无人驾驶机器人车辆非线性模糊滑模车速控制

为了实现不同行驶工况下车速的精确、稳定控制,提出一种基于非线性干扰观测器的无人驾驶机器人车辆模糊滑模车速控制方法。考虑模型不确定性和外部干扰对车速控制的影响,建立车辆纵向动力学模型。通过分析无人驾驶机器人油门机械腿、制动机械腿的结构、机械腿操纵自动挡车辆踏板的运动,建立油门机械腿和制动机械腿的运动学模型。在此基础上,分别设计油门/制动切换控制器、油门模糊滑模控制器以及制动模糊滑模控制器,并进行控制系统的稳定性分析。油门/制动切换控制器以目标车速的导数为输入来进行油门与制动之间的切换控制。油门模糊滑模控制器和制动模糊滑模控制器以当前车速以及车速误差为输入,分别以油门机械腿直线电机位移和制动机械腿直线电机位移为输出来实现对油门与制动的控制。模糊滑模控制器中,为了减少控制抖振,滑模控制的反馈增益系数由模糊逻辑进行在线调节。模糊滑模控制器中的非线性干扰观测器用于估计和补偿无人驾驶机器人车辆的模型不确定性与外部干扰。仿真及试验结果对比分析表明：本文方法能够精确地估计和补偿无人驾驶机器人车辆的模型不确定性和外部干扰,避免了油门控制与制动控制之间的频繁切换,并实现了精确稳定的车速控制。     

基于矢量控制的混合动力汽车电机控制器设计

为满足HEV扭矩响应快的要求,本文研究基于转子磁定向的矢量控制算法并建立仿真模型,仿真结果表明,该方法能够获得良好的动态跟随性;然后对控制器的软、硬件进行模块化设计,为实现异步感应电机矢量控制构建平台;同时,采取多种抗干扰及隔振措施使控制器能够适应HEV的工作环境;最后通过电机台架试验验证,所设计的驱动系统具有扭矩响应快、调速范围宽、综合效率高等特性。     

汽油发电机组电子调速器研究

介绍了一种由单片机控制,步进电机驱动的电子调速器的工作原理,电路结构和编程方法。着重分析了调速过程中采用的PID自适应控制算法,采用此算法可以根据转速变化情况确定节气门开度的变化量,因而,优化了电路结构,提高了控制精度。     

Smooth motion control of the adaptive cruise control system by a virtual lead vehicle

The adaptive cruise control system maintains the appropriate distance to the lead vehicle when the lead vehicle exists and maintains the desired speed when no lead vehicle is detected. A virtual lead vehicle scheme is introduced to make the switching between the speed control algorithm and the distance control algorithm unnecessary and simplify the structure of the control system. The speed and the position of the virtual vehicle can be decided by the control system according to the current situation. Smoother responses are achieved by the virtual lead vehicle scheme compared to the conventional mode switching scheme. This method is also shown to provide a good reaction for when a lead vehicle cuts in or out. A linear quadratic controller with variable weights is suggested to control the virtual lead vehicle. This scheme shows improved performance in terms of passenger comfort and fuel efficiency of the host vehicle.     

汽车电动助力转向控制系统的初步研究

自行设计的电动助力转向系统(EPS)由控制器、转向盘转矩传感器、车速传感器、电流传感器(在控制器内)、助力电机及减速机构、机械式转向器、蓄电池等组成。EPS的控制系统主要由控制器、传感器及信号处理电路、助力电机及驱动电路等组成。控制算法由电机助力控制算法和电机转矩控制算法两部分构成。该方案易于实现，同时又能保证转向控制系统较高的控制精度。     

基于BP-PID控制器的盾构液压推进控制系统研究

为解决盾构在复杂地层施工时推进速度和压力难以控制的问题,在压力流量控制的基础上提出BP神经网络控制策略。通过AMESim建立推进系统物理模型,并利用Simulink设计出BP神经网络控制器,最后对系统进行联合仿真,分析推进系统液压缸在变流量和变负载工况下推进速度和压力的响应特性。仿真结果表明:该控制策略与常规PID控制相比,波动幅度降低,调节时间快。采用BP神经网络PID控制能够有效地提高盾构在负载突变情况下速度和压力控制精度,稳定性好、适应能力强,为盾构控制系统设计和优化提供理论参考。     

纯电动物流车用PMSM降开关损耗控制

物流车是城市内部运送货物的重要交通工具,具有运行距离短、启停频率高、运行时间长的特点。城市内部物流车都逐步采用纯电动物流车代替传统的燃油车。针对物流车运行特点,文章对电动物流车电机控制算法进行优化,在考虑不同工况下使用不同的开关频率,降低开关损耗,减少控制器发热。通过对降低开关损耗控制方法与传统控制方法在不同车辆运行工况下对比,电机控制器发热均有所降低,同时电机控制器效率有所增加。     

Decoupled self-tuning PI controller for an idling stop system applied to scooters

