基于PI动态逆方法的EPS鲁棒控制

基于PI动态逆方法的EPS鲁棒控制

电动助力转向系统（EPS）一方面可以降低驾驶员操纵转向盘的力矩，提供转向路感；另一方面在完成转向过程后，轮胎与地面间的回正力矩能够改变转向盘转角使其回到中位，包括低速下的回正不足和高速下的转向超调及振荡。然而在路面条件较差的情况下，回正力矩存在非期望的改变转向盘转角的隐患。基于PI类动态反演方法设计了鲁棒控制器以增强EPS系统的鲁棒性，减小转向盘转角的意外变化。

搭建了理想的EPS动态模型，主要包含转向盘、电动机、减速机构和齿轮-齿条机构。EPS机械系统又可分为两个模块：①转向柱管模块中，转向盘力矩由扭杆刚度和扭杆两端转角差的乘积决定；②助力电机执行模块中，电机输出力矩与电机控制电流成正比，轮胎与路面间的外部摩擦力矩由Dugoff轮胎模型计算得到。

动态逆控制的基本思想是利用全状态反馈抵消原系统中的非线性特性，得到输入输出之间具有线性行为的新系统（称之为伪线性系统），从而可以应用线性方法对新系统进行综合。动态逆控制方法与其它方法相比，其主要特点是不依赖于非线性系统的求解或稳定性分析，而只需讨论系统的反馈变换。然而，对于相同的不确定因素，不同形式的动力学系统响应不同。因此，选择合理的期望动力学系统对于满足系统性能和鲁棒性要求显得尤为重要。

为得到闭环控制效果，在动态逆方法中加入PI控制算法，并将其与传统PI算法进行仿真对比分析。仿真工况保持转向盘转角为10°，为了模拟不稳定的路面条件，在回正力矩中加入随机噪声干扰。结果表明，传统PI控制的转向盘转角最大误差达到20%，而PI动态逆控制器的控制误差低于5%。未来研究工作中，应当进一步考虑更精确的基于横摆角速度或侧向加速度的控制器响应效果。

Byungseok Seo et al. 2012 IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety.

编译：张为荣