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基于滑模控制的汽车电动助力转向系统的建模与仿真研究
| 论文题名： | 基于滑模控制的汽车电动助力转向系统的建模与仿真研究 |
| 关键词： | 滑模控制;汽车转向系统;仿真分析;鲁棒性 |
| 摘要： | 传统的汽车转向系统由于转向传动比固定,在低速时转向困难,高速时转向稳定性差,因此,汽车的转向特性不能适应车速的变化。电动助力转向系统(Electronic Control Power Steering,简称EPS)是一种先进的主动转向系统,它通过在转向过程中,根据车速变化施加不同的助力,实现汽车在低速时轻便灵活和高速时稳定可靠,提高了汽车转向的安全性、稳定性和经济性。电动助力转向系统具有非线性、时变性和不确定性等特点,在设计EPS系统时需要解决这些问题进而满足电动助力转向的快速性和稳定性要求。目前的EPS系统存在模型比较简单,准确性较低,助力电机的跟踪电流效果较差等缺陷,采用比较精确的系统,通过先进的非线性控制算法运用到EPS系统的研究,具有重要的实际意义。 本文的主要内容: (1)根据对车辆运动方程的分析,考虑模型的精确度、侧偏特性及载荷变化对系统的影响,将七自由度模型和刷子模型应用到转向系统,建立电动助力转向系统数学模型; (2)通过分析助力特性特点,采取直线型助力特性;通过对比电机控制方案,根据控制精度和负载对转矩的分析,选取电机电流控制方法;针对转向系统的非线性和时变性,控制算法采用滑模控制; (3)根据前期建立的模型和控制系统搭建机械转向系统和EPS系统仿真模型,分别仿真汽车在转向过程中的运动状态,仿真结果表明,EPS系统的助力效果明显,且加入滑模控制器之后扭矩传感器的输出扭矩波动减小,横摆角速度响应的波动减小,反应时间缩短,到达稳态的时间也缩短了; (4)对设计的EPS控制系统性能分析,提出EPS系统控制性能指标并进行仿真,仿真结果表明,转向系统满足了低速时的轻便性和高速时的稳定性要求,说明了所设计的EPS系统是有效的。 本文的创新点: (1)将七自由度整车模型和轮胎刷子模型应用到转向系统,建立更精确的电动助力仿真模型,准确描述转向系统的动态特性,较好地解决了转向过程中载荷变化及轮胎侧偏特性对系统的影响。 (2)将滑模控制算法引入到转向控制系统,由于转向系统的非线性特性,采用滑模控制算法作为控制系统的算法,仿真结果表明滑模控制算法能较好的控制转向系统的稳定性、快速性、鲁棒性。 |
| 作者： | 邱亚琴 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 张向文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 桂林电子科技大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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