电驱动履带车行驶跑偏情况下主动纠正控制方法和系统与流程

1.本发明涉及到电驱动履带车控制技术领域，具体而言，涉及到电驱动履带车行驶跑偏情况下主动纠正控制方法和系统。


背景技术：

2.电驱动履带车辆行驶环境恶劣，运行工况复杂，路面负载具有很强的非线性和不确定性，常常导致两侧驱动电机负载的不均衡以及剧烈变化。与普通机械车辆相比，双侧独立式电驱动履带车辆灵活实现了两侧主动轮不同的动力输出，但由于两侧驱动电机之间没有机械连接和约束，因此将面临两侧主动轮速度差难以保持的问题。
3.对于电驱动履带车来说，由于路面参数变化大，速度范围宽，采用固定参数pi控制补偿难以满足全工况下车辆在行驶过程中对跑偏问题进行主动纠正的控制。


技术实现要素：

4.为了克服以上不足，本发明提供电驱动履带车行驶跑偏情况下主动纠正控制方法和系统。
5.为了达到以上目的，本发明一方面采用的技术方案是：
6.电驱动履带车行驶跑偏情况下主动纠正控制方法，包括：
7.实时采集该车当前两侧电机转速差δω；
8.采集此时转速差变化率δω1；
9.分别对所述转速差δω和所述转速差变化率δω1进行模糊化处理以获得相应的转速差模糊值e和转速差变化率模糊值ec；
10.根据模糊控制器，确定所述转速差模糊值e和转速差变化率模糊值ec对应的电驱动履带车的转矩补偿量模糊值u，转矩补偿量模糊值u经解模糊化获得转矩补偿量δt，得到基于所述转矩补偿量δt对转矩进行调节。
11.在一些较优的实施例中，所述模糊控制器的建立模糊控制规则包括：根据转速差模糊值e的取值范围、转转速差变化率模糊值ec的取值范围以及转矩补偿量模糊值u的取值范围所构建的模糊控制规则。
12.在一些较优的实施例中，所述模糊控制规则包括：
13.根据转速差模糊值e的取值范围划分的转速差模糊值e的模糊子集；
14.根据转速差变化率模糊值ec的取值范围划分的转速差变化率模糊值ec的模糊子集；
15.根据转矩补偿量模糊值u的取值范围划分的转矩补偿量模糊值u的模糊子集；以及转速差模糊值e的模糊子集和转速差变化率模糊值ec的模糊子集的所有组合与转矩补偿量模糊值u的模糊子集之间的对应关系。
16.在一些较优的实施例中，针对模糊子集，转速差模糊值e、转速差变化率模糊值ec、转矩补偿量模糊值u分别有7个，分别为{pb、pm、ps、ze、ns、nm、nb}，其中e与ec和u的论域设
定为{
‑
3，
‑
2，
‑
1，0，1，2，3}，nb＝负大，nm＝负中，ns＝负小，ze＝零，ps＝正小，pm＝正中，pb＝正大，所述的7个模糊集的隶属度函数采用全交叠的三角隶属度函数。
17.在一些较优的实施例中，所对应关系按照模糊控制规则表。
18.本发明另一方面采用的技术方案是：电驱动履带车行驶跑偏情况下主动纠正控制系统，包括功率观测器、功率调节器、电机驱动系统、模糊控制器，所述功率观测器包括左侧功率观测器和右侧功率观测器，所述功率调节器包括左功率调节器和右功率调节器，所述电机驱动系统包括左侧电机驱动系统和右侧电机驱动系统，所述模糊控制器为转矩补偿模糊控制器；
19.模糊控制器：连续采集左右侧电机转速差δω及转速差变化率δω1，分别对转速差δω和转速差变化率δω1进行模糊化处理以获得相应的转速差模糊值e和转速差变化率模糊值ec，确定所述转速差模糊值e和转速差变化率模糊值ec对应的转矩补偿量模糊值u,u经解模糊化获得精确控制量u，u即为输出的转矩补偿增量δt。
20.左侧功率观测器：观测器采集电机相电流i，电磁转矩t
l
，结合转速ω
l
进而计算实际功率p
l1
；
21.右侧功率观测器观测器采集电机相电流i，电磁转矩t
l
，结合转速ω
r
进而计算实际功率p
r1
；
