摘 要：本設(shè)計(jì)提出的一種電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)控制方法, 該控制方法采用模糊控制器, 以車輪實(shí)際滑移率S與系統(tǒng)設(shè)定最佳期望滑移率S0的誤差E, 以及誤差E的變化率EC作為模糊控制器的參數(shù), 通過(guò)模糊控制查表法, 得到電機(jī)電流的變化量U。本設(shè)計(jì)的電機(jī)控制方法響應(yīng)速度快, 超調(diào)量小, 可以提高電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)路面的適應(yīng)能力。

　　關(guān)鍵詞：電子機(jī)械制動(dòng); 模糊控制

　　0 引言

　　電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力矩, 是通過(guò)安裝在4個(gè)輪胎上的制動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生, 與傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)相比, 可以簡(jiǎn)化制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、便于布置、裝配和維修。而由于制動(dòng)過(guò)程中車況多變及輪胎的非線性控制, 需要對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)提供一種響應(yīng)速度快、超調(diào)量小且可以提高對(duì)各種路面的適應(yīng)能力的控制算法。

　　1 總體設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)所要解決的技術(shù)問(wèn)題, 在于提供一種電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)控制方法, 其響應(yīng)速度快、超調(diào)量小且可以提高電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)各種路面的適應(yīng)能力[1]。所以本設(shè)計(jì)的工作原理如圖1所以, 包括以下幾個(gè)步驟。

　　1.1 數(shù)據(jù)采集

　　控制器采集安裝在車輪上的輪速傳感器脈沖信號(hào), 得到各車輪輪速角速度信號(hào)。通過(guò)車輪輪速信號(hào)及計(jì)算公式S=1-ωr/V, 計(jì)算車速V。其中ω代表輪速角速度, V代表車速, 得到整車實(shí)際的滑移率S。

　　控制器根據(jù)實(shí)際滑移率S與最佳期望滑移率S0的誤差值E, 及誤差值E求微分后得到誤差變化率EC。將誤差值E和誤差變化率EC作為模糊控制器的輸入量, 通過(guò)模糊控制查表法得到輸出量U, 所述U為電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中力矩電機(jī)電流的變化量。當(dāng)誤差E越大時(shí), 輸出量U應(yīng)盡可能快的減少;而當(dāng)誤差E越小時(shí), 輸出量U的控制由EC主導(dǎo), EC越大, 輸出U越小。這種模糊推理控制規(guī)則是根據(jù)本領(lǐng)域?qū)＜业氖謩?dòng)控制規(guī)則制定的, 原則是:當(dāng)誤差較大時(shí), 控制量應(yīng)當(dāng)盡可能減少誤差;當(dāng)誤差較小時(shí), 除了消除誤差外, 還必須考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 以避免不需要的超調(diào)和震蕩。

　　1.3 模糊控制推理計(jì)算方式

　　本設(shè)計(jì)對(duì)模糊控制推理過(guò)程輸出模糊子集的反模糊化, 可通過(guò)重心法進(jìn)行精確化計(jì)算, 得到模糊控制器的精確輸出量U, 模糊控制器的反模糊化計(jì)算公式如下。

　　為對(duì)應(yīng)模糊控制器輸出量U的模糊子集論域值。所述電機(jī)可選用脈寬調(diào)控 (PWM) 電機(jī), 執(zhí)行調(diào)控的電機(jī)選用脈寬調(diào)控電機(jī)。本設(shè)計(jì)模糊控制的輸出量U為百分比, 輸出量作為脈寬調(diào)控電機(jī)的脈寬調(diào)控占空比。根據(jù)本設(shè)計(jì)提出的一種電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)控制方法, 關(guān)鍵在于該控制方法采用模糊控制器, 以車輪實(shí)際滑移率S與系統(tǒng)設(shè)定的最佳期望滑移率S0的誤差E, 以及誤差E的變化率EC作為模糊控制器的雙輸入, 通過(guò)模糊控制查表法得到控制輸出, 輸出量為電機(jī)電流的變化量U。使用本設(shè)計(jì), 可以利用模糊控制系統(tǒng), 不需要控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型, 具有響應(yīng)速度快及超調(diào)量小的特性, 提高對(duì)各種路面的適應(yīng)能力。

