超平面收束。 系统一旦到达切换 超平面 ，控制作用将保证系统沿切换超平面到达系统原点，这一沿切换超平面向原点滑动的过程称为滑模控制。 滑模变结构定义 有一非线性控制系统   RtRuRx tuxfxmn  , , () 确定切换函数   mRsxs , () 寻求变结构控制 :           00, ＜xs,xu ＞xsxuxuiiiii 当当 () 毕业设计（论文）报告纸 7 这里变结构体现在    xuxu   ,使得： 1) 滑动模态存在 —— 存在性； 2) 满足到达条件：切换面 S 以外的相轨迹线将于有限的时间内到达切换面； 3) 切换面是滑动模态区，且滑动运动渐进稳定，动态品质良好。 显然，我们这样设计出来的变结构控制使得闭路系统全局渐进稳定，而且动态品质良好。 由于这里利用了滑动模型，所以又常称变结构滑动模态控制 [15]。 滑动模态的存在性 CBAs 0s 0s 0 图 滑模 控制三点图 如图 所示， 在切换面上的点有三种情况 :一种是通常点如 A 点，穿过此点到达滑模面的；一种是起始点如 B 点，从该点离开到达滑模面的两侧；另一种是终止点如 C 点，从两侧趋向该点并沿着滑模面运动 [18]。 终止点在到达滑模面后就沿着该面向原点运动 ,而有所有终止点组成的区域叫做滑模区，在该区上的运动称为滑膜运动。 假设式 ()在 m维状态空间中的某个 滑模面 s(x) =0 上 的左右极限 是 不相等的 ，当运动点从 滑模面 的任一边向 s(x)= 0 运动 时，函数 .f(x,u,t)的左右极限 可 分别 表 示 为 :       tuxftuxftuxftuxfss,lim,lim00 () 通常：    tuxftuxf ,   则切换函数 s(x)沿表达式 ()轨迹 方向 的 梯度 是   fsg r a ddtdxxsstds ini i   1 () 式 ()中的 f是一个元素为函数的 n 维列 向 量； grad(s)是切换面 S(x) = 0 的梯度向量，它是行 毕业设计（论文）报告纸 8 向 量，代表切换面的法线方向。 按照式 ()、 ()、 (), 下面的极限存在 :    fsg r a ddtdsfsg r a ddtdstt00limlim () 式 ()中的 f 、 f 分别是元素为 if 、 if (i=1， …… ， m)的 m维函数 向 量，很显然 当：    0lim0lim00fsgr a ddtdsfsgr a ddtdstt () 时满足终止条件，则滑动模态存在。 滑模运动到达条件 如果系统的初始点 x(0)不在 s(x)=0 的附近，而是在状态空间的任何位置，此时要求系统必须 向滑膜 面 s(x)=0 运动 ，在有限的时间内到达或无限趋向于 s(x)=0，即满足可达到性条件 ，不然系统无法启动滑模运动 [19]。 由滑动模态的存在条件可以得到启示是，主要状态空间的点满足     0dtxdsxs () 系统的解（位于 s(x)0 一侧）将趋近于 s(x)=0 表示的切换面，而且于有限时间内到达切换面， s 是标量函数。 即初始条件为  00,xt 是方程的解：     0),( 000 ＞xstxtxtx   () 当 t 从 0t 增大时满足    0＜xs ,且存在正数  ,使得当 t 时    0 xs 对于位于s(x)0 一侧同理。 则归纳上述等式，得出到达条件为 00s 0s0 s＞＜s ，当，当 () 最后，可对 ()式进行简化，得到 滑模 运动到达条件： 0﹤ss () 毕业设计（论文）报告纸 9 滑模 运动的趋近律 为了反映运动是如何到达滑模面，人们提出了趋近律的概念和公式，对趋近律进行优化设计可以改善动态系统的运动品质。 以下是常用的四种趋近律： 1) 等速趋近律 0),sgn( ＞ss  () 其中，  表示趋近速率。  值小，则速度慢，滑模控制的调节时间长；反之则速度快，调节时间短，但会引起较大的抖振。 2) 指数趋近律   0k,0,s g n  ε＞skss  () 当状态运动点离滑模面较远时，趋近速度取决于 ks ；而当状态运 动点离滑模面较近时，趋近速度取决于  ssgn。 