基于PID蟻群優(yōu)化控制的EPS

電動車（EV）采用電池作為能量來源，相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機其續(xù)航能力較弱。為降低能耗、提高能量利用率，EV上的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選用電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）而不是傳統(tǒng)的液壓助力系統(tǒng)。EPS中，電動機通常連接于轉(zhuǎn)向齒條或轉(zhuǎn)向柱管上，轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)角傳感器布置在轉(zhuǎn)向輸入軸上，ECU接收輸入轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角以及車速信號，經(jīng)過計算控制電機電路運轉(zhuǎn)，從而給齒條/柱管提供助力。

EPS控制邏輯通常采用工業(yè)應(yīng)用中最簡單有效的PID（比例-積分-微分）控制算法。PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性強，并且使用維護成本低，因此如何確定閉環(huán)控制系統(tǒng)中比例、積分、微分這3個參數(shù)顯得尤為重要。然而，這3個參數(shù)對閉環(huán)控制系統(tǒng)的響應(yīng)存在耦合關(guān)系，一般都是通過經(jīng)驗及主觀評價進行反復(fù)調(diào)試，標(biāo)定周期長且不容易得到最優(yōu)的控制效果。

選用了蟻群優(yōu)化控制（ACO）對PID參數(shù)進行優(yōu)化。蟻群算法是對自然界螞蟻的尋徑方式進行模擬而得出的一種仿生算法。螞蟻在運動過程中，能夠在其所經(jīng)過的路徑上留下一種稱之為外激素（pheromone）的物質(zhì)進行信息傳遞，而且螞蟻在運動過程中能夠感知這種物質(zhì)，并以此指導(dǎo)自己的運動方向，因此由大量螞蟻組成的蟻群集體行為便表現(xiàn)出一種信息正反饋現(xiàn)象：某一路徑上走過的螞蟻越多，則后來者選擇該路徑的概率就越大。

基于以上研究內(nèi)容，利用Simulink編程搭建EPS模型，主要包括轉(zhuǎn)向盤模塊、電機及減速機構(gòu)模塊和齒輪-齒條執(zhí)行機構(gòu)模塊。分別采用傳統(tǒng)PID控制和ACO-PID控制對助力電流的變化曲線進行對比。仿真結(jié)果表明，相比參考值，人工調(diào)試參數(shù)PID控制的電流誤差為5.83%，而經(jīng)過ACO參數(shù)優(yōu)化PID控制的電流誤差為4.76%。下一步研究工作需要考慮動態(tài)車速輸入條件下，ACO優(yōu)化參數(shù)變化時系統(tǒng)響應(yīng)的實時性。

R A Hanifah et al.IEEE International Conference on Smart Instrumentation,Measurement and Applications.

編譯：張為榮