本發(fā)明屬于鐵路設(shè)備自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別涉及一種受電弓升弓氣囊開關(guān)閥控制死區(qū)自動(dòng)檢測(cè)、補(bǔ)償方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

受電弓的執(zhí)行機(jī)構(gòu)從原來的電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)展到現(xiàn)在的使用氣囊裝置對(duì)受電弓升降過程進(jìn)行控制，在列車的運(yùn)行過程中，受電弓主動(dòng)控制器主動(dòng)調(diào)節(jié)弓網(wǎng)之間的接觸力，是接觸力保持在動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

受電弓氣囊的開關(guān)閥門是一種非線性具有控制死區(qū)的執(zhí)行裝置。在開關(guān)閥門的控制零點(diǎn)附近存在未知的控制死區(qū)。當(dāng)控制量位于控制死區(qū)內(nèi)時(shí)，控制閥門處于欠驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，本應(yīng)該導(dǎo)通的氣路無法順利導(dǎo)通，這就會(huì)造成接觸力波動(dòng)，或者與目標(biāo)值之間產(chǎn)生偏差，影響列車的受流性能，降低列車的安全運(yùn)行系數(shù)。因此必須要在控制策略中加入死區(qū)檢測(cè)與補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制，消除死區(qū)對(duì)控制效果的影響。

現(xiàn)有技術(shù)是一般采用固定補(bǔ)償，但是這種補(bǔ)償效果不好，無法根據(jù)閥門的實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。還有通過人工實(shí)驗(yàn)手動(dòng)測(cè)試開關(guān)閥門的方法，不僅成本高昂，而且無法徹底解決死區(qū)問題，因?yàn)殚_關(guān)閥門的死區(qū)具有蠕動(dòng)特性，與設(shè)備運(yùn)用的具體環(huán)境相關(guān)。而在實(shí)際情況下，由于高速閥個(gè)體特性、老化程度以及工作條件的差異存在，使得不同的系統(tǒng)具有不同的死區(qū)值。甚至對(duì)于同一套受電弓系統(tǒng)，在不同的風(fēng)源壓強(qiáng)下，高速閥的死區(qū)也是不同的。因此，實(shí)現(xiàn)高速閥死區(qū)的檢測(cè)勢(shì)在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種針對(duì)氣囊開關(guān)閥門死區(qū)的檢測(cè)、補(bǔ)償方法與系統(tǒng)，增加控制系統(tǒng)的輸出精度以及提高控制器的穩(wěn)定性。

一種受電弓升弓氣囊開關(guān)閥控制死區(qū)自動(dòng)檢測(cè)方法，利用極值搜索算法進(jìn)行死區(qū)檢測(cè)，以受電弓主動(dòng)控制器輸出的開關(guān)閥控制信號(hào)作為輸入信號(hào)，經(jīng)過線性變換后輸入高通濾波器濾去直流成分后，再經(jīng)過解調(diào)信號(hào)獲取梯度信息，對(duì)所獲得的梯度信息依次進(jìn)行低通濾波和積分處理，并以經(jīng)積分處理后的信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)相加作為新的輸入信號(hào)，直到搜索到開關(guān)閥死區(qū)臨界值，以使得受電弓主動(dòng)控制器輸出的開關(guān)閥控制信號(hào)使受電弓升弓氣囊壓強(qiáng)達(dá)到目標(biāo)值。

進(jìn)一步地，所述線性變換通過采用增益為4～10的放大器實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步地，所述激勵(lì)信號(hào)為a sin(ωt)，且sin(ωt)為所述解調(diào)信號(hào)，a為激勵(lì)信號(hào)幅值，取值為0.01～0.05；ω為激勵(lì)信號(hào)的角頻率，取值為500Hz～3000HZ。

