现代控制理论在汽车防抱死制动系统中的运用精品文稿.ppt

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1、现代控制理论在汽车防抱死制动系统中的运用第1页，本讲稿共21页汽车抱死 抱抱死就死就是制动器（无论是盘是制动器（无论是盘式还是毂式）将轮胎夹紧，轮胎式还是毂式）将轮胎夹紧，轮胎对于制动器没有相对运动。对于制动器没有相对运动。第2页，本讲稿共21页ABS系统第3页，本讲稿共21页ABS系统的机构原理 汽车防抱制动系统汽车防抱制动系统(简称简称ABS系系统统)实质上是一种制动力的自动调节实质上是一种制动力的自动调节装置装置。第4页，本讲稿共21页ABS系统的机构原理地面附着力地面附着力 为：为：式中式中:Z地面对轮胎的法向反作地面对轮胎的法向反作 用力用力 附着系数附着系数第5页，本讲稿共21页A

2、BS系统的机构原理附着系数与轮胎滑动率附着系数与轮胎滑动率S的变化的变化关系关系:侧向附着系数纵向附着系数第6页，本讲稿共21页ABS系统的机构原理第7页，本讲稿共21页ABS系统的控制方法 目前汽车防抱制动系统，常采用以目前汽车防抱制动系统，常采用以下三种控制方式下三种控制方式:逻辑门限值控制方式逻辑门限值控制方式(或称双位或称双位控制控制)最优控制最优控制 滑动变结构控制。滑动变结构控制。第8页，本讲稿共21页现代控制理论在ABS系统中的应用 最优控制是现代控制理论的最优控制是现代控制理论的核心，它研究的主要问题是：在核心，它研究的主要问题是：在满足一定约束条件下，寻求最优满足一定约束条件

3、下，寻求最优控制策略，使得性能指标取极大控制策略，使得性能指标取极大值或极小值。值或极小值。第9页，本讲稿共21页建立ABS系统的数学模型为了便于分析，首先作如下假设为了便于分析，首先作如下假设:(1)(1)车轮承受的载荷为常数车轮承受的载荷为常数;(2)(2)不计迎风阻力和滚动阻力不计迎风阻力和滚动阻力;(3)(3)附着系数劝随滑动率变化的规律由图附着系数劝随滑动率变化的规律由图4 4所示的两所示的两条直线所组成条直线所组成。第10页，本讲稿共21页建立ABS系统的数学模型汽车在制动过程中，单个车轮的受力情况如图汽车在制动过程中，单个车轮的受力情况如图5所示所示:第11页，本讲稿共21页建立

4、ABS系统的数学模型车轮作平面运动的运动微分方程式车轮作平面运动的运动微分方程式:第12页，本讲稿共21页建立ABS系统的数学模型把制动力矩表示为如下的时间函数关系：把制动力矩表示为如下的时间函数关系：其中，其中，k k为比例系数。为比例系数。选取状态变量选取状态变量 和和 ，把附着系数，把附着系数和滑移率和滑移率S S的关系曲线峰值处的车轮速度的关系曲线峰值处的车轮速度V V*作为系统的期作为系统的期望值输出。望值输出。第13页，本讲稿共21页建立ABS系统的数学模型设计跟踪系统，使系统实际输出的是跟踪期望输设计跟踪系统，使系统实际输出的是跟踪期望输出值，于是可将跟踪输出器设计成二阶积分的型

5、出值，于是可将跟踪输出器设计成二阶积分的型式，即式，即:第14页，本讲稿共21页建立ABS系统的数学模型微分并写成状态变量微分并写成状态变量 和和 的直接关系为：的直接关系为：第15页，本讲稿共21页建立ABS系统的数学模型利用由受力分析所得的微分方程式可推导车轮速度的利用由受力分析所得的微分方程式可推导车轮速度的微分方程式：微分方程式：第16页，本讲稿共21页建立ABS系统的数学模型利用由受力分析所得的微分方程式可推倒车轮速利用由受力分析所得的微分方程式可推倒车轮速度的微分方程式：度的微分方程式：第17页，本讲稿共21页建立ABS系统的数学模型由此可得汽车防抱死系统状态方程的规范表达式：由此可得汽车防抱死系统状态方程的规范表达式：式中式中 第18页，本讲稿共21页二次型的目标函数目标：使液压或气压控制系统消耗的能量最小，目标：使液压或气压控制系统消耗的能量最小，并使实际输出与期望输出的误差最小。并使实际输出与期望输出的误差最小。于是选择二次型目标函数，即于是选择二次型目标函数，即式中式中状态变量的加权矩阵状态变量的加权矩阵 R R控制变量的加权矩阵控制变量的加权矩阵 第19页，本讲稿共21页二次型的目标函数 第20页，本讲稿共21页最优解由最优控制理论得：第21页，本讲稿共21页