一种电子机械制动系统的电机控制方法

　　摘 要：本设计提出的一种电子机械制动系统电机控制方法, 该控制方法采用模糊控制器, 以车轮实际滑移率S与系统设定最佳期望滑移率S0的误差E, 以及误差E的变化率EC作为模糊控制器的参数, 通过模糊控制查表法, 得到电机电流的变化量U。本设计的电机控制方法响应速度快, 超调量小, 可以提高电子机械制动系统对路面的适应能力。

　　关键词：电子机械制动; 模糊控制

　　0 引言

　　电子机械制动系统的制动力矩, 是通过安装在4个轮胎上的制动机构产生, 与传统的液压制动系统相比, 可以简化制动系统结构、便于布置、装配和维修。而由于制动过程中车况多变及轮胎的非线性控制, 需要对电子机械制动系统的电机提供一种响应速度快、超调量小且可以提高对各种路面的适应能力的控制算法。

　　1 总体设计

　　本设计所要解决的技术问题, 在于提供一种电子机械制动系统的电机控制方法, 其响应速度快、超调量小且可以提高电子机械制动系统对各种路面的适应能力[1]。所以本设计的工作原理如图1所以, 包括以下几个步骤。

　　1.1 数据采集

　　控制器采集安装在车轮上的轮速传感器脉冲信号, 得到各车轮轮速角速度信号。通过车轮轮速信号及计算公式S=1-ωr/V, 计算车速V。其中ω代表轮速角速度, V代表车速, 得到整车实际的滑移率S。

　　控制器根据实际滑移率S与最佳期望滑移率S0的误差值E, 及误差值E求微分后得到误差变化率EC。将误差值E和误差变化率EC作为模糊控制器的输入量, 通过模糊控制查表法得到输出量U, 所述U为电子机械制动系统中力矩电机电流的变化量。当误差E越大时, 输出量U应尽可能快的减少;而当误差E越小时, 输出量U的控制由EC主导, EC越大, 输出U越小。这种模糊推理控制规则是根据本领域专家的手动控制规则制定的, 原则是:当误差较大时, 控制量应当尽可能减少误差;当误差较小时, 除了消除误差外, 还必须考虑系统的稳定性, 以避免不需要的超调和震荡。

　　1.3 模糊控制推理计算方式

　　本设计对模糊控制推理过程输出模糊子集的反模糊化, 可通过重心法进行精确化计算, 得到模糊控制器的精确输出量U, 模糊控制器的反模糊化计算公式如下。

　　为对应模糊控制器输出量U的模糊子集论域值。所述电机可选用脉宽调控 (PWM) 电机, 执行调控的电机选用脉宽调控电机。本设计模糊控制的输出量U为百分比, 输出量作为脉宽调控电机的脉宽调控占空比。根据本设计提出的一种电子机械制动系统的电机控制方法, 关键在于该控制方法采用模糊控制器, 以车轮实际滑移率S与系统设定的最佳期望滑移率S0的误差E, 以及误差E的变化率EC作为模糊控制器的双输入, 通过模糊控制查表法得到控制输出, 输出量为电机电流的变化量U。使用本设计, 可以利用模糊控制系统, 不需要控制对象的精确数学模型, 具有响应速度快及超调量小的特性, 提高对各种路面的适应能力。

　　2 具体实施

　　电子机械式制动系统的主要控制目标是, 在整个制动过程中让实际滑移率S始终跟踪期望滑移率S0, 以产生最大的路面附着系统, 从而在不同路面情况下均能得到较好的制动性能。本实施例的模糊控制的数学控制模型如图2所示。

　　通过加减器实际滑移率S与期望滑移率S0相减得到误差值E, E通过微分得到误差变化率EC, E和EC作为模糊控制器的控制表 (2-D) 的两个输入。通过查表得到输出U, 本例的输出U为脉宽调控 (PWM) 电机的脉宽调控占空比 (PWM) [2]。模糊控制器的工作原理如下:选择系统的输入量、输出量;将输入变量的精确值变为模糊量;根据输入变量 (模糊量) 及模糊控制规则, 按模糊推理合成规则计算模糊控制量;由上述得到的模糊控制量计算精确的控制量。模糊控制系统的输入量为电子机械制动系统的实际滑移率S与期望滑移率S0的误差值E, 以及误差值E的变化率EC;输出量U为实际电子机械制动系统中力矩电机电流的变化量。E、EC和输出量U的隶属度函数如图3所示。

　　其中[a, b]为模糊控制器输入变量的实际范围, [m, n]为模糊子集论域, 将实际输入量E和EC转化到模糊子集论域中的变量Y1和Y2, 再通过三角形隶属函数转化成输入变量E和EC的模糊值, 模糊化过程的输出量U的隶属函数也采用三角形隶属函数。这里三角形隶属函数的变量等级均为5级, 并且输入变量E、EC和输出变量U的隶属度函数是均匀分布的。模糊推理形式如下。

　　其中Ai为误差模糊子集, Bi为误差变化模糊子集, Ci为输出量模糊子集。根据手动控制策略, 总结出25条模糊控制规则, 如表1所示。其中, 手动控制策略的设计原则为:当误差较大时, 控制量应当尽可能减少误差;当误差较小时, 除了消除误差外, 还必须考虑系统的稳定性, 以避免不需要的超调和震荡。具体为:当误差E较大时, 输出量U应尽可能减少误差;而当误差E较小时, 输出量U的控制由EC主导, EC越大, 输出量U越小。由上述过程求出控制表, 置于模糊控制器中, 对应不同的实际滑移率误差及其误差变化率, 通过查表即可得到模糊控制器的输出量U, 输出量U为百分比形式, 也就是电机的控制量。本例中的输出量为脉宽调控电机的脉宽调控占空比 (PWM) , 脉宽调控电机通过控制电机输入电流的大小来控制电机的输出转矩, 再通过行星齿轮、皮带轮、螺杆螺母, 使螺母产生压紧力, 最终得到制动力矩[3]。

　　3 结束语

　　实验证明, 使用本设计可以利用模糊控制系统, 不需要控制对象的精确数学模型, 响应速度快, 超调量小的特性, 改善电子机械制动系统的响应特性, 提高对各种路面的适应能力。

　　参考文献

　　[1]刘志勇.智能交通控制理论及其应用[M].北京:科技出版社, 2003.[2]张文汇.模糊控制理论浅析[J].伊犁教育学院院报, 2002, 15 (4) .[3]李友善, 李军.模糊控制理论及其在过程控制中的应用[M].北京:国防工业初版社, 1996.

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文章名称： 一种电子机械制动系统的电机控制方法

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