This paper is aimed to propose a decoupled self-tuning proportional plus integral (PI) controller with simple law for an idling stop system applied to scooters. An integrated starter generator (ISG) of the idling stop system is designed with a high efficiency permanent magnet synchronous motor (PMSM). The PMSM used as an ISG must have a high torque characteristic to ensure that the engine can be accelerated up to firing speed. A conventional and useful control algorithm named PI control is unable to handle motor current very well for dynamic load, parametric variation, and external disturbance, especially in a vehicle application. Therefore, a robust algorithm for current control in an ISG is proposed. The decoupled selftuning PI controller based on the Lyapunov stability theorem is utilized to guarantee the control performance. Numerical simulations demonstrate the effectiveness of the proposed control algorithm. Experimental results show that the engine of a 150 cm3 scooter can be cranked to reach firing speed by a ISG within 0.1?0.2 second. The proposed method is simple, robust, as well as stable for idling stop system, and can be effectively implemented.     

隧道掘进机刀盘驱动多电机同步自适应耦合控制研究

为解决隧道掘进机运行过程中刀盘驱动系统各电机受力不均衡导致的部件损坏或系统故障的问题，对刀盘驱动系统结构及控制模式进行分析，建立电机矢量控制模型，提出一种改进的刀盘驱动耦合控制结构。该结构一方面可以增加从电机给定转速选择功能，消除起动阶段延时引起的同步误差； 另一方面，可以通过转速补偿耦合策略缩小电机之间的转速差。在控制方法上，设计神经网络PI控制器来控制各个电机的转速，使控制系统能够根据载荷的变化自适应调整控制参数，提高控制精度。最后，通过建立Simulink仿真模型，对比自适应耦合控制与主从控制、并行控制的同步效果。结果表明，所提出的自适应耦合控制方法能够使控制中的各个环节相互配合，可达到较好的控制性能和响应转速。     

混合动力车用汽油机电控节气门系统的开发研究

为使发动机满足混合动力系统转矩分配控制的需要,针对TJ376QE电喷汽油机,采用步进电机将其机械节气门改造成电控节气门,利用MC68376单片机TPU模块的步进电机控制功能,实现了电控节气门开度的有效控制。台架联合调试结果表明,所开发的电控节气门系统具有较高的响应速度和控制稳定性,可准确执行主控制器的发动机转矩控制指令。     

EPS用直流电机转速估计最小观测器的设计与实现

利用最小观测器的基本理论,对EPS用永磁有刷直流电机进行了建模,提出了一种通过测量的电压和电流估计电机转子动态转速的算法。与实测转速的对比表明,合理配置最小观测器的极点位置,可以估计出电机的转速。研究了利用转速估计的反馈控制在EPS电机控制中的应用,结果表明,使用具有电机转速估计反馈的阻尼控制算法可以明显改善转向盘转矩的波动。     

基于直驱阀的快速响应线控制动系统液压力精确控制

为突破响应时间与控制精度的性能瓶颈，提出一种基于直驱阀的快速响应线控制动系统，通过基于Halbach永磁阵列的电磁直线执行器直接驱动阀芯，实现制动轮缸液压力的迅速调节。建立线控制动系统电磁、机械和液压子系统模型，设计基于逻辑门限的线控制动系统液压力-直驱阀位置切换控制架构。压力环采用滑模变结构控制，使轮缸液压力迅速逼近目标液压力值；设计结合摩擦补偿自适应控制律、稳定反馈和鲁棒控制的自适应鲁棒控制方法的直驱阀位置环，使直驱阀芯能够迅速通过阀死区；基于李雅普诺夫函数方法证明算法的稳定性。以线控制动系统的响应时间、控制精度等性能参数作为目标函数，通过相关矩阵分析控制参数对性能的影响规律，并通过多目标粒子群算法优化控制器参数。研究结果表明：提出的切换控制方法与PID控制和滑模控制相比，目标压力10 MPa的阶跃响应时间为0.05 s，稳态误差不超过2％；ARTEMIS欧洲循环工况下的均方根误差为0.33 MPa；设计的直驱阀结构与控制方法有利于提高制动系统的响应速度和控制精度。     

燃料电池混合动力系统总线电压对电机转矩及效率的影响

为评价总线电压对电机转矩以及效率的影响,在动态测功机试验台架上设计相应的试验,测量总线电压在400~455 V之间变化时某三相异步感应电机的输出转矩和效率。结果表明,在电机低效率区域,电机效率受总线电压影响较大。电机输出转矩相对于目标转矩有平均0.5 s的延时,在高总线电压、高电机转速区域,电机控制器启动自保护功能,输出转矩远小于目标转矩。中国城市公交典型工况测试表明,对经济性影响最大的前80%的电机工况点主要分布于受总线电压变化影响较小的高效率区,在城市公交工况下对电机效率的粗略分析可以忽略总线电压的变化。     

基于智能电动汽车的纵向车速跟随控制策略

首先,设计了一种切换缓冲区间阈值可调的切换逻辑。其次,设计了一种对车速变化具有自适应性的PI控制驱动策略,再次,设计一种基于模糊控制的制动控制策略,在保证纵向车速跟踪精度的前提下,能避免车辆制动时的“前冲现象”,提高了舒适性。最后,通过Matlab与Carsim、Amesim的联合仿真验证了算法的有效性。     

