1、武漢科技大學本科畢業論文本科(bnk)畢業論文題目：電動教練車模擬控制的研究學 院:汽車與交通工程學院專 業:車輛工程學 號:201023179076學生姓名:鄭榕指導教師:麻友良日 期:二一四年五月 III 摘 要駕校教練車常工作在低速區，發動機燃燒效率低，嚴重污染環境，一些駕駛培訓學校開始使用電動教練車。現有的電動教練車雖然在動力性上都能滿足駕駛訓練的要求，但其在操控特性方面卻與燃油汽車有著很大的差異，尤其是在起步過程中和轉向過程中的機械特性。本文研究電動機的特殊控制(kngzh)方法，使之與發動機機械特性相一致。本文研究(ynji)的內容之一，在起步過程中，運用模糊控制方法建立一個多參數

2、的控制模型，用于識別駕駛員離合器的實際操控狀態(zhungti)，并通過PWM調節電動機電樞電壓來調節轉矩。內容之二，在轉向過程中，也運用模糊控制方法建立一個多參數的控制模型，用于判斷行駛阻力變化情況，并通過PWM調節電動機電樞電壓來控制轉速變化，同時用測得的實際轉速作為反饋信號再次調節電樞電壓。通過以上方法，分別實現電動機在起步過程中轉矩穩定及停機控制和保證轉向過程中速度恒定。電動教練車電動機負載突變狀態下的轉矩穩定和停機控制，以及電動機在負載轉矩波動狀態情況下的轉速穩定控制，使得電動教練車的離合器操控特性與燃油汽車完全相同，從而使電動教練車的普及成為可能。關鍵詞: 電動教練車； 轉矩穩定；

3、 轉速穩定； 模糊控制AbstractThe instruction vehicle is charactererized by low combustion efficiency of the engine when it works in low-velocity zone in most situations, which seriously pollutes the environment,and some Driving Schools start using Electric Learner-driven Vehicle(ELV) . Although the existing E

4、LV can meet the requirements of driving training on the power performance,it still has a big difference with the fuel cars on handling characteristics,especially the mechanical properties during the start process and the steering process. A special control method is put forward in this paper to achi

5、eve the consistency with the mechanical properties of engine. The one of the research contents of this paper,a multiparameter control model to identify the real condition of clutch handling by driver is built by using fuzzy control law during the start process and adjust armature voltage by using PW

6、M control law to change torque .The two, a multiparameter control model to judge the change of HYPERLINK /w/driving/ driving HYPERLINK /w/resistance/ resistance is also built by using fuzzy control law during the steering process,adjust armature voltage by using PWM control law too to control the sp

7、eed change ,and use real speed measured as the feedback signal to adjust armature voltage again at the same time.Through the above methods, realize the torque stability and shutdown control of the motor during the start process and guarantee the speed of HYPERLINK /w/motor/ motor constant during the

8、 steering process.The torque stability and shutdown control of ELV in the condition of motor load suddenly changing along with the speed stability in the torque fluctuation state make the ELV has the same clutch handling characteristics with the traditional vehicle, and this makes the ELV populariza

9、tion possible.Key Words： Electric Learner-driven Vehicle; Torque Stability； Speed Stability; Fuzzy Control 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc29978 1 緒論(xln) 武漢科技大學本科畢業論文 緒論(xln)選題背景(bijng)及意義隨著汽車保有量的逐年增加，環境污染和能源枯竭已成為燃油汽車發展所面臨的兩大突出問題。場地駕駛訓練汽車總是處于低速行駛，發動機總是運行在怠速工況或很小負荷工況，發動機的燃燒條件較差，排出的廢氣有害成份遠高于其正常行駛

10、工況，燃油燃燒效率只有15%左右，加之場地小、車輛和人員較集中，廢氣污染對人體的傷害比車流密集的城市街道路還要嚴重，這種普通燃油教練車既不協調于國家的節能減排政策，也提高了駕駛培訓(pixn)機構的培訓成本，同時學員駕駛培訓費用也隨之增加。為此，城市的一些駕駛學校有少量的改裝電動教練車。這種電動教練車解決了場地污染問題，能耗成本也只是燃油教練車的25%，然而這些教練車研制側重點都放在動力性匹配上，雖然也保留了汽車的離合器、變速器等所有操控裝置，但由于電動機與發動機的動力特性有很大的差異，使得電動教練車的離合器踏板和轉向盤等操控感覺與燃油車完全不一樣或有較大的差別，學員駕駛電動教練車得不到燃油汽

