本發(fā)明屬于車(chē)輛工程領(lǐng)域的線控轉(zhuǎn)向技術(shù),具體涉及一種基于自適應(yīng)終端滑模控制的汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制方法。
背景技術(shù):
滑模控制是最強(qiáng)大的非線性控制方法之一。由于在滑模平面上,滑??刂茖?duì)參數(shù)變化和外部干擾具有不變性,滑??刂埔呀?jīng)成功應(yīng)用于許多實(shí)用的機(jī)電系統(tǒng)。然而傳統(tǒng)的基于超平面的線性滑??刂?,跟蹤誤差不能在有限時(shí)間內(nèi)收斂,并且在閉環(huán)系統(tǒng)中存在抖振現(xiàn)象。
文獻(xiàn)“b.beltran,t.ahmed-ali,andm.benbouzid,‘high-ordersliding-modecontrolofvariable-speedwindturbines,’ieeetrans.ind.electron.,vol.56,no.9,pp.3314–3321,sep.2009.(b.beltran,t.ahmed-ali,andm.benbouzid.變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高階滑模控制方法.ieee工業(yè)電子.2009,56(9):3314-3321)”中提出了高階滑??刂萍夹g(shù),能夠減少抖振并保持經(jīng)典滑模控制的魯棒性和高控制精度。然而,設(shè)計(jì)這一滑??刂葡到y(tǒng)所需的不確定參數(shù)和擾動(dòng)值的界限在實(shí)際應(yīng)用中很難預(yù)先獲得。
文獻(xiàn)“k.nam,h.fujimoto,andy.hori,‘lateralstabilitycontrolofin-wheel-motor-drivenelectricvehiclesbasedonsideslipangleestimationusinglateraltireforcesensors,’ieeetrans.veh.technol.,vol.61,no.5,pp.1972–1985,jun.2012.(k.nam,h.fujimoto,andy.hori.基于使用側(cè)向輪胎力傳感器進(jìn)行側(cè)滑角估計(jì)的輪內(nèi)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性控制.ieee車(chē)輛技術(shù).2012,61(5):1972-1985)”中提出了輪胎擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩在線估計(jì)的pd控制技術(shù),能夠減輕變化參數(shù)和擾動(dòng)的影響。但是運(yùn)用該技術(shù)的線控轉(zhuǎn)向車(chē)輛在遇到道路條件頻繁變化的情況時(shí),無(wú)法確保穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向性能。
綜上所述,現(xiàn)有的汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方法存在如下問(wèn)題:
1、傳統(tǒng)的基于超平面的線性滑模控制,跟蹤誤差不能在有限時(shí)間內(nèi)收斂,并且閉環(huán)系統(tǒng)存在抖振現(xiàn)象;
2、高階滑??刂葡到y(tǒng)所需的不確定參數(shù)和干擾值的界限在實(shí)際應(yīng)用中很難預(yù)先獲得;
3、在線估計(jì)的pd控制技術(shù)無(wú)法在道路條件頻繁變化的情況下保證穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向性能。
因此,本領(lǐng)域需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)在汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中不需要提前知道系統(tǒng)參數(shù)和道路條件,同時(shí)又能夠克服道路條件變化對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響的具有魯棒性的控制方法,來(lái)提升車(chē)輛的轉(zhuǎn)向性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為克服現(xiàn)有技術(shù)中控制器的跟蹤誤差無(wú)法在有限時(shí)間內(nèi)收斂以及需要提前知道系統(tǒng)參數(shù)和路況信息的不足,提供了一種用于線控轉(zhuǎn)向車(chē)輛的新型自適應(yīng)終端滑??刂品桨?。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明公開(kāi)了一種基于自適應(yīng)終端滑模控制的汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制方法,包括前輪轉(zhuǎn)角δf和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角θh的實(shí)時(shí)信號(hào)采集,其主要步驟如下:
步驟1,令汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行在轉(zhuǎn)矩控制模式,實(shí)時(shí)采集前輪轉(zhuǎn)角δf和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角θh;
