基于PID蟻群優(yōu)化控制的EPS

電動(dòng)車（EV）采用電池作為能量來(lái)源，相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)其續(xù)航能力較弱。為降低能耗、提高能量利用率，EV上的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）而不是傳統(tǒng)的液壓助力系統(tǒng)。EPS中，電動(dòng)機(jī)通常連接于轉(zhuǎn)向齒條或轉(zhuǎn)向柱管上，轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)角傳感器布置在轉(zhuǎn)向輸入軸上，ECU接收輸入轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角以及車速信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算控制電機(jī)電路運(yùn)轉(zhuǎn)，從而給齒條/柱管提供助力。

EPS控制邏輯通常采用工業(yè)應(yīng)用中最簡(jiǎn)單有效的PID（比例-積分-微分）控制算法。PID控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)，并且使用維護(hù)成本低，因此如何確定閉環(huán)控制系統(tǒng)中比例、積分、微分這3個(gè)參數(shù)顯得尤為重要。然而，這3個(gè)參數(shù)對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的響應(yīng)存在耦合關(guān)系，一般都是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)及主觀評(píng)價(jià)進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，標(biāo)定周期長(zhǎng)且不容易得到最優(yōu)的控制效果。

選用了蟻群優(yōu)化控制（ACO）對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。蟻群算法是對(duì)自然界螞蟻的尋徑方式進(jìn)行模擬而得出的一種仿生算法。螞蟻在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，能夠在其所經(jīng)過(guò)的路徑上留下一種稱之為外激素（pheromone）的物質(zhì)進(jìn)行信息傳遞，而且螞蟻在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠感知這種物質(zhì)，并以此指導(dǎo)自己的運(yùn)動(dòng)方向，因此由大量螞蟻組成的蟻群集體行為便表現(xiàn)出一種信息正反饋現(xiàn)象：某一路徑上走過(guò)的螞蟻越多，則后來(lái)者選擇該路徑的概率就越大。

基于以上研究?jī)?nèi)容，利用Simulink編程搭建EPS模型，主要包括轉(zhuǎn)向盤模塊、電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)模塊和齒輪-齒條執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊。分別采用傳統(tǒng)PID控制和ACO-PID控制對(duì)助力電流的變化曲線進(jìn)行對(duì)比。仿真結(jié)果表明，相比參考值，人工調(diào)試參數(shù)PID控制的電流誤差為5.83%，而經(jīng)過(guò)ACO參數(shù)優(yōu)化PID控制的電流誤差為4.76%。下一步研究工作需要考慮動(dòng)態(tài)車速輸入條件下，ACO優(yōu)化參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性。

R A Hanifah et al.IEEE International Conference on Smart Instrumentation,Measurement and Applications.

編譯：張為榮