22.左功率调节器：给定功率p
l
与实际功率p
l1
的偏差值导入功率调节器中，其输出作为给定扭矩t
*l
，对左侧驱动电机实现闭环控制；
23.右功率调节器：给定功率p
r
与实际功率p
r1
的偏差值输入功率调节器中，其输出作为给定扭矩t
*2
，对左侧驱动电机实现闭环控制
24.驱动电机驱动系统：功率调节器输出的给定扭矩t
*l
、t
*2
与所述模糊控制器输出的转矩补偿增量δt经过计算后，作为左/右侧驱动电机驱动系统的输入，该系统响应输入扭矩，对左右两侧电机的转速进行调节，实现电驱动履带车行驶跑偏情况下的主动纠正,同时输出电机相电流i和转速ω。
25.本发明的有益效果及优点:
26.该控制系统及方法在现有电驱动履带车行驶控制的基础上，借助模糊智能算法进行补偿控制器设计，直接对两侧输出转矩进行补偿的控制策略，对两侧电机驱动系统进行动力分配，实现电驱动履带车不同工况下行驶跑偏的及时主动纠正，提高车辆的直驶稳定性能，消除跑偏带来安全隐患，提高电驱动履带车的作业率。本控制实时采集相关数据并及时纠偏，降低滞后性，针对电驱动履带车不同工况均适用，实用性高且具有普及性。
附图说明
27.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.图1：本发明实施例中的电驱动履带车行驶跑偏情况下主动纠正控制系统的结构示意图；
29.图2：本发明实施例中的速差模糊值e隶属度函数图；
30.图3：本发明实施例中的转速差变化率模糊值ec隶属度函数图；
31.图4：本发明实施例中的转矩补偿量模糊值u隶属度函数图；
32.其中图2、图3、图4的纵坐标均为隶属度值。
具体实施方式
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
35.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
36.为了便于描述，以下对本技术实施例涉及的部分名词或术语进行说明：
37.电驱动履带车：行走装置由引导轮、随动轮、支重轮、驱动轮及履带构成，驱动系统由电机驱动代替传统柴油机驱动的车辆。
38.模糊控制：模糊控制是利用人的知识对控制对象进行控制的一种方法，用“if条件，then结果”的形式来表现，又称语言控制。具体地，模糊控制是以模糊集合理论、模糊语言及模糊逻辑为基础的控制，它是模糊数学在控制系统中的应用，是一种非线性智能控制。
39.隶属度函数：若对论域(研究的范围)u中的任一元素x，都有一个数a(x)∈[0，1]与之对应，则称a为u上的模糊集，a(x)称为x对a的隶属度。当x在u中变动时，a(x)就是一个函数，称为a的隶属函数。
[0040]
本发明的设计思路是：
[0041]
车辆直驶跑偏问题主要由在两侧路面阻力系数相差较大的对开路面条件下两侧电机负载出现差异；行动部分和侧传动等机械结构对两侧电机负载出现差异以及电机输出转矩与期望值出现偏差，导致电机转速不同步引起的，为实现电驱动履带车行驶跑偏情况下主动纠正，保证直驶稳定性，整车控制器必须能够根据电机状态变化不断调整电机输出转矩，保证两侧转速尽量一致。该控制采用取左、右侧主动轮的速度差值，借助模糊智能算法进行模糊控制器设计，直接对两侧输出转矩进行补偿的控制策略，实现电驱动履带车行驶跑偏情况下的主动纠正，提高车辆的直驶稳定性能。
[0042]
如图1
‑
4所示，电驱动履带车行驶跑偏情况下主动纠正控制方法，包括：
[0043]
实时采集该车当前两侧电机转速差δω；
[0044]
采集此时所述转速差变化率δω1；
[0045]
分别对所述转速差δω和所述转速差变化率δω1进行模糊化处理以获得相应的转速差模糊值e和转速差变化率模糊值ec；
