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基于整车模型的全局时变滑模变结构控制的EPS研究
摘要：
本研究提出了一种基于整车模型的全局时变滑模变结构控制的EPS方法。该方法通过建立整车模型来描述车辆的运动动力学行为及反馈信息，在此基础上采用全局时变滑模控制理论，设计控制器来实现EPS系统对车辆的电动转向控制。同时，本研究还采用了模糊逻辑控制的思想来优化控制器的性能，提高系统的鲁棒性和抗干扰性能。最后，本文通过仿真和实车试验进行验证，证明了所提出控制方法的有效性和优越性。
关键词：
电动转向系统；整车模型；全局时变滑模控制；模糊逻辑控制；鲁棒性；抗干扰性
Abstract:
Thisstudyproposesaglobaltime-varyingslidingmodevariablestructurecontrolmethodbasedonthewholevehiclemodelforEPS.Themethoddescribesthevehicle'smotiondynamicsandfeedbackinformationbyestablishingawholevehiclemodel,anddesignsacontrollerusingglobaltime-varyingslidingmodecontroltheorytoachieveEPSsystem'selectricpowersteeringcontrol.Inaddition,thisstudyalsousesfuzzylogiccontroltooptimizethecontroller'sperformance,improvethesystem'srobustnessandanti-interferenceperformance.Finally,thispaperverifiestheeffectivenessandsuperiorityoftheproposedcontrolmethodthroughsimulationandrealvehicleexperiments.
Keywords:
Electricpowersteeringsystem;Wholevehiclemodel;Globaltime-varyingslidingmodecontrol;Fuzzylogiccontrol;Robustness;Anti-interferenceperformance
1.引言
电动转向系统是当今汽车制造领域中非常重要的研究方向之一。EPS（ElectricPowerSteering）是目前实用化最广泛的电动转向系统，它通过电机驱动，帮助驾驶员转动车轮，提高驾驶的轻松感和舒适性，同时也能有效的提升整车的操控性和安全性能。因此，EPS的研究与应用具有非常重要的现实意义和经济效益。
在设计EPS控制器时，需要注意到车辆在不同情况下的运动动力学行为，以及对车速、路面摩擦系数、环境干扰等环境因素的实时反馈和调节能力。因此，建立整车模型来描述车辆的运动特性和反馈信息，可以在一定程度上提高EPS控制器的性能和效果。在此基础上，采用全局时变滑模控制理论，可以更好地实现EPS系统的电动转向控制，提高系统的鲁棒性和抗干扰性能。
2.EPS系统整车模型的建立
EPS系统是通过控制电机的输出扭矩来改变车辆前轮的角度，从而改变车辆的转向状态。因此，可以采用整车模型来描述EPS系统的电动转向控制过程。整车模型可以用如下方程组来描述：
其中，x=[vψxy]T为车辆状态向量，v为车速，ψ为车辆航向角，x，y为车辆的位置坐标，u=[δδf]T为控制量向量，δf为前轮转角，δ为电机输出扭矩，Ac、Bc、Cc、Dc是车辆的系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和直接通道矩阵。车辆模型参数的具体表达式可以参考文献[1][2]。
3.基于全局时变滑模控制的EPS系统控制
全局时变滑模控制（GTSMS）的基本思想是在保持滑模面不变的同时，优化控制律的设计，从而提高系统的响应速度和控制精度，降低系统的振荡和摆动。GTSMS控制器的设计思路如下：
（1）构建全局时变滑模面
（2）根据全局时变滑模面设计滑模控制律
（3）结合变结构控制思想，构建全局时变滑模变结构控制器
具体来说，全局时变滑模面可以表示为：
s=λ1f1(x)+λ2f2(x)+…+λnf2(x)
其中f1(x),f2(x),…,fn(x)是一组非线性方程，λ1,λ2,…,λn为滑模面的权重系数，s为实时滑动模式。
在全局时变滑模控制律的设计中，利用了滑模微分方程的不变性原理，通过选取合适的控制变量u，实现全局时变滑模面的维持。因此GTSMS控制器可以表示为：
其中，a(t)、b(t)和c(t)是控制器的设计参数，sign(·)是符号函数，ε是滑动模式的扰动，ε̇是滑动模式的变化率。
在构建全局