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1、第28卷第3期青岛理工大学学报Vol.28No.32007JournalofQingdaoTechnologicalUniversity汽车电动座椅水平调节自动控制的仿真研究1231郭世永,仪蕾,张生,张兰江(1.青岛理工大学汽车与交通学院,青岛266033;2.青岛市计量测试所,青岛266013;3.山东龙信达咨询监理有限公司,济南250013)摘要:对设计出具有水平自动调节功能的三环直流伺服控制电动座椅调节系统,利用MATLAB对该系统的时域和频域特性进行计算和仿真,确定出控制器的最佳控制参数,为电动
2、座椅ECU的设计提供理论依据.关键词:电动座椅;直流伺服系统;MATLAB仿真中图分类号:TP183文献标志码:A文章编号:1673—4602(2007)03—0004—05轿车的电动座椅由底座、靠背、靠枕、骨架、悬挂和调节机构等组成.其中调节机构由控制器、直流电动机和传动部件组成,为八方向电动座椅中最复杂和关键的部分.笔者以电动座椅的水平调节系统为例,提出对其调节机构采用三环控制的控制算法,结合MATLAB/SIMULINK对该系统进行动态特性的计算和仿真,从而获取该控制器的最佳参数匹配.1电动座椅水平
3、调节直流伺服控制系统的建模1.1电动座椅的水平调节方案和调节要求驾驶员处在最佳的驾驶位置,可获得最好视野,易于操纵方向盘、踏板、变速杆,且乘坐舒适.普通汽车座椅难以实现如此高精度的调节要求.为此,笔者在设计自动调节电动座椅控制器时,采用同时固定踏板、[1]方向盘和选定驾驶室内底板高度及加速踏板(起点)位置确定驾驶员座椅水平调节量的调节方案,来确定驾驶员的最佳坐姿,即系统为稳态而且超调量不超过012,调节时间小于1s.1.2工程简化根据电动座椅的调节方案和调节要求,得到电动座椅水平调节直流伺服控制系统的结构
4、框图,如图1所示.1.3数字直流伺服控制系统为满足电动座椅快速启动、制动、扰动的抑制能图1电动座椅水平调节控制框图力及调节要求.将系统设计成三环系统,即直流伺服控制系统由电流环、转速环、位置环组成.在动态起动中,电流环保证电动机起动电流大、起动迅速且在堵转或过载时,自动限制电枢电流保障系统安全运行;转[223]速环是增强系统抗负载扰动的能力,抑制速度波动;位置环是保证系统静态精度和动态跟踪的性能.在本系统中,反馈控制是通过软件实现的,故可以根据负载的性质改变系统参数,求得最佳匹配.2水平调节直流伺服控制系
5、统的仿真及动态分析[4]利用SIMULINK对未校正的系统模型进行计算仿真,可知该系统不稳定.基金项目:建设部研究开发项目(06-K8-05)编辑部约稿收稿日期:2006—10—10第3期郭世永,等:汽车电动座椅水平调节自动控制的仿真研究52.1电流环的计算与仿真将电流环的电流控制器ACR设计为I型比例积分调节器(见图2),这样系统动态跟随性能的超调量Kps+KpKi很小.传递函数为:GACR(s)=考虑最佳阻尼比,经计算取Tfi=011ms,电流滤波器的传递函数s1为:Gfi(s)=选择不同的电流环控制
6、器参数Kp,Ki的值,得到如图3所示的特性曲线.010001·s+1图2水平控制系统电流环的动态结构框图图3不同控制参数的电流环阶跃响应曲线图4电流环系统的阶跃响应曲线2.1.1电流环时域分析(阶跃响应).从图3中取Kp=515,Ki=20.电流环阶跃响应曲线如图4所示.计算可得:超调量:sigma=0;峰值时间:tp=010700s;调节时间:ts=010878s.2.1.2电流环频域分析.频域分析特点是运用闭环的开环频率特性曲线来分析闭环系统相应性能(如图5).电流环系统的Bode图如图6所示.计算出
7、的电流环的频域指标为:图5电流环系统的结构框图模值稳定裕度:Gm=1614dB;-π穿越频率:7310rad/sec;相位稳定裕度:Pm=76deg;剪切频率:1710rad/sec.显然,电流环系统完全无超调且峰值时间和调节时间均很短,动态跟随性能良好,并且电流环有足够的稳定裕量,其频域性能很好,符合设计要求.2.2速度环的计算和仿真[4]未加转速控制器ASR时的系统品质欠佳,系统的调节时间tp过大.根据自动控制理论,转速环按典型Ⅱ型系统设计,无差度和抗扰动能力好.速度控制器为比例积分控制器.设转速控制
8、器的传递函数为:6青岛理工大学学报第28卷Kps+KpKiGASR(s)=;根据测速发电机的要求,取Tv=s215ms,直流测速发电机的反馈系数为:Kfv=01005滤波1器传递函数为:Gfv(s)=转速环SIMULINK010025·s+1动态结构图如图7所示.选择不同的控制器参数Kp、Ki的值,得到如图8所示的特性曲线.2.2.1转速环时域分析(阶跃响应).由图8取Kp=011,Ki=5.速度环的阶跃响应曲线如图9所示,计
