日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機站
  • 小程序

    汽車測試網(wǎng)

  • 公眾號

    • 汽車測試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測試

首頁 > 汽車技術 > 正文

基于非線性擾動觀測的商用車ESC自適應滑模控制研究

2021-09-15 01:15:30·  來源：汽車制動之家  
　
［摘要］針對商用車ESC控制中，實際車輛存在各種擾動，難以建立精確的車輛模型，傳統(tǒng)滑?？刂拼嬖谳^大抖振等問題，本文中提出基于非線性擾動觀測（NDOB）的自適
［摘要］針對商用車ESC控制中，實際車輛存在各種擾動，難以建立精確的車輛模型，傳統(tǒng)滑?？刂拼嬖谳^大抖振等問題，本文中提出基于非線性擾動觀測（NDOB）的自適應滑?？刂疲ˋDSMC）算法。首先，利用非線性擾動觀測器對車輛建模的擾動項進行估計；然后，采用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡對滑?？刂破鞯年P鍵參數(shù)進行自適應調節(jié)，以簡化參數(shù)調節(jié)過程、減小滑模抖振、提高控制精度；最后，在TruckSim中建立車輛模型，在MATLAB中建立控制策略模型，在電控氣壓硬件在環(huán)試驗臺上，對控制算法進行試驗驗證。試驗結果表明，NDOB-ADSMC算法的ESC控制效果良好，能夠滿足車輛ESC控制需求。

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，商用車保有量快速增加。商用車與乘用車相比，具有質心高、質量大等特點，商用車在緊急情況下比乘用車更容易發(fā)生交通事故，因而目前對商用車主動安全控制的研究越來越受到重視。車輛電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（electronic stability controller，ESC）能夠顯著改善車輛的操縱性能，在極限行駛工況下，ESC能夠防止車輛發(fā)生橫擺失穩(wěn)、側翻失穩(wěn)等危險情況。目前關于車輛ESC控制的研究，對乘用車的研究相對較深入，但對商用車的研究較少。

在商用車ESC控制中，建立一個準確的車輛模型是進行精確控制的前提條件，但在實際ESC控制中，車輛建模常存在如下原因，造成系統(tǒng)不確定性：模型簡化、參數(shù)攝動、未知的外界干擾等。如果將不精確的車輛模型應用到ESC控制中，輕則影響控制精度，重則控制發(fā)散。輪胎側偏剛度在車輛實際運行過程中，隨著車輛行駛狀態(tài)而變化，文獻［2］中將實際輪胎側偏剛度擾動值表示為一個與有界擾動和側偏剛度偏差的函數(shù)，設計了針對非線性系統(tǒng)的最優(yōu)控制器，綜合評估了不同的側偏剛度偏差值對車輛動態(tài)性能的影響，從而在實際控制中，選擇一個最優(yōu)的側偏剛度偏差值。文獻［3］～文獻［6］中在制動防抱死控制中，考慮系統(tǒng)的不確定性，將系統(tǒng)所有的不確定項合并成一項，設計復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡控制器對系統(tǒng)的非線性不確定項進行估計。文獻［7］中建立2自由度車輛模型，考慮前后軸等效側偏剛度的參數(shù)攝動、外界擾動，利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡對這些擾動進行估計。

目前關于車輛建模的不確定性，大多是通過復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡對不確定項進行估算，由于實際的車輛模型高度復雜且非線性，故計算量大，給實際的工程應用帶來了一定的難度。在車輛ESC控制中，滑?？刂朴捎诰哂兴惴ńY構簡單、響應速度快、對于外界干擾具有較強的魯棒性等優(yōu)點，故在實際工程中應用較多。但在滑?？刂浦?，抖振現(xiàn)象是一個無法避免的問題，抖振會影響系統(tǒng)的控制精度。

為解決上述的問題，本文中基于商用車電控氣壓制動系統(tǒng)，提出了商用車ESC非線性擾動觀測的自適應滑模算法（NDOB-ADSMC）。首先，建立2自由度車輛模型，對車輛系統(tǒng)不確定項提出了非線性擾動觀測器，對車輛ESC控制提出了滑模控制算法。其次，進行Lyapunov有限時間穩(wěn)定理論證明，結果表明非線性擾動觀測器可有效減小滑模觀測器的符號項系數(shù)，從而抑制滑模抖動，提高系統(tǒng)的控制精度。然后，為更進一步減小滑模控制的抖振、提高控制精度、優(yōu)化滑?？刂?，本文中利用結構簡單的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡算法的自適應調節(jié)能力對傳統(tǒng)SMC的指數(shù)項參數(shù)進行自適應調節(jié)。最后，在電控氣壓制動系統(tǒng)硬件在環(huán)試驗臺上對算法的有效性和控制精度進行試驗驗證。