[0046]
根据模糊控制器，确定所述转速差模糊值e和转速差变化率模糊值ec对应的电驱动履带车的转矩补偿量模糊值u，转矩补偿量模糊值u经解模糊化获得转矩补偿量δt，得到基于所述转矩补偿量δt对转矩进行调节。
[0047]
需要说明的是，本实施例中，连续检测左右侧电机转速差值δω及转速差变化率δω1作为模糊控制器的输入变量，当然这两个数据也可以通过除去误差的数据，获得这两个数据的方法可以有多种，不仅仅局限于本实施例的方法。模糊控制器中，通过对输入变量以模糊集合理论、模糊语言和模糊逻辑为基础的知识库进行模糊化和模糊推理，从而得到模糊推理的结果，即模糊控制器的输出：转矩补偿增量δt，应用转矩补偿增量δt对电驱动履带车转矩控制，从而使高转速侧的电机输出转矩降低，低转速侧电机输出转矩升高，最终实现电驱动履带两侧转速同步。
[0048]
进一步的，在本技术实施例提供的汽车制动的控制方法中，还包括模糊控制器建立模糊控制规则，该规则包括：根据转速差模糊值e的取值范围、转转速差变化率模糊值ec的取值范围以及转矩补偿量模糊值u的取值范围所构建的模糊控制规则。
[0049]
具体的，模糊控制规则包括：
[0050]
根据转速差模糊值e的取值范围划分的转速差模糊值e的模糊子集；
[0051]
根据转速差变化率模糊值ec的取值范围划分的转速差变化率模糊值ec的模糊子集；
[0052]
根据转矩补偿量模糊值u的取值范围划分的转矩补偿量模糊值u的模糊子集；以及转速差模糊值e的模糊子集和转速差变化率模糊值ec的模糊子集的所有组合与转矩补偿量模糊值u的模糊子集之间的对应关系。
[0053]
更具体的，根据电驱动履带车的实际工况，当角速度偏差δω＞0时，ω
r
＞ω
l
，要求左侧电机给定转矩增加，右侧电机给定转矩减小；当偏差δω＜0时，ω
r
＜ω
l
，要求右侧电机给定转矩增加，左侧电机给定转矩减小。而如果偏差变化率δω1＞0时，则右侧电机有减速趋势，偏差变化率δω1＜0时，则右侧电机有升速趋势，因此针对模糊子集，转速差模糊值e、转速差变化率模糊值ec、转矩补偿量模糊值u分别划分为7个，分别为{pb、pm、ps、ze、ns、nm、nb}，其中e与ec和u的论域设定为{
‑
3，
‑
2，
‑
1，0，1，2，3}，nb＝负大，nm＝负中，ns＝负小，ze＝零，ps＝正小，pm＝正中，pb＝正大，所述的7个模糊集的隶属度函数采用全交叠的三角隶属度函数。其中，nb正大的取值范围为[
‑
3，
‑
2]，nm负中的取值范围为[
‑
3，
‑
1]，ns负小的取值范围为[
‑
2，0]，ze零的取值范围为[
‑
1，1]，ps正小的取值范围为[0，2]，pm正中的取值范围为[1，3]，pb正大的取值范围为[2，3]，
[0054]
为实现模糊逻辑控制，设定转速差δω的语言值包括：正大、正中、正小、零、负小、负中和负大，对应模糊子集为{pb、pm、ps、ze、ns、nm、nb}。取转速差模糊值e的论域为[
‑
3，3]，对转速差δω进行量化处理如下：
[0055][0056]
其中
[0057]
设定转速差变化率δω1的语言值包括：正大、正中、正小、零、负小、负中和负大，对应模糊子集为{pb、pm、ps、ze、ns、nm、nb}。取转速差变化率模糊值ec的论域为[
‑
3，3]，对转速差变化率δω1进行量化处理如下：
[0058][0059]
其中
[0060]
设定转矩补偿量δt的语言值包括：正大、正中、正小、零、负小、负中和负大，对应模糊子集为{pb、pm、ps、ze、ns、nm、nb}。取转矩补偿量模糊值u的论域为[
‑
3，3]，对转矩补偿量δt进行量化处理如下：
