[发明专利]一种轮毂液压混合动力系统泵排量非线性控制器设计方法

摘要

本发明公开了一种轮毂液压混合动力系统泵排量非线性控制器设计方法，属于混合动力车辆控制领域，从确定泵排量控制目标出发，用最小二乘辨识方法获得泵排量执行机构的状态空间方程，进而分别计算满足泵排量控制目标的稳态控制需求和参考期望动态补偿，然后结合Lyapunov稳定性原理对所构造的非线性动态反馈控制器进行设计，最后得到轮毂液压混合动力系统泵排量非线性控制器的最终表达形式。本方法所描述的泵排量非线性控制器考虑了变量泵排量调节机构响应滞后、参数时变所产生的影响，具有较好的鲁棒性和抗外部干扰能力，对提升泵轮毂液压混合动力系统排量跟踪控制品质十分必要。

主权项

1.一种轮毂液压混合动力系统泵排量非线性控制器设计方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤一、确定泵排量控制目标：根据变量泵排量稳态控制需求，以及驱动力协调控制需求计算可以确定当前工作状态下的泵排量控制目标，如式(1)所示：β_cmd＝β_st+β_mpc…………………………(1)式中，β_cmd表示泵排量控制目标；β_st表示稳态控制需求；β_mpc表示驱动力协调控制需求；其中，当系统不在闭式回路泵助力模式工作时，β_mpc＝0；步骤二、获取泵排量执行机构的状态空间方程：液压泵的目标排量与实际响应排量之间的关系可以使用变参数的一阶传递函数进行描述，其中，传递函数的参数可以使用递推最小二乘辨识方法得到，进而可得到泵排量执行机构的状态空间方程，如式(2)所示：式中，状态变量x表示泵排量响应，控制变量u表示PWM占空比信号，其中状态空间方程中各参数为：其中a、b、τ为待辨识参数；步骤三、计算满足泵排量控制目标的稳态控制需求：定义泵排量跟踪控制误差：e＝y‑β_cmd＝x‑β_cmd，根据Lyapunov稳定性理论，满足的状态即为系统的平衡状态或者平衡点，结合式(2)，可以得到式(3)：式中，u_s表示可以使系统最终响应至控制目标的稳态控制需求，x_d表示期望参考，即泵排量控制目标β_cmd；步骤四、计算参考期望动态补偿u_f：在控制律u＝u_s+u_f的作用下，此时系统状态变化能够跟踪上参考输入的变化，存在并结合式(3)代入式(2)计算，得到式(4)：步骤五、设计非线性动态反馈控制律：设计非线性动态反馈控制律u_d，如式(5)所示：式中，k₁为非线性反馈控制增益，ω为非线性反馈的设计参数，k₁＞0，ω＞1，最终控制律u＝u_s+u_f+u_d作用于泵排量控制系统，并代入式(2)计算，得到误差微分项如式(6)所示：步骤六、求取轮毂液压混合动力系统泵排量非线性控制器的最终表达形式：结合Lyapunov稳定性原理对所构造的非线性动态反馈控制器进行设计，定义系统的Lyapunov函数为：对其求导计算，可得：为了寻找满足能量函数的控制律，将ω^e展开为e的三阶幂级数，并忽略幂级数的高阶项，如式(8)所示：将式(5)以及式(8)代入式(7)计算，可得式(9)：根据Young式不等式，存在以下不等式条件：因为k₁＞0，ω＞1，只要式(11)所示的不等式成立，那么恒成立；求解上述不等式(11)，可求得非线性反馈控制器设计参数ω的取值范围：此时可以使得能量函数恒成立；那么根据Lyapunov稳定性原理，此时系统在平衡点x＝β_cmd，处是渐近稳定的，针对变量泵排量执行机构设计的非线性控制器的最终表达形式，如式(12)所示：