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基于H_∞鲁棒控制理论的EPS控制策略研究

作　者: 胡敬朋
导　师: 王聪
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 汽车EPS H_∞鲁棒控制理论混合灵敏度设计方法路感强度 LMI
分类号: U463.4
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 473次
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内容摘要

本文研究了汽车EPS (Electric Power Steering)系统的运行机理,揭示了电动助力转向系统从本质上属于多参数输入多参数输出(MIMO)、时变的、非线性、不确定性且多控制目标系统。结合现代鲁棒控制理论与技术,构建了基于现代鲁棒控制理论的EPS动力学状态空间模型,在此基础上,研究得到汽车EPS鲁棒性能和稳定性判断条件,并设计出基于鲁棒控制理论的EPS混合灵敏度H∞控制器,仿真研究了在H∞控制器作用下的EPS被控系统跟随性,提出了EPS路感强度H∞控制策略。基于Proteus和Keil构建了汽车EPS虚拟实验室,在虚拟实验室软硬件仿真基础上,详细研究了汽车EPS试验台的组成、总体方案、实验项目设计、开发的关键技术和研制EPS测控板等相关内容。最后把在EPS试验台架得到良好效果的EPS安装到试验车上,进行了全面的道路车载性能评价。研究成果应用于实践表明：基于H∞控制器的汽车EPS能有效及时找到LMI凸优化点,从而提供适时助力,具有智能性、实用性和可靠性。