11、車操控感覺，當駕駛燃油汽車時，就會很不適應，而此前所養成的習慣和累積的經驗，需要通過更長時間的燃油車駕駛訓練才能糾正，這使學員的學習興致和效果都受到了很大的影響。一些汽車駕駛學校即使配備了電動教練車，通常也只是讓新學員通過駕駛電動教練車，找一下打轉向盤的感覺，學員主要還是依賴燃油汽車來達到汽車駕駛訓練目標。電動教練車是否具有實際意義，除了動力性、經濟性的基本要求外，具有與燃油汽車相同的操控方式和特性是關鍵所在。目前，國內還沒有滿足汽車場地駕駛訓練要求的電動教練車。 電動機在負載變化時，通過自身的轉速相應的變化來改變其輸出轉矩，以平衡負載轉矩的變化，電動機的這一特性使得其具有比發動機好的機械特性

12、，但以此特性為基礎建立起來的各種控制技術均不可能使電動機轉變為類似于發動機的機械特性。要使電動教練車有與燃油汽車一樣的操控感覺，就必須研究改變電動機自動調節轉矩特性的特殊控制方法，使電動教練車的驅動裝置有與汽車發動機相似的機械特性。本論文以“改變”電動機的機械特性為控制目標，主要運用模糊控制等控制理論，建立一個多參數的控制模型，實現電動機突然加載（離合器接合時）而轉速迅速下降情況下的轉矩穩定及停機控制，電動機轉矩起伏變化（場地駕駛轉向時）狀態下的轉速穩定控制。 國內、外電動教練車發展狀況電動汽車直接采用電機驅動，具有無污染、噪聲小等優點，因此美國、日本、歐洲等各國均投入大量的人力、物力和財力進

13、行電動汽車技術的研究與開發。至今，國外一些大汽車公司就已經開發生產了幾百種的純電動汽車、燃料電動汽車和混合動力汽車。其中，已有10多種純電動汽車車型投入商業化生產；近年來，燃料電池電動汽車成為新的開發熱點。 然而，盡管電動汽車技術的研究和開發正經歷著一個高潮，但是要實現電動汽車產業化發展還有很長的路要走，其主要原因是電池技術還不夠完善且成本很高。在這樣的一個背景下，我們研究出來的電動教練車必須要有與燃油汽車相同(xin tn)的操控特性，只有如此，駕校的學員才能夠用電動教練車在培訓過程中學會燃油汽車的駕駛技術。在油價不斷上漲的壓力下，為減小成本，全國各地許多駕駛培訓學校開始研究并采用一些電動教

14、練車。武漢市的電動教練車的主要特點是不懼冷熱，噪聲小，安全系數還很高，我們了解到這些電動教練車雖然能夠滿足駕駛培訓時的動力性要求，但在操作特性方面與燃油汽車相差甚遠，因此，本論文著重解決這方面的問題，使電動教練車擁有和燃油汽車一樣的操控特性。 本論文研究內容(nirng)及方案路線論文主要研究(ynji)內容本論文主要以電動教練車和燃油汽車的操控特性為研究背景，研究能夠使電驅動教練車操縱性能和燃油教練車操縱特性一致的控制方法。本論文主要工作如下： 1）分析電動教練車的優缺點，提出電動教練車當前普及時所遇到的最直接的問題；2）分析電動車和發動機特性差異，及提出相應解決方案；3）分析離合器接合時的

15、轉矩特性，研究電動機在負載突然增加下的轉矩穩定控制方；4）分析場地駕駛訓練過程中車輛轉向時行駛阻力與轉向角及轉向速度之間的關系，研究電動機在負載轉矩波動狀態情況下，其轉速保持穩定的控制方法；5)對全文進行了總結。論文方案路線研究電動教練車上判斷離合器接合狀態的檢測參數，運用模糊控制等，構建離合器接合狀態判斷及電動機控制模型；分析轉向時發動機的轉矩與轉速變化規律，對照分析電動機自動調節轉矩的過程，及電動機轉速與轉矩的控制方法，研究電動教練車在場地駕駛中轉向時的行駛阻力變化的檢測參數，綜合運用模糊控制等控制理論，構建電動機電磁轉矩波動狀態下的轉速穩定控制模型。 電動(din dn)教練車的優勢和缺

16、點電動(din dn)教練車的優勢電動教練車的使用是解決能源問題(wnt)和環境問題的有效方法，而且電動教練車與燃油教練車相比具有以下優點： 1)無污染。電動教練車以蓄電池提供電能，運行過程中不會造成大氣污染，而且電動教練車充電的時間主要是在夜間，而夜晚是城市的用電低谷，這個時段的電能即使不用也只有浪費掉，所以從這個方面講，電動場地教練車基本不需要能源，與國家所提倡的節能減排政策相符；2)安全性強。安全方面，電動教練車采取了以蓄電池電瓶做動力，行駛最高速度可由駕校在5-50公里以內自由設定，不會出現因學員掛錯檔位教練車橫沖直撞的現象，因此杜絕了練車過程中事故的發生，更能保證學員在學車時候的安全

