[發明專利]一種處理狀態不等式約束的線控轉向系統建模控制方法

在審

• 申請號: 202110324005.X
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113050653A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 孫浩;楊路文;朱梓誠;屠魯川
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 合肥中悟知識產權代理事務所(普通合伙) 34191
• 代理人: 張婉

本發明公開了一種可處理狀態不等式約束的線控轉向系統建模控制方法，屬于線控轉向系統的控制方法技術領域，操作步驟如下所示：構建線控轉向系統動力學模型；基于該系統實際工作過程中所受狀態不等式約束的限制，構建一一映射的轉換函數；利用轉換函數將系統中受狀態不等式約束的狀態變量轉換為新的“自由”狀態變量，得到變量轉換后的動力學方程；針對轉換后的動力學方程和性能約束，建立基于Udwadia?Kalaba理論的控制器控制該系統的運行；通過在考慮狀態不等式約束的線控轉向系統控制方法，可使系統在同時滿足性能約束和狀態不等式約束的要求下快速穩定并精確跟蹤給定的跟蹤性能要求，為含狀態不等式約束機械系統的建模控制開辟了新的途徑。

技術領域

本發明涉及線控轉向系統的控制方法技術領域，具體涉及一種可處理狀態不等式約束的線控轉向系統建模控制方法。

背景技術

隨著科學技術的不斷進步，輔助駕駛系統和無人駕駛汽車成為新興的熱門研究領域，汽車智能轉向成為一種必然趨勢。汽車轉向系統的性能直接影響汽車的操作穩定性，對于確保車輛的安全行駛，減少交通事故以及保護駕駛人員的人身安全起著至關重要的作用。傳統機械式轉向系統雖在一定程度上改善了汽車轉向力的傳遞特性，但方向盤與轉向車輪之間機械連接的固定傳動比造成了汽車轉向特性隨車速而變化的缺陷。線控轉向系統通過轉向電機直接驅動轉向輪，替代了傳統的機械或液壓連接，實現主動轉向，從而改善車輛的操作穩定性和主動安全性。線控轉向系統在實際運行過程中，系統狀態量常常需要限制在一定的約束范圍，是一種典型的含狀態不等式約束的機械系統。

國內外研究者針對線控轉向系統的主動轉向控制問題做了許多研究工作，通過反饋汽車行駛中的狀態信息，運用經典控制理論，如PID控制，LQR控制，滑模控制，魯棒控制等，精確控制車輛轉向角。這些控制策略都取得了一定效果，但很難保證整個控制過程中系統狀態量不會超出給定邊界。線控轉向系統結構或工作環境產生的狀態不等式約束是必須要嚴格保證的，一旦超出約束將會導致轉向控制偏離、降低汽車穩定性等問題。

因此，需要提供一種能夠同時處理狀態不等式約束和跟蹤軌跡問題的控制方法。

發明內容

本發明為解決上述問題，而提出了一種可處理狀態不等式約束的線控轉向系統建模控制方法，解決了現有技術線控轉向系統控制方法難以同時處理狀態不等式約束和跟蹤軌跡的技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種可處理狀態不等式約束的線控轉向系統建模控制方法，操作步驟如下所示：

S1、建立線控轉向系統動力學模型；

S2、基于該系統實際工作過程中所受狀態不等式約束的限制，構建一一映射的轉換函數；

S3、利用轉換函數將系統中受狀態不等式約束的狀態變量轉換為新的“自由”狀態變量，得到變量轉換后的動力學方程；

S4、針對轉換后的動力學方程和性能約束，建立基于Udwadia-Kalaba理論的控制器控制該系統的運行。

進一步地，所述步驟(1)中構建線控轉向系統動力學模型為：

其中，J_eq表示系統等效轉動慣量，B_eq表示系統等效粘性摩擦系數，表示轉向系統的庫倫摩擦力，F_s表示庫侖摩擦系數，τ_e表示前輪轉向回正力矩，r表示轉換參數，N₁和N₂分別表示齒條和齒輪變速箱的齒數，r_g表示轉向電機的連接比例，τ_dis表示總的脈動干擾，表示驅動轉向電機的轉動力矩控制輸入，δ_f表示前輪轉向角，表示δ_f的一階導數，表示δ_f的二階導數；