步驟2,根據(jù)步驟1所得的前輪轉(zhuǎn)角δf和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角θh,定義跟蹤誤差e=δf-θhr,其中θhr為方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)參考角,
步驟3,將步驟1采集到的前輪轉(zhuǎn)角δf通過(guò)一階微分得到前輪轉(zhuǎn)角角速度
步驟4,將步驟2得到的跟蹤誤差e、步驟3得到的跟蹤誤差一階微分值
所述終端滑模變量s被定義為:
式中,λ為終端滑模參數(shù)1且它是一個(gè)正數(shù),q為終端滑模參數(shù)2且它是一個(gè)正奇數(shù),p為終端滑模參數(shù)3且它是一個(gè)正奇數(shù);
步驟5,首先給定二個(gè)汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值并分別記為汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值a、汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值b,然后,對(duì)汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值a通過(guò)一階微分得到一階微分值
步驟6,將步驟1得到的前輪轉(zhuǎn)角δf、步驟3得到的前輪轉(zhuǎn)角角速度
步驟7,將步驟1得到的前輪轉(zhuǎn)角δf、步驟2得到的跟蹤誤差一階微分值
u=us-k1sign(s)-k2s
式中,
k1為終端滑??刂破髭吔蓞?shù)1且是一個(gè)正數(shù);
k2為終端滑模控制器趨近律參數(shù)2且是一個(gè)正數(shù);
us為終端滑模控制器中間控制律,其表達(dá)式為:
式中,sat(s)為飽和函數(shù),表達(dá)式為
步驟8,將步驟7中的控制器輸出信號(hào)u傳送到轉(zhuǎn)向電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器中給汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向設(shè)備發(fā)送電壓指令,控制車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng),得到理想前輪轉(zhuǎn)角δ′f。
優(yōu)選的,步驟1所述實(shí)時(shí)采集的采樣周期為t=10ms。
優(yōu)選的,步驟6所述汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不確定參數(shù)和擾動(dòng)值τfea的上界估計(jì)值
式中,
優(yōu)選的,步驟6所述汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值a的上界估計(jì)值
其中,
式中,η4為自適應(yīng)律調(diào)整比例參數(shù)4且是一個(gè)正數(shù),
優(yōu)選的,步驟6所述汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值b的上界估計(jì)值
其中,
式中,η5為自適應(yīng)律調(diào)整比例參數(shù)5且是一個(gè)正數(shù),σb1為汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值b的上界估計(jì)值
優(yōu)選的,步驟6所述汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值a的一階微分值
其中,
本發(fā)明公開(kāi)的基于自適應(yīng)終端滑??刂频钠?chē)線控轉(zhuǎn)向控制方法,在系統(tǒng)參數(shù)未知和道路條件不同的情況下,實(shí)現(xiàn)了前輪轉(zhuǎn)角密切跟蹤方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)參考角度的性能,具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和魯棒性,其有益效果具體體現(xiàn)在:
1.所提出的基于自適應(yīng)終端滑??刂频钠?chē)線控轉(zhuǎn)向控制方法優(yōu)于傳統(tǒng)的基于超平面的線性滑??刂?,能保證誤差能在有限時(shí)間內(nèi)收斂,具有很好的穩(wěn)定性;
2.自適應(yīng)律對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不確定性和變化的行駛條件具有強(qiáng)魯棒性,無(wú)需提前知曉系統(tǒng)參數(shù)和道路信息;
3.采用邊界層方法克服了閉環(huán)系統(tǒng)抖振現(xiàn)象。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明控制方法在斜坡轉(zhuǎn)向測(cè)試中的跟蹤性能曲線圖。
圖3是本發(fā)明控制方法在斜坡轉(zhuǎn)向測(cè)試中的控制扭矩曲線圖。
圖4是本發(fā)明控制方法在斜坡轉(zhuǎn)向測(cè)試中的系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)值曲線圖。
圖5是本發(fā)明控制方法在雙移線測(cè)試中的跟蹤性能曲線圖。
圖6是本發(fā)明控制方法在雙移線測(cè)試中的控制扭矩曲線圖。
