第一次课背景基础现代控制理论0章节(4586KB).ppt

* * * * * * 二： 现代控制理论 状态变量和状态空间现已成为现代控制理论的基础。其实质就是将系统的运动方程写成一阶微分方程组的方法。它具有如下特点： 1．适用于多输入－多输出、时变、非线性、随机、采样等系统。 2．可以将一阶微分方程组写成向量矩阵方程，从而方便了分析和运算。 3．在对控制系统进行分析时，可以把系统的初始条件包括进去。 4．有助于采用一些复杂的控制算法。如：自适应算法等。 5．有助于利用计算机实现及仿真。 经典理论和现代控制理论是有内在联系的，相互贯通的。这两种方法各有优缺点。学习时注意加以比较。 现代控制理论中有许多分支，如最优控制、最优估计和滤波、系统辨识、自适应控制、鲁棒控制和随机控制等等。基于状态空间的方法在各个分支中最重要，也影响最广泛，这里只介绍线性系统的状态空间法。 三： 智能控制理论 模仿人的智能的工程控制及信息处理等的理论 专家系统 模糊控制 人工神经网络 遗传算法 混沌算法 不需要被控系统精确的数学模型 四：汽车中的控制问题 * 吉林大学陈虹课题组 * ABS - TCS - ESP - Anti-Roll Protection * 吉林大学陈虹课题组 * * * 举例 * 吉林大学陈虹课题组 * * 吉林大学陈虹课题组 * * 吉林大学陈虹课题组 * 可控标准型 * 吉林大学陈虹课题组 * * 汽车控制系统设计 基于模型的控制开发(MBCD)是在整个开发过程中以系统模型作为共同的对象和执行规格，而非物理原型和文本，打破传统开发流程中由于领域和分工的不同形成的隔阂。也就是说基于图形界面的模型为汽车控制系统开发流程中的不同阶段和不同团队提供了一个有效的通用平台。 与传统的程序代码文档相比，基于图形界面的开发环境具有更强的通用性和易移植性，因此单纯的代码文本正在被基于方块图或有限状态机描述的开发方式所取代。基于模型的控制系统设计已经成为满足下面汽车控制系统开发要求的解决方案： 安全性； 低成本； 低油耗和排放； 优良驾驶性能； 缩短开发周期。 * 吉林大学陈虹课题组 * * 吉林大学陈虹课题组 * Step 1. 对控制器和被控对象建模（图中①），分别形成控制器模型（图中的Component Model，有时也称为Function Model）和仿真模型（图中的Process Model，也称为Simulation Model 或 Driver-Vehicle-Environment Model）。 这样就可以在仿真模型上实施控制算法（图中所说的Function Testing），也就是通常意义上的SiLS（Software-in-the-Loop Simulation）。在这个阶段可以进行控制器参数的标定Model-based calibration，通过联合仿真得到多组控制参数下的控制结果和评价指标，对比得到较优的一组控制参数。这个过程可以通过自动调用仿真模型和优化计算来实现标定自动化。 * 吉林大学陈虹课题组 * Step 2. 仿真测试之后便可以进行快速原型测试（Rapid Prototyping）（图中②），也就是利用快速原型工具（例如dSPACE公司的Micro AutoBox）将第一步标定后的控制器与实车相连接。 通过实车测试进行控制器参数标定。这些早期的功能测试可以提前测试控制器性能并进行高效率的控制器参数标定，此外还可以大大减少软件故障率。 * 吉林大学陈虹课题组 * Step 3. 利用自动代码生成工具和方法，将设定好的控制器模型转换为实际电控单元ECU的软件代码，也就是图中所说的Realization after complete functional testing。这个过程中需要考虑代码生成的优化性，保证代码占用资源尽可能少。之后将ECU与仿真模型或半实物仿真模型连接，进行ECU测试（图中③）。基于模型的测试可以方便的重复提供各种工况的测试，也可以提供台架和实车很难实现的极限工况的测试。 自动代码生成的工具包括：dSPACE /TargetLink, Real-Time Workshop, Embeded Coder等。 * 吉林大学陈虹课题组 * Step 4. 最后一步就是实际ECU在实车的测试和标定（图中④）。多数情况下，在这一步，所有控制系统已经运行起来，而且这一步的测试和标定需要专用的方法和工具，例如Vector公司的CANoe、CANape、ETAS公司的INCA等。 * 吉林大学陈虹课题组 * 动力学模型的分类 1. 面向控制器设计的简化动力学模型 Control-Oriented Model