17、；3)節約成本。在汽油價格節節攀升的情況下采用電動教練車對學員進行駕駛培訓成本不到同車型燃油教練車的25%，如按目前市場汽油和市電的價格計算，同一車型的小型電動教練車與同車型燃油教練車，如按每日工作8小時計算，改裝后的電動汽車兩到三天充一次電，一次只需10度電左右，因各地電價不同，費用也略有差異。但最新的電動教練車與同車型燃油教練車相比，每輛車一年可節約燃料費近萬元。在這種情況下，研究與開發具有燃油汽車相同操縱方式且操控感覺也完全相同的電動教練車，使電動教練車能夠完全替代燃油教練車這一特殊車輛具有其必要性；4)故障率低。由于電器部分無磨損、部件少，故障率約是燃油、燃汽發動機的110；5）提高效

18、率。由于電動汽車費用低，在場地訓練上可以實現專車專用，這樣一來，更多的普通教練車可以空出來，為學員提供上路訓練和接送服務，對學員來說，就意味著可以得到更多的上車機會；6）提高駕校的競爭優勢。駕校成本降低了，在日益競爭的駕駛學員培訓市場上，就有了降價的空間；有利于大幅度提高招生規模；學員上車機會多了，基本功扎實了，形成對駕校的口碑宣傳，也有利于駕校的招生；7）提高學員考試通過率。由于駕校的競爭日益加劇，現在很多駕校都推出了全包干拿駕照服務；電動教練車不再受制于汽油成本，只要學員愿意，在不影響其他學員學習的情況下，可以一直練到非常熟練為止。技術熟練了，學員考試的通過率提高了，相應的也減少了駕校對考

19、試不通過學員的應支出的各種費用。用電動教練車代替傳統的燃油教練車，既可以發揮電動汽車效率高、無污染的優點，又可以避免電動汽車車速低、續駛里程(lchng)短的缺點，因此研發與燃油教練車性能相似的電動教練車有著重要的意義。現有電動教練車不足(bz)分析然而，電動教練車通常采用直流電機，直流電機具有自動調節轉矩的特性，這使得電動教練車起步過程與燃油汽車有很大的區別，使得學員的學習興致和實際的培訓效果都受到了很大的影響，這是目前電動教練車推廣過程中所遇到的最明顯(mngxin)的問題，其主要包括以下兩個方面：1）電動教練車雖然保留了離合器，但是電動機的機械特性與汽油發動機差別很大，電動機也不會因為突

20、然加載而停機斷電。因此，無論學員如何操作離合器踏板，車輛也不會因為離合器踏板松得過快而出現車輛抖動，更不會有“發動機熄火”（電動機斷電）的現象出現。學員在用電動教練車進行場地駕車訓練后，由于沒有得到燃油汽車離合器操控練習，當換用燃油汽車進行路訓時，必須重新進行離合器操控的訓練，這對學員按時完成汽車駕駛訓練項目造成很大的影響；2）當轉向輪的轉向角較大或轉向盤打到底時，電動教練車的車速會明顯降低，這也與燃油汽車差異較大。燃油汽車在場地駕駛時，發動機運行在怠速工況，當轉向輪轉向角增大時，行駛阻力增大，發動機的轉速下降不明顯。而直流電動機具有自動調節轉矩功能，當遇到的阻力矩增大時，直流電動機通過降速增

21、矩來克服阻力矩，又由于電動教練車的電動機的“怠速”接近于額定轉速或就是額定轉速，此時轉速較高，故在轉向時電動機的轉速下降明顯，導致車速明顯下降，這與燃油汽車的操控實際情況不同，對提高學員實際的場地駕駛技術沒有幫助。總之，電動教練車的離合器踏板、轉向盤等操控感覺與燃油車完全不一樣或有較大的差別，學員駕駛電動教練車得不到燃油汽車操控感覺，當駕駛燃油汽車時，就會很不適應，而此前所養成的習慣和累積的經驗，需要通過更長時間的燃油車駕駛訓練才能糾正。正因為如此，電動教練車并不被學員們所認可。一些汽車駕駛學校即使配備了電動教練車，通常也只是讓新學員通過駕駛電動教練車，找一下打轉向盤的感覺，學員主要還是依賴燃

22、油汽車來達到汽車駕駛訓練目標。 電動機與發動機特性(txng)差異發動機的機械(jxi)特性發動機的起步(qb)特性及轉向特性燃油汽車在汽車起步過程中，發動機的節氣門完全關閉，通過怠速控制閥控制節氣門體旁通氣道的流通面積，調節進入發動機的空氣量，發動機利用這些進入的新鮮空氣與燃油混合形成可燃混合汽，并產生輸出扭矩與發動機的阻力矩相平衡，使發動在怠速下穩定運轉。當發動機的阻力矩發生變化時，其怠速會隨之變化。在操縱離合器踏板時，如果松開較快，離合器主從動盤結合所產生的沖擊力較大，產生的摩擦阻力將會大于發動機的輸出力矩，發動機的怠速就會下降，其輸出轉矩也會下降，以至于難于帶動車輛而產生車身抖動。如果

