申请/专利权人：江苏大学

申请日：2021-08-31

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN113741172B

主分类号：G05B11/42

分类号：G05B11/42

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2021.12.21#实质审查的生效;2021.12.03#公开

摘要：本发明一种基于带宽参数整定的滑移率自抗扰控制方法及控制器，该方法包括以下步骤：数学模型的建立：建立汽车模型和轮胎模型；基于ABS制动器的滑移率自抗扰控制器设计：以跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制器为核心设计自抗扰控制器；基于ABS制动器带宽的参数整定：基于ABS制动器带宽参数，对滑移率自抗扰控制器进行参数整定。最后，进行仿真分析，验证线性自抗扰控制的ABS滑移率控制方法的可行性和有效性。结果表明，该方法物理意义明确，参数整定简单，可移植性高，能够根据制动系统带宽进行滑移率控制器设计，在未知扰动时仍然能够进行滑移率的有效跟踪。

主权项：1.一种基于带宽参数整定的滑移率自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：数学模型的建立：建立汽车模型和轮胎模型,其中建立车辆动力学模型如下：根据整车纵向、横向和横摆运动动力学特性以及车轮动力学特性，建立车辆7自由度动力学模型： 式中：δ为前轮转角；Vx，Vy分别为纵向、横向车速；和分别表示纵向和横向车速的微分，β为质心侧偏角；r为横摆角速度；Fxi、Fyi、Fzi分别为轮胎纵向力、侧向力、垂向力；i＝fl、fr、rl、rr分别对应左前轮、右前轮、左后轮、右后轮；ωi为各轮胎的角速度；m为整车质量；a、b为前后轴到质心的距离；tw1为前轴轮距；tw2为后轴轮距；Iz为整车绕Z轴的转动惯量；J是车轮转动惯量；R表示轮胎有效半径；Tbi和Tdi分别表示各轮胎的制动力矩和驱动力矩；ABS制动系统作为一阶惯性系统，其传递函数为： 式中，ωb为线控制动系统传递函数的零点，也是制动系统执行器带宽，s表示复数域传递函数的算子；建立轮胎模型如下：为考虑轮胎力的非线性，采用Dugoff轮胎模型，在该模型中，轮胎纵向力为： 式中，αi为各轮胎侧偏角，Cβ为轮胎纵向刚度，Cα为轮胎侧向刚度，u为路面摩擦系数，εr为速度因子，λi为各轮胎的滑移率，Vi表示各车轴速度；各轮胎垂向载荷FNi表示为： 式中，T＝a+b为车辆轴距；hg为质心到地面的距离；各轮胎侧偏角公式： 各车轮轮心在车轮坐标系下的纵向速度Vi： 各车轮滑移率λi如下所示： 基于ABS制动器的滑移率自抗扰控制器设计：以跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制器为核心设计自抗扰控制器；基于ABS制动器带宽的参数整定：基于ABS制动器带宽参数，对滑移率自抗扰控制器进行参数整定；所述跟踪微分器的设计：利用跟踪微分器安排目标滑移率的过渡过程， 其中，fh为跟踪微分器的数值，λo为目标滑移率，λt和分别为过渡过程滑移率和其微分值；r0为速度因子；h为步长；t为当前时刻；式1非线性跟踪微分器采用的fhan函数的离散表达式为： Sign为符号函数，负值时恒为-1，非负值时恒为1；所述扩张状态观测器的设计：将滑移率模型写成状态方程形式 式中，x1＝λi，x3＝f作为增广状态向量，u＝Tbi作为控制向量，作为总扰动的微分值；f用基于状态空间模型的状态观测器来估计；根据3,得控制系统误差方程为 其中，e1＝z1-x1，e2＝z2-x2，e3＝z3-x3,z1,z2,z3分别为状态向量x1,x2,x3的状态估计，β01，β02，β03分别为e1,e2,e3的估计增益系数；将|e|αsigne改造成原点附近具有线性段的连续幂次α的函数： ρ为线性段的区间长度；所述误差反馈控制器的设计：采用PD控制器，实现滑移率跟踪控制的扰动补偿，即u0＝KPλt-z1-KDz222式中，KP是增益反馈系数，KD是微分反馈系数；ABS的二阶控制器表示为： Gc表示误差反馈控制器的传递函数；误差反馈控制器的增益系数等效成： 其中，ωc为ABS控制系统的误差反馈控制带宽，ξ为ABS控制系统的误差反馈控制阻尼比；反馈控制率为： 其中，u0为扰动补偿，z3为状态向量x3的状态估计，J是车轮转动惯量，Vx为纵向车速，R表示轮胎有效半径；所述基于ABS制动器带宽的参数整定中，所述跟踪微分器参数整定：r0＝7ωb26ωb为制动器的带宽；所述基于ABS制动器带宽的参数整定中，所述扩张状态观测器参数整定：β01＝3ω0,ω0为观测器的带宽系数；所述基于ABS制动器带宽的参数整定中，所述误差反馈控制器参数整定：以ωb为起点增加，设置滑移率的超调和制动执行器的震荡幅值设定阈值，不超过规定阈值不断增加，直到达到规定阈值的极限，权衡得到最终的反馈误差控制带宽ωc。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 江苏大学 一种基于带宽参数整定的滑移率自抗扰控制方法及控制器

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