汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆解耦控制器及構(gòu)造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器，該汽車底盤集成系統(tǒng)由汽車底盤的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、直接橫擺力矩控制子系統(tǒng)和主動(dòng)懸架子系統(tǒng)組成，一個(gè)靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)線性環(huán)節(jié)構(gòu)成汽車底盤集成系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆并與汽車底盤集成系統(tǒng)串聯(lián)組成廣義偽線性系統(tǒng)；廣義偽線性系統(tǒng)解耦形成三個(gè)單輸入單輸出的偽線性子系統(tǒng)，并由一線性閉環(huán)控制器對(duì)該偽線性子系統(tǒng)實(shí)施PID調(diào)節(jié)；線性閉環(huán)控制器與和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆共同構(gòu)成汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器。本發(fā)明還涉及一種汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器的構(gòu)造方法。
【專利說明】 汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆解耦控制器及構(gòu)造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛工程設(shè)備領(lǐng)域，具體而言涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆的汽車底盤集成系統(tǒng)的控制器及其構(gòu)造方法，應(yīng)用于汽車底盤的高性能集成控制。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車底盤由轉(zhuǎn)向系、傳動(dòng)系、行駛系以及制動(dòng)系等多個(gè)子系統(tǒng)組成，其接受來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，并在駕駛員的操縱下行駛。隨著技術(shù)水平的進(jìn)步，人們對(duì)汽車使用性能要求越來(lái)越高，要求汽車同時(shí)具備良好的傳動(dòng)性、優(yōu)良的操縱性、行駛的舒適性和安全性等，因此通過控制汽車的側(cè)向、縱向和垂向運(yùn)動(dòng)來(lái)提高汽車的操縱性、乘坐舒適性的汽車控制技術(shù)成為汽車工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。近年來(lái)，汽車電子控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各類汽車中，給汽車技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了劃時(shí)代的意義，然而各種汽車電子控制技術(shù)的使用也帶來(lái)了汽車底盤控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，包括汽車底盤機(jī)械系統(tǒng)中的原本存在的各種非線性強(qiáng)耦合因素、以及各種控制方法對(duì)各個(gè)底盤子系統(tǒng)控制引起的干擾和耦合等因素。因此，為了消除(或盡量減小)汽車底盤系統(tǒng)中各個(gè)電控子系統(tǒng)之間的非線性耦合影響，有必要對(duì)汽車底盤集成系統(tǒng)進(jìn)行非線性解耦控制。
[0003]對(duì)于汽車底盤集成系統(tǒng)解耦控制的研究是實(shí)現(xiàn)其高性能控制的基礎(chǔ)及難點(diǎn)，目前對(duì)汽車底盤集成系統(tǒng)的解耦控制主要是:采用非線性解耦控制理論實(shí)現(xiàn)主動(dòng)懸架子系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)之間的解耦控制，該方法的解耦控制算法比較復(fù)雜，特別是當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)變量比較多的時(shí)候，系統(tǒng)的解耦矩陣維數(shù)龐大，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車底盤集成系統(tǒng)更多的子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)解耦控制，而且該方法的實(shí)施，嚴(yán)重依賴于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，由于汽車底盤集成系統(tǒng)的模型難以精確建立，因此該解耦策略的效果不掛。另外，該方法僅僅解決了汽車底盤集成系統(tǒng)的側(cè)向和垂向之間的解耦控制，并未考慮到汽車底盤集成系統(tǒng)的縱向與側(cè)向、垂向之間的非線性耦合關(guān)系。
[0004]為了從本質(zhì)上解決汽車底盤集成系統(tǒng)的側(cè)向、縱向以及垂向之間非線性耦合的難題，同時(shí)又要保證汽車底盤集成系統(tǒng)各子系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)，需采用新的控制方法和新的控制技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明旨于提供一種消除汽車底盤集成系統(tǒng)側(cè)向、縱向以及垂向之間非線性耦合的解耦控制器及構(gòu)造方法。
[0006]本發(fā)明的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0007]為達(dá)成上述目的，根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，提出一種汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆解耦控制器的構(gòu)造方法，包括以下步驟:
[0008]將汽車底盤的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、直接橫擺力矩控制子系統(tǒng)和主動(dòng)懸架子系統(tǒng)作為一個(gè)整體組成汽車底盤集成系統(tǒng)；[0009]采用靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多個(gè)線性環(huán)節(jié)來(lái)構(gòu)造汽車底盤集成系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆，并通過調(diào)整靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆實(shí)現(xiàn)汽車底盤集成系統(tǒng)的廣義逆系統(tǒng)功能；
[0010]將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆置于汽車底盤集成系統(tǒng)之前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆與汽車底盤集成系統(tǒng)組成廣義偽線性系統(tǒng)；
[0011]將廣義偽線性系統(tǒng)線性化解耦為三個(gè)單輸入單輸出子系統(tǒng)，分別為兩個(gè)一階偽線性子系統(tǒng)和一個(gè)二階偽線性子系統(tǒng)；
[0012]采用PID調(diào)節(jié)器對(duì)三個(gè)解耦的偽線性子系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器，并由上述三個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)成線性閉環(huán)控制器；
[0013]將線性閉環(huán)控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆共同構(gòu)成汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器。
[0014]進(jìn)一步，所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆由具有七個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和三個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及四個(gè)線性環(huán)節(jié)構(gòu)成，所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆具有三個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和三個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，其中:
[0015]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆的第一個(gè)輸入乍為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)輸入，該第一個(gè)輸入-經(jīng)一階系統(tǒng)
【權(quán)利要求】
1.一種汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆解耦控制器的構(gòu)造方法，其特征在于，包括以下步驟: 將汽車底盤的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、直接橫擺力矩控制子系統(tǒng)和主動(dòng)懸架子系統(tǒng)作為一個(gè)整體組成汽車底盤集成系統(tǒng)； 采用靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多個(gè)線性環(huán)節(jié)構(gòu)造所述汽車底盤集成系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆，并通過調(diào)整靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆實(shí)現(xiàn)汽車底盤集成系統(tǒng)的廣義逆系統(tǒng)功能； 將所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆與汽車底盤集成系統(tǒng)串聯(lián)，組成廣義偽線性系統(tǒng)； 將所述廣義偽線性系統(tǒng)線性化解耦為三個(gè)單輸入單輸出的偽線性子系統(tǒng)； 采用PID調(diào)節(jié)器對(duì)所述偽線性子系統(tǒng)分別實(shí)施PID調(diào)節(jié)，所述調(diào)節(jié)器構(gòu)成線性閉環(huán)控制器； 所述線性閉環(huán)控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆共同構(gòu)成汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆解耦控制器的構(gòu)造方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆由具有七個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和三個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及四個(gè)線性環(huán)節(jié)構(gòu)成，所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆具有三個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和三個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，其中: 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆的第一個(gè)輸入乍為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)輸入，該第一個(gè)輸入5經(jīng)一階系統(tǒng)
3.如權(quán)利要求2所述的汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆解耦控制器的構(gòu)造方法，其特征在于，調(diào)節(jié)所述廣義逆系統(tǒng)的參數(shù)a1(l、an、a2(l、a21、a3(l、a31和a32，使線性化解耦后的三個(gè)單輸入單輸出的子系統(tǒng)的極點(diǎn)在復(fù)平面內(nèi)合理配置，以實(shí)現(xiàn)非線性系統(tǒng)的開環(huán)線性化控制。