23、離合器踏板松開過快，發動機則會因轉速下降太多而熄火。燃油汽車在場地駕駛轉向過程中，發動機運行在怠速工況，當車輪轉向角大時，雖然行駛阻力增大，但發動機的轉速下降并不明顯。直流電動機的機械特性作為電動汽車的動力源時，由于驅動電機具有自動調節轉矩特性，它通過自身的轉速相應的變化來改變其輸出轉矩，以平衡負載轉矩的變化。在離合踏板松開太快時，電動機負載突然加大而轉速下降，電樞反電動勢隨之減小，電樞電流增大，電動機的電磁轉矩增大，并克服阻力矩慢慢加速而使車輛較平穩地起步；在場地駕駛轉向時，當轉向輪的轉向角較大或轉向盤打到底時，由于直流電動機具有自動調節轉矩的功能，車速會明顯降低。電動機與發動機特性差異性分

24、析起步階段電動機與發動機機械特性差異性分析目前，一些汽車駕駛學校的電動教練車雖然都保留了離合器，但由于離合器的操控特性與燃油車完全不同，因而學員得不到離合器操控的訓練。這些電動教練車存在以下兩個問題：1）在快抬離合器踏板時，電動機負載突然加大而轉速下降，電樞反電動勢減小，電樞電流增大，電動機的電磁轉矩增大，以使電動機能克服阻力矩慢慢的加速使車輛平穩起步；而發動機因轉矩下降，難以帶動車輛而產生抖動。因此，電動教練車雖然車身抖動，但與燃油汽車起步時的操縱感覺不一樣；2）無論離合器踏板松開多快，電動機均會在停止轉動時產生最大電磁轉矩，隨后會逐漸加速,不會使其停機;而燃油汽車(qch)在離合器踏板松開

25、過快時，由于發動機負載轉矩的突然加大，轉速迅速大幅下降而熄火。轉向(zhunxing)中電動機與發動機機械特性差異性分析當轉向輪的轉向角較大或轉向盤打到底時，車速會明顯降低，這也與燃油汽車差異較大。燃油汽車在場地駕駛時，發動機運行在怠速工況，轉向輪轉向角大時的行駛阻力(zl)增大發動機的轉速下降不明顯，而直流電動機具有自動調節轉矩功能，當遇阻力矩增大時，通過降速增矩來克服阻力矩，又由于電動教練車用電動機的“怠速”接近于額定轉速或就是額定轉速，轉速較高，在轉向時電動機的轉速下降明顯，導致車速明顯下降。學員在用電動教練車進行倒庫或移庫等駕車練習時，由于轉向時車速的明顯降低，使練習變得十分容易，但這

26、與燃油汽車的操控實際情況不同，對提高學員實際的場地駕駛技術沒有幫助。電動機與發動機差異性解決方案要使電動教練車在起步過程中和燃油汽車的離合器操控感覺完全一樣，就必須處理好以上幾個問題。起步階段解決問題的方案流程如圖3.1。首先，需要對駕駛員操控離合器狀態的進行識別，本論文中采用模糊控制法推理得到電樞電壓值。然后，對識別得到的電壓值進行分析，利用單片機與實際試驗測得的數據相比較，從而判斷是否進行停機控制，同時選擇合適的控制量，通過斬波器脈寬調制改變電樞電壓值的大小。由于電樞電壓調節法是調節電動機的一種控制方式，電樞電壓值的改變導致電樞電流改變，由于電磁轉矩與電樞電流成正比，從而使電磁轉矩改變，進

27、而達到了調節電動機轉矩穩定的目的。電樞電壓調節法離合器狀態的識別調節電樞電壓值單片機斬波器踩離合踏板器模糊控制圖3.1 起步中控制方案流程圖轉向過程解決問題的方案流程如圖3.2。首先，需要對駕駛員操控轉向過程中行駛阻力大小變化進行判斷，這里仍然采用模糊控制法推理得到電樞電壓值。然后，對識別得到的電壓值進行分析，選擇合適的控制量，通過斬波器脈寬調制改變電樞電壓值的大小，使電動機的轉矩與其負載轉矩相平衡，控制電動機轉速下降。同時，將轉向前采集的轉速n0與調節過程中采集的轉速信號n進行比較，對電樞電壓進行再次調節，形成閉合調節回路，從而保證電動機的轉速保持恒定。轉向盤行駛阻力變化的判斷單片機斬波器調

