电动车转毂驾驶机器人自学习策略与控制方法研究

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转毂试验是汽车类产品开发过程中的一种很重要的室内台架试验,通过转毂试验不仅可以对电动车进行动力性检测,还可以测量多工况能耗指标,为研究电动车的动力性、经济性、舒适性等性能提供参考。电动车转毂驾驶机器人能够代替人类驾驶员进行转毂试验,有效提高试验精度和节省试验成本。论文基于速度跟踪控制这一转毂试验的基本需求,对电动车转毂驾驶机器人自学习策略和控制方法进行了研究。首先以电动车纵向控制系统模型为基础,开发了电动车模拟仿真软件,结合倍福PLC控制器,搭建了电动车驾驶机器人半实物仿真平台。其中,倍福PLC控制器中运行速度控制算法,模拟仿真软件中运行电动车纵向控制系统的数学模型。通过PLC与仿真软件的交互模拟真实的转毂驾驶机器人控制电动车进行转毂试验。以半实物仿真平台为基础,可以在实际试验前得到控制器的初步可用参数和PLC程序,减少试验现场调试时间。对基于PI控制结合逆控制策略模型的各种速度跟踪策略进行了半实物仿真实验,初步验证了在工程上的可行性。其次针对驾驶机器人利用加速踏板实现速度跟踪的特点,在传统的基于纵向动力学模型利用电机扭矩实现速度控制的基础上,引入逆控制策略模型。逆控制策略模型实现了速度跟踪控制量从电机扭矩到加速踏板开度的映射。其中电机扭矩控制量通过设计模型预测控制器求得,而设计模型预测控制器前需要从采集到的实车数据辨识出电动车纵向控制系统模型参数。将一组实车加速踏板开度输入纵向控制系统模型,将模型输出车速与实际车速对比验证模型建立的准确性。对模型预测控制和逆控制策略模型均进行了仿真实验,验证了方法的有效性。然后研究了一套控制器参数自学习方法,该方法实现了从采集试验数据到优化出控制器参数的驾驶机器人完整示教流程。其中,在得到系统控制模型的基础上,提出使用反馈线性化方法将非线性纵向动力学模型精确线性化,接着基于经典控制理论设计出控制器参数初值,再应用模拟退火算法对控制器参数寻优。本文以PI控制器为例,对反馈线性化和模拟退火算法优化PI参数进行了Matlab数值仿真实验,初步验证了所提方法理论上的合理性。最后对以PI控制为原型的速度跟踪方案配合预瞄、加速踏板平稳性保持、转毂制动等策略针对NEDC、中国汽车行驶工况这两种典型汽车试验工况进行了实车实验,结果表明电动车转毂驾驶机器人能够代替人类高效、高精度地完成转毂试验。在论文结尾对课题的研究内容进行了总结以及展望本课题的进一步工作方向。
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