一种四驱电动汽车容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种四轮独立驱动电动汽车容错控制方法，首先，基于四驱电动汽车受到执行器故障以及外界扰动的系统模型设计一种复合观测器，该观测器输出为电动汽车系统状态估计、执行器故障进行估计以及干扰估计。其次，自适应滑模控制器结合了复合观测器输出值以及系统参考信息。此外，事件触发机制为传感器到控制器通道，利用了观测信息以及控制器输出；最后，基于事件触发的控制器结合了事件触发机制，其输出作用给四驱电动汽车的执行器。本发明专利技术能够有效解决四轮独立驱动电动汽车在受到执行器故障以及外界扰动情况下，系统实时有效地容错控制。

A fault tolerant control method for four-wheel drive electric vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种四驱电动汽车容错控制方法
本专利技术属于具有执行器故障以及外部扰动的四驱电动汽车系统容错控制领域，更为具体地讲，涉及包括受到执行器故障以及外界扰动的四驱动电动汽车、复合观测器、自适应滑模控制器、事件触发机制以及基于事件触发的控制器，这里统称为一种四驱电动汽车容错控制方法。
技术介绍
随着工业的发展和对环境交通日益增长的需求，电动汽车作为一种新能源汽车，已成为社会生活的重要的组成部分，并有望在未来更广泛的应用于各个行业。四轮独立驱动结构框架的电动车(FWIA)具有较好的综合性能，能够在结冰，潮湿和干燥等不同的路况下安全行驶。FWIA系统的四个车轮可以独立控制，以保证横向稳定和路径跟踪性能。虽然四轮独立驱动的电动汽车具有一些优势，但它的安全性一直是人们关心的最重要的问题之一。一方面，随着系统复杂性的增加，执行器和传感器发生故障的概率也相应增加；另一方面，系统的外部扰动，如负荷波动和道路状况的变化，也将导致系统故障发生。故障发生后，汽车系统的速度和横摆率将严重受到影响，甚至系统的稳定性也会被破坏，即车辆将偏离期望的轨迹。目前，针对电动汽车的容错控制已有相关文献进行研究，例如，在文献[“Activefault-tolerantcontrolforelectricvehicleswithindependentlydrivenrearin-wheelmotorsagainstcertainactuatorfaults,”(IEEETransactionsonControlSystemsTechnology,2015,24(5):1557-1572.)]中，利用故障检测技术，针对具有独立驱动的电动汽车提出了一种主动容错控制方案，应用鲁棒增益调度算法来设计控制器。在[“Fault-tolerantcontrolwithactivefaultdiagnosisforfour-wheelindependentlydrivenelectricgroundvehicles,”(IEEETransactionsonVehicularTechnology,2011,60(9):4276-4287.)]中，研究了一种四轮独立驱动电动汽车的容错控制方法，设计了自适应控制器以确保车辆系统的稳定性，并在系统发生执行器故障时实现车辆所需的跟踪运动。然而，在某些情况下建立故障检测机制是比较困难的。在缺乏在线故障信息的情况下，被动容错控制技术也取得了丰硕成果。在文献[“Passiveactuatorfault-tolerantcontrolforaclassofoveractuatednonlinearsystemsandapplicationstoelectricvehicles，”(IEEETransactionsonVehicularTechnology,2012,62(3):972-985.)]中，提出了一种无源FTC方法，它与分组控制和控制分配方法相结合，实现了执行器故障的容错控制。在[“Optimalinputdesignforfaultidentificationofoveractuatedelectricgroundvehicles,”(IEEETransactionsonVehicularTechnology,2015,65(4):1912-1923.)]中，研究了电动汽车系统的执行器故障问题，设计了最佳容错控制，其中利用控制分配实现了控制输入能量的最小化。上述这些结果考虑了电动汽车系统的稳定性或跟踪性能。然而，一方面，很少有文献考虑电动汽车的外部干扰对控制性能的影响，在考虑故障时，已有文献所考虑的执行器故障相对简单；另一方面，对电动汽车的控制中，基于事件触发的控制策略几乎没有研究，在保持系统稳定性控制同时减少系统的信息传输量，目前这仍然是一个挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统技术的缺陷，提供一种四驱电动汽车自适应容错控制方法，就是针对四驱电动汽车受到执行器故障以及干扰的影响下设计基于事件触发的控制器，用于补偿执行器故障以及外扰动对四驱电动汽车的影响，以更高的精度保持四驱电动汽车系统的轨迹跟踪能力。。为实现上述目的，本专利技术四驱电动汽车容错控制方法，其特征在于，包括受到执行器故障以及外界扰动的四驱动电动汽车、复合观测器、自适应滑模控制器、事件触发机制以及基于事件触发的控制器；(1)、基于四驱电动汽车受到执行器故障以及外界扰动的系统模型设计一种复合观测器，该观测器输出为电动汽车系统状态估计、执行器故障进行估计以及干扰估计；(2)、自适应滑模控制器结合了复合观测器输出值以及系统参考信息；(3)、事件触发机制为传感器到控制器通道，利用了观测信息以及控制器输出；(4)、基于事件触发的控制器结合了事件触发机制，其输出作用给四驱电动汽车的执行器。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术四轮独立驱动电动汽车容错控制方法，内容包括受到执行器故障以及外界扰动的四驱动电动汽车、复合观测器、自适应滑模控制器、事件触发机制以及基于事件触发的控制器。目的在于实现四驱电动汽车容错控制的时效性。其具体方法如下：首先，基于四驱电动汽车受到执行器故障以及外界扰动的系统模型设计一种复合观测器，该观测器输出为电动汽车系统状态估计、执行器故障进行估计以及干扰估计。其次，自适应滑模控制器结合了复合观测器输出值以及系统参考信息。此外，事件触发机制为传感器到控制器通道，利用了观测信息以及控制器输出；最后，基于事件触发的控制器结合了事件触发机制，其输出作用给四驱电动汽车的执行器。本专利技术能够有效解决四轮独立驱动电动汽车在受到执行器故障以及外界扰动情况下，系统实时有效地容错控制。附图说明图1是本专利技术四驱电动汽车容错控制方法的一种具体实施方式的控制框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。由于实际系统外界扰动总是有界的，假设系统总扰动ω(t)其满足如下条件，||ω(t)||≤dk,以及其中dk,以及dc为两个已知常数。复合观测器中，包含了状态观测器、故障观失效因子测器以及干扰观测器，并引入了观测误差补偿项δs(t)。结果如下：其中，以及分别表示对x(t)，ω(t)，y(t)以及的估计，x(t)，ω9t)，y(t)以及表示电动汽车系统状态，电动汽车系统函数，总干扰，输出以及执行器失效因子。Bm(θ)表示电动汽车系统函数，vm表示无故障下的控制增益。其中εj以及πj为z-1和第jth元素,z和zm为两个对角矩，Q正定对称矩阵。L、H以及H1表示观测器增益矩阵，设计如下：其中，为一常数，表示的估计，为观测器的一阶滤波输出。自适应滑模控制器为：其中，er表示跟踪误差，β2(er)＝λ2/(1+λ2exp(-τ|er|)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四驱电动汽车容错控制方法，其特征在于，包括受到执行器故障以及外界扰动的四驱动电动汽车、复合观测器、自适应滑模控制器、事件触发机制以及基于事件触发的控制器；/n(1)、基于四驱电动汽车受到执行器故障以及外界扰动的系统模型设计一种复合观测器，该观测器输出为电动汽车系统状态估计、执行器故障进行估计以及干扰估计；/n(2)、自适应滑模控制器结合了复合观测器输出值以及系统参考信息；/n(3)、事件触发机制为传感器到控制器通道，利用了观测信息以及控制器输出；/n(4)、基于事件触发的控制器结合了事件触发机制，其输出作用给四驱电动汽车的执行器。/n

