汽车系统动力学-PID控制原理.

1、汽车系统动力学一控制4PID控制的运用场合跟随控制：按目标值和实际值的偏差，通过调节 器计算出输出量，不断进行调幣，直至消除偏 差。例如:PID控制在电控机械门动变速器中用于起步时离 合器的控制、巡航控制等。发动机转速/力矩 的控制。门动空调温度控制。PID控制的本质是一个二阶线性控制器PID控制的优点:简单性（直观）鲁棒性灵活性汽车起步时离合器的接合过程离合器是电控机械自动变速器中十分关键的一个工作部 件，其工作质量直接影响到换挡的平顺和车辆起步性能的好坏，同时也直接影响到车辆的使用寿命。离合器的起步控制是实现自动操纵的难点O汽车起步控制的指标为使汽车顺利起步，完成驾驶员的驾驶总图并尽试减少

2、冲击 度和滑磨功，需耍建立如下调节原则：(1) 调节发动机转速，使汽车的冲击和滑磨尽可能小，同时 避免发动机熄火；(2) 调节节气门开度，保证发动机具有足够的输出转矩；(3) 调节离合器接合速度和节气门开度,防止发动机熄火或 失速：(4) 调卩离合器接合过程，避免滑磨时间过长；(5) 依据驾驶员的判断，适时调整离介器接介过程。发动机转速控制试验40rt 2"2ol111050100150z/s采JtJPIDH速控制系统发动机阶跃响应曲线PID控制简介 PID( Proportional Integral Derivative)控制是最 早发展起来的控制策略之一，曲于英算法简单、 鲁棒

3、性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控 制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控 制系统。从信号变换的角度而言，超前校正、滞后校正、 滞后一超前校正可以总结为比例、积分、微分三 种运算及其组合。PID控制原理模拟PID控制系统原理框图枳分PID控制原理 PID是一科线性控制麥，它根据给定值咕与卖际 输出值九山构成控制方 :刃）=川）儿） PID的控制规律为：“(f) = UG(s)=($)PID控制原理 PID控制器各卷正琢爷的作用矗下：比俐坏爷：藏比俐地女歐控制案优的僞差信号e， 偏差一旦产笙.校制査立即产笙捜制作用，“减小僞 差。和今环爷：殳委用于浦除检差,提爲金优的无爰庚。 初今作用的

4、程稠取决于和今时间纟範T,T越？；，积今 作用越福.页之则越祭。做今殊羊：瓯映僞爰信号的变化鎚势，畀擁在偏差信 号甕得£犬乏唏，在索优屮引入一个韦钛的早期修正 信号，从而畑快系优的邵作速凌，織労调爷时间。连续系统的基本PID仿真"二阶藏世传盪施就拓植捜对象，遊行桟叙PID 披制。衣信号安望器彳迄禅正程信号，仿曳时取Kp = 60. Ki=l, Kd = 3,猗入指令签%(t) = Asin(2j7)曳屮，A=1.0, f=0.20Hz放捜对象棣哎说良怎，C(5)=133s2 + 25$1.2连续系统的基本PID仿真邃後索疣刃Q的s*必仿曳租為比例控制规律具竹比例控制规律的控

5、制器称为比例(P)控制器，其代递函数为:Gc(5)= Kp这表明,P控制器的输入信号成比例地反映输出信号。 优点:它的作用是调整系统的开环比例系数，提高 系统的稳态精度，减低系统的惰性，加快响应速度。 缺点:仅用P控制器，过大的开环比例系数不仅会使 系统的超调量增大,而且会使系统稳定裕度变小，甚 至不稳定。比例控制规律系统的闭环传递函数:1船鳖紫制规律的控制器称为积分控制器贞传63 =帀输出信号和输入倍号的关系：1 rtn(Z) = e(T)drTi J。带令P控制器的反馈控制系统：r(r)K nKltG(s) =7； + 1 + K“1 + KSPP+ 1U + ©积分控制规律在控

6、制系统中，采用积分控制器可以提疝系 统血型加畀肖除或減力、屜态谋星吏系统的稔 态性能得到改善。带I控制器的系统输入输出示意图0PI控制规律( 1 、Plk制的传递函数：G (s、= K 1 +r T(s 丿输出信号和输入信号的关系：必)=K eQ) + f (r)JrpTi JoPI控制器不但保持了枳分控制器消除稳态误差的 “记忆功能”，而冃克服了单独使用积分控制消 除误差时反应不灵嫩的缺点PI控制规律u(r)'PD控制规律PD控制的传递函数；G,(s) = Kl +7；s)输出信号和输入信号的关系：“(° =+ 丁,驾;PD控制只在动态过程中才起作用，对恒定稳态情 况起阻断

7、作用。内此，微分控制在任何情况下都 不能单独使用。PD控制规律三种控制作用的对比曲线微分控制使得系 统的响应速度变 快，超调减小， 振荡减轻。这就 足微分系统对动 态过程的“预测 作用PID控制规律PID控制的传递函数:输出信号和输入信号的关系:血(£)、PID控制规律PID控制器的频率特件在低频段，主耍是pi控制规 律起作用，捉高系统型别， 消除或减少稳态误差；在屮 同频段丄要足PD规律起作 用，增人截止频率和相角裕 度，提局响应速度。I対此， 控制器町以全面地捉同系统 的控制性能。PID控制的发展原因在实际工业生产过程往往具有非线性、 时变不确定，难以建立精确的数学模型，常规 的

