[发明专利]一种用于助动车系统的自抗扰速度控制方法

说明书

本发明公开了一种用于助动车系统的自抗扰速度控制方法。本方法为解决助动车在遇到道路不平、强逆风等摩擦干扰时速度受到影响且波动较大的问题，在助动车运动学的基础上，运用干扰观测器对助动车骑行过程中的扰动量进行估计与补偿。再把补偿的扰动量反馈回系统回路，以抵消助动车骑行过程中受到的摩擦干扰。同时利用状态观测器，通过检测被控对象车轮角速度，来观测出骑车人踩踏踏板的力矩大小。基于观测出的人力力矩和实时检测到的车轮角速度，再结合电机驱动车轮辅助助力，可使得被控对象速度维持在设定的范围内，有效地实现了助动车系统在骑行过程中速度的抗干扰动态控制。

技术领域

本发明涉及运动控制技术领域，具体涉及一种用于助动车系统的自抗扰速度控制方法。

背景技术

自行车在现代生活中的使用已经越来越广泛，传统的自行车通过踩踏踏板实现整体运动，主要依靠人力输出的大小来控制骑行速度，速度是被控对象骑行中最关键的控制因素。当路面状况良好时，人力只要输出较小的值就可以实现轻松骑行，且能够达到的速度较大。主要缺陷是当路面状况不好时，车辆会受到来自环境等各方面的摩擦干扰，若想要维持速度不变，骑行者就要使用更多的力踩踏踏板，才能使自行车车轮滚动。

为实现在受阻情况下被控对象的助力驾驶，电动车不但可以实现零人力的轻松驾驶，也可以自由控制电机输出，并随之改变人力的输出值，可以使速度得到一定控制。但也由此产生的一大缺点是，电动车是通过调节手动转把(手柄)来实现电机功率的调节，即会受到人力操作随意性的影响，使电机的效率降低，同时影响电池的使用寿命。除此之外，电动车质量较大，无电助力骑行时较费劲。

如今市场上也出现了安装有力矩传感器的助动车。由于力矩传感器可检测骑行者施加在曲柄轴上的力矩来检测力的大小，所以通过检测力矩，控制器可智能地调节电机驱动助力，实现人力电力的混合驱动。然而，力矩传感器本身价格较高、性能不太稳定、易受到环境的影响，且对于安装精度的要求很高，对于助动车的广泛使用存在一定的困难。

因此，为了能克服以上的种种困难，迫切需要一种能实现受阻情况下的自抗扰速度控制方法，使骑车人在骑行过程中的速度可以动态趋于稳定，且不会较大增加助动车的质量，减少骑行过程中的人力输出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种用于助动车系统的自抗扰速度控制方法，实现自动平衡扰动，车速稳定在设定的范围内。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种用于助动车系统的自抗扰速度控制方法，其特征在于：在基于助动车运动学方程的基础上，运用干扰观测器对骑行过程中的扰动量进行估计，并对扰动量进行补偿；同时利用状态观测器，通过检测被控对象车轮角速度观测出骑车人踩踏踏板的力矩大小；基于观测出的人力力矩和实时检测到的车轮角速度，可结合电机驱动车轮辅助助力；能够实现助动车在受阻情况下的助力驾驶，实现自动平衡扰动，速度稳定在设定的范围内；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，建立助动车系统运动模型，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：在步骤一建立的助动车系统运动模型基础上，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系统被控对象模型，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系统被控对象模型，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可根据实际效果人为设定。