圖7是本發(fā)明控制方法在雙移線測(cè)試中的系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)值曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
參見(jiàn)圖1。由該圖可見(jiàn),本發(fā)明所述基于自適應(yīng)終端滑??刂频钠?chē)線控轉(zhuǎn)向控制方法,包括前輪轉(zhuǎn)角δf和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角θh的實(shí)時(shí)信號(hào)采集,主要步驟如下:
步驟1,令汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行在轉(zhuǎn)矩控制模式,實(shí)時(shí)采集前輪轉(zhuǎn)角δf和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角θh。本實(shí)施例中,采樣周期t=10ms。
步驟2,根據(jù)步驟1所得的前輪轉(zhuǎn)角δf和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角θh,定義跟蹤誤差e=δf-θhr,其中θhr為方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)參考角,
步驟3,將步驟1采集到的前輪轉(zhuǎn)角δf通過(guò)一階微分得到前輪轉(zhuǎn)角角速度
步驟4,將步驟2得到的跟蹤誤差e、步驟3得到的跟蹤誤差一階微分值
所述終端滑模變量s被定義為:
式中,λ為終端滑模參數(shù)1且它是一個(gè)正數(shù),q為終端滑模參數(shù)2且它是一個(gè)正奇數(shù),p為終端滑模參數(shù)3且它是一個(gè)正奇數(shù)。在本實(shí)施例中,λ=8,p=7,q=5。
步驟5,首先給定二個(gè)汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值并分別記為汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值a、汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值b,然后,對(duì)汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值a通過(guò)一階微分得到一階微分值
步驟6,將步驟1得到的前輪轉(zhuǎn)角δf、步驟3得到的前輪轉(zhuǎn)角角速度
步驟7,將步驟1得到的前輪轉(zhuǎn)角δf、步驟2得到的跟蹤誤差一階微分值
u=us-k1sign(s)-k2s
式中,
k1為終端滑模控制器趨近律參數(shù)1且是一個(gè)正數(shù);
k2為終端滑模控制器趨近律參數(shù)2且是一個(gè)正數(shù);
us為終端滑模控制器中間控制律,其表達(dá)式為:
式中,sat(s)為飽和函數(shù),表達(dá)式為
在本實(shí)施例中,k1=0.01,k2=3.5,
步驟8,將步驟7中的控制器輸出信號(hào)u傳送到轉(zhuǎn)向電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器中給汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向設(shè)備發(fā)送電壓指令,控制車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng),得到理想前輪轉(zhuǎn)角δ′f。
在步驟6中涉及的
1、步驟6所述汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不確定參數(shù)和擾動(dòng)值τfea的上界估計(jì)值
式中,
2、步驟6所述汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值a的上界估計(jì)值
其中,
式中,η4為自適應(yīng)律調(diào)整比例參數(shù)4且是一個(gè)正數(shù),
3、步驟6所述汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值b的上界估計(jì)值
其中,
式中,η5為自適應(yīng)律調(diào)整比例參數(shù)5且是一個(gè)正數(shù),σb1為汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值b的上界估計(jì)值
4、步驟6所述汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)稱(chēng)值a的一階微分值
其中,
參見(jiàn)圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7,為驗(yàn)證本發(fā)明的實(shí)施效果,在汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中得到如圖所示的控制效果圖,圖2、圖3、圖4為斜坡轉(zhuǎn)向測(cè)試得到的曲線圖,圖5、圖6、圖7為雙移線測(cè)試得到的曲線圖,從六張圖中可看出本發(fā)明的控制方法可以使得前輪轉(zhuǎn)角密切跟蹤方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)參考角度,減小了跟蹤誤差,改善了抖振現(xiàn)象,增強(qiáng)了魯棒性,同時(shí)各系統(tǒng)參數(shù)分別收斂至某個(gè)常數(shù)確保了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。