28、節電樞電壓值轉速圖3.2 轉向中控制方案流程圖模糊控制 離合器操控(co kn)模擬電動機控制離合器結合過程(guchng)的分析離合器的結合規律直接影響著汽車起步的平順性以及離合器的使用壽命。在燃油汽車離合器的設計中，應盡量(jnling)使得汽車行駛平穩，減少沖擊度，提高汽車的舒適程度，但在目前燃油汽車操作過程中，仍不能消除起步過程中的沖擊力度，甚至是沖擊度過大導致的熄火。燃油汽車起步時，如圖4.1所示，離合器的結合過程可分為四個階段，對應產生的沖擊度如圖4.2所示。圖4.2 離合器結合時沖擊度圖4.1 離合器接合規律圖 = 1 * GB3 消除離合器間隙階段。0-t1為空行程階段，該階段

29、用于消除分離軸承間隙，離合器的主、從動片還未接觸，無轉矩傳遞，車輛沖擊度為零。 = 2 * GB3 克服起步阻力階段。t1-t2為克服阻力階段，該階段離合器主、從動片之間開始接觸并產生滑磨，但驅動力矩小于起步阻力矩，不能克服阻力，車輛仍保持靜止，沖擊度仍然為零。 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 起步加速階段。t2- t3在這個階段內，離合器主、從動片直接傳遞的轉矩，車輛開始運動。由于產生的驅動力矩大于阻力矩，此階段會產生沖擊力度。 = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 同步結合階段。t3為離合器的同步點，離合器主、從動片開始同步，車輛起步成功，車速穩步提高。 由以上離

30、合器結合規律分析可知，在汽車起步的過程中所產生的沖擊力度大小與離合器的主從動片的結合有關。離合器踏板的位移和位移率影響著結合過程中產生的沖擊度。電動(din dn)教練車起步過程總體控制框圖離合器起步過程跟電動機的轉速和離合器踏板的位移有很大的關聯(gunlin)，因此在離合器的踏板位置安裝一個電位計式位置傳感器，在電動機上安裝一個霍爾轉速傳感器。首先，各傳感器采集離合器踏板位移量、離合器踏板位移量變化率以及電動機轉速下降率信號，然后一方面根據電壓U模糊控制表，與參考的電壓進行比較，從而控制電動機的停機；另一方面由模糊控制查詢(chxn)表找到對應控制量的清晰值電樞電壓U，計算出占空比，輸出給

31、直流電機，從而限定電動機的最高電磁轉矩，并控制電磁轉矩下降。計算占空比的芯片采用STC89C52單片機，STC89C52是宏晶科技（STC）公司生產的一種強抗干擾、低功耗、高性能的微控制器。其總體框圖如下圖4.3：離合器踏板位移信號電動機轉速信號STC89C52單片機及其驅動電路直流電動機圖4.3 電動教練車起步過程總體控制框圖 電動教練車起步過程模糊控制 確定控制系統的輸入與輸出變量根據起步過程中離合器操控狀態的控制策略，選擇起步過程的沖擊度J和電動機轉速下降率B作為輸入變量，輸出變量則采用電壓U。其中采用離合器踏板位移L和離合器踏板位移變化率Y來識別沖擊度J的大小。 由于輸入變量較多，本文

32、采用分層多規則結構的設計方法。模糊控制器第一步由L，Y推出沖擊度J的大小；第二步由沖擊度J和電動機轉速下降率B推出電壓U，然后與單片機內部的參考電壓進行比較，從而控制電動機停機，如下圖4.4：離合器踏板位移L離合器踏板位移變化率Y電動機轉速下降率B模糊化模糊化模糊推理模糊推理精確化電動機圖4.4 電動機停機模糊控制結構圖沖擊度J電壓U輸入(shr)-輸出變量論域和模糊集合 選擇(xunz)各變量的論域如下： J：0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 B：0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 L：0 , 1 , 2 , 3 , 4 ,

33、5 , 6 , 7 , 8 Y：0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 U：0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 我們對各個輸入輸出變量(binling)均選擇5個模糊變量，如下： J：非常慢（VS），慢（S），中（M），快（B），非常快（VB） B：非常慢（VS），慢（S），中（M），快（B），非常快（VB） L：非常小（VS），小（S），中（M），大（B），非常大（VB） Y：非常慢（VS），慢（S），中（M），塊（B），非常快（VB） U：非常小（VS），小（S），中（M），大（B），非常大（VB）確定各變量的隸屬度函數 本論文采

34、用三角形隸屬度函數，利用MATLAB軟件隸屬度函數的編輯器，得到如下圖4.5所示各變量的隸屬度函數圖像。 圖4.5 各變量(binling)隸屬(lsh)度函數建立模糊控制規則(guz)表和模糊控制查詢表根據踩離合器踏板的實際操作的駕駛經驗：離合器踏板位移越大，離合器踏板位移率越大，其產生的沖擊度就越大。因此，可以總結出以下模糊控制規則表，如下表4.1。 R1：If L is VS and V is VS then J is VS R2：If L is VS and V is S then J is VS同理可知R3 、R4 . R25 表4.1沖擊度模糊推理規則表JLVS S M BVB V

