汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆解耦控制器及構造方法
【專利摘要】本發明公開一種汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器，該汽車底盤集成系統由汽車底盤的主動前輪轉向子系統、直接橫擺力矩控制子系統和主動懸架子系統組成，一個靜態神經網絡與多個線性環節構成汽車底盤集成系統的神經網絡廣義逆并與汽車底盤集成系統串聯組成廣義偽線性系統；廣義偽線性系統解耦形成三個單輸入單輸出的偽線性子系統，并由一線性閉環控制器對該偽線性子系統實施PID調節；線性閉環控制器與和神經網絡廣義逆共同構成汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器。本發明還涉及一種汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器的構造方法。
【專利說明】 汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆解耦控制器及構造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及車輛工程設備領域，具體而言涉及一種基于神經網絡廣義逆的汽車底盤集成系統的控制器及其構造方法，應用于汽車底盤的高性能集成控制。
【背景技術】
[0002]汽車底盤由轉向系、傳動系、行駛系以及制動系等多個子系統組成，其接受來自發動機的動力，并在駕駛員的操縱下行駛。隨著技術水平的進步，人們對汽車使用性能要求越來越高，要求汽車同時具備良好的傳動性、優良的操縱性、行駛的舒適性和安全性等，因此通過控制汽車的側向、縱向和垂向運動來提高汽車的操縱性、乘坐舒適性的汽車控制技術成為汽車工程領域的研究熱點之一。近年來，汽車電子控制技術已廣泛應用于各類汽車中，給汽車技術的發展帶來了劃時代的意義，然而各種汽車電子控制技術的使用也帶來了汽車底盤控制系統的復雜性，包括汽車底盤機械系統中的原本存在的各種非線性強耦合因素、以及各種控制方法對各個底盤子系統控制引起的干擾和耦合等因素。因此，為了消除(或盡量減小)汽車底盤系統中各個電控子系統之間的非線性耦合影響，有必要對汽車底盤集成系統進行非線性解耦控制。
[0003]對于汽車底盤集成系統解耦控制的研究是實現其高性能控制的基礎及難點，目前對汽車底盤集成系統的解耦控制主要是:采用非線性解耦控制理論實現主動懸架子系統和電動助力轉向子系統之間的解耦控制，該方法的解耦控制算法比較復雜，特別是當系統狀態變量比較多的時候，系統的解耦矩陣維數龐大，難以實現對汽車底盤集成系統更多的子系統實現解耦控制，而且該方法的實施，嚴重依賴于被控對象的數學模型，由于汽車底盤集成系統的模型難以精確建立，因此該解耦策略的效果不掛。另外，該方法僅僅解決了汽車底盤集成系統的側向和垂向之間的解耦控制，并未考慮到汽車底盤集成系統的縱向與側向、垂向之間的非線性耦合關系。
[0004]為了從本質上解決汽車底盤集成系統的側向、縱向以及垂向之間非線性耦合的難題，同時又要保證汽車底盤集成系統各子系統的控制性能指標，需采用新的控制方法和新的控制技術。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的缺陷，本發明旨于提供一種消除汽車底盤集成系統側向、縱向以及垂向之間非線性耦合的解耦控制器及構造方法。
[0006]本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。
[0007]為達成上述目的，根據本發明的改進，提出一種汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆解耦控制器的構造方法，包括以下步驟:
[0008]將汽車底盤的主動前輪轉向子系統、直接橫擺力矩控制子系統和主動懸架子系統作為一個整體組成汽車底盤集成系統；[0009]采用靜態神經網絡和多個線性環節來構造汽車底盤集成系統的神經網絡廣義逆，并通過調整靜態神經網絡的權系數使神經網絡廣義逆實現汽車底盤集成系統的廣義逆系統功能；
[0010]將神經網絡廣義逆置于汽車底盤集成系統之前，神經網絡廣義逆與汽車底盤集成系統組成廣義偽線性系統；
[0011]將廣義偽線性系統線性化解耦為三個單輸入單輸出子系統，分別為兩個一階偽線性子系統和一個二階偽線性子系統；
[0012]采用PID調節器對三個解耦的偽線性子系統分別設計調節器，并由上述三個調節器構成線性閉環控制器；
[0013]將線性閉環控制器和神經網絡廣義逆共同構成汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器。
[0014]進一步，所述的神經網絡廣義逆由具有七個輸入節點和三個輸出節點的靜態神經網絡以及四個線性環節構成，所述的神經網絡廣義逆具有三個輸入節點和三個輸出節點，其中:
[0015]神經網絡廣義逆的第一個輸入乍為靜態神經網絡的第一個輸入，該第一個輸入-經一階系統
【權利要求】
