现代控制理论在汽车中的应用

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1、研究生课程考试答题纸石家庄铁道大学培养单位机械工程学院学科专业机械制造及其自动化课程名称现代控制理论任课教师郑明军考试日期2011年1月11日学生姓名袁兴茂学号120101401研究生学院第11页研究生课程考试答题纸题号一二三四五六七八九十总分评卷教师签名得分现代控制理论汽车中的应用摘要：简述了现代控制理论的发展过程和主要内容，论述了现代控制理论在汽车制动防抱死系统、悬架系统及自动变速器系统中的应用。关键词：现代控制理论；最优控制；汽车制动防抱死系统；悬架系统；自动变速器控制系统近十多年来，由于计算机的发展和高质量控制的需要，现代控制理论得到了很大发展。它不仅成功

2、地应用于航天、航空、航海等领域，而且在汽车中也得到了广泛的应用。现代控制理论已成为汽车设计中的一种必要的方法。1现代控制理论的发展过程现代控制理论是在20世纪50年代中期迅速兴起的空间技术的推动下发展起来的。空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题。这类控制问题十分复杂，采用经典控制理论难以解决。1958年，苏联科学家庞特里亚金提出了名为极大值原理的综合控制系统的新方法。在这之前,美国学者贝尔曼于1954年创立了动态规划,并在1956年应用于控制过程。他们的研究成果解决了空间技术中

3、出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。1960～1961年，美国学者卡尔曼和.布什建立了卡尔曼-布什滤波第11页研究生课程考试答题纸理论,因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响，把控制理论的研究范围扩大，包括了更为复杂的控制问题。几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制理论中。状态空间法对揭示和认识控制系统的许多重要特性具有关键的作用。其中能控性和能观测性尤为重要，成为控制理论两个最基本的概念。到60年代初，一套以状态空间法、极大值原理、动态规划、卡尔曼-布什滤波为基础的分析和设计控制系统的新的原理和方

4、法已经确立，这标志着现代控制理论的形成。2现代控制理论的主要内容现代控制理论所包含的学科内容十分广泛,主要的方面有:线性系统理论、非线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论和适应控制理论。（1）线性系统理论它是现代控制理论中最为基本和比较成熟的一个分支，着重于研究线性系统中状态的控制和观测问题，其基本的分析和综合方法是状态空间法。（2）非线性系统理论非线性系统的分析和综合理论尚不完善。研究领域主要还限于系统的运动稳定性、双线性系统的控制和观测问题、非线性反馈问题等。（3）最优控制理论最优控制理论是设计最优控制系统的理论基础，主要研究受控系统在指定性能指标实现最优时

5、的控制规律及其综合方法。（4）随机控制理论随机控制理论的目标是解决随机控制系统的分析和综合问题。随机控制理论的一个主要组成部分是随机最优控制，这类随机控制问题的求解有赖于动态规划的概念和方法。（5）适应控制理论适应控制系统是在模仿生物适应能力的思想基础上建立的一类可自动调整本身特性的控制系统。3现代控制理论在汽车制动防抱死中的应用第11页研究生课程考试答题纸汽车防抱制动系统是一个典型的最优控制系统设计问题，下面着重讨论它的状态变量的选择，状态方程的建立和性能指标的确定等与实际系统有关的问题，对于最优控制规律的计算和系统的设计。3.1汽车法宝宝死制动机构原理汽车防抱

6、制动系统(简称ABS)实质上是一种制动力自动调节装置。这种装置使汽车制动系统的结构发生了质的变化，它不仅能充分发挥制动器的制动性能，提高制动减速度和缩短制动距离，而且能有效地提高汽车制动时的方向稳定性，大大改善汽车的行驶安全性。汽车在制动过程中，车轮未抱死前，路面制动力始终等于制动器制动力此时制动器制动力全部转化为路面制动力；车轮抱死后制动力等于路面附着力，不再随制动器制动力的增大而增大。我们知道，路面附着力等于路面对轮胎的法相反作用力与附着系数的乘积。理论和试验研究表明，附着系数与轮胎滑移率S为20﹪左右时，轮胎纵向附着系数达到最大值，在纯滚动时侧向附着系数最大

7、；而在车轮抱死时，侧向附着系数迅速下降到零，纵向附着系数电有所降低。因此，车轮若在汽车制动时完全抱死，不但纵向附着力下降而达不到最佳制动效能，而且还会丧失转向和抵抗侧向力的作用，造成制动时方向不稳定。ABS系统的作用就是能自动调节制动器的制动力，使车轮滑移率保持在20﹪左右以充分利用峰值附着系数，提高汽车的制动效能和制动时的方向稳定性。3.2汽车防抱死系统的控制方法目前汽车防抱制动系统，常采用以下三种控制方式:逻辑门限值控制方式(或称双位控制)，最优控制及滑动变结构控制。（1）逻辑门限值控制第11页研究生课程考试答题纸这是一种常见的控制方法，它采用加、减速度门限控

8、制，并附加