35、VSVSVSVSVSVSSVSVSSSVSMVSVSBBVSBVS MBVBVSVBVS MVBVBVS根據上表推出的沖擊度的大小，可以結合電動機轉速的下降率，推出電壓的模糊推理規則表。由理論經驗和駕駛實驗可知，汽車所受沖擊度越大且電動機轉速下降率越快，電壓值應該越大，總結可得電壓模糊推理規則表，如下表4.2。表4.2 電樞電壓模糊推理規則表 U BVSSMBVB JVSVSVSSBVB SVSVSSBVB MVSVSSBVB BVSSMBVBVBVSSMBVB確定模糊控制查詢表 根據(gnj)已經確定的輸入、輸出變量的論域，以及論域上所建立的模糊集合及其對應的模糊控制規則表，采用Mamdan

36、i推理方法進行模糊推理，計算出輸入論域上的每對點對應的模糊控制量，再通過加權平均重心法對模糊結果進行清晰化處理，最終可以得到電樞電壓U的模糊控制查詢表。只要(zhyo)輸入變量L、V、B的離散值就可以由模糊控制(kngzh)查詢表找到對應控制量的清晰值電樞電壓U。電動機轉矩穩定的控制他勵直流電動機在負載突變情況下，通過用模糊控制識別出離合器的操控狀態，得到電樞電壓的參數,并將其轉換為相應的占空比，用斬波器（PWM）脈寬調制的方法實現對電樞電壓的調節，使電樞電流不再隨轉速的下降而增大，從而使電動機的轉矩保持穩定或稍有下降。斬波器控制原理直流電動機通常采用斬波器（PWM）脈寬調制的方法實現調速的控

37、制。其調速控制的主電路如圖4.6。該電路主要的控制元件是兩只絕緣柵雙極型晶體管IGBT（VT1、VT2），通過單片機控制VT1、VT2的導通和截止，用來調節電動機的電樞電壓，以改變電磁轉矩，達到模擬燃油汽車起步效果。利用模糊控制測得的電樞電壓的值U與參考的電壓進行比較，其中參考電壓分為四個區域U0、U1、U2、U3、U4（參考電壓U0、U1、U2、U3、U4 的具體數據由試驗測得），分別在不同的區域進行不同的調控。 = 1 * GB3 當UU0、U1時，電動機的電磁轉矩與發動機的輸出轉矩大致相同，斬波器不進行工作； = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 當UU1、U2時，用斬波器進行

38、調節，降低電樞電壓的值，使電磁轉矩下降，達到和燃油汽車起步時相同的稍微“抖動”； = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 當UU2、U3時，使斬波器較多的降低電樞電壓的值，從而使電磁轉矩下降較快，以使車身“抖動”相對劇烈；當UU3、U4時，離合器踏板松得過快，發動機所能提供的力矩小于阻力矩，會導致車輛直接熄火。在此情況下，電動機應該被控制停機（可直接用單片機控制電動機停機）。圖4.6 直流電動機(dngj)調速控制主電路電樞(din sh)電壓調節過程變電樞電壓調速是直流電機調速系統中應用最廣的一種(y zhn)調速方法，適用于電動機基速以下的調速控制。電樞電壓調壓法的調速過程是：當降

39、低電樞電壓時，在電動機轉速、阻力矩還沒來得及改變時，電樞電流必然下降，電樞產生的電磁轉矩也會下降。在電動教練車起步時，電動機的轉速很低，按照電動機的機械特性，電動機提供的轉矩會很大，要達到和燃油汽車起步效果一樣，就必須降低電磁轉矩，用電樞電壓調節法剛好達到此目的。 變負荷下電動機轉速穩定控制行駛阻力與轉向角及轉向速度之間的關系任何主動轉向系統在汽車轉向時,主要的轉向阻力矩來自前輪。作用在前輪的轉向阻力矩可分為主動阻力矩和被動阻力矩兩部分。主動阻力矩是由作用在轉向輪輪胎的外力和外力矩所引發的,其力矩的大小及方向與轉向系統是否運動無關。而被動阻力矩的大小與轉向系統是否運動有關,其被動阻力矩的方向總