激勵(lì)信號(hào)幅值與開關(guān)閥門的死區(qū)臨界點(diǎn)密切相關(guān)，要小于開關(guān)閥門的控制死區(qū)臨界值；

激勵(lì)信號(hào)的角頻率與主動(dòng)控制器的控制周期相關(guān)；

進(jìn)一步地，高通濾波和低通濾波的截止周期分別為T_HP、T_LP，T_HP為1/50～1/200，T_LP為1/30～1/90，且積分處理中的增益為k，取值為3～8。

一種受電弓升弓氣囊開關(guān)閥控制死區(qū)自動(dòng)補(bǔ)償方法，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1：開啟受電弓主動(dòng)控制系統(tǒng)和開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)，獲取受電弓氣囊目標(biāo)壓強(qiáng)r以及開關(guān)閥死區(qū)初始檢測(cè)值；

所述開關(guān)閥包括充氣閥和排氣閥；

步驟2：實(shí)時(shí)采集受電弓氣囊壓強(qiáng)P，若P與r不相等，則以上一次的開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值對(duì)開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，若相等，則受電弓主動(dòng)控制系統(tǒng)處于穩(wěn)壓狀態(tài)，結(jié)束補(bǔ)償；

步驟3：判斷當(dāng)前受電弓氣囊壓強(qiáng)P是否與目標(biāo)壓強(qiáng)相等，若相等，則受電弓主動(dòng)控制系統(tǒng)處于穩(wěn)壓狀態(tài)，結(jié)束補(bǔ)償；否則，依據(jù)當(dāng)前受電弓主動(dòng)控制器輸出的開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)u和當(dāng)前受電弓氣囊壓強(qiáng)P進(jìn)行開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)，并以開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值對(duì)開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償；

其中，所述開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值采用上述的一種受電弓升弓氣囊開關(guān)閥控制死區(qū)自動(dòng)檢測(cè)方法獲取。

進(jìn)一步地，所述步驟2中對(duì)開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償包括以下兩種情況：

當(dāng)P<r時(shí)，以上一次的充氣閥死區(qū)檢測(cè)值作為開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)的補(bǔ)償值；

當(dāng)P>r時(shí)，以上一次的排氣閥死區(qū)檢測(cè)值作為開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)的補(bǔ)償值。

進(jìn)一步地，所述步驟3中依據(jù)當(dāng)前受電弓主動(dòng)控制器輸出的開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)u和當(dāng)前受電弓氣囊壓強(qiáng)P進(jìn)行開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)，并以開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值對(duì)對(duì)開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)木唧w過程如下：

對(duì)受電弓主動(dòng)控制器輸出的開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)u的取值標(biāo)定為-1～1；

當(dāng)-1<u<0時(shí)，排氣閥門工作，充氣閥門關(guān)閉；

當(dāng)u＝-1時(shí)，排氣閥門的驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM的占空比為100％，排氣閥門的打開程度最大，隨著u的增大，排氣閥門驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM占空比隨之成比例減小，排氣閥門的打開程度成比例減小；

當(dāng)u＝0時(shí)，充氣閥門關(guān)閉，排氣閥門關(guān)閉；

當(dāng)0<u<1時(shí)，充氣閥門工作，排氣閥門關(guān)閉；

當(dāng)u＝1時(shí)，充氣氣閥門的驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM的占空比為100％，充氣閥門的打開程度最大，隨著u的減小，充氣氣閥門驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM占空比隨之成比例減小，充氣閥門的打開程度成比例減小；

當(dāng)連續(xù)n周期內(nèi)u<0且P不變化時(shí)，不斷進(jìn)行排氣閥死區(qū)檢測(cè)，并以排氣閥死區(qū)當(dāng)前檢測(cè)值作為開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，直到受電弓氣囊壓強(qiáng)P等于r，結(jié)束開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)，獲取最新開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值，返回步驟2；

當(dāng)連續(xù)n周期內(nèi)u>0且P不變化時(shí)，不斷進(jìn)行充氣閥死區(qū)檢測(cè)，并以充氣閥死區(qū)當(dāng)前檢測(cè)值作為開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，直到受電弓氣囊壓強(qiáng)P等于r，結(jié)束開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)，獲取最新開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值，返回步驟2。