【技术特征摘要】
1.一种四驱电动汽车容错控制方法，其特征在于，包括受到执行器故障以及外界扰动的四驱动电动汽车、复合观测器、自适应滑模控制器、事件触发机制以及基于事件触发的控制器；
(1)、基于四驱电动汽车受到执行器故障以及外界扰动的系统模型设计一种复合观测器，该观测器输出为电动汽车系统状态估计、执行器故障进行估计以及干扰估计；
(2)、自适应滑模控制器结合了复合观测器输出值以及系统参考信息；
(3)、事件触发机制为传感器到控制器通道，利用了观测信息以及控制器输出；
(4)、基于事件触发的控制器结合了事件触发机制，其输出作用给四驱电动汽车的执行器。


2.根据权利要求1所述的四驱电动汽车容错控制方法，其特征在于，系统总扰动ω(t)，由于实际系统外界扰动总是有界的，假设其满足如下条件，||ω(t)||≤dk,以及其中dk,以及dc为两个已知常数。


3.根据权利要求1所述的四驱电动汽车容错控制方法，其特征在于，所设计的复合观测器中，包含了状态观测器、故障观失效因子测器以及干扰观测器，并引入了观测误差补偿项δs(t)，结果如下：



其中，以及分别表示对x(t)，ω(t)，y(t)以及的估计，x(t)，ω(t)，y(t)以及表示电动...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭斌，陈勇，李万富，李猛，陈章勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51