基于PI動態(tài)逆方法的EPS魯棒控制

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）一方面可以降低駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的力矩，提供轉(zhuǎn)向路感；另一方面在完成轉(zhuǎn)向過程后，輪胎與地面間的回正力矩能夠改變轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角使其回到中位，包括低速下的回正不足和高速下的轉(zhuǎn)向超調(diào)及振蕩。然而在路面條件較差的情況下，回正力矩存在非期望的改變轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的隱患。基于PI類動態(tài)反演方法設計了魯棒控制器以增強EPS系統(tǒng)的魯棒性，減小轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的意外變化。

搭建了理想的EPS動態(tài)模型，主要包含轉(zhuǎn)向盤、電動機、減速機構(gòu)和齒輪-齒條機構(gòu)。EPS機械系統(tǒng)又可分為兩個模塊：①轉(zhuǎn)向柱管模塊中，轉(zhuǎn)向盤力矩由扭桿剛度和扭桿兩端轉(zhuǎn)角差的乘積決定；②助力電機執(zhí)行模塊中，電機輸出力矩與電機控制電流成正比，輪胎與路面間的外部摩擦力矩由Dugoff輪胎模型計算得到。

動態(tài)逆控制的基本思想是利用全狀態(tài)反饋抵消原系統(tǒng)中的非線性特性，得到輸入輸出之間具有線性行為的新系統(tǒng)（稱之為偽線性系統(tǒng)），從而可以應用線性方法對新系統(tǒng)進行綜合。動態(tài)逆控制方法與其它方法相比，其主要特點是不依賴于非線性系統(tǒng)的求解或穩(wěn)定性分析，而只需討論系統(tǒng)的反饋變換。然而，對于相同的不確定因素，不同形式的動力學系統(tǒng)響應不同。因此，選擇合理的期望動力學系統(tǒng)對于滿足系統(tǒng)性能和魯棒性要求顯得尤為重要。

為得到閉環(huán)控制效果，在動態(tài)逆方法中加入PI控制算法，并將其與傳統(tǒng)PI算法進行仿真對比分析。仿真工況保持轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為10°，為了模擬不穩(wěn)定的路面條件，在回正力矩中加入隨機噪聲干擾。結(jié)果表明，傳統(tǒng)PI控制的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角最大誤差達到20%，而PI動態(tài)逆控制器的控制誤差低于5%。未來研究工作中，應當進一步考慮更精確的基于橫擺角速度或側(cè)向加速度的控制器響應效果。

Byungseok Seo et al. 2012 IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety.

編譯：張為榮