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汽车EPS鲁棒控制方法研究

作 者: 左虎彪
导 师: 邓兆祥
学 校: 重庆大学
专 业: 车辆工程
关键词: 电动助力转向系统 H∞回路成形 鲁棒控制 路感 控制器
分类号: U463.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 58次
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内容摘要


电动助力转向系统相对液压助力转向系统具有很多优点,成为国内外学者和生产厂家研究的热点。目前,国内的中高级轿车配置EPS都来自国外,只有少量的微车采用国内研发的EPS系统。所以EPS要在国内实现产业化并且占据国内大部分汽车市场,仍然需要大量的研究,特别是对国外保密的EPS控制策略、助力特性等关键技术的攻关。通过Lagrange方程推导出电动助力转向系统的数学模型,以实现转向轻便性和良好的“路感”为目标设计了电动助力转向系统助力特性曲线;探讨了助力特性系数对电动助力转向系统稳定性的影响。针对建立的EPS模型不确定性,采用基于H∞回路成形方法对EPS进行控制研究。研究结果表明:EPS转角输入时,齿条位移的阶跃响应随着助力特性系数的增加,系统超调量增加,振荡加剧,但是系统仍然稳定。EPS力矩输入时,系统稳定的条件是助力特性系数必须小于一定的值。EPS路面冲击输入时,把持力矩的脉冲响应随着助力特性系数的增加,系统的振荡更加剧烈,转向舒适性变差(特别是在高频),说明系统对地面高频冲击阻尼降低。设计的基于H∞回路成形的EPS控制器减小了路面扰动和传感器噪声对系统的影响。对EPS系统可能发生的结构性摄动(参数摄动)和非结构性摄动(非参数摄动)进行了仿真,结果表明,该方法设计的控制器对参数摄动和非参数摄动都具有强健的鲁棒稳定性。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
1 绪论  7-15
  1.1 引言  7-8
  1.2 电动助力转向系统的组成和工作原理  8-9
  1.3 电动助力转向系统的布置方案  9-10
  1.4 EPS 的操纵性能要求  10-11
  1.5 电动助力转向系统的国内外研究现状  11-13
    1.5.1 电动助力转向系统的国外研究现状  11-12
    1.5.2 电动助力转向系统的国内研究现状  12-13
  1.6 研究内容  13-15
2 电动助力转向系统建模及助力曲线设计  15-33
  2.1 电动助力转向系统的建模  15-17
  2.2 EPS 传递特性  17-19
  2.3 EPS 助力特性曲线  19-20
  2.4 理想转向手力与车速和侧向加速度之间的关系  20-22
  2.5 电机助力力矩与理想手力矩之间的关系  22
  2.6 转向轴当量阻力矩  22-25
    2.6.1 线性二自由度车辆动力学模型  23
    2.6.2 回正力矩产生的阻力矩  23-24
    2.6.3 干摩擦产生的阻力矩  24-25
    2.6.4 转向系统的粘性阻力矩  25
    2.6.5 重力回正力矩  25
  2.7 直线型助力曲线的参数确定  25-31
  2.8 本章小结  31-33
3 电动助力转向系统稳定性分析  33-45
  3.1 EPS 根轨迹分析  33-34
  3.2 转向盘转角输入下EPS 的稳定性分析  34-39
    3.2.1 转向盘转角输入下小齿轮位移响应的稳定性分析  34-37
    3.2.2 转向盘转角输入下助力转矩响应的稳定性分析  37-39
  3.3 转向盘转矩输入下EPS 的稳定性分析  39-40
  3.4 路面冲击作用下EPS 的稳定性分析  40-44
  3.5 本章小结  44-45
4 基于 H∞回路成形理论的 EPS 鲁棒控制研究  45-73
  4.1 H∞鲁棒控制的基本概念  45-48
  4.2 H∞回路成形  48-55
    4.2 1 H∞回路成形的基本思想  48
    4.2.2 标准的反馈控制系统  48-50
    4.2.3 RH∞上的互质分解  50-51
    4.2.4 互质因式摄动系统的鲁棒镇定  51
    4.2.5 H∞回路成形的设计程序  51-53
    4.2.6 H∞回路成形的理论依据  53-55
    4.2.7 H∞回路成形加权函数的选择  55
  4.3 EPS 的H∞回路成形控制器的设计  55-58
    4.3.1 EPS 的H∞回路成形模型  55
    4.3.2 EPS 回路成形模型原始分析  55-56
    4.3.3 控制器的设计  56-58
  4.4 EPS H∞回路成形控制器的仿真  58-71
  4.5 本章小结  71-73
5 总结与展望  73-75
  5.1 总结  73
  5.2 后续的工作研究与展望  73-75
致谢  75-77
参考文献  77-80
附录  80
  A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  80

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车结构部件 > 转向系统
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