低速行駛車輛的非線性系統(tǒng)建模及控制

1、 低速行駛車輛的低速行駛車輛的 非線性系統(tǒng)建模及控制非線性系統(tǒng)建模及控制清華大學(xué)清華大學(xué)汽車工程系汽車工程系賓洋賓洋2004。11。20報(bào)告內(nèi)容：走停（Stop & Go）巡航系統(tǒng)的簡(jiǎn)介低速行駛車輛非線性動(dòng)力學(xué)模型建立精確線性化理論及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用結(jié)論Fig.1 智能汽車發(fā)展的過去及未來縱向控制橫向控制綜合控制FVCWS（前車防撞報(bào)警系統(tǒng)）1995ACC（自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)）Stop & Go（走停系統(tǒng)）2000FCAAS（前車防撞輔助系統(tǒng))20052010FSRA（全速 ACC)LDWS（車道保持報(bào)警系統(tǒng)）LKSS（車道保持輔助系統(tǒng)）AHSAutonomous V

2、ehicle（1）走停（Stop & Go）巡航系統(tǒng)的簡(jiǎn)介Stop & Go (Low speed ACC)ACC (High speed)5 m/s10 m/sVelocity (m/s)（1）走停（Stop & Go）巡航系統(tǒng)的簡(jiǎn)介Fig.2 走?？刂葡到y(tǒng)的特征（2）低速行駛車輛非線性動(dòng)力學(xué)模型建立Fig.3 縱向行駛車輛的運(yùn)動(dòng)受力圖 Fig.4 車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) （2）低速行駛車輛非線性動(dòng)力學(xué)模型建立Accel.Sim10%-100% 補(bǔ) 正0.00.51.01.52.02.53.005101520253035v(m/s)Acceleration(m/s2)100

3、%90%80%70%60%50%40%30%20%10%Fig.5 車輛縱向加速度響應(yīng)（2）低速行駛車輛非線性動(dòng)力學(xué)模型建立Fig.6 發(fā)動(dòng)機(jī)MAP圖（2）低速行駛車輛非線性動(dòng)力學(xué)模型建立1234(,)(1)esthedthedthedTMAPwkwkk wk* 發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型為發(fā)動(dòng)機(jī)的擬合常系數(shù)。 4321,kkkk1(2)ededesTTTT1T為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)間常數(shù)。 （2）低速行駛車輛非線性動(dòng)力學(xué)模型建立Fig.7 液力變矩器容量系數(shù)曲線 Fig.8 液力變矩器扭矩/轉(zhuǎn)速比曲線 （2）低速行駛車輛非線性動(dòng)力學(xué)模型建立* 液力變矩器數(shù)學(xué)模型22123()(3)()( ()()/2tpede

4、dtttedededwTCwwwwwCwww12()(4)()()ttpedttededwTtTwwwtttww21321,tt為液力變矩器的擬合常系數(shù)。 容量系數(shù)方程式扭矩比/速比方程式（2）低速行駛車輛非線性動(dòng)力學(xué)模型建立(5)tMvFRrRaRc* 車輛縱向行駛驅(qū)動(dòng)力/外界阻力方程式 08. 128 . 9232. 0vRa8 . 9)sin(rMRcRr為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) 迎風(fēng)阻力 滾動(dòng)和坡度阻力 （2）低速行駛車輛非線性動(dòng)力學(xué)模型建立ededththededededtedtededertgkgededtedtedttgtgTkwkkwkTTwwwwwTwJMwiirriiwwww

5、wtwwtwiirMwiirvS43211232212200232212100)2)()()(8 . 9)sin()26 . 360377. 0()8 . 9232. 0()2)()()()()(26 . 360377. 026 . 360377. 0聯(lián)立動(dòng)力學(xué)方程式（1）（5），建立車輛縱向行駛的非線性空間狀態(tài)方程如下： （2）低速行駛車輛非線性動(dòng)力學(xué)模型建立322221()()00(6)0ttttedededtthedttedededeededededXF XG X uwwawbw wcwdSwwTgwfw wewwJh wiTTj wkT對(duì)上述方程進(jìn)一步簡(jiǎn)化，得到 這是一個(gè)典型的單輸入仿

6、射非線性系統(tǒng)。(3) 精確線性化理論 及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用)(xhy 23(1) ,4FFFrank G ad G ad G ad G 2(2) ,(, ,0,1,2)2ijFFFFrank G ad G ad G ad G ad Gij i jGadGadGFF2, 實(shí)現(xiàn)單輸入仿射非線性系統(tǒng)(6)精確線性化的目的是尋找一個(gè)合適的輸出使得系統(tǒng)滿足以下充要條件：保證系統(tǒng)的能控性；從而保證向量場(chǎng) 的可積性。(3) 精確線性化理論 及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用Sxhy)( 容易驗(yàn)證 滿足以上方程，從而構(gòu)造以下坐標(biāo)變換：322243223123456735238910111222( )( )(

7、 )( )( )ttttedededFFtttedtedtededFedttededtedtedededeeedeZxSwh xwawbwwcwdwL h xL h xwkwk w wk wwkk wk wk wL h xwwwTTw Tkkk wk wkwwJJwJ（）(7)(3) 精確線性化理論 及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用反饋?zhàn)儞Q： 43( )( , )(8)( )FGFL h xVux VL L h x (3) 精確線性化理論 及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 從而將原系統(tǒng)變換為新坐標(biāo)Z下的線性可控正則型：112233440100000100(9)0001000001zzzzVzzzz (

8、3) 精確線性化理論 及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 車輛縱向行駛加速度跟蹤控制是指：給定任意合理的期望加速度 ，尋求節(jié)氣門的反饋控制 ，使得車輛的實(shí)際加速度 跟蹤期望值。 datha(3) 精確線性化理論 及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用控制器設(shè)計(jì)：控制器設(shè)計(jì)：首先定義加速度的跟蹤誤差 (10)daa其跟蹤誤差的微分表達(dá)式寫為 0(11) 要使被控系統(tǒng)穩(wěn)定且收斂于零，可通過參數(shù) 選取使得方程的特征值配置在復(fù)平面的左半平面，即滿足以下條件, , , ,0(12) (3) 精確線性化理論 及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用求解方程（11）可得到(13)dtaw 于是，節(jié)氣門的反饋控制43(14)dFthGF

9、aL huL L h (3) 精確線性化理論 及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 仿真計(jì)算及分析：仿真計(jì)算及分析：首先設(shè)計(jì)如下的期望加速度跟蹤曲線（圖9），以及相應(yīng)的速度變化曲線（圖10） Fig.9 期望加速度跟蹤曲線Fig.10 速度變化曲線(3) 精確線性化理論 及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 仿真計(jì)算及分析：仿真計(jì)算及分析：將PID與跟蹤控制作為比較，表（1）及圖（11）（13）分別繪出了兩種控制器的參數(shù)和控制效果。Fig.11 加速度跟蹤誤差Table. 1 控制器參數(shù)(3) 精確線性化理論 及其在非線性控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 仿真計(jì)算及分析：仿真計(jì)算及分析：Fig.12 節(jié)氣門開度Fig.13 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩(4) 結(jié)論控制系統(tǒng)能有效提高加速