基于扰动观测与滑模理论的IEV直接横摆力矩控制研究

发布时间：2018-04-26 17:21

  本文选题：轮毂式电动汽车 + 有限时间控制　； 参考：《江苏大学》2017年硕士论文

【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。
[Abstract]:In order to improve the driving stability of vehicles under dangerous conditions, a practical direct yaw torque control strategy is proposed based on sliding mode variable structure control and nonlinear disturbance observation theory, taking the wheel hub electric vehicle (IEV) as the controlled object. First of all, the dynamic analysis of wheel hub type electric vehicle is carried out, and on this basis, the influence of yaw angular velocity and side deflection angle of mass center on vehicle yaw motion is considered. At the same time, the desired yaw velocity and the lateral deflection angle of the center of mass are obtained by using the two-degree-of-freedom vehicle model, and the direct yaw torque control strategy is finally determined. The control strategy is mainly composed of three parts: a mass center side angle observer, a direct yaw torque controller and a torque distribution controller. The control strategy is based on a linear two-degree-of-freedom vehicle model. The second order sliding mode observation theory is used to construct the state observer to get the estimated value of the side deflection angle of the vehicle's mass center. Using the sliding mode control theory, the traditional sliding mode direct yaw torque controller is designed. Its main function is to ensure that the actual value of the vehicle yaw angle and the side deflection angle of the center of mass track its expected value in a limited time, and to output the additional yaw torque required for the stable operation of the vehicle and adopt the dynamic load distribution method. The torque distributor was established to distribute the additional yaw torque and the torque applied by the four hub motors to the corresponding wheels was obtained. Secondly, the second order sliding mode control method is proposed to solve the chattering phenomenon in the traditional sliding mode control. In this method, the derivative of the control input is obtained by quadratic derivation of the sliding mode variable, then the derivative of the control input is regarded as the virtual input, and the control rate is designed according to the second-order sliding mode control method. This means that the designed virtual controller is discontinuous, and the actual controller as the integral of the virtual controller is continuous, so the buffeting problem in the traditional control is solved fundamentally. Then, in order to avoid the excessive selection of the control gain in the second-order sliding mode controller, a compound second-order sliding mode direct yaw torque controller is proposed by combining the nonlinear perturbation observation and the second-order sliding mode control technique. Finally, the whole vehicle model is established by CarSim, and the direct yaw torque control system is built by MATLAB / Simulink, and the CarSim and MATLAB/Simulink are combined to simulate the system. In this paper, the vehicle with or without lateral wind disturbance is simulated and tested on the low adhesion road. The simulation results show that the proposed direct yaw torque control strategy can guarantee the vehicle running stability. At the same time, the control effects of four kinds of direct yaw torque controllers are compared and analyzed. The second-order sliding mode controller based on perturbation observation performs best, which not only eliminates the buffeting problem in the traditional sliding mode controller, but also has stronger robustness and accuracy.
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U469.72;TP273

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本文编号：1806941