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基于扰动观测与滑模理论的IEV直接横摆力矩控制研究
| 论文题名： | 基于扰动观测与滑模理论的IEV直接横摆力矩控制研究 |
| 关键词： | 轮毂式电动汽车;有限时间控制;扰动观测器;滑模变结构;直接横摆力矩控制 |
| 摘要： | 为了提高车辆在危险工况下的行驶稳定性，本文以轮毂式电动汽车(IEV)为被控对象，基于滑模变结构控制和非线性扰动观测理论，提出了一种切实可行的直接横摆力矩控制策略。 首先，本文对轮毂式电动汽车进行动力学分析，并在此基础上，考虑横摆角速度和质心侧偏角对车辆横摆运动的影响，同时利用二自由度车辆模型得到期望的横摆角速度和质心侧偏角，最终确定了直接横摆力矩控制策略。该控制策略主要由质心侧偏角观测器、直接横摆力矩控制器以及力矩分配控制器三部分组成:（1）基于线性二自由度车辆模型，应用二阶滑模观测理论构建状态观测器得到车辆质心侧偏角的估计值；（2）利用滑模控制理论，设计了传统滑模直接横摆力矩控制器，其主要作用在于保证车辆横摆角度和质心侧偏角的实际值在有限时间内跟踪上其期望值，并输出车辆稳定运行所需的附加横摆力矩；（3）采用动态载荷分配方法，建立力矩分配器对附加横摆力矩进行分配，得到四个轮毂电机对相应车轮施加的力矩大小。 其次，针对传统滑模控制中存在的抖振现象，提出了二阶滑模控制方法。该方法是通过对滑模变量进行二次求导，从而得到控制输入的导数，再将控制输入的导数看作虚拟输入，同时根据二阶滑模控制方法来设计控制率。这就意味着设计的虚拟控制器是不连续的，而实际的控制器作为虚拟控制器的积分是连续的，因此从根本上解决了传统控制中的抖振问题。接着为了避免二阶滑模控制器中控制增益选取过大，本文结合非线性扰动观测和二阶滑模控制技术，进一步提出了一种复合的二阶滑模直接横摆力矩控制器。 最后，通过CarSim建立整车模型，MATLAB/Simulink搭建直接横摆力矩控制系统，并将CarSim和MATLAB/Simulink进行联合仿真试验。本文主要针对有无侧向风扰动两种情况下，分别在低附着路面上对车辆进行双移线闭环仿真测试。仿真结果表明，本文提出的直接横摆力矩控制策略能够保证车辆的行驶稳定性，同时对四种直接横摆力矩控制器的控制效果进行了比较分析后发现，基于扰动观测的二阶滑模控制器表现最佳，其不仅消除了传统滑模控制器中存在的抖振问题，而且具备更强的鲁棒性和精确性。 |
| 作者： | 张圣道 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 丁世宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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