[发明专利]基于MFAC的分布式电驱动车辆系统主动容错控制方法

摘要

本发明公开一种基于MFAC的分布式电驱动车辆系统主动容错控制方法，针对分布式电驱动车辆驱动系统发生失效后，利用紧格式模型自适应控制方法进行自校正控制，包括如下步骤：(1)界定失效模式，(2)建立车辆动力学模型，确定系统输入输出，(3)建立紧格式数据模型：Δy(k+1)＝Φc(k)Δu(k)；(4)根据建立的紧格式数据模型确定控制方案。本方法不依赖于系统模型，仅需要系统输入输出数据，避免了建模难并且不精确问题，并且无模型自适应控制方法简单、计算负担小、易于实现且鲁棒性较强。

主权项

1.一种基于MFAC的分布式电驱动车辆系统主动容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)首先对车辆驱动系统失效模式进行界定；(2)建立分布式电动车辆四个车轮力矩、方向盘转矩与车轮角速度和横摆角速度之间的动力学模型，其中建立：1)车轮动力学模型：其中，J为各车轮的转动惯量，f为路面粘性摩擦系数，T(.)为各车轮驱动力矩，包含T_fl,T_fr,T_lr,T_rr，为各车轮角速度，包含ω_fl,ω_fr,ω_rl,ω_rr；2)车辆横向、纵向动力学模型：3)车辆横摆动力学模型：其中，m为整车质量，vx为车辆纵向车速，vy为车辆横向车速，Fx(f,l)，Fx(f,r)，Fx(r,l)，Fx(r,r)为车辆坐标系下四个车轮纵向力，Fy(f,l)，Fy(f,r)，Fy(r,l)，Fy(r,r)为车辆坐标系下四个车轮横向力，ωr为车辆横摆角速度，δf为前轮转角，I为车辆绕z轴的转动惯量，a、b、c分别是前轴与质心的距离、后轴与质心的距离、二分之一轮距；4)车辆转向动力学模型：其中，Js为转向系统转动惯量，fs为转向系统摩擦系数，Fl(f,l)、Fl(f,r)为轮胎坐标系下两个前轮的纵向力，dw为轮胎和地面接触宽度，Ts为方向盘转矩；推导得到系统动力学模型为：其中为状态量，u＝[T_fl,T_fr,T_lr,T_rr,δ_f]^T为系统输入量，y＝[ω_fl,ω_fr,ω_lr,ω_rr,ω_r]^T为系统输出量，f(x)、B(x)、C(x)均为非线性状态函数；参考上述车辆模型，确定系统的输入输出，输入参数包含：Tfl,Tfr,Tlr,Trr,δf，输出参数包含：ωfl,ωfr,ωlr,ωrr,ωr；(3)建立紧格式数据模型：Δy(k+1)＝Φc(k)Δu(k)   (1)其中，Φc(k)为伪雅可比矩阵；用u＝(Tfl,Tfr,Tlr,Trr,δf)T、y＝(ωfl,ωfr,ωlr,ωrr,ωr)T分别作为紧格式数据模型下的输入、输出量，则有：Δy(k+1)＝y(k+1)‑y(k)＝[Δωfl(k+1),Δωfr(k+1),Δωrl(k+1),Δωrr(k+1),Δωr(k+1)]T为k、k+1相邻两个时刻的输出变化，Δu(k)＝u(k)‑u(k‑1)＝[ΔTfl(k),ΔTfr(k),ΔTrl(k),ΔTrr(k),ΔTs(k)]T为k‑1、k相邻两个时刻的输入变化，k、k+1、k‑1都代表离散时间参数，表示某一时刻；(4)基于建立的紧格式数据模型，得到系统主动容错控制方案如下：1)首先利用式(8)估计Φ_c(k)的值，即其中，η∈(0,2]为步长因子，μ>0为权重因子；2)然后利用式(5)计算出k时刻的输入u(k)：其中，λ>0为惩罚因子，ρ∈(0,1]为步长因子；y*(k+1)代表k+1时刻期望的输出，由系统决定；y(k)代表k时刻的输出；3)将u(k)作用于车辆系统中预测k+1时刻系统的输出y(k+1)；4)将y(k+1)与y*(k+1)进行比较，如果差值在预设的误差阈值范围内，则视为系统已经对输出进行了校正；如果差值超出了预设的误差阈值，则视为系统还没有对输出进行校正，需要重复1)～3)步进行循环校正，直至满足要求。