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循环球式电动助力转向系统控制策略研究
| 论文题名： | 循环球式电动助力转向系统控制策略研究 |
| 关键词： | 循环球式电动助力转向系统;控制策略;切换函数;特征向量 |
| 摘要： | 本论文以循环球转向器为基础，结合行星轮和蜗轮蜗杆组成的二级助力减速器构成整个转向系统。因为在助力结构的布置上创新的采用了摇臂轴助力，故称本文转向系统为摇臂轴助力式循环球电动助力转向系统。以此系统为研究对象，运用滑模变结构控制理论、MATLAB软件仿真技术、现代控制理论，再结合本论文转向系统开发的前景、目的和技术问题对本论文转向系统的总体设计方案、理论模型与动态性能、变结构控制策略等方面展开研究。 根据商用新能源客车和大吨位新能源载重汽车使用需求，进行结构设计，确定系统总体性能参数，建立动力学方程。设定系统状态量，将动力学方程转换成状态方程并化简，得到标准的状态方程模型，再对状态方程模型进行滑模变结构控制得到转向系统的期望性能。在对转向系统的变结构控制研究中，首先对其滑动模态的存在性、可达性、稳定性和抖振成因进行了理论分析；其次对其受到的外部干扰，进行了滑动模态的不变性分析；然后给出了一种用于判断状态空间系统稳定性的李雅普诺夫第二方法；最后对系统模型进行仿真分析，得到提高系统转向跟随性的途径和方法。 仿真分析过程中，设置状态量的初始值，将其无控制情况下的性能表现与滑模变结构控制下的性能表现进行对比，发现系统在无控制情况下的动态性能非常脆弱。为此，本论文采用最终滑动模态特征向量任置法来求取系统的切换函数。同时，本文采用一种优化后的指数趋近律求取系统变结构控制，以削弱系统抖振并缩短响应调整时间。且在项目研究中，此系统是要用于大扭矩新能源客车和新能源载重货车的。而车辆操控扭矩越大，发生突发事故造成严重伤害的可能性越大。因此，为提高控制性能，保证转向控制的可靠性和稳定性，对系统的跟随性和超调量要求较高——要求响应时间不超过0.02秒，超调量要小于2%。 考虑助力机械结构磨损间隙带来的外部干扰影响，并对它进行正弦化处理。然后在MATLAB/Smulink中对此滑模变结构系统建模并仿真，仿真试验结果表明：一方面，本文所建立摇臂轴助力式循环球电动助力转向系统的运动模型能够较为真实地反应出车辆转向的运动状态；另一方面，本文所设计系统无论是在无外部干扰还是在有外部干扰时，都具有良好的控制效果。且系统小于0.01秒就趋于稳定，几乎无超调。相比于无控制系统，受控滑模变结构控制系统克服了振荡，缩短了到达平衡状态的时间，对减速机构磨损带来的干扰不敏感，具有极强的抗干扰性。 |
| 作者： | 胡鹏 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 龚伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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