[发明专利]一种用于助动车系统的自抗扰速度控制方法

权利要求书

1.一种用于助动车系统的自抗扰速度控制方法，其特征在于：基于助动车运动学方程，运用干扰观测器对骑行过程中的干扰量进行估计并对其补偿；利用状态观测器，检测车轮角速度和人踏踏板力矩；结合电机驱动车轮的辅助助力，实现自动平衡干扰，从而使车速稳定在设定范围内；其操作步骤如下：

步骤一，助动车运动模型建立：

对助动车运动系统进行总体受力分析，建立电动被控对象模型，计算出运动方程与总体传递函数表达式；

步骤二，干扰观测器设计：

在步骤一建立的电动被控对象模型基础上，利用电动被控对象输出角速度大小，结合二阶低通滤波器与电动被控对象模型，建立干扰观测器，以观测与补偿电动被控对象在骑行过程中由于摩擦所受到的干扰量；

步骤三，状态观测器设计：

在步骤二补偿了干扰量的基础上，利用电动被控对象输出角速度大小，结合二阶带通滤波器与电动被控对象模型，设置相应通带频率，建立状态观测器，以实时估测骑车人踩踏踏板的力矩大小；

步骤四，电机辅助设计：

在步骤三估测出骑车人实时踩踏踏板力矩大小的基础上，结合实时的被控对象车轮角速度大小，并与系统设定的理想角速度大小进行比较，得出两者差值，再利用电机驱动辅助电动被控对象助力；辅助比例p根据实际效果人为设定；

在所述步骤四中，根据国标设置车轮的角速度限值ω_min和ω_max，当运动中车轮角速度ω小于最低基本角速度ω_min时，辅助比例p＝1，表示电机与人力以1:1的比例进行协同控制车速；当运动角速度ω大于ω_max时，p＝0，电机不进行辅助；当ω_min≤ω≤ω_max时，辅助比例0≤p≤1；根据得其中U是加在电动机线间电压平均值，R为两相绕组的总电阻，其中由带通滤波器Q₂测得，通过这样的电机补偿，实现有效的电助力，使被控对象的速度维持在一定的范围内。

2.根据权利要求1所述的一种用于助动车系统的自抗扰速度控制方法，其特征是：所述步骤一助动车运动模型建立中，考虑被控对象在运动过程中主要受到三个方面的总摩擦力F_fric，分别为由于重力势能而产生的摩擦力F_mg、由轮胎与地面摩擦而产生的摩擦力F_wheel和骑行中的风力摩擦F_wind，各自的表达式如下：

F_mg＝Mg sinθ (1)

F_wheel＝C_fMg cosθ (2)

F_fric＝F_mg+F_wheel+F_wind (4)

其中θ表示道路坡度，C_f是轮胎与地面之间的摩擦系数，ρ_a是空气密度，C_ω表示风阻系数，A是助动车的迎风面积，M表示车和人的总质量，V是被控对象车轮的速度；

那么，电动被控对象骑行过程中总运动方程表示为：

其中α表示被控对象的加速度；

另外，系统配备了电机，系统回路方程具体表示为：

那么，由电机电压U到被控对象输出角速度ω的传递函数为：

其中，r表示车轮的半径，J表示电机的转动惯量，K_T是电机的转矩常数，K_e是电机的反电动势常数，B是电机的摩擦系数，R为电枢总电阻，T_man是骑车人施加的力矩大小，T_fric是摩擦干扰。