8、PID控制器不能达到理想的控制效杲；原因2： 实际牛产现场中，由于受到参数整 定方法烦杂的困扰，常规PID控制器参数往往 整定不口.效果欠佳，对运行工况的适应能力 很差Active roll control (ARC)当汽车进行弯道行驶时，离心力会对汽车车身 产生一个侧倾力矩。这个侧倾力矩一方面引起 车少侧倾，另一方面使车轮的载质量发生由内 轮向外轮的转移。对被动横向稳定杆的汽车来说，车轮的载质量 在询后轴上转移的分配比例是曲询后轴的侧倾 刚度决定的。而主动横向稳定杆则可以根据具 体情况对何个横向稳定杯施加个可连纟丞交花 的初始侧倾角或者初始侧倾力矩。旋转马达式主动横向稳定器将被动侧倾稳立杆从

9、 中间分开，通过一个 旋转马达把稳立杆的 左右两部分连接起来。 旋转马达能让左右两 部分进行相对转动， 旋转马达的转矩可以 调节。ms”差动液压缸式主动横向稳定器被动稳定杆其中一端 安装一个差动液爪缸 机构。差动液压缸机 构一端打稳定杆连接, 另一端与同车轮的横 向摆臂连接。差动液 爪缸机构两端的距离 是可以调节的。ARC的工作原理主动地止稳定杆的左右两端作垂n?方向的相对位移， 來平衡乍身的侧倾力矩，便车身的侧倾角接近冬。这 样减小了午少侧倾运动，提高了舒适性。由于汽乍前 后两个主动稳定杆可调*i f车身的侧倾力矩的分配比仮 从幅町调节汽车的动力特性，提高r汽车安全性和机 动性。AR鰐弊髓淵

10、薦龍莠勰製'燃粽飜駕嚣證籬|數啤嘟齡勰針黜f3 Q316控般单元27横向力II趣度传世誥3液圧油冷却晋8液压営埠4向9达9议向弓达5御体a?7Ol.Q7主动式稳定杆在前桥稳定杆的双向马达上有2个减压阀莎戒压阀的功能车辆在坏路上行驶时,稳定杆的移动会在双向马达短 时产生真空(气蚀)，从而形成啪嗒作响的噪音。为防|上产牛这种噪占，前部双向马达上安装了减压阀。 减压阀通过连接在其上的气动管路将过滤后的空气输 送到双向马达内。这样即可防止形成气蚀。微量的空气由液压油(Pentosin)接收并形成乳状液, 再次对双向马达进行控制时会将乳状液排出。空气在 补偿罐内分离。系统功能转向时车辆上会产生一

11、个横向加速度aq,它作用在车 身的重心SP上。车口绕侧滚轴线侧倾，此轴线宙前 桥和后桥运动学预先确定。这样就会调整侧倾角e （域人5° ）。轮罩处的高度变化垠人为土 10 erm As seen when dealing with two-wheeled vehicles, the roll angle is(27.57) The roll angle needed to compensate for the lateral acceleration may belarge. For in stance, at an acceleration of 0.2 g the angle i

12、s 11 ° while if the accelerationis 0.5 g the angle is 27The equation of motion of a passive vehicle isS+ (I l +2)e+(X1 + *2)d mS&sin (<S)=r 161 +2&巾 + Xi0 +, Jx is the moment of inertia about the roll axis of the sprung mass alone If two active anti-roll bars exerting a torque Mai (/

13、 = 1?2) are added and if a generic moment Me is included into the model, the equation of motion becomesJt4> + (1 +2) 5 +(X1 + X0 一 gqha sin (0)=+ 1(12 + 人厶 + r+22 + *2(初2 mshGV2RCOS（0） If the actuator is controlled by an ideal proportional-derivative (PD) system that uses the roll angle as error,

14、 the moments areAlai = kpQ© kdi© ? Assuming that the roll angle is small, thesteady state roll angle in a bend is© m/o'"斤(Xi + X2 十 kpi + kp2 igghG、 To compensate for the steady state roll it is possible to use a proportional-integrative- derivative (PID) control/如=kp Q kdi 4

15、> i i I By introducing the auxiliary states v(p and i(p, respectively the derivative and the integral of 0 the state-space model of the system isKcfDf1J.0Ar0010(27.63)wheremsghc sin («!>) + Fiati 4% +400K = Xi + X2 + "pi + k讼C = 11 +1、2 + kgD = hl +加对于线性定常系统x = Ax + Buy = Cx TjCRE是y(

16、t)要跟踪的常值向量。设计最优 控制，使如下的性能指标为极小。八茁(C)TQ5 - Cx) +(韵T咄引入新的增广状态变量i = xT zTJT The system behaves as a passive system, with stiff ness and damping in creased by the gains工3 + (1 I +2 + kdl +5 +( X 1 + *2 + kpl + kp2)Q+=Mc+ 151+兀,讥 The data entering the simplified roll model are Jx = 388.8 kg m2, ms = 7,080 kgf %1 = 11.25 kNm/radf %2 =9.5 kNm/rad, n = 955 Nms/rad,2 = 7* *6 Nms/rad9 hG= 0.5 m. Compute the time history of the roll angle and of the load shift of the vehicle without active