[发明专利]一种鲁棒前馈控制器与高频增益补偿器优化方法

说明书

本发明公开了一种鲁棒前馈控制器与高频增益补偿器优化方法，包括步骤：建立EPS系统数学模型，得到系统传递特性；建立力矩控制环控制策略，并通过系统数学模型与基本控制策略得到对驾驶员的转向感觉产生显著影响的传递函数；将力矩传感器信号的变化作为EPS系统主要扰动，力矩控制环利用二阶前馈控制器进行扰动补偿，将由主要扰动引起的EPS系统传递特性的变化视为系统的不确定性，建立内部模型控制结构；运用鲁棒控制理论，建立鲁棒前馈控制器的设计目标，并通过求解最优算法得到鲁棒二阶前馈控制器；增加高频增益补偿器改善二阶前馈控制器在高频段的控制效果。本发明不仅可方便鲁棒控制器的参数获取，而且能更为简便地对控制器进行调整。

技术领域

本发明涉及电动助力转向系统控制技术领域，尤其涉及一种用于抑制电动助力系统力矩波动的鲁棒前馈控制器与高频增益补偿器优化方法。

背景技术

电动助力转向系统(Electric Power Steering System，下面简称为EPS系统)是按需系统，电机在需要转向时才工作，所以使用电动助力转向系统能改善汽车燃油消耗量，且更加节能环保。除此之外，电动助力转向系统还具有更高的安全性和更好的驾驶舒适性，同时电子集成化程度更高，容易实现变助力以及其他高级驾驶功能更容易在EPS系统的基础上做进一步的开发。因此，EPS系统成为未来汽车转向技术发展的必然趋势。

EPS系统的关键技术是围绕以路感跟踪为核心内容的控制策略设计。路感跟踪技术的关键是控制电机的电压使电机实际产生的助力力矩能够跟踪由助力匹配设计出的助力曲线，控制电机时，需要抑制EPS系统的力矩波动对驾驶员手感造成的不良影响。

针对抑制EPS系统转向时的力矩波动问题，美国TRW公司的Kevin M McLaughlin等人提出了模块化控制、自适应力矩滤波器和混合滤波器等控制方法，将EPS控制策略拆分为三大控制环，分别为力矩控制环、电机控制环和电流控制环，模块化的控制思路，降低了控制系统的复杂度和耦合度，方便控制参数调试和系统维护；自适应力矩滤波器可以对系统进行补偿，降低助力增益的变化对系统相对稳定性的影响，改善转向手感；混合滤波器的设计可以分离系统不同频率范围的力矩信号，从而可以实现对不同频率范围的力矩信号进行分别处理，以提高转向系统的舒适性。日本精工株式公社，远藤修司提出了具备前馈控制单元、反馈控制单元和响应控制单元的电动助力转向控制装置，通过针对由转向盘惯性和电机惯性构成的二阶惯性系统的特性，将极点移动和零极点抵消组合起来，以便设定特性，并且通过提高在中心附近的特性的设定的自由度，不会降低响应性的方式来稳定由转向盘惯性和电机惯性构成的二阶系统的振动模式，并且能改善了系统的稳定性。

然而目前企业应用的控制策略特别是在控制器的参数调试方面，通过工程师的经验和不断的标定虽然也能满足EPS系统动态性和稳态性的要求，但是缺乏系统正向开发的理论支撑。无论是在早期的调参过程中还是在助力曲线修改后再调参的过程，都会耗费大量的人力物力。而科研机构的研究很少考虑到系统工程实现的问题，他们提出的基于模型的控制器设计方法，虽然能够通过现代控制的理论计算出控制器的参数，但普遍存在由于模型不够精确所带来的控制器设计不优或者控制器的阶数较高难于在工程中实现的问题。

发明内容

为了设计一种易于在工程中实现、参数能正向求取且能抑制EPS系统力矩波动的控制器，本发明提供了一种鲁棒前馈控制器与高频增益补偿器优化方法，用于抑制EPS系统力矩波动。

为达到抑制EPS系统力矩波动的目的，本发明采用的技术方案包括：

一种鲁棒前馈控制器与高频增益补偿器优化方法，包含以下步骤：

步骤1：建立以手力力矩T_h、电机助力力矩T_m和地面阻力矩T_load为输入，管柱上管柱与中间轴连接处扭杆上的力矩传感器所采集的力矩传感器信号T_se为输出的电动助力转向系统数学模型；