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基于滑模变结构控制的汽车随动后视镜系统研究
| 论文题名： | 基于滑模变结构控制的汽车随动后视镜系统研究 |
| 关键词： | 汽车后视镜;滑模变结构控制;直流无刷电机;随动功能 |
| 摘要： | 行车安全一直得到人们的高度关注，通常行车安全与否决定于驾驶员获得的信息多少，而其很大程度取决于驾驶员的视野范围。驾驶员主要通过外后视镜获得车辆的侧方和后方视野，但由于外后视镜的尺寸、角度等限制，车辆侧后方存在视野盲区，而该区域为事故高发区。为减小驾驶员行车过程中的视野盲区，提高驾驶安全性，进行随动后视镜系统研究。随动后视镜系统功能在于根据车速、方向盘转角和转向灯等信号，通过单片机进行电机位置伺服控制，实时调整后视镜角度。本文在分析车辆转向运动轨迹、后视镜位置和驾驶员盲区的关系基础上，研究后视镜直流无刷电机滑模控制算法，设计随动后视镜系统的硬件电路和软件控制策略。 研究车速和方向盘转角对车辆运动轨迹的影响，针对具体车型仿真得到车辆轨迹曲线。考虑驾驶员眼睛和头部转动，确定驾驶员眼点，根据驾驶员眼点、后视镜位置和车辆固有信息确定驾驶员的视野盲区。综合行车轨迹和驾驶员视野范围，确定后视镜合适的转动位置作为随动后视镜系统的给定。 选定直流无刷电机作为随动后视镜系统的执行机构，建立其数学模型，并对其进行简化，方便设计控制算法。提出基于一阶低通滤波器滑模反步法的直流电机位置控制算法，通过反步法虚拟速度控制实现实际位置控制;利用一阶低通滤波器计算虚拟控制项导数;对系统相位滞后进行补偿。滑模反步法需要状态完全反馈，硬件电路设计复杂，为简化硬件电路设计，减少电流和速度传感器的使用，在其基础上提出基于高增益状态观测器的直流电机位置滑模控制算法。设计高增益状态观测器观测电机速度和电流及其导数;讨论电机参数漂移和负载扰动对观测器的影响;改进滑模变结构指数趋近律。设计Lyapunov函数，证明系统稳定性。将本文设计算法与传统滑模变结构和PID控制算法比较，通过Simulink仿真实验验证算法有效性。 进行随动后视镜系统软硬件设计。软件设计包括系统功能实现设计、系统故障诊断设计和系统数字信号滤波设计。硬件设计包括MCU模块、电源供电模块、电机驱动模块、信号采集与处理模块设计。 随动后视镜系统实现车辆行驶过程中外后视镜的“随动”功能，减小驾驶员视野盲区，提高驾驶安全性。同时车辆运动轨迹和驾驶员视野的研究可用于后视镜的布置设计;直流无刷电机的滑模变结构控制算法研究，对于其他电机位置伺服控制有一定借鉴意义。 |
| 作者： | 奚文龙 |
| 专业： | 检测技术与自动化装置 |
| 导师： | 唐文秀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北林业大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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