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申请/专利权人：燕山大学

摘要：本发明涉及一种干式离合器转矩跟踪双环控制方法，属于离合器控制技术领域，包括：建立整车的动力学模型，采用未知输入观测器估计离合器的实际转矩；建立转矩环控制器，输出分离轴承的参考位移，所述转矩环控制器采用自适应前馈‑反馈控制方法；建立离合器执行机构的动力学模型；建立采用基于反步法的自抗扰控制方法的位置环控制器，输出离合器执行机构电机的控制电压。本发明在转矩环解决了由于摩擦系数时变和从动盘磨损导致的离合器传递力矩和分离轴承位移之间的定量关系不确定问题，提升了控制器的准确性和鲁棒性；在位置环解决了离合器执行机构扰动问题，使得系统存在干扰的情况下，依然能够获得较高的位置跟踪精度和较好的鲁棒性。

主权项：1.一种干式离合器转矩跟踪双环控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，建立整车的动力学模型，采用未知输入观测器估计离合器的实际转矩；步骤2，建立转矩环控制器，以离合器的参考转矩和步骤1中估计的离合器的实际转矩作为所述转矩环控制器的输入，通过所述转矩环控制器，输出分离轴承的参考位移；所述转矩环控制器采用自适应前馈-反馈控制方法，其中，反馈控制方法的设计过程如下：以离合器的参考转矩和未知输入观测器估计的离合器的实际转矩之间的误差为输入，采用PID控制方法，得到反馈控制的输出位移： 式中，Δx为反馈位移；kp、ki和kd分别为比例、积分和微分增益；e为离合器的参考转矩和未知输入观测器估计的离合器转矩之间的误差；Ta_ref为离合器的参考转矩；自适应前馈控制方法的设计过程如下：首先，通过试验获取离合器的分离特性曲线，并对所述分离特性曲线进行线性拟合，得到作用于分离轴承的分离力与分离轴承位移之间的对应关系：Fs＝fx式中，Fs为分离力；f为拟合斜率；x为分离轴承位移；其次，利用分离力计算离合器在分离过程中的压盘压力，得到压盘压力与分离轴承位移之间的对应关系：Fn＝FN-KFs＝FN-Kfx式中，Fn为压盘压力；FN为离合器完全接合时的压紧力；K为膜片弹簧的杠杆率；再次，利用压盘压力计算离合器的传递转矩，得到离合器的传递转矩与分离轴承位移之间的对应关系：Ta＝nRμFn＝nRμFN-nRKμfx式中，n为摩擦面数；R为等效摩擦半径；μ为摩擦系数；然后，将离合器的传递转矩与分离轴承位移之间的对应关系进一步表示为如下形式： 式中，Δμ为摩擦系数不确定性；Δf为拟合斜率不确定性；Δw为不确定性耦合项；为获得自适应前馈控制的输出位移，需要对上式中的摩擦系数不确定性和不确定性耦合项进行自适应估计；应用一阶滤波器，并基于李雅普诺夫稳定性理论，得到离合器转矩、摩擦系数不确定性和不确定性耦合项的更新律： 式中：为自适应估计的离合器转矩；γa为一阶滤波器增益；γμ和γw为自适应增益；为摩擦系数不确定性估计值；为不确定性耦合项估计值；ε为未知输入观测器估计的离合器转矩和自适应估计的离合器转矩之间的误差；最后，将离合器的参考转矩带入公式，得到自适应前馈控制的输出位移： 式中：xb为前馈位移；综合自适应前馈控制和反馈控制的输出位移，得到分离轴承的参考位移：xref＝xb+Δx式中：xref为分离轴承的参考位移；步骤3，建立离合器执行机构的动力学模型；步骤4，建立位置环控制器，以分离轴承的参考位移为输入，通过所述位置环控制器，输出离合器执行机构电机的控制电压；所述位置环控制器采用基于反步法的自抗扰控制方法，所述基于反步法的自抗扰控制方法的设计过程如下：首先，建立跟踪微分器，以分离轴承的参考位移为输入，通过所述跟踪微分器，输出两个系统状态变量的参考信号；所述跟踪微分器的具体形式如下： 式中：v1和v2为系统状态变量的参考信号；h为采样时间；r0和h0为调整因子；fhan为最速控制综合函数；k为采样序号；然后，将总扰动作为一个新的状态变量，即x3＝p，并采用扩张状态观测器对系统的状态变量和总扰动进行估计，所述扩张状态观测器的具体形式如下： 式中：和为系统状态变量估计值；为系统总扰动估计值；β1、β2和β3为扩张状态观测器增益；为状态估计误差；最后，以跟踪微分器输出的状态变量参考信号和扩张状态观测器估计的状态变量和总扰动为输入，采用反步法，输出离合器执行机构电机的控制电压： 式中：k1和k2为反步控制器参数；z1为分离轴承的位移误差；z2为虚拟控制；α1为虚拟镇定控制器。

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