一種受電弓升弓氣囊開關(guān)閥控制死區(qū)自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，包括：

受電弓氣囊壓強(qiáng)設(shè)置單元，用于設(shè)置受電弓氣囊壓強(qiáng)目標(biāo)值；

受電弓主動(dòng)控制器，用于輸出受電弓開關(guān)閥控制信號(hào)；

狀態(tài)機(jī)，用于設(shè)定受電弓控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則；

開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)單元，用于搜索開關(guān)閥死區(qū)臨界值；

邏輯選擇器，依據(jù)受電弓氣囊壓強(qiáng)目標(biāo)值、實(shí)時(shí)值以及受電弓主動(dòng)控制器的輸出信號(hào)，選擇開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值；

受電弓氣囊壓強(qiáng)實(shí)時(shí)采集單元，用于實(shí)時(shí)采集受電弓氣囊壓強(qiáng)；

補(bǔ)償單元，用于將邏輯選擇器所選的開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值和受電弓主動(dòng)控制器輸出的受電弓開關(guān)閥控制信號(hào)疊加后，輸出至開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)單元。

所述開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)單元包括排氣閥死區(qū)檢測(cè)單元和充氣閥死區(qū)檢測(cè)單元；

所述排氣閥死區(qū)檢測(cè)單元和充氣閥死區(qū)檢測(cè)單元均利用極值搜索模塊進(jìn)行死區(qū)檢測(cè)，以受電弓主動(dòng)控制器輸出的開關(guān)閥控制信號(hào)作為輸入信號(hào)，經(jīng)過線性變換后輸入高通濾波器濾去直流成分后，再經(jīng)過解調(diào)信號(hào)獲取梯度信息，對(duì)所獲得的梯度信息依次進(jìn)行低通濾波和積分處理，并以經(jīng)積分處理后的信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)相加作為新的輸入信號(hào)，直到搜索到開關(guān)閥死區(qū)臨界值。

有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比較：

1、對(duì)于受電弓氣囊的開關(guān)閥門，不需進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試開關(guān)閥門的死區(qū)值，可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，實(shí)時(shí)的將閥門的死區(qū)控制補(bǔ)償值提供給受電弓主動(dòng)控制單元，動(dòng)態(tài)地消除控制系統(tǒng)的靜態(tài)殘差，提高系統(tǒng)控制精度。

極值搜索算法是基于梯度的自適應(yīng)算法，適用于具有極大值或極小值的系統(tǒng)尋找極值的過程。它是不依賴于模型的算法，算法本身不需知道系統(tǒng)輸入輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而提高了算法的魯棒性和有效性。在開關(guān)閥門的控制死區(qū)的檢測(cè)當(dāng)中，控制死區(qū)的臨界點(diǎn)是未知的，現(xiàn)有技術(shù)是采用普通的對(duì)開關(guān)閥門的控制信號(hào)進(jìn)行單純地累加，如果系統(tǒng)具有較強(qiáng)的滯后特性，將很有可能出現(xiàn)死區(qū)補(bǔ)償值超調(diào)甚至引發(fā)控制系統(tǒng)震蕩，損害控制效果。本發(fā)明采用極值搜索算法與累加法相對(duì)比，具有響應(yīng)快，輸出自適應(yīng)的特點(diǎn)克服了由于系統(tǒng)滯后而帶來的控制系統(tǒng)震蕩的缺點(diǎn)。2、采用本發(fā)明所述方法可以忽略受電弓種類的不同，忽略不同廠家閥門之間的性能差異。可以適應(yīng)在不同工況下，對(duì)閥門死區(qū)的檢測(cè)獲得對(duì)主動(dòng)控制輸出的補(bǔ)償值。同時(shí)本發(fā)明中包含的狀態(tài)機(jī)可以有效地對(duì)控制系統(tǒng)狀況進(jìn)行描述，具有更強(qiáng)的魯棒性與邏輯性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述補(bǔ)償方法的原理框圖；

