基于模糊与遗传优化PID的汽车EPS系统的半实物仿真研究

摘要

随着汽车工业的发展,汽车驾驶的安全性、舒适性和操纵稳定性得到快速的提高。汽车EPS(电动助力转向)系统作为一种先进的汽车助力转向控制系统,具有助力特性灵活、节能环保、装配自动化程度高、维修方便等优点,获得了社会和业界的广泛关注,已经成为转向系统研发的热点。
　　EPS系统的设计主要包括硬件和软件两部分,二者相互依赖、相互促进。随着现代科技的发展,各种性能更优的控制器和测试平台等硬件设备得到了快速的发展,在新的开发工具的推动下,高效复杂的软件控制算法也得以实现,这些都为汽车EPS系统的良好控制效果提供了基础。针对汽车EPS系统设计时路感不清晰合理,PID控制参数难整定的问题,提出了一种基于模糊推理的EPS系统助力特性目标电流的确定方法;设计了一种基于遗传优化的PID控制算法来快速实时跟随目标电流达到控制电机输出转矩的目的。为降低开发成本和缩短设计周期,文中利用dSPACE高性能软硬件系统平台,对EPS系统进行数学建模、离线仿真和半实物控制系统设计与仿真测试,验证 EPS系统设计控制效果,为控制器的开发和设计提供理论与技术支撑,具有一定的应用价值。
　　本文的主要内容:
　　(1)介绍了EPS系统各部件结构和工作原理,分析了动力学特性并建立其动力学模型和汽车七自由度车辆模型;
　　(2)分析了系统助力特性曲线特点,并且分析了EPS系统的三种控制模式及控制策略,根据扭矩和车速信号,由模糊算法得出理想电机目标电流;
　　(3)由于EPS系统的非线性、不确定性和复杂性等特点,采用遗传算法优化PID控制参数,完成电机控制算法设计,并进行仿真分析;
　　(4)结合dSPACE及其软件平台Mode Desk和Motion Desk,进行整车控制仿真分析;基于模糊与遗传优化PID控制算法,结合Control Desk测试工具和EPS试验台,搭建半实物仿真平台,进行控制系统算法验证和控制效果分析。
　　本文的创新点:
　　(1)助力特性曲线的设计。本文采用模糊算法确定电动助力特性曲线,相较于传统的直线型、折线型和曲线型助力特性曲线,具有助力特性灵活,路感清晰合理的特点。
　　(2)遗传优化PID的助力电机的控制。常规PID控制具有参数不易调整,整定难等缺点,文中采用遗传优化PID控制具有响应速度快、超调量小,获得了较好的低速行驶的轻便性和高速行驶的稳定性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

§1.1 汽车EPS系统研究背景及意义

§1.2 半实物仿真

§1.3 汽车EPS系统研究现状、存在问题和发展趋势

§1.4 论文的主要研究内容

第二章 汽车EPS系统的结构和建模

§2.1 汽车EPS系统的结构与工作原理

§2.2 汽车EPS系统的数学模型

§2.3 汽车EPS系统Simulink模型

§2.4 本章小结

第三章 汽车EPS系统助力特性研究

§3.1 汽车EPS系统助力特性的控制类型

§3.2 助力特性曲线的确定

§3.3 本章小结

第四章 汽车EPS系统助力电机控制研究

§4.1 控制算法概述

§4.2 PID控制及其参数整定

§4.3 遗传算法对PID控制器参数优化

§4.4 本章小结

第五章 汽车EPS系统半实物仿真研究

§5.1 基于dSPACE的开发技术

§5.2 基于dSPACE的功能设计与仿真

§5.3 半实物仿真测试

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 全文总结

§6.2 不足与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间科研成果