40、是同轉向輪的運動方向相反,阻止轉向輪的運動。汽車轉向時作用在兩前輪被動阻力矩可分為如下3部分:第一部分是轉向器及傳動機構中的摩擦所引起的摩擦阻力矩Mb1,其大小基本上可看成一個常量,它總是阻止前輪的轉向運動,因此,摩擦阻力矩Mb1的符號總是與前輪的轉向運動方向相反。Mb1可近似表示為：Mb1=sgn*Tf1,其中是轉向輪轉向角，Tf1是摩擦力矩。第二部分是轉向器及傳動機構(jgu)中的阻尼力矩Mb2,其大小(dxio)同前輪的轉向角速度有關(yugun), Mb2可近似地表示為：Mb2=-*，其中是前輪的轉向角速度，為轉向器及傳動機構的阻尼系數。第三部分被動阻力矩Mb3是由輪胎和路面之間的摩擦

41、所產生的。這時輪胎與路面之間的摩擦力矩Mb3為: Mb3=-Fz*f*,其中Fz是前輪法向力，f是路面的摩擦系數，是輪胎和路面接觸面的斜對角線長度。汽車轉向時，行駛路況等其他外在因素不變的情況下，行駛阻力的變化主要來源于由轉向角和轉向角速度變化引起的被動阻力矩變化引起的。由上面三個等式分析可得，轉向角越大，轉向角速度越大，被動阻力矩越大，從而行駛阻力越大。又方向盤轉角與轉向輪轉角成大致正比例關系，即轉向輪轉角雖方向盤轉角的增大而增大，減小而減小。從而可以得到，行駛阻力隨著轉向角和轉向速度的增大而增大，減小而減小。由以上行駛阻力與轉向角及轉向速度之間的關系分析可知，在汽車轉向的過程中所產生的行駛

42、阻力大小變化與方向盤轉向角和轉向速度有關。方向盤轉向角和轉向速度影響著轉向過程中引起變化的行駛阻力。電動教練車轉向過程總體控制框圖電動教練車轉向過程跟電動機的轉速、電樞電流、方向盤的轉向角和轉向速度有很大的關聯，因此在電動機上安裝一個霍爾轉速傳感器，電樞位置安裝電流傳感器，在方向盤位置安裝一個轉向角傳感器。首先，各傳感器采集電動機轉速信號n、電樞電流信號I，方向盤轉向角信號以及由計算得到的轉向速度信號v，然后一方面由模糊控制查詢表找到對應控制量的清晰值電樞電壓U，由 STC89C52 單片機計算出占空比，輸出給直流電機，從而相應提高電動機的電磁轉矩，使電動機的電磁轉矩與其負載轉矩相平衡，控制電

43、動機轉速下降，另一方面將轉向前采集的轉速n0作為目標轉速，調節過程中采集的轉速信號作為實際轉速信號n，將兩者進行比較，轉速信號n作為反饋信號對電樞電壓進行再次調節，形成閉合調節回路，從而保證電動機的轉速保持恒定。其總體框圖如下圖5.1：方向盤轉向角信號電樞電流信號STC89C52單片機及其驅動電路直流電動機轉速圖5.1 電動教練車轉向過程總體控制框圖 電動教練車轉向過程模糊控制確定控制系統的輸入與輸出變量根據(gnj)轉向過程中轉速穩定控制策略，選擇轉向過程的行駛阻力增量F和電樞(din sh)電流上升率D作為輸入變量，輸出(shch)變量則采用電壓U。其中采用方向盤轉向角和轉向速度v來識別行

44、駛阻力增加量F的大小。 由于輸入變量較多，本文采用分層多規則結構的設計方法。模糊控制器第一步由和v推出行駛阻力增加量F的大小；第二步由行駛阻力增加量F和電樞電流上升率D推出電壓U，然后由單片機計算出占空比，輸出給直流電機，從而相應提高電動機的電磁轉矩，使電動機的電磁轉矩與其負載轉矩相平衡，控制電動機轉速下降，同時，調節過程中采集的轉速信號實際轉速信號n與轉向前采集的轉速n0進行比較，如果n小于n0，則再適當提高電動機的電磁轉矩，如果n大于n0，則適當降低電動機的電磁轉矩，從而保證電動機的轉速保持恒定。如下圖5.2：方向盤轉向角轉向速度電樞電流上升率D模糊化模糊化模糊推理模糊推理精確化電動機轉速

45、圖5.2 電動機轉速穩定模糊控制結構圖電壓U行駛阻力增量F 輸入-輸出變量論域和模糊集合 選擇各變量的論域如下： ：0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 v：0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 D：0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 F：0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 U：0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 我們對各個輸入輸出變量均選擇5個模糊變量，如下： ：非常慢（VS），慢（S），中（M），快（B），非常快（VB） v：非常慢（V

