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基于故障估计的线控转向主动容错控制研究
| 论文题名： | 基于故障估计的线控转向主动容错控制研究 |
| 关键词： | 汽车线控转向系统;主动容错控制;转角跟随;故障估计 |
| 摘要： | 线控转向(SBW)技术是现代汽车转向技术中新成员，也是重要的创新之一，它对比之前的传统转向系统，取消了方向盘与转向器之间的机械连接，取而代之的是转向轮转角跟随控制器和转向执行机构，并完全由电能实现转向。这种线控结构不但使得转向系统的结构更加简单，而且能够对汽车转向进行更多更精确的控制，为未来无人驾驶的横向控制提供了技术支持。 但是，由于线控转向系统取消了机械连接，完全采用电机驱动转向，增多了系统中电子元件的个数，也增大了系统出现故障的可能性。线控转向系统中可能出现的故障类型主要包括传感器故障、执行器故障以及控制器故障。本文主要针对线控转向系统工作时可能出现的转向轮转角传感器测量故障和转向电机输出扭矩故障进行研究。 首先，分别建立了含系统扰动的线控转向模型、传感器一般形式故障模型和执行器一般形式故障模型，并联合这些模型建立了含传感器故障的线控转向系统模型和含执行器故障的线控转向系统模型。其中系统扰动主要考虑转向轮轮胎回正力矩，传感器故障主要考虑转向轮转角传感器测量值故障，执行器故障主要考虑转向电机输出扭矩故障。 接着为线控转向系统设计了一种自适应反演滑模转角跟随控制器，该控制器在反演控制的基础上引入滑模项，解除了系统扰动对转角跟随性能的影响。并在多种转向工况下对本文设计的自适应反演滑模控制器与反演控制进行仿真对比，证明了自适应反演滑模控制器更优的转角跟随性能。 然后本文针对线控转向系统中的传感器故障，设计了一种基于传感器信号重构的主动容错控制系统，通过设计的传感器故障观测器对传感器故障进行估计，再实现对传感器错误信号的纠正。并利用Matlab/Simulink和CarSim联合仿真，在多种转向工况下，验证了该线控转向系统主动容错控制系统的有效性。 再者，针对线控转向系统中的执行器故障问题，设计了一种基于控制律补偿的主动容错控制系统，通过设计的执行器故障观测器对执行器故障进行估计，再通过对自适应反演滑模控制器的控制律补偿，使得线控转向系统在发生执行器故障时依然能够正常运行。并利用Matlab/Simulink和CarSim联合仿真，在多种转向工况下，验证了该线控转向系统主动容错控制系统的有效性。 最后，搭建了一个线控转向实车实验平台，并对其转向性能进行了实验验证。 |
| 作者： | 杨洋 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 汪洪波;魏振亚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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