汽車電子節(jié)氣門系統(tǒng)的自適應(yīng)魯棒控制及模糊優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，石油資源的日益短缺和空氣污染的日益嚴(yán)重，人們在追求汽車的動力性和穩(wěn)定性的同時，還對汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性和排放等提出了越來越高的要求。作為汽車發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)的重要組成部分，電子節(jié)氣門(ET)系統(tǒng)旨在減少氣體排放，提供更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)一步提高整車駕駛性，因此實現(xiàn)電子節(jié)氣門的精確控制吸引了很多汽車工程師和研究人員的研究興趣。
　　本文主要針對含有不確定性的汽車電子節(jié)氣門系統(tǒng)，依據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論進(jìn)行魯

2、棒和自適應(yīng)魯棒控制以及模糊優(yōu)化設(shè)計。本文主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　1、系統(tǒng)性地闡述了Udwadia-Kalaba理論，該理論為建立約束系統(tǒng)的基本運動方程提供了一個通用的“三步法”。當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)中只存在被動約束（或者說，模型約束）時，那么這個機(jī)械系統(tǒng)所需的約束力由其所處的環(huán)境或自身結(jié)構(gòu)提供。當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)需要跟隨一組伺服約束（或者說，控制目標(biāo)）時，那么我們的任務(wù)就是找出相應(yīng)的廣義控制力施加在該系統(tǒng)中。Udwadia-Kalaba理論為

3、不確定機(jī)械系統(tǒng)的魯棒控制和自適應(yīng)魯棒控制提供了理論基礎(chǔ)。
　　2、在分析電子節(jié)氣門系統(tǒng)三個典型非線性特性:非線性摩擦、非線性彈簧和齒輪側(cè)隙的基礎(chǔ)上，建立電子節(jié)氣門系統(tǒng)的非線性動力學(xué)模型。當(dāng)系統(tǒng)中不存在不確定性時，針對初始條件不相容的問題（即，電子節(jié)氣門開啟角的初始條件不能滿足給定的伺服約束），提出了基于Udwadia-Kalaba理論的改進(jìn)的名義控制。通過和Udwadia-Kalaba直接控制法對比可以發(fā)現(xiàn)，該改進(jìn)的名義控制可以有

4、效地解決初始條件不相容的問題。
　　3、創(chuàng)新性地應(yīng)用模糊集理論來描述電子節(jié)氣門系統(tǒng)的不確定性并建立電子節(jié)氣門的模糊動力學(xué)方程。在此基礎(chǔ)上，從軌跡跟蹤的角度提出了一種魯棒控制方法來解決模糊電子節(jié)氣門系統(tǒng)的控制問題。值得強(qiáng)調(diào)的是，這里針對模糊電子節(jié)氣門系統(tǒng)所采用的魯棒控制方法是確定性的，并且不同于以往基于IF-THEN規(guī)則的模糊控制。在該控制器作用下，系統(tǒng)將實現(xiàn)確定性的性能（一致有界性和一致最終有界性）。另外，根據(jù)電子節(jié)氣門系統(tǒng)中的模

5、糊信息定義了一個二次型性能指標(biāo)，該指標(biāo)包含兩部分:一致最終有界的邊界大小和控制代價。然后，構(gòu)造了一個對于該性能指標(biāo)的最優(yōu)控制問題，并得到最優(yōu)解。
　　4、從約束跟隨的角度提出了一種魯棒控制方法來解決模糊電子節(jié)氣門系統(tǒng)的控制問題。該魯棒約束跟隨控制方法是基于Udwadia-Kalaba理論和二階伺服約束提出的。值得強(qiáng)調(diào)的是，控制問題中的穩(wěn)定性問題，軌跡跟蹤問題以及最優(yōu)性問題都可以轉(zhuǎn)化成二階約束的形式。因此，軌跡跟蹤問題可以視為是約束

6、跟隨控制問題的一個特例。該魯棒約束跟隨控制器同樣是確定性的，不同于以往基于IF-THEN規(guī)則的模糊控制，并且可以保證系統(tǒng)達(dá)到確定性的性能（一致有界性和一致最終有界性）。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一個基于模糊信息的性能指標(biāo)，該性能指標(biāo)包含三部分:平均的整體瞬態(tài)性能，平均的整體穩(wěn)態(tài)性能和控制代價。通過極小化該性能指標(biāo)，最優(yōu)控制問題最終得以解決。
　　5、在考慮魯棒控制設(shè)計往往是比較保守的基礎(chǔ)上，提出了一種自適應(yīng)魯棒約束跟隨控制方法來解決模糊電