46、S），慢（S），中（M），快（B），非常快（VB） D：非常小（VS），小（S），中（M），大（B），非常大（VB） F：非常慢（VS），慢（S），中（M），塊（B），非常快（VB） U：非常小（VS），小（S），中（M），大（B），非常大（VB）確定各變量的隸屬度函數 本論文采用三角形隸屬度函數，同樣利用MATLAB軟件隸屬度函數的編輯器，得到如下圖5.3所示各變量的隸屬度函數圖像。 圖 5.3 電壓(diny)隸屬度函數建立模糊控制規則(guz)表和模糊控制查詢表根據轉向時的實際操作的駕駛(jish)經驗：方向盤轉向角越大，轉向速度越大，其行駛阻力增量就越大。因此，可以總結出以下模糊控制規

47、則表，如下表5.1。 R1：If is VS and v is VS then F is VS R2：If is VS and v is S then F is VS同理可知R3 、R4 . R25。 表5.1 沖擊度模糊推理規則表FVS S M BVB vVSVSVSSMBSVSSMBVBMSMBVBVBBMBVBVBVBVBBVBVBVBVB直流電動機(dngj)通電后所產生的電磁轉矩M與電樞電流I的關系：M=Cm*I，其中(qzhng)是磁極的磁通量。可以得到，電磁轉矩M與電樞電流I，故電流上升率即轉矩增大率。可以根據上表推出的行駛阻力增量的大小，可以結合電樞電流上升率，推出電壓的模糊推

48、理規則表。由理論經驗和駕駛實驗(shyn)可知，汽車所受行駛阻力越大且電樞電流上升越快，電壓值應該越大，總結可得電壓模糊推理規則表，如下表5.2 。表5.2 電樞電壓模糊推理規則表 U FVSSMBVBDVSVSVSMBVBSVSVSMBVB MVSSMBVB BVSSBVBVBVBSMVBVBVB確定模糊控制查詢表 根據已經確定的輸入、輸出變量的論域，以及論域上所建立的模糊集合及其對應的模糊控制規則表，采用Mamdani推理方法進行模糊推理，計算出輸入論域上的每對點對應的模糊控制量，再通過加權平均重心法對模糊結果進行清晰化處理，最終可以得到電樞電壓U的模糊控制查詢表。只要輸入變量、V、D的離

49、散值就可以由模糊控制查詢表找到對應控制量的清晰值電樞電壓U。 電動機轉速穩定的控制他勵直流電動機在負載轉矩波動狀態情況下，通過用模糊控制方法，得到電樞電壓的參數,并將其轉換為相應的占空比，用斬波器（PWM）脈寬調制的方法實現對電樞電壓的調節，使電樞電流增大，從而提高電動機的電磁轉矩，使電動機的電磁轉矩與其負載轉矩相平衡，控制電動機轉速下降。同時，調節過程中采集的實際轉速信號n作為反饋信號，與轉向前采集的轉速n0進行比較，如果n小于n0，則再適當提高電動機的電磁轉矩，如果n大于n0，則適當降低電動機的電磁轉矩，從而保證電動機的轉速保持恒定。 結論(jiln)由于傳動系統具有高階非線性時變特征(t

50、zhng)，其輸入輸出之間還具有強耦合關系。在汽車復雜運行工況和大量的不確定環境因素的影響下，傳統的控制方法己不能滿足系統的控制要求。然而(rn r)，我們可以通過把研究對象適當地模糊的方法，用精確的數學方法去解決模糊的概念，從而達到精確的效果。現有的模糊狀態識別技術，可以實現對離合器操控狀態的識別和行駛阻力變化的預判，有了對電動機負載狀態變化的準確識別與預判，可以實現多參數限定條件下的電動機轉矩控制，從而改變電動機原有的機械特性，使電動教練車具有與燃油汽車相同的操控特性。模糊控制有著很多傳統控制理論所不具備的特點： 模糊控制在設計的過程中往往需要的是專家豐富的經驗和大量的知識，并且我們還要將

51、這些知識和經驗轉化成機器能夠識別的控制規則。在這樣的一個過程中，我們就不需要去具體的知道控制系統內部的數學模型，就能夠對我們的控制系統進行建模。換句話來說，模糊控制系統是完全不依賴被控對象(duxing)對應的數學模型的。 控制系統(kn zh x tn)的適應性和魯棒性好。 由于模糊控制理論中的控制規則都是用我們熟悉的自然語言來描述(mio sh)的，所以一般的操作人員很容易就學會模糊控制。 模糊控制系統需要將精確信息轉換成模糊信息，這與傳統控制系統有著明顯的不同。 此外，本論文主要是采用斬波器脈寬調制的方法實現調速控制的。PWM的占空比信號在0%100%范圍內連續可調，能使加在電樞上的平均電壓在0Ub范圍內改變，從而實現電動機的轉速控制。PWM速度控制有如下優點：1）電動機損耗和噪聲小。晶體管開關頻率很高，遠比轉子能跟隨的頻率高，也即避開了機械的共振。由于開關頻率高，使得電樞電流僅靠電樞