圖2是本發(fā)明中開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)與補(bǔ)償方法的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是開關(guān)閥門死區(qū)范圍的示意圖；

圖4是本發(fā)明中開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)與補(bǔ)償方法的系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則圖；

圖5是本發(fā)明中開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)與補(bǔ)償方法中死區(qū)估計(jì)部分的極值搜索原理圖；

圖6是本發(fā)明中開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)與補(bǔ)償方法中死區(qū)估計(jì)部分的極值搜索改進(jìn)后的原理仿真圖；

圖7是采用本方法和沒有采用本方法的受電弓主動(dòng)控制在氣囊充氣過程中的效果對(duì)比圖；

圖8是采用本方法和沒有采用本方法的受電弓主動(dòng)控制在氣囊放氣過程中的效果對(duì)比圖；

圖9是針對(duì)圖7充氣過程中，主動(dòng)控制器的未補(bǔ)償輸出與死區(qū)估計(jì)單元的補(bǔ)償輸出的關(guān)系圖；

圖10是針對(duì)圖8放氣過程中，主動(dòng)控制器的未補(bǔ)償輸出與死區(qū)估計(jì)單元的補(bǔ)償輸出的關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

參見圖6，一種受電弓氣囊開關(guān)閥控制死區(qū)的自動(dòng)檢測(cè)方法，利用極值搜索算法進(jìn)行死區(qū)檢測(cè)，以受電弓主動(dòng)控制器輸出的開關(guān)閥控制信號(hào)作為輸入信號(hào)，經(jīng)過線性變換后輸入高通濾波器濾去直流成分后，再經(jīng)過解調(diào)信號(hào)獲取梯度信息，對(duì)所獲得的梯度信息依次進(jìn)行低通濾波和積分處理，并以經(jīng)積分處理后的信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)相加作為新的輸入信號(hào)，直到搜索到開關(guān)閥死區(qū)臨界值，以使得受電弓主動(dòng)控制器輸出的開關(guān)閥控制信號(hào)使受電弓升弓氣囊壓強(qiáng)達(dá)到目標(biāo)值。

圖3是開關(guān)閥門死區(qū)范圍的示意圖，當(dāng)控制信號(hào)落入-dmin和dmin之間的紅色區(qū)域時(shí)，受電弓氣囊的開關(guān)閥門處于欠驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，氣囊無氣流輸入或氣流輸出。

所述線性變換通過采用增益為4～10的放大器實(shí)現(xiàn)。

所述激勵(lì)信號(hào)為sin(ωt)，且sin(ωt)為所述解調(diào)信號(hào)，a為激勵(lì)信號(hào)幅值，取值為0.01～0.05；ω為激勵(lì)信號(hào)的角頻率，取值為500Hz～3000HZ。

激勵(lì)信號(hào)幅值與開關(guān)閥門的死區(qū)臨界點(diǎn)密切相關(guān)，要小于開關(guān)閥門的控制死區(qū)臨界值；

激勵(lì)信號(hào)的角頻率與主動(dòng)控制器的控制周期相關(guān)；

高通濾波和低通濾波的截止周期分別為T_HP、T_LP，T_HP為1/50～1/200，T_LP為1/30～1/90，且積分處理中的增益為k，取值為3～8。

如圖1和圖2所示，一種受電弓升弓氣囊開關(guān)閥控制死區(qū)自動(dòng)補(bǔ)償方法，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1：開啟受電弓主動(dòng)控制系統(tǒng)和開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)，獲取受電弓氣囊目標(biāo)壓強(qiáng)r以及開關(guān)閥死區(qū)初始檢測(cè)值；

所述開關(guān)閥包括充氣閥和排氣閥；

步驟2：實(shí)時(shí)采集受電弓氣囊壓強(qiáng)P，若P與r不相等，則以上一次的開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值對(duì)開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，若相等，則受電弓主動(dòng)控制系統(tǒng)處于穩(wěn)壓狀態(tài)，結(jié)束補(bǔ)償；

