探究史密斯模糊控制的汽车制动系统

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科 技资讯 2020 NO.02 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
工业技术
糊自整 定 过 程中，需 要 按照以下目标 来 进 行：一 是 缩 短 系 统的调节时间；二是降低系统在响应过程中的超调量；三 是确保制动系统的制动性能保持稳定。
2 史密斯模糊控制的汽车制动系统研究 在汽车制动中，考虑到制动系统内包括液压传动系统，
而且制动系统在制动过程中会出现纯时滞问题，当输入信 号被制动系统接收后，系统往往需要一个响应时间，而从 其到接收至响应的这段时间，便是其滞后时间。正是因纯 滞后问题的出现，造成制动系统在制动控制过程中的稳定 性降低。在20世纪中期，为了使系统滞后问题得到有效解 决，史密斯在当时正式提出了预估控制理论，该控制理论
与误 差变化率所产生的增益变化。可利用E来表 示系统
误 差，用E C 表 示 误 差 变化 率，而 其 增益 变化 则分 别由
Kp、Kd、Ki进行表 示，对E与EC的模糊子集进行选择，
可得到{Z E , P O, P S , PM , PB}，该 模 糊子集 有着对应的论
域，即[ 0 ,1]，对 K p、K d、K i的 模 糊 子 集 进 行 选 择，可得 到
在 汽 车制动系统中，其主 要 包 括 两 个 组 成部 分：一 部 分为液压传动系统，另一部分则为制动器，对于液压传动 系统的数学模型来说，其构建过程是非常复杂的，这需要 应 用 到流体力学 知 识，同时，由于系统的 数 学 模 型 属于高 阶系统，因此无法进行控制系统仿真计算。考虑到制动系 统中包含有液 压系统，并且控制系统内因含有纯滞后环 节，而 该 环 节的系统 模 型 属于二 阶系统，因此 为了使 计 算 与仿真变得更加方便，需要结合经验公式，并以实验数据 为基准来对拟合系统参数进行逼近。
改进后制动系统中信号的传递函数，可表示为：
Y (s) R(s)
=
Gp (s)Gc (s)e−ts Gp (s)Gc (s)+1
相比于以往的 制动系统，通 过 预 估 补 偿 器 的应 用，其
系统特 征方程在去除时 滞因子t 后，其 方程 式可表 示为
D (S )=GP (S )G c (S )，正是因为其将时滞因子进行了去除，使 制动系统在控制过程中的超调量得到了间接减小，同时也
工业技术 DOI：10.16661/ki.1672-3791.2020.02.067
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探究史密斯模糊控制的汽车制动系统①
孙振杰 李彩风 (河北机电职业技术学院 河北邢台 054000)
摘 要：一直以来，汽车在制动控制过程中经常会出现纯滞后问题，为了解决该问题，该文以史密斯预估控制理论为指导，
{ N B , N M , N S , Z E , P S , PM , PB}，在该 模 糊子 集中也同样 有着
其对应论域，即[-6,6]。在其对应论域中找到隶属度函数，
可了解其隶属度函数为三角形，通过对这两个论域的输入
与输
①作者简介：孙振杰（1980，12—），男，汉族，河北沧州人，研究生，讲师，研究方向：汽车检测与维修。 李彩风（1978，10 —），女，汉族，河北张家口人，研究生，讲师，研究方向：机械设 计与制造。
对汽车制动系统进行了反馈控制，以此对闭环传递特征方程内所存在的时滞因子进行消除，以此提高汽车的制动速度和
制动效果。在史密斯模糊控制中，以系统动态响应评估结果为依据，以此实现对补偿环节的科学设计，使其能够对被控量
进行超前预估，以此消除制动系统时滞，利用模糊PID控制理论来对汽车模型进行构建，这样可降低系统模型精确性给
缩短了制动时间，使制动系统 具 有更 强的制动 稳定性与制
动精度。
在 应 用常规 PI D 模 糊控制器时，因参 数 无法进行准
确测量，因此需要应 用到模糊控制器，并通过 模糊控制
器来实现 对制动系统的自整定 PI D 控制，通过该控制理
论来对制动系统模型进行 计算。在模糊控制器中，系统
输入项为系统误差与误差变化率，而其 输出则是因误差
史密斯模糊控制造成的不利影响。通过实验证明，在汽车制动系统中应用史密斯模糊控制来达到自整定PID控制目的，可
大大提高制动系统的响应速度，并减少超调量与振荡幅度，从而缩短了汽车的制动时间。
关键词：史密斯 模糊控制 汽车制动系统
中图分类号：U463.52
文献标识码：A
文章编号：1672-3791(2020)01(b)-0067-02
1 汽车模型及其制动系统模型 1.1 汽车模型
通 过 对 汽 车 在 运 动过 程中所具 有的动力学原 理 进 行 分析，并以 此 构建七自由度的 汽 车力学 模 型，并对其 制动 系统中的ASR /ABR动力学关系式进行提取，便可对汽车 的动力学模型、制动系统模型以及轮胎模型进行构建，从 而使 这 些 模 型中各 个 参 数的关 系得到 正 确表 述。对于汽 车制动来说，其制动过程可以看作是一种非线性过程，在 模糊PID控制中，对制动控制的灵敏性、可靠性和智能性进 行了一体化集合，以此确保汽车制动系统能够在各种复杂 路 况下保 持其制动 稳定，由此便 可确立汽 车 模 型中的P I D 控制模型。 1.2 制动系统模型
在当时引起了很大的社会反响，该理论是通过设置反馈环
节来对闭环传递函数内所包含的时滞因子进行消除，使控
制 器 输 入 端 在 受 到 被 控 量补 偿 时 能 够 得 到 超 前反馈，进
而缩短了控制系统对信号的响应时间。
前向控制系统函数以及不含有纯时滞环节的被动对象
函数可分别由G c (S )与Gp (S )进行表示，在应用预估补偿器 后，该预估补偿器可表示成Gk(S )=Gp(S )(1-e-ts)，由此可得出