[发明专利]一种基于模型的车载换挡电磁阀的控制系统设计方法

权利要求书

1.一种基于模型的车载换挡电磁阀的控制系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、车载换挡电磁阀的数学建模：通过对车载换挡电磁阀的运动机理，建立合理车载换挡电磁阀的数学模型；

所述步骤一建立的车载换挡电磁阀的数学模型包括：

电磁力与阀芯位移及输入电流的关系，可表示为：

F_mag＝f(i,x_s)

其中，x_s为阀芯位移，i为电磁线圈内的电流，F_mag为电磁力；

阀芯的左右移动与离合器换挡电磁阀输出液压的关系，可表示为以下运动方程：

其中，P_r为离合器换挡电磁阀输出压力；A_l,A_r分别为阀芯左右两端的截面积；m_v为阀芯的质量；C_v为液压阻尼系数；

电磁阀输出压力的动态表达式为：

其中，Q_o为出油孔处的流量；P_s为进油孔处的液压，可认为是常量；C_q为阀孔流量系数；ρ为液压油密度；d_s为阀芯直径；x_s为阀芯位移；V_t为主腔容积；β_e为弹性模量；x_u为阀芯从初始位置到泄油孔完全关闭所需的行程；

步骤二、车载换挡电磁阀的控制系统设计：

2.1)对所述步骤一建立的车载换挡电磁阀数学模型进行归一化处理，得车载换挡电磁阀控制系统动力学方程；

2.2)基于微分平坦的非线性控制器设计：根据车载换挡电磁阀控制系统动力学方程，基于微分平坦理论设计非线性控制器，选取控制量与被控量，推导非线性控制器的前馈控制律与反馈控制律；

所述步骤2.2)基于微分平坦的非线性控制器设计包括以下过程：

(1)选取平坦输出量：

输出量与输入量之间的直接表达关系为如下的微分形式：

其中，

A₃(y,x₂)＝[a″₁(y)+b″₁(y)·x₂][a₁(y)+b₁(y)x₂]²+b₁(y)+k_v·a₃(y,x₃)

A₂(y,x₃)＝2b′₁(y)·k_v·x₃

A₁(y,x₂)＝a′₁(y)+b′₁(y)·x₂

B＝k_v·k_u

其中，a′₁(y)，a″₁(y)，b′₁(y)，b″₁(y)分别是函数a₁(x₁)，b₁(x₁)对y＝x₁的一阶及二阶导数；

y＝x₁为控制系统的平坦输出；

控制系统的状态量与输出量用平坦输出及平坦输出的有限阶导数表示，如下：

x₁＝y

k_v，k_u分别是方程参数归一化系数；

(2)前馈控制律推导：

设期望的离合器压力为则当系统输出达到期望值，即y＝y_d时，可得到状态量x₂，x₃的期望值及期望的控制律u_d为：

(3)反馈控制律推导：

反馈控制基于误差值的控制律Δu为：

Δu＝k₁e₁+k₂e₂+k₃e₃

其中，k₁，k₂，k₃为控制器可调参数；跟踪误差为e₁＝y-y_d；跟踪误差为e₂＝x₂-x_2d；跟踪误差e₃＝x₃-x_3d；

总控制律u为：

u＝u_d+Δu

2.3)基于步骤2.2)推导出的控制率，设计位移与速度估计器，对车载电磁阀的阀芯位移及速度进行估计。