4.如權(quán)利要求1所述的汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆解耦控制器的構(gòu)造方法，其特征在于，所述廣義偽線性系統(tǒng)的三個(gè)單輸入單輸出子系統(tǒng)包括一個(gè)一階質(zhì)心側(cè)偏角β偽線性子系統(tǒng)、一個(gè)一階橫擺角速度Y偽線性子系統(tǒng)和一個(gè)二階車身側(cè)傾角Φ偽線性子系統(tǒng)，通過對(duì)該三個(gè)單變量線性子系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述汽車底盤集成系統(tǒng)的側(cè)向、縱向以及垂向之間的非線性解耦控制。
5.如權(quán)利要求4所述的汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆解耦控制器的構(gòu)造方法，其特征在于，所述靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)確定方法為: 將前輪轉(zhuǎn)向補(bǔ)償角δ。、橫擺控制力矩Tz和懸架側(cè)傾力矩 的階躍激勵(lì)信號(hào){ δ。，Tz, Τφ}加到汽車底盤集成系統(tǒng)的輸入端，采集所述汽車底盤集成系統(tǒng)的質(zhì)心側(cè)偏角β、橫擺角速度Y和車身側(cè)傾角Φ，對(duì)質(zhì)心側(cè)偏角β、橫擺角速度Y離線分別求其一階導(dǎo)數(shù)，進(jìn)而求出?和％，對(duì)車身側(cè)傾角Φ離線求其一階、二階導(dǎo)數(shù)，進(jìn)而求出 對(duì)所得信號(hào)做規(guī)范化處理，組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集 對(duì)所述靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，從而確定所述靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)權(quán)系數(shù)。
6.一種汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器，該汽車底盤集成系統(tǒng)由汽車底盤的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、直接橫擺力矩控制子系統(tǒng)和主動(dòng)懸架子系統(tǒng)組成，其特征在于: 一個(gè)靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)線性環(huán)節(jié)構(gòu)成所述汽車底盤集成系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆并與所述汽車底盤集成系統(tǒng)串聯(lián)組成廣義偽線性系統(tǒng)； 所述廣義偽線性系統(tǒng)解耦形成三個(gè)單輸入單輸出的偽線性子系統(tǒng)，并由一線性閉環(huán)控制器對(duì)所述偽線性子系統(tǒng)實(shí)施PID調(diào)節(jié)； 所述線性閉環(huán)控制器與和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆共同構(gòu)成所述汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器。
7.如權(quán)利要求6所述的汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器，其特征在于，所述偽線性子系統(tǒng)包括一個(gè)一階質(zhì)心側(cè)偏角β偽線性子系統(tǒng)、一個(gè)一階橫擺角速度Y偽線性子系統(tǒng)和一個(gè)二階車身側(cè)傾角Φ偽線性子系統(tǒng)，通過對(duì)該三個(gè)單變量線性子系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車底盤集成系統(tǒng)的側(cè)向、縱向以及垂向之間的非線性解耦控制。
8.如權(quán)利要求7所述的汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器，其特征在于，所述線性閉環(huán)控制器包括三個(gè)分別對(duì)所述偽線性子系統(tǒng)實(shí)施調(diào)節(jié)的PID調(diào)節(jié)器。
9.如權(quán)利要求6所述的汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器，其特征在于，所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆由具有七個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和三個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及四個(gè)線性環(huán)節(jié)構(gòu)成，所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆具有三個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和三個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，其中: 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆的第一個(gè)輸入巧作為靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)輸入，該第一個(gè)輸入F1經(jīng)一階系統(tǒng)
10.如權(quán)利要求9所述的汽車底盤集成系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆控制器，其特征在于，將前輪轉(zhuǎn)向補(bǔ)償角S。、橫擺控制力矩Tz和懸架側(cè)傾力矩τφ的階躍激勵(lì)信號(hào){δ。，Tz, τφ}加到所述汽車底盤集成系統(tǒng)的輸入端，采集所述汽車底盤集成系統(tǒng)的質(zhì)心側(cè)偏角β、橫擺角速 度Y和車身側(cè)傾角Φ后，通過離線的方式求得所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義逆的三個(gè)輸入
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK103439883SQ201310084719
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月17日
【發(fā)明者】陳龍, 孫曉東, 江浩斌, 徐興, 汪若塵, 李可 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)