步驟3：判斷當(dāng)前受電弓氣囊壓強(qiáng)P是否與目標(biāo)壓強(qiáng)相等，若相等，則受電弓主動(dòng)控制系統(tǒng)處于穩(wěn)壓狀態(tài)，結(jié)束補(bǔ)償；否則，依據(jù)當(dāng)前受電弓主動(dòng)控制器輸出的開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)u和當(dāng)前受電弓氣囊壓強(qiáng)P進(jìn)行開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)，并以開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值對(duì)開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償；

其中，所述開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值采用上述的一種受電弓升弓氣囊開關(guān)閥控制死區(qū)自動(dòng)檢測(cè)方法獲取。

建立控制系統(tǒng)有限狀態(tài)機(jī)，確定當(dāng)前控制系統(tǒng)狀態(tài)。根據(jù)若干個(gè)周期內(nèi)的壓強(qiáng)目標(biāo)值r、受電弓氣囊壓強(qiáng)P，主控制單元的未補(bǔ)償輸出值u判斷系統(tǒng)當(dāng)前所處狀態(tài)，從而決定充(排)氣閥死區(qū)估計(jì)單元是否開始工作以及邏輯選擇器的選擇。

一種受電弓升弓氣囊開關(guān)閥控制死區(qū)自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，包括：

受電弓氣囊壓強(qiáng)設(shè)置單元，用于設(shè)置受電弓氣囊壓強(qiáng)目標(biāo)值；

受電弓主動(dòng)控制器，用于輸出受電弓開關(guān)閥控制信號(hào)；

狀態(tài)機(jī)，用于設(shè)定受電弓控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則；

開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)單元，用于搜索開關(guān)閥死區(qū)臨界值；

邏輯選擇器，依據(jù)受電弓氣囊壓強(qiáng)目標(biāo)值、實(shí)時(shí)值以及受電弓主動(dòng)控制器的輸出信號(hào)，選擇開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值；

受電弓氣囊壓強(qiáng)實(shí)時(shí)采集單元，用于實(shí)時(shí)采集受電弓氣囊壓強(qiáng)；

補(bǔ)償單元，用于將邏輯選擇器所選的開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)值和受電弓主動(dòng)控制器輸出的受電弓開關(guān)閥控制信號(hào)疊加后，輸出至開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)單元。

所述開關(guān)閥死區(qū)檢測(cè)單元包括排氣閥死區(qū)檢測(cè)單元和充氣閥死區(qū)檢測(cè)單元；

所述排氣閥死區(qū)檢測(cè)單元和充氣閥死區(qū)檢測(cè)單元均利用極值搜索模塊進(jìn)行死區(qū)檢測(cè)，以受電弓主動(dòng)控制器輸出的開關(guān)閥控制信號(hào)作為輸入信號(hào)，經(jīng)過線性變換后輸入高通濾波器濾去直流成分后，再經(jīng)過解調(diào)信號(hào)獲取梯度信息，對(duì)所獲得的梯度信息依次進(jìn)行低通濾波和積分處理，并以經(jīng)積分處理后的信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)相加作為新的輸入信號(hào)，直到搜索到開關(guān)閥死區(qū)臨界值。

參見圖4，為此狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)移規(guī)則。對(duì)于此狀態(tài)機(jī)，進(jìn)一步說明，q₄、q₅和q₆是與死區(qū)檢測(cè)相關(guān)的狀態(tài)，分別表示進(jìn)氣閥死區(qū)檢測(cè)、排氣閥死區(qū)檢測(cè)和檢測(cè)完成狀態(tài)。q₄、q₅和q₆的轉(zhuǎn)移條件設(shè)計(jì)要合理，條件過于嚴(yán)格則系統(tǒng)可能難以觸發(fā)檢測(cè)條件而不能獲得死區(qū)估計(jì)值，從而使死區(qū)估計(jì)器失去作用；而如果條件過于容易則系統(tǒng)可能由于擾動(dòng)而錯(cuò)誤地進(jìn)行死區(qū)檢測(cè)，從而引發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行不必要的死區(qū)檢測(cè)過程，會(huì)使系統(tǒng)響應(yīng)變慢甚至引發(fā)系統(tǒng)震蕩。