1 2自由度車輛模型
建立如圖1所示的2自由度車輛模型。


圖1 整車動力學模型


最終可得2自由度車輛模型方程：
式中：β為車輛質心側偏角；k f為前軸等效側偏剛度；k r為后軸等效側偏剛度；m為車輛質量；u為車輛縱向車速；a為前軸軸距；b為后軸軸距；ωr為車輛橫擺角速度；δ為車輛前輪轉角；Iz為車輛繞z軸的轉動慣量。
在車輛ESC控制中，車輛橫擺角速度和質心側偏角是進行控制計算的關鍵參數(shù)。一般來說，理想橫擺角速度可通過穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益來計算：


式中：L為車輛軸距；K為穩(wěn)定性因數(shù)。
車輛在實際運動過程中，車輛的運動狀態(tài)還要受路面附著系數(shù)因素的限制，車輛的最大側向加速度需要滿足如下條件：


在車輛實際的行駛過程中，車輛側向加速度可近似表達為


由式（4）和式（5）計算可得


綜上所述，可得理想橫擺角速度：


在車輛的實際行駛過程中，一般車輛的質心側偏角都比較小，在實際控制中，應盡可能減小車輛質心側偏角，故在實際控制中，為簡化計算，設定理想質心側偏角為0。


2 ESC控制器
圖2為本文中ESC控制架構，整個ESC控制包括兩個部分：上層NDOB-ADSMC控制器和底層執(zhí)行機構控制器。上層NDOB-ADSMC控制器包括滑?？刂破?、非線性擾動觀測器和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡控制器，底層執(zhí)行機構采用單神經(jīng)元PID控制。圖2中DAM是底層的核心執(zhí)行機構，為美國WABCO公司生產(chǎn)的雙通道軸調節(jié)器。


圖2 ESC控制框圖
2.1 基于非線性擾動觀測的附加橫擺力矩控制器
在車輛實際行駛過程中，式（1）2自由度車輛模型中，k f、k r與車速、路面附著系數(shù)等各種因素相關，存在不確定的參數(shù)攝動，車輛建模過程中，為簡化計算過程，忽略車輛懸架、轉向、空氣阻力等不確定因素，這些不確定性都可以歸結為一個集成非線性擾動。當車輛失穩(wěn)時，ESC控制器計算出保持車輛穩(wěn)定所需的附加橫擺力矩，可將式（1）表達為


式中：Δ1為側向運動集成非線性擾動項，Δ1是有界的；Δ2為橫擺運動集成非線性擾動項，Δ2是有界的；ΔMz為附加橫擺力矩。
設計滑模面為


式中ξ為權衡系數(shù)。
對滑模函數(shù)求導可得


由式（17）可知集成非線性擾動項d（t）有界，存在 D＞0，使得｜d（t）｜≤D。
選擇滑模趨近律為指數(shù)滑模趨近律：式中：k＞0；ε＞0。


由式（14）和式（18）可得附加橫擺力矩控制器：


附加橫擺力矩控制器由連續(xù)項和包含符號函數(shù)的不連續(xù)項兩部分組成，其中不連續(xù)項中的符號項是引發(fā)滑?？刂贫墩竦闹饕?，一般為了減小抖振，須盡可能減小參數(shù)ε。現(xiàn)在證明系統(tǒng)式（14）在式（19）附加橫擺力矩控制器控制下的Lyapunov有限時間穩(wěn)定性，選擇Lyapunov函數(shù)為


對Lyapunov函數(shù)進行求導可得


由式（21）可知，當ε≥D的時候，系統(tǒng)滿足Lyapunov有限時間穩(wěn)定性。


由式（19）和式（21）可得，當ε≥D時，系統(tǒng)在附加橫擺控制器作用下，系統(tǒng)滿足Lyapunov有限時間穩(wěn)定性。但是D為 d（t）的上界，集成擾動d（t）中，包含有前后軸的等效側偏剛度不確定項，一般數(shù)值比較大，從而導致選擇的ε較大，最終會引發(fā)大的滑?？刂贫墩瘢墩翊髸r，會導致控制精度下降，執(zhí)行機構頻繁啟動，嚴重時甚至會燒壞底層執(zhí)行機構。為盡量減小滑模抖振，提高控制精度，本文中提出非線性擾動觀測器對集成非線性擾動進行觀測。將式（14）滑模函數(shù)改寫為


根據(jù)非線性擾動觀測器理論，對于式（24）有


式中
的估計值；L1為非線性擾動觀測器的增益；P為非線性擾動觀測器的內(nèi)部狀態(tài)。
定義擾動觀測的估計偏差



分享到：
 
反對 0 舉報 0 收藏 0 評論 0
滬ICP備11026917號-25