因此，常将 k 值取得较大，  值较小，以保证系统状态能以由快到慢的速度接近滑模面，从而消弱抖振现象。 3) 幂次趋近律 100),s g n ( ＜α＜,k ＞ssks  () 4) 一般趋近律   0,)s g n ( ＞sfss   () 其中，     0,0,00 ＞ssfsf 时当 。 此外，上诉四种趋近律都满足式 ()的到达条件 滑模 控制的优点 滑膜控制是变结构控制系统中的一种，适用于多种线性和非线性系统的设计。 滑膜控制的动态性能主要是通过滑模面快来决定的，且可以通过调节参数来改善系统的动态性能，与外界的 干扰无关。 所以其 能够克服系统 运动 的不确定性 , 对干扰和未建模动态具有很强的鲁棒性 和对运动的结果有很好的容错率 , 尤其是对非线性系统的控制具有良好的控制效果。 另一方面，滑膜 控制算法简单，实时计算时间少， 既降低了控制器的设计难度，又 对车辆稳定性有较大的提高。 但滑模控制面临抖振的不利影响 ,抖振来自于 设置参数时 对不确定性及扰动的保守估计、控制函数的符号变化频率远大于 控制执行器件的切换频率和时滞等因素。 它能使控制系统变 毕业设计（论文）报告纸 10 得不稳定，系统的运动轨迹在抖振的影响下，不会按照趋近律接近滑模面 s(x)=0，其运动点也不会严格停 留在滑模面上。 毕业设计（论文）报告纸 11 第三章 控制器的设计 目前，集成控制系统方面的研究主要集中于 AFS 和 DYC 方面的集成，这也是当前车辆稳定性控制系统的研究方向。 本文将从 AFS 和 DYC 控制器各自的作用特点出发，针对它们的特点进行分层控制结构的设计，采用滑模控制方法对 AFS 和 DYC 控制器进行设计，其设计的思路为：当汽车轮胎的侧向力处于线性区域时，此时主要发挥 AFS 控制器的作用；而当汽车轮胎的侧向力超出线性区域时，此时超出部分将由 DYC 控制器对其进行补偿。 汽车线性动力学模型 汽车二自由度线性模型 在汽车行驶过程中， 驾驶员基本上是通过调整来控制车轮转向的，进而依靠车轮转向时所产生的侧向力来完成车辆的转弯运动。 在一般情况下，车辆在良好路面行驶时，方向盘转角较小，轮胎处于线性区间内。 此时，汽车线性二自由度动力学模型就能很好的描述车辆的主要操纵特性 [23]。 同时，从控制器的设计角度来看，线性模型跟有利于控制器的设计，简化了控制器的设计难度。 所以本章基于车辆的二自由度动力学模型来进行控制器设计。 Fy fayxvxvyvbF y rbdfMz 图 二自由度模型转轮 如图 所示，汽车线性二自由度动力学模型的两 个自由度分别为侧向运动 (V)和横摆运动（ r),如图 所示。 其运动学微分方程如下所示： ffrfrf cvbcacccrmv dbb  )()(  () 毕业设计（论文）报告纸 12 ffrffrz acrvbcacacbcrI db  22)( () 其中，fc和 rc 分别为前后轴侧偏刚度， v 为车辆 纵向 速度， b 为质心偏侧角，fd为前轮转角。 将车辆的运动学微分方程转化为状态方程，其状态量  TrX b ，输入向量fu d，这状态方程为： BuAXX  () 其中， 22211211 aa aaA 22211211 bb bbB 可展开为： ffbraar braa db dbb212221111211 () 其中， mvcca rf 11，212 1 mvbcaca rf  ，zrf I bcaca 21 , vI bcacazrf 2222  mvcb f11,zfIacb 21 车辆理想参考模型 本节会设计汽车理想参考模型，以便将驾驶员的转向意图转换为操纵稳定性意图 ， 即期望的横摆角速度 dr 和期望的质心偏侧角 db。 由于大多数汽车采用前轮转向的方式，所以本节基于前轮转向汽车的动力学模型来计算横摆角速度 dr。 理想参考模型的运动学微分方程转化为状态方程，其状态量为  Tddd rX b ，输入向量fdu d，状态方程为： ddddd uBXAX  () 其中， 毕业设计（论文）报告纸 13 ddA 1000 ddd kB 0  22 bcacvIrfzd   bcacmv vckrffd 2 可展开为： fddddd。