在本實(shí)施案例中，q₂到q₄的轉(zhuǎn)移條件為：在連續(xù)n周期內(nèi)u>0且P不變化。u>0表示系統(tǒng)有輸入(進(jìn)氣閥需要打開)，而P不變化表示此時(shí)的系統(tǒng)輸入沒有產(chǎn)生效果，說明此輸入過小，已經(jīng)在進(jìn)氣開關(guān)閥死區(qū)內(nèi)。

同理q₃到q₅的轉(zhuǎn)移條件為：在連續(xù)n周期內(nèi)u<0且P不變化。u<0表示系統(tǒng)有輸入(排氣閥需要打開)，而P不變化表示此時(shí)的系統(tǒng)輸入沒有產(chǎn)生效果，說明此輸入過小，已經(jīng)在排氣開關(guān)閥死區(qū)內(nèi)。

參見圖3，為開關(guān)閥門死區(qū)分布說明。在此實(shí)施方案中，將n設(shè)置為3。死區(qū)檢測(cè)完畢后，系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)進(jìn)入q₆，除非再次進(jìn)入死區(qū)檢測(cè)狀態(tài)q₄或q₅，死區(qū)的估計(jì)和輸出補(bǔ)償值將保持不變。

建立死區(qū)估計(jì)單元，死區(qū)估計(jì)單元是基于極值搜索算法設(shè)計(jì)的。參見圖6，為本實(shí)施方案中基于極值搜索算法的死區(qū)估計(jì)單元原理圖。其中信號(hào)發(fā)生器表征極值搜索中的試探正弦信號(hào)。

在本發(fā)明當(dāng)中，為了選取合適的基于極值搜索算法的死區(qū)估計(jì)單元參數(shù)，采取了先仿真選擇參數(shù)的大致范圍，然后在實(shí)際部署時(shí)進(jìn)行微調(diào)的方式。參見圖5，需要確定的參數(shù)包括激勵(lì)信號(hào)幅值a、a越大極值搜索的速度越快，但是極值搜索輸出的震蕩越大。k為積分器增益而且k的正負(fù)與極值搜索的方向相關(guān)，k>0時(shí)，極值搜索對(duì)圖5所示中的系統(tǒng)輸出y極大值進(jìn)行搜索；k<0時(shí)，極值搜索對(duì)圖5所示中的系統(tǒng)輸出y的極小值進(jìn)行搜索。

參見圖6，基于極值搜索算法的死區(qū)估計(jì)單元的matlab仿真驗(yàn)證階段，首先設(shè)置激勵(lì)信號(hào)幅值a，考慮到一般情況下，正常的開關(guān)閥門的死區(qū)范圍一般不會(huì)超過10％的PWM占空比，所以設(shè)置a為0.01。表示每次進(jìn)行試探時(shí)，每次的波動(dòng)在0.01左右相當(dāng)于以1％的PWM占空比。激勵(lì)信號(hào)的角頻率ω不能超過閥門的工作頻率極限，這樣才能夠使得閥門處于正常工作狀態(tài)下，在仿真中設(shè)置ω為500HZ。通過仿真，不斷進(jìn)行參數(shù)整合，確定了高通濾波器截止周期T_HP為低通濾波器截止周期為積分器增益k為5?？紤]到極值搜索算法可在不依賴系統(tǒng)模型的前提下尋找系統(tǒng)極值，但前提條件是系統(tǒng)輸出y會(huì)隨著輸入u的變化而變化從而獲得梯度信息。然而開關(guān)閥門控制死區(qū)并不具備這種條件，即在死區(qū)的范圍內(nèi)，如何輸入u如何變化，閥門的輸出始終為0。因此在本發(fā)明中，將圖5的系統(tǒng)模型y＝f(x,u)設(shè)置為常數(shù)Θ，即部分的輸入與輸出成線性關(guān)系，從而保證極值搜索的梯度方向?yàn)楣潭煽氐摹?/p>