[0061][0062]
其中
[0063]
全交叠三角隶属函数不完全依赖于纯粹的数学模型，但是又是基于模糊规则的模糊数学模型，是经过大量的操作实践总结出来的一套完整的控制规则；使用语言方便，可不需要过程的精确数学模型；适用于解决过程控制中的非线性、强耦合时变、滞后等问题；有较强的容错能力，具有适应受控对象动力学特征变化、环境特征变化和行动条件变化的能力。
[0064]
全交叠三角隶属函数对应的函数式：
[0065][0066]
进一步的，以上模糊控制规则有多条，组成模糊关系控制库，具体的模糊控制规则如表1所示：
[0067]
表1模糊控制规则表
[0068][0069]
模糊控制规则表用于表征转速差模糊值e与制转速差变化率模糊值ec之间的映射关系，转矩补偿量模糊值u为转速差模糊值e与制转速差变化率模糊值ec的组合值。例如：
[0070]
如果e为pb和ec为ze，则u为pb。
[0071]
如果如果e为ze和ec为nb，则u为nb。
[0072]
具体地，根据车辆两侧电机转速差δω和述转速差变化率δω1根据隶属度函数计算出转速差模糊值e和转速差变化率模糊值ec的隶属度值，在模糊控制规则表中查询对应的转矩补偿量模糊值u再解模糊的到具体转矩补偿量δt，从而采取通过控制转矩实现电驱动履带两侧转速同步。
[0073]
如图1所示，电驱动履带车行驶跑偏情况下主动纠正控制系统，包括功率观测器、功率调节器、电机驱动系统、模糊控制器，所述功率观测器包括左侧功率观测器和右侧功率观测器，所述功率调节器包括左功率调节器和右功率调节器，所述电机驱动系统包括左侧电机驱动系统和右侧电机驱动系统，所述模糊控制器为转矩补偿模糊控制器；
[0074]
模糊控制器：连续采集左右侧电机转速差δω及转速差变化率δω1，分别对转速差δω和转速差变化率δω1进行模糊化处理以获得相应的转速差模糊值e和转速差变化率模糊值ec，确定所述转速差模糊值e和转速差变化率模糊值ec对应的转矩补偿量模糊值u,u经解模糊化获得精确控制量u，u即为输出的转矩补偿增量δt。
[0075]
解模糊是将转矩补偿量δt模糊推理得到的模糊值转化为精确的控制信号，然后通过比例因子将精确值转化为所需控制量作用于两侧电机驱动系统。
[0076]
设定转矩补偿量δt的语言值包括：正大、正中、正小、零、负小、负中和负大，对应模糊子集为{pb、pm、ps、ze、ns、nm、nb}。设定转矩补偿量δt论域u的取值为[
‑
3，3]，比例因子为k'，则通过去模糊化过程可求解转矩补偿量如下：
[0077]
δt＝k'u
[0078]
左侧功率观测器：观测器采集电机相电流i，电磁转矩t
l
，结合转速ω
l
进而计算实
际功率p
l1
；
[0079]
右侧功率观测器观测器采集电机相电流i，电磁转矩t
l
，结合转速ω
r
进而计算实际功率p
r1
；
[0080]
左功率调节器：给定功率p
l
与实际功率p
l1
的偏差值导入功率调节器中，其输出作为给定扭矩t
*l
，对左侧驱动电机实现闭环控制；
[0081]
右功率调节器：给定功率p
r
与实际功率p
r1
的偏差值输入功率调节器中，其输出作为给定扭矩t
*2
，对左侧驱动电机实现闭环控制
[0082]
驱动电机驱动系统：功率调节器输出的给定扭矩t
*l
、t
*2
与所述模糊控制器输出的转矩补偿增量δt经过计算后，作为左/右侧驱动电机驱动系统的输入，该系统响应输入扭矩，对左右两侧电机的转速进行调节，实现电驱动履带车行驶跑偏情况下的主动纠正,同时输出电机相电流i和转速ω。
[0083]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。