1.一種汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆解耦控制器的構造方法，其特征在于，包括以下步驟: 將汽車底盤的主動前輪轉向子系統、直接橫擺力矩控制子系統和主動懸架子系統作為一個整體組成汽車底盤集成系統； 采用靜態神經網絡和多個線性環節構造所述汽車底盤集成系統的神經網絡廣義逆，并通過調整靜態神經網絡的權系數使神經網絡廣義逆實現汽車底盤集成系統的廣義逆系統功能； 將所述神經網絡廣義逆與汽車底盤集成系統串聯，組成廣義偽線性系統； 將所述廣義偽線性系統線性化解耦為三個單輸入單輸出的偽線性子系統； 采用PID調節器對所述偽線性子系統分別實施PID調節，所述調節器構成線性閉環控制器； 所述線性閉環控制器和神經網絡廣義逆共同構成汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器。
2.如權利要求1所述的汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆解耦控制器的構造方法，其特征在于，所述神經網絡廣義逆由具有七個輸入節點和三個輸出節點的靜態神經網絡以及四個線性環節構成，所述的神經網絡廣義逆具有三個輸入節點和三個輸出節點，其中: 神經網絡廣義逆的第一個輸入乍為靜態神經網絡的第一個輸入，該第一個輸入5經一階系統
3.如權利要求2所述的汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆解耦控制器的構造方法，其特征在于，調節所述廣義逆系統的參數a1(l、an、a2(l、a21、a3(l、a31和a32，使線性化解耦后的三個單輸入單輸出的子系統的極點在復平面內合理配置，以實現非線性系統的開環線性化控制。
4.如權利要求1所述的汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆解耦控制器的構造方法，其特征在于，所述廣義偽線性系統的三個單輸入單輸出子系統包括一個一階質心側偏角β偽線性子系統、一個一階橫擺角速度Y偽線性子系統和一個二階車身側傾角Φ偽線性子系統，通過對該三個單變量線性子系統的控制，實現對所述汽車底盤集成系統的側向、縱向以及垂向之間的非線性解耦控制。
5.如權利要求4所述的汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆解耦控制器的構造方法，其特征在于，所述靜態神經網絡的權系數確定方法為: 將前輪轉向補償角δ。、橫擺控制力矩Tz和懸架側傾力矩 的階躍激勵信號{ δ。，Tz, Τφ}加到汽車底盤集成系統的輸入端，采集所述汽車底盤集成系統的質心側偏角β、橫擺角速度Y和車身側傾角Φ，對質心側偏角β、橫擺角速度Y離線分別求其一階導數，進而求出?和％，對車身側傾角Φ離線求其一階、二階導數，進而求出 對所得信號做規范化處理，組成神經網絡的訓練樣本集 對所述靜態神經網絡進行訓練，從而確定所述靜態神經網絡的各個權系數。
6.一種汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器，該汽車底盤集成系統由汽車底盤的主動前輪轉向子系統、直接橫擺力矩控制子系統和主動懸架子系統組成，其特征在于: 一個靜態神經網絡與多個線性環節構成所述汽車底盤集成系統的神經網絡廣義逆并與所述汽車底盤集成系統串聯組成廣義偽線性系統； 所述廣義偽線性系統解耦形成三個單輸入單輸出的偽線性子系統，并由一線性閉環控制器對所述偽線性子系統實施PID調節； 所述線性閉環控制器與和神經網絡廣義逆共同構成所述汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器。
7.如權利要求6所述的汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器，其特征在于，所述偽線性子系統包括一個一階質心側偏角β偽線性子系統、一個一階橫擺角速度Y偽線性子系統和一個二階車身側傾角Φ偽線性子系統，通過對該三個單變量線性子系統的控制，實現對汽車底盤集成系統的側向、縱向以及垂向之間的非線性解耦控制。
8.如權利要求7所述的汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器，其特征在于，所述線性閉環控制器包括三個分別對所述偽線性子系統實施調節的PID調節器。
9.如權利要求6所述的汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器，其特征在于，所述的神經網絡廣義逆由具有七個輸入節點和三個輸出節點的靜態神經網絡以及四個線性環節構成，所述的神經網絡廣義逆具有三個輸入節點和三個輸出節點，其中: 神經網絡廣義逆的第一個輸入巧作為靜態神經網絡的第一個輸入，該第一個輸入F1經一階系統
10.如權利要求9所述的汽車底盤集成系統神經網絡廣義逆控制器，其特征在于，將前輪轉向補償角S。、橫擺控制力矩Tz和懸架側傾力矩τφ的階躍激勵信號{δ。，Tz, τφ}加到所述汽車底盤集成系統的輸入端，采集所述汽車底盤集成系統的質心側偏角β、橫擺角速 度Y和車身側傾角Φ后，通過離線的方式求得所述神經網絡廣義逆的三個輸入
【文檔編號】G05B13/04GK103439883SQ201310084719
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年3月17日 優先權日:2013年3月17日
【發明者】陳龍, 孫曉東, 江浩斌, 徐興, 汪若塵, 李可 申請人:江蘇大學