　　2 具體實(shí)施

　　電子機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)是, 在整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中讓實(shí)際滑移率S始終跟蹤期望滑移率S0, 以產(chǎn)生最大的路面附著系統(tǒng), 從而在不同路面情況下均能得到較好的制動(dòng)性能。本實(shí)施例的模糊控制的數(shù)學(xué)控制模型如圖2所示。

　　通過(guò)加減器實(shí)際滑移率S與期望滑移率S0相減得到誤差值E, E通過(guò)微分得到誤差變化率EC, E和EC作為模糊控制器的控制表 (2-D) 的兩個(gè)輸入。通過(guò)查表得到輸出U, 本例的輸出U為脈寬調(diào)控 (PWM) 電機(jī)的脈寬調(diào)控占空比 (PWM) [2]。模糊控制器的工作原理如下:選擇系統(tǒng)的輸入量、輸出量;將輸入變量的精確值變?yōu)槟：?根據(jù)輸入變量 (模糊量) 及模糊控制規(guī)則, 按模糊推理合成規(guī)則計(jì)算模糊控制量;由上述得到的模糊控制量計(jì)算精確的控制量。模糊控制系統(tǒng)的輸入量為電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際滑移率S與期望滑移率S0的誤差值E, 以及誤差值E的變化率EC;輸出量U為實(shí)際電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中力矩電機(jī)電流的變化量。E、EC和輸出量U的隸屬度函數(shù)如圖3所示。

　　其中[a, b]為模糊控制器輸入變量的實(shí)際范圍, [m, n]為模糊子集論域, 將實(shí)際輸入量E和EC轉(zhuǎn)化到模糊子集論域中的變量Y1和Y2, 再通過(guò)三角形隸屬函數(shù)轉(zhuǎn)化成輸入變量E和EC的模糊值, 模糊化過(guò)程的輸出量U的隸屬函數(shù)也采用三角形隸屬函數(shù)。這里三角形隸屬函數(shù)的變量等級(jí)均為5級(jí), 并且輸入變量E、EC和輸出變量U的隸屬度函數(shù)是均勻分布的。模糊推理形式如下。

　　其中Ai為誤差模糊子集, Bi為誤差變化模糊子集, Ci為輸出量模糊子集。根據(jù)手動(dòng)控制策略, 總結(jié)出25條模糊控制規(guī)則, 如表1所示。其中, 手動(dòng)控制策略的設(shè)計(jì)原則為:當(dāng)誤差較大時(shí), 控制量應(yīng)當(dāng)盡可能減少誤差;當(dāng)誤差較小時(shí), 除了消除誤差外, 還必須考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 以避免不需要的超調(diào)和震蕩。具體為:當(dāng)誤差E較大時(shí), 輸出量U應(yīng)盡可能減少誤差;而當(dāng)誤差E較小時(shí), 輸出量U的控制由EC主導(dǎo), EC越大, 輸出量U越小。由上述過(guò)程求出控制表, 置于模糊控制器中, 對(duì)應(yīng)不同的實(shí)際滑移率誤差及其誤差變化率, 通過(guò)查表即可得到模糊控制器的輸出量U, 輸出量U為百分比形式, 也就是電機(jī)的控制量。本例中的輸出量為脈寬調(diào)控電機(jī)的脈寬調(diào)控占空比 (PWM) , 脈寬調(diào)控電機(jī)通過(guò)控制電機(jī)輸入電流的大小來(lái)控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩, 再通過(guò)行星齒輪、皮帶輪、螺桿螺母, 使螺母產(chǎn)生壓緊力, 最終得到制動(dòng)力矩[3]。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　實(shí)驗(yàn)證明, 使用本設(shè)計(jì)可以利用模糊控制系統(tǒng), 不需要控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型, 響應(yīng)速度快, 超調(diào)量小的特性, 改善電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)特性, 提高對(duì)各種路面的適應(yīng)能力。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]劉志勇.智能交通控制理論及其應(yīng)用[M].北京:科技出版社, 2003.[2]張文匯.模糊控制理論淺析[J].伊犁教育學(xué)院院報(bào), 2002, 15 (4) .[3]李友善, 李軍.模糊控制理論及其在過(guò)程控制中的應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)初版社, 1996.