一种基于复合控制的电动助力转向系统助力控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动助力转向系统领域，尤其涉及一种基于复合控制的电动助力转向 系统助力控制方法。
【背景技术】
[0002] 车辆用电动助力转向（EP巧系统包括电子控制单元巧CU)、转矩传感器、车速传感 器、电流传感器、助力电机和减速机构等部件，助力电机通过传动机构与汽车的转向机构相 连。EPS系统存在多种控制模式，其中助力控制是其基础。
[0003]针对助力控制的方法是多种多样的，传统的控制方法的控制精度低、鲁棒性差，响 应时间长，送样会使得电机提供助力的延迟，对汽车的舒适性和安全性造成很大的影响。较 为理想的控制方法为滑模变结构控制，但是传统的滑模变结构控制普遍存在着抖振现象。 抖振会影响汽车行驶的稳定性，进而影响汽车的安全性。为了解决上述问题，需要有一种新 的电动助力转向系统助力控制方法。
[0004]本发明设计了基于遗传算法优化的模糊滑模控制方法，不仅有效地减小了系统的 抖振，还进一步增强了系统的控制精度和鲁棒性。并且由于滑模变结构控制的特点，该控制 方法可W应用于多种不同型号的汽车上。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种基于复合控制的电动助力转向系统助力控制方法，目的在于减 小甚至消除传统的滑模变结构控制中存在的抖振现象，进一步提高系统的控制精度和鲁棒 性。当车辆进入转向状态时，电动助力转向系统的ECU根据转矩传感器测得的转矩信号和 车速传感器测得的车速信号得到所需的目标电流，将电流传感器测得的实际电流与目标电 流的差值作为电流控制器的输入，确保实际电流能够快速而准确的跟随目标电流，W此来 快速而准确的提供助力转矩。本发明所采用的技术方案是：
[0006] -种基于复合控制的电动助力转向系统助力控制方法，其特征在于；第一步，设计 滑模变结构控制器对电动助力转向系统的电流误差进行控制；第二步，将一个双输入单输 出的模糊控制引入到第一步的滑模变结构控制器中，使滑模控制中的关键参数具有一定的 自适应特性；第Η步，将遗传算法优化引入到第二步的模糊控制中，对模糊控制规则进行优 化。该方法的主要特性为；将模糊控制应用于滑模控制，达到优化滑模控制中的关键参数的 作用，同时通过遗传算法优化模糊规则，W此来提高模糊规则的精确性，最终实现对EPS系 统的复合控制，提高系统的鲁棒性和控制精度，同时，减小甚至消除系统的抖振现象。
[0007]第一步中，将系统所需的目标电流Im和电流传感器采集助力电机当前的实际电流 I的偏差e作为状态变量，同时参考滑模控制中的指数趋近率，结合助力电机的电气特性， 最终初步得到滑模控制器。用饱和函数sat (S)代替理想滑动模态中的符号函数sgn(S)，将 已形成的切换控制项连续化，形成具有一定邻域的边界层，增强系统的鲁棒性。
[000引第二步中，滑模控制中的指数趋近率公式为；= -s.sgnW-k，e会明显影响系 统的性能，根据图3利用模糊控制对其进行自适应控制，设模糊控制器的输入s和;在模糊 论域上的模糊子集&?= ：{ΛΤ&Λ/5·，Ζα户&戶9,输出e在模糊论域上的模糊子集ε= {NB，NS， ZO,PS,PB}。由此可构成对助力电机控制的模糊滑模控制器；
[0009]第Η步中，利用遗传算法对对第二步的模糊控制中的模糊规则进行优化，具体的 控制规则优化过程为；随机初始化初始群体的参数，计算出目标函数值及相应的适值；计 算初始种群的适值总和、最值、平均值及最大值样本序号；计算出个体的适值与平均适值之 比，用比值大于1的个体繁殖，保持种群中个体个数不变；在上一代种群中随机进行两两配 对，W交叉概率为0. 85随机选取交叉位进行交叉操作，便W概率为0. 01.由此产生新一代 种群，计算各样本的目标函数值机器最大值和适值；计算新一代种群的适值总和、最值、平 均值及最大值样本序号；判断是否满足终止条件，满足则结束，不满足重复上述过程；由最 大适值的样本解码，得到优化的控制规则。
[0010] 优越地，本发明的电流控制器将采用基于遗传算法优化的模糊滑模变结构控制， 由于滑模变结构控制器具有开关特性，且与系统本身的参数和扰动无关，因此，该控制方法 可W应用于不同型号的汽车上。
[0011] 优越地，本发明利用模糊控制优化滑模控制中的参数，使得参数能够根据不同的 工况发生自适应变化，同时利用遗传算法优化模糊控制中的控制规则，增强了系统的控制 精度，进一步提高了系统的自适应特性和鲁棒性，同时，减小甚至消除了传统滑模变结构控 制所特有的抖振现象。
[0012] W下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
【附图说明】
[0013]图1为电动助力转向系统分模型示意图；
[0014] 图2为电动助力转向系统助力控制方法的逻辑框图；
[0015]图3为模糊滑模变结构控制框图；
[0016] 图4为遗传算法流程图。
【具体实施方式】
[0017] 如图2, 一种电动助力转向系统，包括微处理器MCU1,W及与之相连的方向盘扭矩 传感器2、车速传感器3、PWM助力电机驱动模块4、助力电机5及反馈电流采集模块6,微处 理器MCU1实时采集由方向盘扭矩传感器2产生的扭矩信号和车速传感器3产生的车速信 号，并通过内置的助力特性曲线得到电动助力转向系统应输出的助力电机的目标电流，将 该参数输入到模糊PID控制器进行处理，向PWM助力电机驱动模块4输出经微处理器MCU 调节的脉宽调制信号（PWM)，通过控制PWM波占空比的方式控制助力电机5输出助力扭矩， 同时反馈电流6采集模块实时采集助力电机实际电流，输入微处理器MCU1中的模糊PID控 制器7,形成闭环控制。
[0018]本发明公开了一种基于复合控制的电动助力转向系统助力控制方法，其中关键在 于对电流控制器的设计，具体实施如下：
[0019] 1.当车辆进入转向状态时，电动助力转向系统的ECU根据转矩传感器测得的转矩 信号和车速传感器测得的车速信号得到所需的目标电流，将电流传感器测得的实际电流与 目标电流的差值作为电流控制器的输入，确保实际电流能够快速而准确的跟随目标电流，W此来快速而准确的提供助力转矩。
[0020] 2.将系统所需的目标电流Im和电流传感器采集助力电机当前的实际电流I的偏 差e作为状态变量，得到切换函数：
[00引]s=c*e=c(Im-：0 公式（1)
[002引公式（1)中C为比例系数，Im为目标电流，I为实际电流。
[0023] 对S求导：
[0024] S=C·e=C 公式似
[00巧]选取指数趋近率设计滑模观测器，即；
[0026]
公式