全文目录

摘要  5
Abstract  5-14
1 引言  14-28
  1.1 问题提出与课题背景  14
  1.2 汽车控制理论的研究与分析  14-16
    1.2.1 基于最优控制理论的汽车技术  15
    1.2.2 基于PID控制理论的汽车技术  15
    1.2.3 基于模糊控制理论的汽车技术  15
    1.2.4 基于自适应控制理论的汽车技术  15-16
    1.2.5 基于人工神经网络的汽车技术  16
  1.3 现代鲁棒控制理论及其应用技术  16-18
    1.3.1 现代鲁棒性问题的提出  16-17
    1.3.2 鲁棒控制理论的研究历程  17
    1.3.3 现代鲁棒性理论的应用  17-18
  1.4 EPS的工作原理及其发展历程  18-21
    1.4.1 EPS工作原理  18-19
    1.4.2 EPS类型  19
    1.4.3 汽车助力转向系统发展历程及EPS的优点  19-21
  1.5 汽车EPS控制技术国内外研究现状  21-25
    1.5.1 国外研究现状  21-25
    1.5.2 国内研究现状  25
  1.6 论文研究技术路线与主要研究内容  25-28
    1.6.1 研究的技术路线  25-26
    1.6.2 主要研究内容  26-28
2 EPS动力学状态空间模型的构建及其系统分析  28-38
  2.1 EPS机理分析及其动力学解析模型的构建  28-34
  2.2 EPS系统的动力学状态空间模型的构建  34-36
  2.3 本章小结  36-38
3 EPS模型鲁棒性分析及目标控制  38-46
  3.1 EPS不确定性及鲁棒性需求分析  38
  3.2 基于现代鲁棒控制理论的不确定性闭环系统设计基础  38-42
    3.2.1 基于鲁棒控制理论的不确定性被控系统的抽象  38-40
    3.2.2 基于鲁棒控制理论的不确定性被控系统稳定性判据  40-41
    3.2.3 基于鲁棒控制理论的不确定性被控系统鲁棒性判据  41-42
  3.3 基于鲁棒控制理论的EPS不确定性被控系统控制目标设计  42-44
  3.4 本章小结  44-46
4 H_∞鲁棒控制器理论分析与设计  46-76
  4.1 H_∞鲁棒控制理论概述  46-50
  4.2 基于H_∞鲁棒控制理论的EPS控制器设计  50-57
    4.2.1 被控闭环系统模型的H_∞鲁棒控制标准化  50-52
    4.2.2 基于H_∞鲁棒控制理论的EPS增广控制模型的构建  52-56
    4.2.3 构造基于H_∞鲁棒控制理论的EPS系统控制加权函数  56-57
  4.3 LMI算法基础及应用  57-61
  4.4 运用线性矩阵不等式求解EPSH_∞控制器  61-63
  4.5 基于H_∞鲁棒控制理论的EPS控制器模型控制性能仿真分析  63-74
    4.5.1 EPS助力转矩偏差的控制仿真与评价  64-68
    4.5.2 EPS路感的控制仿真与评价  68-69
    4.5.3 EPS鲁棒性的控制仿真与评价  69-74
  4.6 本章小结  74-76
5 基于H_∞混合灵敏度鲁棒模型构建与其跟随性分析  76-90
  5.1 方向盘转角机理分析与其模型的构建  76-81
    5.1.1 转角跟随性机理分析  76-78
    5.1.2 基于标准H_∞控制模型的角输入跟随性控制  78-79
    5.1.3 基于H_∞混合灵敏度鲁棒理论的转角跟随性能控制模型构建  79-81
  5.2 基于鲁棒控制理论的角转向跟随性控制器设计  81-84
  5.3 基于鲁棒控制理论的角转向跟随性控制器仿真与分析  84-89
    5.3.1 一对多控制目标分析与加权函数的调节  84-85
    5.3.2 基于鲁棒控制理论的角转向跟随性控制器的鲁棒性研究  85-86
    5.3.3 基于鲁棒控制理论的角转向跟随性控制器跟随性效果仿真研究  86-89
  5.4 本章小结  89-90
6 EPS路感量化分析及其控制  90-104
  6.1 路感机理分析与路感的量化  90-92
    6.1.1 路感机理分析  90-91
    6.1.2 路感微分分析与路感强度量化  91-92
  6.2 EPS理想路感强度研究  92-97
    6.2.1 EPS理想助力特性图谱  92-95
    6.2.2 I-T_d理想直线型助力特性路感图谱  95-97
  6.3 调整路感强度策略研究  97-102
    6.3.1 基于鲁棒控制理论的调整路感强度算法  97-98
    6.3.2 H_∞鲁棒控制理论的EPS路感强度模型构建  98-102
  6.4 本章小结  102-104
7 汽车EPS研发与其车载性能评价  104-134
  7.1 基于Proteus和Keil构建汽车EPS虚拟实验室  104-107
    7.1.1 Proteus软件特点  104
    7.1.2 Keil c51软件特点  104
    7.1.3 KeilC51与Proteus连接调试  104-107
  7.2 汽车EPS核心处理器  107-108
  7.3 汽车EPS电机驱动的仿真  108-114
    7.3.1 电机驱动项目目标  108-109
    7.3.2 汽车EPS电机驱动硬件设计  109
    7.3.3 汽车EPS电机驱动软件设计  109-113
    7.3.4 汽车EPS电机驱动项目系统调试  113-114
  7.4 汽车EPS的开发关键技术  114-118
    7.4.1 汽车EPS中ECU通信技术  114-115
    7.4.2 传感器数字滤波技术  115
    7.4.3 EPS直流助力电机的PWM技术  115-116
    7.4.4 汽车EPS系统测控板的研制  116-118
  7.5 EPS试验台设计与鲁棒控制测试  118-124
    7.5.1 EPS试验台方案设计需求  118
    7.5.2 EPS试验台设计方案  118-119
    7.5.3 汽车EPS试验台系统总成  119-120
    7.5.4 EPS试验台测试与EPS性能评价  120-124
  7.6 道路车载试验与EPS性能评价  124-132
    7.6.1 EPS转向盘中间位置区域性能评价  124-126
    7.6.2 EPS转向轻便性指标评价  126-129
    7.6.3 EPS转向盘振动性能评价  129
    7.6.4 EPS转向回正性指标评价  129
    7.6.5 EPS能量消耗评价  129-130
    7.6.6 EPS助力特性性能评价  130-131
    7.6.7 EPS可靠性评价  131-132
  7.7 本章小结  132-134
8 结论与展望  134-136
  8.1 主要结论  134-135
  8.2 主要创新点  135
  8.3 展望  135-136
参考文献  136-140
致谢  140-142
博士期间发表学术论文及参加科研工作情况  142-144
附录  144-151

基于H_∞鲁棒控制理论的EPS控制策略研究

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