基于EPS目标电流跟踪的控制策略研究

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1、基于EPS目标电流跟踪的控制策略研究摘要：电动助力转向系统(EPS)是顺应节能坏保理念诞生的汽车电子控制技术产物，其相对于液压助力转向系统具有节能、环保、操纵性好等优点，己成为当今动力转向技术研究的热点，其市场应用也将越来越大。电动助力转向系统关键技术主要包括硬件技术和软件技术两个方面，而控制策略又是软件技术的核心。文章通过建模仿真，完成了对各种控制策略的验证和分析。通过分析，选择出了最适用于电动助力转向系统的控制算法，为EPS软件技术的开发奠定了基础，同时，也为硬件技术的开发提供一定的指导作用。关键词：电动助力转向系统；控制策略；建模仿真汽车在

2、泊车或者屮低速行缎过程屮进行转向时，地面产生的转向阻力是非常沉重的，为了减轻方向盘的操纵力，可通过控制助力电机的输出力矩经传动机构作用到转向轴或者转向小齿轮或者齿条上来实现。该控制利用电机的特性，由EPS控制器实时监测转向盘转矩传感器输出的转矩信号和车速传感器输出的车速信号，根据EPS内部固化的控制算法确定出电机的目标助力电流，通过对反馈电流与目标助力电流的比较，利用一定的控制算法来控制助力电机的电枢电压，实现闭环控制。1常见控制策略EPS的主要任务就是通过设计控制算法完成对于目标电流的跟踪，当前对于冃标电流的跟踪控制中常用的有如下几种。1.1P

3、ID控制在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PTD控制技术。PID控制在EPS中应用的基本原理是助力电机某一时刻的电压是山该时刻的目标电流和测量设备检测到的助力电流的差值通过PID控制方法而得到。数字P1D控制算法可以表示为：1.2模糊控制模糊控制器设计的核心丁作有三个方

4、仏①精确变量的模糊化，完成清晰量转换成模糊量的运算。②模糊控制算法的设计，完成根据输入模糊量进行近似推理运算，得出模糊输出量。③输出信息的模糊化判

5、决，完成模糊输出量转换成清晰量的运算。1.3滑模变结构控制这种控制方法是在动态的过程中根据系统当前的状态（误差或误差及其各阶导数）有目的地不断发生变化，从而迫使系统可以按照预定的“滑动模态”的状态轨迹运动。滑动模态的存在，使得系统在滑动模态下不仅保持对系统结构、参数以及外界干扰等不确定性因素的鲁棒性，而且可以获得较为满意的动态性能。1.4模糊滑模控制基于模糊控制的上述优越性，我们可以融合滑模控制的优越性设计搭建一个模糊滑模控制器，并应用于EPS仿真模型，基于模糊滑模控制系统的结构图如图所示：图1模糊滑模控制系统结构图1.5自适应模糊滑模控制自适应

6、控制器的基本思想是：基于测量得到的信号，对不确定的被控对象参数（及相应的控制器参数）进行在线估计，并在控制输入计算中使用参数的估计值。因而自适应控制系统可以看作带有参数的在线估计的系统。自适应控制的基木日标是：当对象存在不确定性和参数的未知变化时,仍能够保持可靠的系统性能。2仿真分析和对比EPS系统是一个多输入多输出，并且具有一定程度的非线性、时变环节的系统，含有结构性摄动和非结构性摄动等不确定性因素，这些因素会対EPS系统的动态特性产生一定影响，影响因素包括外部扰动，非线性摩擦，参数摄动，延时扰动，力矩波动。这决定了EPS的助力控制算法必须具有

7、一定的鲁棒性和自适应性，能够在一定程度上抵抗外界对于系统的干扰，使得实际电流与目标电流的差值保持在允许的范围以内。这些因素对各种控制策略的控制效果也提出了挑战。2.1PID控制器与滑模控制器比较在汽车的行缎过程屮会遇到来自地面的干扰，因此在仿真时本文给轮胎添加了一个正弦的干扰力矩。仿真结果如图所示。图2干扰下的不同控制算法的助力电流阶跃响应PID控制算法和滑模控制算法的调节时间都很短口没有超调,但是PID控制存在一定的稳态误差，而滑模控制稳态误差基本不存在。因此，PID控制方法跟踪目标电流基本可以满足要求，但还不是很理想；而采用滑模变结构控制算法

8、跟踪助力电流无超调且调节时间短、稳态误差小，跟踪效果优于PID控制方法。2.2常规滑模控制器与模糊滑模控制器比较对中高速工况下的方向盘回正过程进行仿真，结果如下图。图3行车冋止过程转向盘转角图4行车冋止过程电机电流从图中可以看出，采用常规滑模回正控制后，回正准确迅速，抑制了回正超调现象，但是转向盘在回正后持续产生抖振。釆用模糊滑模控制的回正准确迅速无超调，并且回正后无抖振。常规滑模控制的电流波动较人,而模糊滑模控制电流变化相对平缓。2.3自适应模糊滑模控制器与PID控制器比较选取车速为10km/h的低速转向工况和车速为60km/h的高速转向工况进

9、行仿真，并将两种控制算法下的实际助力电流对目标助力电流的跟踪效果进行了对比，如图5-图8所示。®V=10km/h,存在外界干扰，助力电机