[发明专利]一种智能车双电机线控转向系统跟踪及同步控制方法

权利要求书

1.一种智能车双电机线控转向系统的跟踪及同步控制方法，所述智能车双电机线控转向系统包括转向盘转角传感器、车速传感器、变传动比模块和转向执行模块；

所述转向盘转角传感器用于获得转向盘转角信号，并将其传递给所述变传动比模块；

所述车速传感器用于获取智能车的车速信号，并将其传递给所述变传动比模块；

所述变传动比模块用于根据获得的转向盘转角信号、车速信号计算出智能车两个转向电机的目标转角，并将其传递给转向执行模块；

所述转向执行模块包括转向电机A、减速器A、传动齿轮A、转向电机B、减速器B、传动齿轮B、齿条、左转向横拉杆和右转向横拉杆，其中，转向电机A通过减速器A和传动齿轮A的转轴相连，转向电机B通过减速器B和传动齿轮B的转轴相连；传动齿轮A、传动齿轮B均和所述齿条啮合；所述齿条左、右两端分别和所述左转向横拉杆、右转向横拉杆固连；所述左转向横拉杆、右转向横拉杆分别和智能车的左转向车轮、右转向车轮对应相连；转向电机A、转向电机B型号相同；

其特征在于，所述智能车双电机线控转向系统跟踪及同步控制方法包含如下过程：

所述转向电机A、转向电机B采用转角环、电流环双闭环控制，其中，转角环采用二阶自抗扰控制器控制，电流环采用滑模控制器控制，以加强双电机线控转向系统的跟踪性能；

所述转角环二阶自抗扰控制器包含三阶扩张状态观测器和状态误差反馈控制律；

所述转向电机A和转向电机B之间采用交叉耦合同步控制结构，采集转向电机A和转向电机B的实际转角做差经过同步控制器得到的补偿电流信号给转向电机A和转向电机B的电流环，消除转向电机A和转向电机B之间转角不一致性，以加强双电机线控转向系统的同步性能；

所述转角环二阶自抗扰控制器的三阶扩张状态观测器的建立包括以下步骤：

步骤A.1)，建立转向电机运动学方程：

式中，J为转动惯量；B为黏滞摩擦系数；K_t为转矩系数；T_L为负载转矩；θ为电机的转角；i_a为电机的电流；

步骤A.2)，将转向电机运动学方程写成二阶自抗扰控制的标准形式：

式中，f为系统转角环的总扰动；分别为对转向电机转矩系数K_t的估计、转动惯量J的估计；y为电机的转角；b₀为系统控制增益的估计值；u为控制器输出；

步骤A.3)，定义状态变量：

步骤A.4)，将等式(2)写成状态空间形式：

式中，为系统的状态变量，C＝[1 0 0]，D＝[0 00]，F＝[0 0 0]；

步骤A.5)，建立三阶扩张状态观测器对系统的总扰动进行估计：

式中，z＝[z₁,z₂,z₃]^T为扩张观测器的状态变量；L＝[β₁ β₂ β₃]^T为观测增益矩阵；

步骤A.6)，将A,B,L,C带入公式(5)中得到三阶扩张状态观测器的状态空间形式：

步骤A.7)，对等式(5)进行化简得到：

步骤A.8)，将等式(4)减去等式(7)：

步骤A.9)，定义两个系统状态变量误差为x-z＝e，则式(8)改写为：

步骤A.10)，矩阵A-LC稳定就有e→0，从而能使得z→x，而矩阵A-LC稳定的条件是其特征多项式的根均具有负实部，矩阵A-LC的特征多项式为：

式中，s为拉普拉斯算子；

步骤A.11)，建立性能稳定且能给出稳定过渡过程的特征方程，其表达式为：

(s+ω₀)³＝s³+3ω₀s²+3ω₀²s+ω₀³ (11)

式中，ω₀为观测器带宽；

步骤A.12)，结合等式(10)和(11)得到β₁＝3ω₀、β₂＝3ω₀²、β₃＝ω₀³，因此三阶扩张状态观测器为：