四轮独立电动汽车的驱动控制与平顺性(续2).pdf

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1、2016(8)FOCUS3最优控制驱动系统最优控制方法可以利用性能指标进行合理控制，实现陕速处理，其能耗小，易于实现状态反馈。文章将系统的电流变化值(A／)作为性能指标。利用MATLAB软件提供的系统辨识工具箱，根据已知情况对驱动系统模型进行合理辨识【8】，建立反馈调节。关于模型类别，汽车的控制问题对于二阶线性参数模型理论比较成熟，在辨识试验中根据输入输出数据，参考文献[8]可以把驱动系统的动态模型阶次定为二阶，建立数学模型，如式(1)所示。G(s)=器2了而c(1)式中：卜_电机驱动系统的输出电流，A；(，—一

2、输入给驱动电机的D／A控制量，经过D／A转换为电压值，V；口，b，c——电机数学模型的相关参数。最后得到a=1．365，b=4．439，c=23．33，曲线的拟合率为99．1％，所建立的模型符合电机数学模型的建立要求。电流的反馈调节需要反馈电机电流的相对变化值，要对前面得到的式(1)进行变换。G(s)2盖2丽c(2)式中：△，L一电机驱动中电流的相对变化值，A；△￡／—一电机驱动中电压的相对变化值，V。将式(2)变形，列出包括状态变量X的状态方程，则其相关模型为：戈(t)=Ax(t)+BU(t)(3)其中：A=匕

3、-4439-11．365卜出3]，【．J。【23．33J’x(t)=(AIAI)’。式中：A，曰——系统方程系数矩阵；U(t)——输入变量；x(t)——状态变量。已给定初始条件X(t。)=凰，寻找最优控制u(t)，使下面的线性二次型最优控制指标最小。rtf扛Jk7(￡)甄(t)+AUT(t)RAU(t)]dt(4)。to式中：Q，R——对状态变量和输入向量的加权矩阵；￡厂一控制作用的终止时间，S。如果想要指标最小，那么最优控制为：△U=一足-1曰1-‰(5)对于线性系统，当t，趋向于无穷，P趋向于常数矩阵，得到代

4、数方程Riccati的解。PA+ATp_PBR—BTp+Q=O(6)其中反馈增益矩阵为：心一曰TP(7)驱动的最优控制为：U(t)=r+AU(t)=卜Kx(t)=r-e‘1BTpx(t)(8)式中：卜反馈系数矩阵，也是常数矩阵；广参考输入；卜代数方程Riccati也就是式(6)的常数解，这里利用△u建立电压的反馈调节。在线性二阶系统中，K值由足和Q决定。驱动控制系统要兼顾响应的速度和稳定性，加权矩阵可以减小系统的高速收敛振动范围，对二次型的性能指标有重要影响。只是正常数，为了方便起见，可以将R设置为1，Q是常数加

5、权矩阵，并且Q≥O，T最终确定为：Q=㈠2]Q2【o1J有了Q和R的值，可以利用MATLAB控制箱的lqr0函数，依照给定的加权矩阵设计LQ最优控制器，}基金项目：国家自然科学基金项目(11372198)；河北省教育厅科学技术重点项目(Z9900451)一21—函数调用格式为：隧，P]=lqr(A，B，Q，R)，要代入式(8)作为控制器，最后得到的值为妊『1．49831．00521，出于计算考虑定为艮=『1．51]t9--Ol。该加权矩阵主要应用于模型反馈调节当中，利用△嘣电压系统的反馈作用，使电机的电流波动减小

6、，维持在平稳的状态，而电流大小决定电机输出转矩大小，电流维持平稳，转矩输出便可以保持等转矩的分配模式。4仿真试验和数据计算为了验证等转矩分配方法对汽车平顺性能的影响，在随机不平路面上进行3种模式的直线行驶，仿真试验分别为：1)四轮独立驱动方式；2)开环驱动转矩四轮平均分配；3)闭环反馈等转矩分配到每个轮毂。仿真汽车从起动开始，4个驱动电机分别开始施加转矩，使其起步进入加速阶段，12S后汽车运行速度达到10m／s时，加速停止，电机在克服基本阻力矩的情况下，保持匀速行驶状态，维持10m／s的速度。路面设置为随机不平路

7、面，路面等级为最高级别的H级路面和最低级别的A级路面⋯I。4．1四轮独立驱动汽车每个电机各自负责一个轮毂，对力矩不进行调节和分配，这是四轮独立驱动中比较简单的一种方式，在H级路面下直线行驶的数据参数，如图4所示。四轮独立驱动方式的联合仿真模型，如图5所示。20r／．15}iv-·I』∈10}f嫂f蟀5f，喜oy一5卜前轮后轮左前轮右前轮左后轮右后轮时I'llj／sIl1U机电流图4It级路面下四轮独立驱动汽车与电机相关参数图5四轮独立驱动方式联合仿真模型4．2四轮驱动力矩平均分配如果换成4个轮毂电机按等转矩的方法

8、进行分配，对4个电机的力矩先求和再平均分配到每个轮毂上，输入的4个力矩是一致的，为力矩求和的l／4，那么电流变化就得到了改善，对力矩平均分配却不使用22——控制策略的相关参数曲线变化，如图6所示。速度上升曲线与独立驱动的模式基本一致，如图6a和图4a所示，输入车轮轮毂的力矩为4个电机力矩相加求和的1／4，电机电流情况，如图6b所示，但波动变化不如图4b那样激烈，可以看出平