王紅紅

通號(hào)國(guó)際控股有限公司系統(tǒng)技術(shù)處，中國(guó)·北京 100070

1 引言

在 ATO 精確停車(chē)算法的研究中，模糊控制、專(zhuān)家控制系統(tǒng)和滑?？刂频人惴ǜ髯跃梢詫?shí)現(xiàn)一定的停車(chē)目的，但最終效果都不是很理想。這主要是因?yàn)樵谥苿?dòng)過(guò)程中，影響車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的輪胎力表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性特性并導(dǎo)致系統(tǒng)的非線性，而變結(jié)構(gòu)控制正是用來(lái)實(shí)現(xiàn)線性和非線性系統(tǒng)魯棒控制的方法，其中滑?？刂圃谶@種情況下具有理想的魯棒性，因?yàn)樗拖到y(tǒng)的攝動(dòng)性與外干擾無(wú)關(guān)。因此，通過(guò)滑模控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)精確停車(chē)逐漸成為趨勢(shì)。

論文將通過(guò)對(duì)在 ATO 發(fā)展過(guò)程中相繼出現(xiàn)的幾種控制算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較和分析，逐步建立一種基于滑?？刂扑惴?、結(jié)合 PID 校正器和史密斯預(yù)估器來(lái)實(shí)現(xiàn) ATO 精確停車(chē)的控制模型。

2 ATO 控制算法的優(yōu)劣對(duì)比

PID 校正器[1]是將設(shè)定值與輸出值的偏差按比例、積分和微分進(jìn)行控制的一種線性調(diào)節(jié)器。這種控制方法要事先設(shè)定模型的準(zhǔn)確參數(shù)，然而列車(chē)設(shè)備包括制動(dòng)系統(tǒng)等容易出現(xiàn)磨損和老化，這使得模型參數(shù)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化[2]。因?yàn)樗蕾囉诠S模型，所以它對(duì)真實(shí)參數(shù)的變化和擾動(dòng)是敏感的，如對(duì)電動(dòng)和負(fù)載的慣性變化。

模糊控制[3]是用機(jī)器來(lái)模擬經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)進(jìn)行駕駛，通過(guò)質(zhì)變或模糊知識(shí)來(lái)達(dá)到良好的控制結(jié)果。但對(duì)延時(shí)大的系統(tǒng)，模糊控制有一定的缺點(diǎn)，這時(shí)可通過(guò)引進(jìn)預(yù)測(cè)控制[4]來(lái)解決，它通過(guò)估計(jì)下一時(shí)刻的安全度、舒適度、運(yùn)行速度、停車(chē)精度、運(yùn)行時(shí)間、節(jié)能等指標(biāo)，選擇決定要實(shí)施的控制量。

專(zhuān)家控制系統(tǒng)[5]是一種模擬人類(lèi)專(zhuān)家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。該系統(tǒng)比較適合于過(guò)程復(fù)雜、影響因素較多的控制過(guò)程。它具有全面性、時(shí)空無(wú)限制性、穩(wěn)定性和廉價(jià)性等優(yōu)點(diǎn)。不足之處在于知識(shí)獲取主要依靠人工移植，且只能在相當(dāng)窄的專(zhuān)業(yè)知識(shí)領(lǐng)域內(nèi)解專(zhuān)門(mén)性的問(wèn)題，推理能力也較弱。

滑?？刂芠6]是不連續(xù)的，這表現(xiàn)了時(shí)變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)特性。這與傳統(tǒng)控制方式本質(zhì)不同。這種控制能夠在與系統(tǒng)參數(shù)和擾動(dòng)無(wú)關(guān)的條件下，可使系統(tǒng)做一些小的放大和自上而下的高頻變動(dòng)。滑?？刂芠7]具有魯棒性好、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，但普遍存在震顫現(xiàn)象。

以上幾種控制算法均可以在一定情況下各自達(dá)到所需的控制目的，滑?？刂婆c制動(dòng)系統(tǒng)最相似，若以一定方式結(jié)合其它控制模型將其應(yīng)用于ATO 控制，停車(chē)精度和舒適度將會(huì)得到大大改善。

3 ATO 停車(chē)模型的建立

初始模型：在理想情況下，參考加速度直接作用于車(chē)上，如圖1所示。

圖1 初始模型

上述模型有以下幾個(gè)問(wèn)題需要考慮：

①對(duì)列車(chē)默認(rèn)反應(yīng)不穩(wěn)定；

②對(duì)運(yùn)行阻力或默認(rèn)坡度不穩(wěn)定；

③只有參考加速度控制誤差。

所以，該模型需要增加一個(gè)校正器。

模型 1：前饋+ PI 校正器（見(jiàn)圖2）。

圖2 模型 1

增加前饋可以使控制更加準(zhǔn)確。

在增加了前饋和PI 校正器后還有以下問(wèn)題：

①對(duì)列車(chē)容量限制和行為不穩(wěn)定；

②可能導(dǎo)致不穩(wěn)定命令。

所以還需要增加一個(gè)列車(chē)追蹤模型。

模型2：追蹤+前饋+ PI 校正器（見(jiàn)圖3）。

圖3 模型2

在增加了追蹤模型后，還有以下問(wèn)題：

①校正會(huì)干擾轉(zhuǎn)換階段（通過(guò)轉(zhuǎn)換延時(shí)）；

②在轉(zhuǎn)換時(shí)校正將受限；

③低速調(diào)整不穩(wěn)定。

所以還需增加魯棒控制。

模型3： 史密斯預(yù)估器+前饋+PI 校正器（見(jiàn)圖4）。

圖4 模型3

魯棒控制：史密斯預(yù)估器的引入將很好地補(bǔ)償了系統(tǒng)的純滯后特性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。

在調(diào)整參數(shù)時(shí)，PI 校正增益可以更多一些，以獲得更好的魯棒性[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

論文在對(duì)比了常見(jiàn)的幾種 ATO 控制算法后，根據(jù)ATO控制的特點(diǎn)和要求，由簡(jiǎn)至繁，由淺到深，逐步建立了一種基于滑?？刂扑惴ǖ?ATO 控制模型，并通過(guò)加入 PI 校正器、前饋、史密斯預(yù)估器不斷調(diào)整控制效果，最終實(shí)現(xiàn)精確停車(chē)的目的。該模型是概念型的，后續(xù)將通過(guò) MutLab 模擬仿真作進(jìn)一步研究。