论文基于汽车EPS系统控制策略综述是关于综述方面的论文题目、论文提纲、哪些属于综述论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
摘 要：介绍电动助力转向系统（EPS）的原理,列举电动助力转向系统的常用控制策略,并对其原理进行简要阐述,通过对各种控制策略特点的认识,以及系统本身的控制要求和复杂程度的分析,来选择既能实现功能、满足要求,又简便易操作的算法,可以为研究人员对EPS系统控制策略的选取及应用提供理论参考.
关键词：汽车；电动助力转向系统；控制策略
中图分类号：TM 571.2；S 782.5 文献标识码：A 文章编号：1001-005X（2015）03-0131-05
在汽车的众多系统中,转向系统是直接影响汽车行驶安全性和可靠性的系统之一.在汽车助力转向系统的发展历史中,它从最原始的只有机械转向系统到液压式转向系统、电控液压式转向系统,然后再到更为环保、节能、操纵性能更优越的电动助力转向系统（EPS,Electric Power Steering System）等几个阶段.该项技术很大程度上节约了能源,对能源的节约和环境保护很有利,是一项贴近现代汽车发展主题的高新技术,并且保护环境、节约能源和安全行驶是当今社会要考虑的重大问题,因此自出现该项技术后得到高度的重视,进而研究EPS系统具有重大实用意义.本文先介绍了EPS的原理[1],然后对其常用的控制策略进行论述,总结各种控制策略的特点,为研究人员对EPS系统控制策略的研究提供理论参考.
1 EPS的原理
汽车EPS是一种直接通过电机提供辅助扭矩的动力转向系统.它的原理是当驾驶员转动转向盘时,转矩传感器可以实时地测量出作用于转向轴上的力矩值,然后把力矩转化为电信号,并且车速传感器输出车速信号,电控单元根据这两个信号进行运算处理后,向电动机和离合器发控制指令,即发出一个相应的电流,使其在离合器结合的同时电动机产生相应的转矩,产生的转矩由减速机构降速增距后作用在输出轴上,通过输出轴的下端传到齿轮齿条转向器,因此由电动机产生的转矩通过齿轮齿条转向器最后作用到转向机构上,从而得到一个和行驶工况相适应的转向助力.
2 EPS控制算法研究
EPS控制算法是依据其结构原理,对系统的齿条、助力电机和转向管柱进行受力分析,建立各组成部分的数学模型,通过仿真软件建立了 EPS 仿真模型,进而构建系统的控制策略.当今,提出可行的常见控制算法有五种,分别为常规PID控制、单一的智能控制、基于PID的智能控制、基于PID的补偿和回正控制以及H∞控制.
2.1 常规的PID控制
对于PID控制[2]又可称其为比例积分微分控制,它是线性控制的一种,它是根据系统输入的偏差值,再按照积分、微分和比例函数之间的关系进行运算,并将计算结果的加权,来作为系统的控制量,对受控对象加以控制.其控制结构原理如图1所示.
首先它由实际输出值c（t）和标准值r（t）组成系统的控制偏差e（t）等于r（t）-c（t）.然后再将偏差的微分值D、比例值P和积分值I通过线性组合构成控制量,再对受控对象加以控制,在PID控制器中,Kp、Kd、Ki 3个参数和控制系统的超调量、稳定性、稳态精度和响应速度等有很大的关系,各参数校正环节的具体作用如下.
（1）微分环节可以反映关于偏差信号的变化速率,使其值在变得过大以前,有效的在系统中加入一个修正值,进而提高系统的响应速度,可以消除振荡,减小调整时间.但是,当Kd值过大时,此响应过程将会提前终止,以至增加调节时间,减弱系统的抗干扰性.
（2）积分环节的主要作用是消除系统的稳态误差,以提高系统的无差度.当Ki越大时,控制系统的稳态误差会被消除的越快.但当Ki过大时,在响应过程初期时,容易出现积分饱和的状况,进而导致响应过程会产生较大的超调.减小Ki时,会减慢稳态误差的消除过程,但可以有效减少超调量,以提高系统的稳定性.
（3）比例环节的作用是将受控对象的偏差e（t）线性地反映出来,可以提高受控系统的调节精度,一旦产生偏差时,控制器立即施加控制,进而降低偏差.增大Kp值可以提高系统调节精度和加快响应速度,从而减小稳态误差,但是过大的Kp值,则会导致系统振荡,进而破坏系统的稳定性.
PID控制算法具有计算量比较小、实时性好和易于实现等优点,因此被广泛应用到过程控制中.在建立控制对象的数学模型后,再对其系统参数的Kp、Kd、Ki进行准确设定,控制器就能实现控制目的.但是,同时也有很多缺点,例如控制器的算法和结构一经确定,控制结果的准确性取决于输入参数选择的是否合理,所以它的局限性是把Kp,Kd,Ki三个参数作为精确值处理,但事实上要获得正确的响应特性,三个参数要在不同的条件下取相应的值,然而传统PID控制策略还无法做到.
2.2 单一的智能控制
这种控制方法和其他控制方法相比,只采用基于LQG的控制[3]、模糊控制、神经网络控制等智能控制策略.
由于EPS系统中有库仑摩擦的非线性问题存在,以及路面状况的变化、元件的磨损、传感器中的测量噪声以及在行驶过程中的侧向风力变化等,诸多因素都会引起整个系统的参数改变.EPS系统实际上是一个非线性的时变系统,因此传统PID控制策略对于非线性的复杂系统很难达到较好的效果.而最优控制策略既能解决非线性的控制问题,又不用专家知识,具有很强的实用性.在以现代的控制理论为基础的控制方法中,最常见并且有效的最优控制方法理论为线性系统的二次型性能指标高斯分布法,简称LQG（linear quadratic Gaussian）法.LQG最优控制方法是一种以二次型性能指标为依据的线性系统控制,它以能耗等作为目标函数,从而使控制系统既能满足其性能要求还可以使其能耗达到最低,所以对EPS系统进行LQG最优控制是切实可行的.
所谓的最优控制是根据已建立的被控系统的数学模型,再适当选取一个容许的控制规律,使系统在一定的约束条件下完成所要求的控制目的,并且使给定的某个性能指标（系统的目标函数）能够达到极小值、极大值或最优值.最优控制作为现代控制的核心理论[4-8].可以根据控制系统的不同用途,以提供相应的性能指标,LQG法是一种被普遍采用的最优控制方法理论,如性能指标是二次型函数,所能实现的控制就称为线性二次型最优控制.LQG法的原理是以系统的状态空间方程给出的线性系统为控制对象,设计出以助力电流误差最小及能耗最低为目标函数（性能指标）的LQG控制器,在系统给定的约束条件下,并选取系统的控制输入以使目标函数达到所需的最优值.
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参考文献：
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