Motor control of input-split hybrid electric vehicles

A motor control strategy for an input-split hybrid electric vehicle (HEV) is proposed. From a power characteristic analysis, it is found that the powertrain efficiency decreases for speed ratios at which power circulation occurs. Using dynamic models of an input-split HEV powertrain, a motor-generator control algorithm for obtaining high system efficiency is designed by inversion-based control. The performance of the control algorithm is evaluated by the simulator which is developed based on PSAT, and simulation results are compared with the test results. It is found that, even if the engine thermal efficiency is sacrificed by moving the engine operation point from the OOL for the control strategy, improved overall powertrain system efficiency can be achieved by the engine operation that gives a relatively high efficiency from the viewpoint of the overall powertrain efficiency. The control algorithm developed can be used in design of future electric vehicles.     

主动悬架用直线电机模型预测推力控制

针对主动悬架用直线电机高精度与高效率的控制需求，充分研究直线电机以及主动悬架动力学特性，建立直线电机驱动模型与主动悬架二自由度参考模型。为了改善传统直线电机直接推力控制的动态性能，提出一种改进的模型预测推力控制方法。该方法将逆变器产生的7个非零电压矢量作为备选矢量，并融合预测模型来计算出控制周期内的电机运行状态参数，基于成本函数最小值原理挑选出最优电压矢量，并将其作用于逆变器产生驱动电机所需的电压。为了解决数字控制系统的固有问题，提出延时补偿技术，保证对电机能够进行实时控制；对于逆变器开关频率不固定而引起的开关损耗等问题，通过在成本函数中加入开关频率项，在选择最优电压矢量的同时还降低了逆变器的整流频率与开关损耗；另外为了提高电机推力的效率以及减小推力与磁链波动，提出最大推力电流比与占空比优化控制技术，提高直线电机的动态控制性能。基于MATLAB/Simulink与dSPACE联合仿真，并搭建直线电机与主动悬架硬件测试平台，对所提出的控制方法进行验证，同时对主动悬架系统的动力学性能也进行了仿真与试验测试。试验结果表明：相较于传统的直接推力控制，所提出的控制策略使电机能够拥有更快的稳态速度、更小的电磁力与磁链波动以及更低的开关频率；各工况下，轮胎动载荷试验与仿真结果均方根值的相对误差分别为12.3%、4.47%、6.3%；悬架动行程试验与仿真结果均方根值的相对误差分别为10.3%、8.86%、10.6%；车身加速度试验与仿真结果均方根值的相对误差分别为6.23%、9.12%、7.2%。由计算结果可知，各评价指标的相对误差均在13%以内，验证了仿真结果的正确性，证明了模型预测推力控制对于提升电机与悬架动力学性能的有效性，能够实现对车辆悬架系统全局工况性能最优，协调控制悬架系统的动力学性能。     

具有辅助动力源的燃料电池汽车功率平衡控制算法

建立了包括燃料电池发动机、电机及其控制器、动力蓄电池组在内的燃料电池汽车动力系统的动态数学模型。通过设计线性二次型调节器得到最优控制律;通过构造状态观测器解决状态变量蓄电池开路电压不可测量的问题,从而建立了基于全状态反馈的燃料电池汽车动力控制算法。离线仿真和实车转鼓试验证明,所建立的动力控制算法达到了既定的控制目标,并且充分考虑了动力系统主要部件的动力性和经济性。     

线控转向系统转角反步控制算法研究

为实现商用车线控转向,设计一套新的线控转向系统架构及其转角跟踪控制算法。新的线控转向系统采用丝杠螺母结构中的丝杠直接控制纵拉杆,螺母通过带轮机构被电机驱动。对线控转向系统结构进行运动学分析,推导转向系统可变传动比,采用前轮转角为状态变量,建立线控转向系统二阶动力学模型。基于转角跟踪目标,采用反步控制算法,设计线控转向系统转角跟踪控制器,通过反馈系统线性化处理系统参数不确定和环境干扰问题,实现准确的目标转角跟踪,并建立李雅普诺夫函数,证明了采用反步控制的线控转向系统是渐进稳定的。搭建采用“丝杠螺母+带轮机构”架构的线控转向实车底盘测试台架,选取蛇形和混合工况进行控制算法验证。研究结果表明：与滑模控制算法的测试结果对比可知,反步控制算法绝对平均跟踪误差值降低了71.88%~79.57%,跟踪误差标准偏差值降低了71.32%~78.50%;线控转向系统反步控制转角跟踪算法能够减少系统收敛到原点的时间,抑制系统的抖振,提高车辆线控转向系统转角跟踪的操纵灵活性。     

汽车防抱制动系统电子控制器的设计开发

设计开发了防抱制动系统的电子控制器，包括电源、CPU、轮速传感器信号处理以及电磁阀控制电路。在轮速传感器信号的处理方面，增加了关键的频率／电压转换电路。试验证明，该电子控制器工作可靠，在车轮转速较低情况下可保证测量准确，解决了轮速较低时采用计数方法误差较大的问题。