[发明专利]电液耦合的线控转向系统及其转角跟踪控制器的设计方法

权利要求书

1.一种转角跟踪控制器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立考虑非线性因素的电液转向系统模型：

式中，m_r为螺母及其固连部分的质量，r_w为齿扇半径，l₁为转向摇臂长，l₃为转向节臂长，δ为前轮转角，为前轮转角转速，/为前轮转角加速度，c_r为活塞的阻尼系数，C_w为转向系阻尼系数，I_w为前轮及其固连模块绕主销的转动惯量，T_r为转向阻力矩，i_p为转向传动机构力传动比，η为转向传动机构的效率，γ_T为螺杆半径，α_T为螺杆螺旋滚道的导程角，ρ_T为螺杆螺母副换算摩擦角，T_f为转向系统内部摩擦力，T_a为电机力矩，F_h为液压助力，/为非线性量；

(2)定义x₁＝δ，建立系统的状态方程为：

式中，

其中，d₁为非线性跳动量均值，为非线性量与其均值的差；

定义非线性参数：

式中，为f₁估计值；

(3)建立包括线性扩张状态观测器的自适应鲁棒控制器，并采用控制器对线控电液转向系统进行转角跟踪控制，其中线性扩张状态观测器的模型为：

式中，为状态观测器估计状态，ω₀为状态观测器带宽，/为x₁的估计量的变化率；/

利用状态观测器进行负载观测，定义第一个误差面，即系统输出x₁的跟踪误差：

z₁＝x₁-x_d(t)

式中，x_d为x₁的理想值，即理想前轮转角；

则虚拟定义转向系统角度控制律，其可被设定为：

式中，k₁＞0，k₁为反馈增益；

定义第二个误差面，即x₂的跟踪误差：

z₂＝x₂-x_2eq

式中，x_2eq为系统状态x₂的理想转速，即在系统输出x₁趋近于x_d的情况下，x_2eq＝α₁，则：

由系统的状态方程可得：

式中，u为控制量，非线性参数体现为对阻尼的线性可变性进行预测的估计量，/为理想转速的变化率；

设计转角跟踪控制器的速度控制律以第一电机助力力矩为输入，通过削弱非线性扰动，使z₂达到最小：

式中，速度控制律α₂由自适应反馈控制律与鲁棒控制律组成，α_2a为自适应控制器，α_2s由两个子控制律α_2s1与α_2s2组成，其中α_2s1是系统反馈量，k_2s1＞0，是线性反馈增益参数，是转向器负载、液压助力及扰动的预测量，可由扩张状态观测器得到；

定义参数z₃＝F_a-α₂，可得：

式中，β＝x₂，为参数估计的误差值，/为状态观测的误差值，

鲁棒控制器α_2s2满足下列条件，

定义半正定的李雅普诺夫函数：

/

则

所以

当z₃＝0，即F_a稳定跟随α₂时，F_a为电机助力，V₂≥0恒成立。