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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：本发明公开了一种具有预设性能的线控转向系统转角跟踪与容错控制方法，所述方法包括如下步骤：一、线控转向系统的转向执行器的动力学模型的建立；二、齿条力估计器的设计；三、有限时间收敛的转角跟踪控制器的设计；四、齿条位移传感器故障的容错策略设计。本发明的基于有限时间收敛的预设性能控制的转角跟踪控制方法可同时保证转角跟踪的瞬态性能和稳态性能，并在预设时间内收敛到预设的残差集内，即使在齿条位移传感器故障条件下依然可以实现很好的转角跟踪性能。本发明的基于旋转变压器的容错策略能够在不增加安装额外传感器的成本和空间等前提下实现齿条位移传感器故障下线控转向系统的容错能力，提高了转角跟踪控制方法的可靠性。

主权项：1.一种具有预设性能的线控转向系统转角跟踪与容错控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一、线控转向系统转向执行器的动力学模型的建立：步骤一一、转向执行器的动力学模型由转向电机和连接转向轮的转向执行机构组成，转向电机的动力学微分方程为： 上式中，Jm、Bm和Km分别表示转向电机的转动惯量、阻尼系数和扭转刚度，θm、和分别为转向电机的旋转角度、角速度和角加速度，Gm为电机曲轴到齿条的减速比，rp为齿轮齿条机构中小齿轮的分度圆半径，Tm为转向电机曲轴的输出力矩；步骤一二、转向轮与齿轮齿条机构刚性连接，转向轮的动力学模型表示为齿条的动力学微分方程： 上式中，mr和Br分别为齿条的质量和阻尼系数，Xr、和分别为齿条的位移、速度和加速度，Ff是由齿条运动过程中产生的摩擦力，Fr是车轮外部所受的齿条力；步骤一三、根据电机输出曲轴与齿条机构的机械连接关系，得到转向执行器的二阶微分方程为： 上式中，和分别为等效质量和等效阻尼系数，Fe＝Ff+Fr为广义齿条力；步骤二、齿条力估计器的设计：步骤二一、对步骤一给出的广义齿条力进行估计，根据转向执行器的二阶微分方程建立如下齿条力估计器的微分方程： 上式中，x1＝Xr和是估计器的状态变量，x3＝Fe为定义的扩张状态，y＝x1为估计器的输出变量，和分别是对应状态变量的估计值，z1,z2和z3为待设计的估计器反馈增益值；步骤二二、估计器的估计误差定义为： 则估计误差的微分方程表示为： 上式中，是广义齿条力的微分，上式中，α1、α2、α3和ε为待设计参数；步骤三、转角跟踪控制器的设计：步骤三一、有限时间收敛的性能函数被定义为： 其中， 上式中，t和tf分别是算法执行时间和用户预设的误差收敛时间，ωtf为收敛后的允许最大稳态误差，ω0为系统初始误差，h为用户自定义的允许最小收敛率；步骤三二、误差变换函数被定义为： 则转换后的新误差变量为： 上式中，e1t＝x1-x1d为齿条位移跟踪误差，x1d为由方向盘转角命令转换后的期望齿条力位移，ξ1t为误差转换后的新误差变量；步骤三三、基于反步法分两步设计转角跟踪控制器的控制律：第一步、定义ρt＝e1tωt，对步骤三二中转换后的误差变量求导，得： 上式中，kρ＝πsec2πρ22ωt为一个正数；然后，定义齿条速度的误差为e2t＝x2-x2d，则虚拟控制律x2d表示为： 上式中，k1为待设计的正增益值；第二步、对第一步中的齿条速度跟踪误差求导并结合步骤一二的公式，得到期望控制律为： 上式中，d＝Fe为齿条力估计器的前馈补偿值，k2为待设计的正增益值，为第一步中虚拟控制律的微分；步骤四、位移传感器故障的容错策略设计：利用永磁同步电机的旋转变压器测量的电机角度检测齿条位移传感器是否发生故障，当发生故障时，以电机旋转变压器测量值转换后的位移值作为故障后的位移修正值代替步骤二和步骤三中涉及到的齿条位移信号，实现基于位移传感器故障的容错策略设计。

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