Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время в мировой автомобильной промышленности наблюдается повышенная тенденция к установке в автомобилях электромеханических систем различного назначения. Среди многообразия таких систем наибольшее распространение получили АБС электромеханический тормоз, климат - контроль, стартер — генератор, системы регулировки положения зеркал, сидений, стекол и т.д. Инновационной политикой последних лет в автомобилестроении предусмотрено оснащение рулевых систем легковых автомобилей электромеханическими усилителями руля (ЭУР). Основной частью системы ЭУР является электропривод, использующий в качестве исполнительного двигателя преимущественно машину постоянного тока.
К системе ЭУР предъявляются очень жесткие требования по безопасности, комфортности и надежности функционирования. Не последнее место в комплексе общих требований, предъявляемых к ЭУР, занимают показатели качества системы управления, которые являются базисными для формирования общей цели управления, структуры алгоритма и оптимизации его параметров
Поскольку ЭУР в качестве активного компонента включает эргатический элемент, то к таким системам предъявляются повышенные технические и субъективные требования. Обеспечение оптимального управления системы ЭУР подразумевает синтез таких алгоритмических средств, которые бы давали возможность достижения заданных технических и субъективных показателей качества управления в условиях активного воздействия неконтролируемых возмущений. Основными источниками таких возмущений являются рулевой механизм, электропривод и человек. При этом наиболее существенной составляющей здесь являются нестационарные параметрические возмущения и возмущения, вызванные неопределенностью требований, предъявляемых человеком к системе рулевого управления.
Таким образом, наличие в рамках рулевой системы автомобиля значительного числа трудноформализуемых процессов, обусловленных присутствием в качестве активной компоненты эргатического элемента, определяет актуальность задачи создания соответствующих средств оптимального управления электроприводом системы ЭУР.
Тема диссертации соответствует одному из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета
> -С НАЦИОНАЛЬНА!1
1 БИБЛИОТЕКА I
! УЗДй]
«Вычислительные системы и программно-аппаратные электротехнические комплексы» ГБ 44.29/02.
Целью работы является разработка комплексного алгоритма, реализующего режимы непрерывного и дискретного управления электроприводом постоянного тока в рамках системы «электромеханический усилитель руля - человек» в условиях активного воздействия неконтролируе -мых параметрических возмущений на основе моделей, учитывающих неопределенности требований, предъявляемых к свойствам системы рулевого управления.
В соответствии с данной целью в работе поставлены и решены следующие задачи:
Построения обобщенной математической модели системы рулевого управления с ЭУР, учитывающей активное влияние эргатического элемента
Анализа типов неконтролируемых возмущений в рулевой системе автомобиля и их локализация в рамках объекта управления.
Построения структурной модели взаимодействия человека и системы рулевого управления, а также формализованного описания системы «человек -рулевой механизм».
Формирования комплекса критериев качества, включающих формальное описание технических и субъективных требований, предъявляемых к системе управления ЭУР.
Синтеза алгоритма, реализующего режимы рационального непрерывного и дискретного управления электроприводом постоянного тока системы ЭУР, обеспечивающего заданные значения количественных показателей качества управления.
Синтеза алгоритма рационального управления системы «электромеханический усилитель руля - человек», обеспечивающего заданные субъективные показатели качества.
Методы исследования В работе использованы методы теории электропривода, теории автоматического управления, системного анализа, математического моделирования, аппарата нечеткой логики, инженерной психологии.
Научная новизна
В работе получены следующие результаты, отличающиеся научной новизной:
- математические модели системы рулевого управления, в том числе с ЭУР на базе электропривода постоянного тока, отличающиеся учетом источников приведенных к выходу объекта управления неконтролируемых параметрических возмущений;
- структурная модель электромеханического комплекса,
обеспечивающего воспроизведение процесса взаимодействия человека и
системы рулевого управления с ЭУР;
формализованное описание электромеханической системы «человек — рулевой механизм», отличающееся возможностью адекватного отражения динамических свойств человека в процессе управления автомобилем;
структура комплексного алгоритма управления электроприводом системы ЭУР, который отличается от известных обеспечением заданных требований комфорта и безопасности при управлении автомобилем;
алгоритм, обеспечивающий режимы непрерывного и дискретного управления электроприводом ЭУР, отличающийся свойством инвариантности по отношению к неконтролируемым возмущениям со стороны системы рулевого управления и электродвигателя;
алгоритм управления в рамках системы ЭУР, дающий возможность достижения заданных субъективных показателей качества управления с учетом неопределенности предъявляемых к нему требований.
Практическая значимость работы
Практическую ценность диссертационной работы составляют:
программно-аппаратная реализация комплексного алгоритма в электронном блоке управления ЭУР, спроектированного на базе 16- разрядного цифрового сигнального контроллера;
программное обеспечение и настроечно-измерительный комплекс для синтеза алгоритма управления системы ЭУР, обеспечивающего заданные субъективные показатели качества управления.
Практические результаты работы составляют основу программно -аппаратных средств, обеспечивающих в процессе проектирования системы рулевого управления с электромеханическим усилителем руля высокие показатели надежности, безопасности, комфорта.
Реализация результатов работы
Полученные теоретические и экспериментальные результаты
диссертационной работы использованы при выполнении НИОКР «Разработка комплекса агрегатов и систем в целом электромеханических усилителей рулевого управления для перспективных моделей легковых автомобилей семейства ВАЗ» в ФНПЦ ЗАО НПК(о) «Энергия» (г. Воронеж) совместно с АО «АВТОВАЗ» (г. Тольятти) в 2000 - 2003 гг.
Результаты внедрения подтверждаются соответствующим актом.
В 2003 г. ФНПЦ ЗАО НПК(о) «Энергия» получен сертификат на изделие ЭУР с целью его установки в рулевое управление легковых автомобилей ВАЗ 21213, ВАЗ 2131, ВАЗ 2110.
Апробация результатов работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на VI Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях» (Воронеж, 2001); на Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Социально-экономическое развитие регионов: реальность и перспективы» (Воронеж, 2003); на региональной научно-технической конференции (Воронеж, 2003); на конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ВГТУ (2001 - 2003 гг.), а также на научных семинарах кафедры автоматики и информатики в технических системах (2001 - 2004 гг.)
Публикации
По основным результатам диссертационной работы автором опубликовано 13 печатных работ, в том числе 11 научных статей и докладов, получено 2 патента РФ. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателем сделано следующее: разработана структура комплексного алгоритма управления электроприводом ЭУР [8,12]; рассмотрено влияние неконтролируемых возмущений на субъективные показатели качества [5,6]; предложена методика синтеза алгоритма, обеспечивающего заданные субъективные показатели качества [2,4,5]; предложена система управления электроприводом ЭУР при неполной информации о возмущениях [3,7]; предложено релейное управление электроприводом ЭУР, которое обеспечивает предельные показатели качества в рулевой системе автомобиля [10]; в алгоритме управления учтена допустимая температура силовых транзисторов [1], предложено схемотехническое решение [13].
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 8 приложений. Работа содержит 135 страниц основного текста, 42 рисунка, 8 таблиц. Список литературы включает 102 наименования.
Похожие диссертации на Алгоритмизация управления электроприводом постоянного тока в системе "электромеханический усилитель руля-человек"
