本文關(guān)鍵詞：分?jǐn)?shù)階微積分在汽車EPS系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

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【摘要】：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車重要系統(tǒng)之一,直接關(guān)系到汽車行駛的操縱性及安全性。近年來,汽車EPS系統(tǒng)以節(jié)能、輕便、環(huán)保以及結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸成為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一個(gè)快速發(fā)展方向,也是國(guó)內(nèi)外汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究熱點(diǎn),引起了人們的廣泛關(guān)注。汽車EPS系統(tǒng)是時(shí)變非線性的多輸入多輸出系統(tǒng),基于傳統(tǒng)整數(shù)階模型的汽車EPS的控制策略存在著系統(tǒng)魯棒性不高、轉(zhuǎn)向手感差、助力效果不理想等情況,從而影響到汽車行駛的安全性及可靠性。因此汽車EPS系統(tǒng)在建模及控制策略上對(duì)系統(tǒng)的整體控制性能具有重要的作用。由于基于分?jǐn)?shù)階微積分理論的分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型能更加真實(shí)客觀的描述實(shí)際物理系統(tǒng),且分?jǐn)?shù)階控制器對(duì)機(jī)械非線性具有良好的魯棒性,論文對(duì)分?jǐn)?shù)階微積分在汽車EPS系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。論文的主要研究工作如下:(1)闡述了汽車EPS系統(tǒng)的特點(diǎn)、工作原理以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀;利用動(dòng)力學(xué)原理,建立了考慮輪胎非線性的整車二自由度模型的汽車EPS系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并在汽車EPS系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型上對(duì)助力特性進(jìn)行了理論分析。(2)基于分?jǐn)?shù)階微積分理論,以汽車EPS系統(tǒng)助力電機(jī)為控制對(duì)象,利用最優(yōu)Oustaloup逼近算法建立了助力電機(jī)的分?jǐn)?shù)階模型,并在該模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了分?jǐn)?shù)階PI~λD~μ控制器,且利用粒子群優(yōu)化算法對(duì)分?jǐn)?shù)階PI~λD~μ控制器參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化整定。(3)對(duì)汽車EPS系統(tǒng)整數(shù)階模型與分?jǐn)?shù)階模型、分?jǐn)?shù)階控制器與整數(shù)階控制器進(jìn)行仿真對(duì)比,并在分?jǐn)?shù)階模型下進(jìn)行路感特性的研究。仿真結(jié)果得出,在分?jǐn)?shù)階控制下的EPS分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)具有理想的抗干擾能力、魯棒性及路感特性,且能有效抑制由電機(jī)非線性引起的轉(zhuǎn)向力矩波動(dòng),并設(shè)計(jì)了助力特性曲線,驗(yàn)證了利用分?jǐn)?shù)階微積分理論建立EPS分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及分?jǐn)?shù)階助力控制器的有效性。(4)給出了一種汽車EPS系統(tǒng)分?jǐn)?shù)階微積分動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)值算法,根據(jù)汽車EPS分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的線性及非線性狀態(tài)空間方程,可計(jì)算出汽車EPS系統(tǒng)中含有分?jǐn)?shù)階控制項(xiàng)的線性、非線性動(dòng)力學(xué)方程的級(jí)數(shù)解,提高系統(tǒng)的精度及穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明,該數(shù)值算法與所采用的分?jǐn)?shù)階Oustaloup逼近算法的仿真結(jié)果具有一致性,從而驗(yàn)證了論文研究工作的有效性。
【關(guān)鍵詞】：EPS 助力控制 分?jǐn)?shù)階微積分 Oustaloup逼近算法
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.4;O172
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSRTACT4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 課題研究背景及意義8-9
• 1.2 汽車EPS系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 分?jǐn)?shù)階微積分國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容13
• 1.5 本章小結(jié)13-14
• 2 分?jǐn)?shù)階微積分理論概述14-24
• 2.1 分?jǐn)?shù)階微積分定義及其性質(zhì)14-16
• 2.1.1 Grumwald&&-Letnikov定義14-15
• 2.1.2 Riemann -Liouville定義15
• 2.1.3 Caputo定義15-16
• 2.1.4 分?jǐn)?shù)階微積分性質(zhì)16
• 2.2 分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)的逼近算法16-20
• 2.2.1 Crone近似17-18
• 2.2.2 Carlson近似18
• 2.2.3 Matsuda近似18-19
• 2.2.4 Oustaloup近似19-20
• 2.3 分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)20-23
• 2.3.1 分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述20-21
• 2.3.2 分?jǐn)?shù)階微積分方程的解析解法21-22
• 2.3.3 分?jǐn)?shù)階微積分方程的數(shù)值解22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 3 汽車EPS系統(tǒng)的整數(shù)階建模與動(dòng)力學(xué)分析24-34
• 3.1 汽車EPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理24-25
• 3.2 汽車EPS系統(tǒng)整數(shù)階動(dòng)力學(xué)模型25-26
• 3.3 整車二自由度模型的建立26-28
• 3.4 汽車EPS系統(tǒng)助力電機(jī)整數(shù)階模型28-29
• 3.5 汽車EPS系統(tǒng)助力特性29-32
• 3.6 本章小結(jié)32-34
• 4 汽車EPS系統(tǒng)分?jǐn)?shù)階模型仿真分析34-60
• 4.1 助力電機(jī)分?jǐn)?shù)階模型的建立34-36
• 4.1.1 分?jǐn)?shù)階微積分算子的Simulink實(shí)現(xiàn)35-36
• 4.1.2 電機(jī)模型參數(shù)的優(yōu)化36
• 4.2 基于分?jǐn)?shù)階模型的分?jǐn)?shù)階PI~λD~μ控制器的設(shè)計(jì)36-42
• 4.2.1 分?jǐn)?shù)階控制器參數(shù)的整定38-39
• 4.2.2 分?jǐn)?shù)階控制器參數(shù)的優(yōu)化算法設(shè)計(jì)39-42
• 4.3 汽車EPS分?jǐn)?shù)階控制系統(tǒng)模型的仿真對(duì)比分析42-50
• 4.3.1 汽車EPS分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)狀態(tài)空間模型42-43
• 4.3.2 控制參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響43-46
• 4.3.3 整數(shù)階電機(jī)模型與分?jǐn)?shù)階電機(jī)模型的仿真對(duì)比46-48
• 4.3.4 整數(shù)階PID控制器與分?jǐn)?shù)階PI~λD~μ控制器的仿真對(duì)比48-50
• 4.4 汽車EPS分?jǐn)?shù)階控制系統(tǒng)的路感分析50-55
• 4.5 助力特性曲線的確定55-58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 5 汽車EPS系統(tǒng)分?jǐn)?shù)階動(dòng)力學(xué)方程數(shù)值算法60-70
• 5.1 分?jǐn)?shù)階線性動(dòng)力學(xué)方程數(shù)值算法60-63
• 5.2 分?jǐn)?shù)階非線性動(dòng)力學(xué)方程數(shù)值算法63-65
• 5.3 汽車線性EPS分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)數(shù)值算法的仿真65-66
• 5.4 汽車非線性EPS分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)數(shù)值算法的仿真66-68
• 5.5 本章小結(jié)68-70
• 6 結(jié)論與展望70-72
• 6.1 論文主要結(jié)論70
• 6.2 后續(xù)研究工作展望70-72
• 致謝72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 附錄78
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄78
• B．作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果目錄78

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本文編號(hào)：700858