[发明专利]基于自适应积分终端滑模技术的电子节气门控制方法

权利要求书

1.一种基于自适应积分终端滑模技术的电子节气门控制方法，包括脚踏板和节气门位置信号的实时采集，其特征在于，使用基于滑模的不确定观测器对系统集总不确定性进行在线估计，步骤如下：

步骤1，踩下油门脚踏板，使得脚踏板开度角θ_ref≥1°；

步骤2，对脚踏板开度角θ_ref和当前节气门输出角度θ_t进行采样，采样周期为1ms；

步骤3，根据步骤2得到的脚踏板开度角θ_ref和当前节气门输出角度θ_t，利用公式算出系统误差e＝θ_t-θ_ref，然后通过不确定观测器自适应积分终端滑模控制算法计算出节气门的最佳控制电压u，并按照公式T＝u/12换算出电机驱动器设定的占空比T；

步骤4，将换算后得到的占空比T传送给电机驱动器，电机驱动器输出电压U驱动节气门，输出理想节气门输出角度θ_t1；

步骤5，设检验终止条件为θ_t1＝θ_ref，检验步骤4所得到的理想节气门输出角度θ_t1数值是否满足检验终止条件，如果满足检验终止条件，即脚踏板开度角θ_ref和所输出的理想节气门输出角度θ_t1数值相等，则结束运行；如果未满足检验终止条件，则返回步骤2并重复步骤2～5，直至满足检验终止条件；

步骤3所述不确定观测器自适应积分终端滑模控制算法包括以下步骤：

步骤3.1，电子节气门系统数学模型的建立；

根据系统建模得到电子节气门系统的数学模型如下：

式中：

为当前节气门输出角度θ_t的二阶导数；为当前节气门输出角度θ_t的一阶导数；d_lump为电子节气门系统的集总扰动；J_aet0为电子节气门系统的等效转动惯量J_aet的标称参数，B_aet0为电子节气门系统的等效阻尼系数B_aet的标称参数，为控制输入的系数的标称参数；τ_f，sp0为摩擦弹簧转矩τ_f，sp的标称值，且τ_f，sp＝τ_f+τ_sp，其中τ_f为电子节气门系统的摩擦力矩，τ_sp为系统的弹簧回正力矩；

步骤3.2，通过设计二阶有限时间精确观测器计算得到系统误差e的一阶导数

基于不确定性观测器的电子节气门自适应积分终端滑模控制设计系统误差e＝θ_t-θ_ref，二阶有限时间精确观测器的设计公式如下：

式中：

为系统误差e的一阶导数，且其中，为脚踏板开度角θ_ref的一阶导数，为脚踏板开度角θ_ref的二阶导数；

v₀为二阶有限时间精确观测器1的中间变量，v₁为二阶有限时间精确观测器2的中间变量；λ₀为二阶有限时间精确观测器参数1，且是一个正数；λ₁为二阶有限时间精确观测器参数2，且是一个正数；λ₂为二阶有限时间精确观测器参数3，且是一个正数；K为二阶有限时间精确观测器参数4，且是一个正数；

z₀为二阶有限时间精确观测器1的输出值，且其中为系统误差的一阶导数的估计值，为有限时间精确观测器1的输出值z₀的一阶导数；

z₁为二阶有限时间精确观测器2的输出值，且其中是电子节气门系统的集总扰动d_lump的估计值，为有限时间精确观测器2的输出值z₁的一阶导数；

z₂是二阶有限时间精确观测器3的输出值，且其中是电子节气门系统集总扰动的一阶导数的估计值，是有限时间精确观测器3的输出值z₂的一阶导数；

sign(·)为符号函数；

步骤3.3，求最佳控制电压u；

(1)求积分终端滑动变量s，其表达式为：

式中：

为自适应定律在线更新控制参数1，为自适应定律在线更新控制参数2；

e_I为误差e的q/p次方对时间t的积分，其表达式为：

τ为时间上的积分变量，p为终端滑模控制器的指数参数1，q为终端滑模控制器的指数参数2，其中q和p是正奇整数，并且0＜q＜p；

(2)求最佳控制电压u，其表达式为：

u＝u₀+u₁

其中，u₀为反馈控制输入电压，u₁为前馈控制输入电压，u₀、u₁表达式如下：

式中：sign(·)为符号函数，

k₁为终端滑模控制器趋近律参数1，k₂为终端滑模控制器趋近律参数2，且k₁、k₂均为正数。