di和do的獲取過程，當(dāng)狀態(tài)機(jī)處于q₂或者q₄時(shí)，死區(qū)檢測(cè)模塊進(jìn)行進(jìn)氣閥門死區(qū)補(bǔ)償。當(dāng)狀態(tài)機(jī)M處于q₂，進(jìn)氣閥門死區(qū)檢測(cè)單元未被激活，邏輯選擇器根據(jù)原有的死區(qū)補(bǔ)償值(上次進(jìn)氣閥死區(qū)檢測(cè)時(shí)，獲得的輸出補(bǔ)償值)進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)狀態(tài)機(jī)滿足轉(zhuǎn)移條件，從q₂轉(zhuǎn)移至q₄后，進(jìn)氣閥門死區(qū)檢測(cè)單元被激活，此時(shí)狀態(tài)機(jī)M將Enable信號(hào)設(shè)置為1，dir信號(hào)設(shè)置為1.進(jìn)氣閥門死區(qū)檢測(cè)單元開始工作。進(jìn)氣死區(qū)開始檢測(cè)時(shí)，固定的梯度值ξ使得進(jìn)氣死區(qū)檢測(cè)單元輸出d_i逐漸增大。同時(shí)邏輯選擇器將d_i賦給u_d，進(jìn)氣閥的工作點(diǎn)逐漸向圖3中的dmin點(diǎn)靠近，當(dāng)閥門工作點(diǎn)一旦越過dmin，氣囊開始有氣體充入，氣囊壓強(qiáng)P開始增加，隨著P的增加，主動(dòng)控制單元的未補(bǔ)償輸出u開始減小使得系統(tǒng)補(bǔ)償后的輸出保持相對(duì)不變，氣囊會(huì)以一定的速度保持充氣。隨著這一過程的持續(xù)，氣囊壓強(qiáng)P最終達(dá)到當(dāng)前目標(biāo)值r，系統(tǒng)未補(bǔ)償輸出u變?yōu)?。此時(shí)狀態(tài)機(jī)M跳至q₆，Enable信號(hào)變?yōu)?，dir信號(hào)變?yōu)?，進(jìn)氣閥門死區(qū)檢測(cè)結(jié)束，邏輯選擇器記錄下當(dāng)前d_i作為下次進(jìn)入q₂時(shí)的補(bǔ)償值u_d。同理，排氣閥門的死區(qū)補(bǔ)償值的獲得過程與之相似。

當(dāng)狀態(tài)機(jī)M處于q₃，排氣閥門死區(qū)檢測(cè)單元未被激活，邏輯選擇器根據(jù)原有的死區(qū)補(bǔ)償值(上次排氣閥死區(qū)檢測(cè)時(shí)，獲得的輸出補(bǔ)償值)進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)狀態(tài)機(jī)滿足轉(zhuǎn)移條件，從q₃轉(zhuǎn)移至q₅后，排氣閥門死區(qū)檢測(cè)單元被激活，此時(shí)狀態(tài)機(jī)M將enable信號(hào)設(shè)置為1，dir信號(hào)設(shè)置為-1.排氣閥門死區(qū)檢測(cè)單元開始工作。排氣死區(qū)開始檢測(cè)時(shí)，固定的梯度值ξ使得排氣死區(qū)檢測(cè)單元輸出d_o逐漸增大。同時(shí)邏輯選擇器將d₀賦給u_d，排氣閥的工作點(diǎn)逐漸向圖3中的-dmin點(diǎn)靠近，當(dāng)閥門工作點(diǎn)一旦越過-dmin，氣囊開始有氣體排出，氣囊壓強(qiáng)P開始減小，隨著P的減小，主動(dòng)控制單元的未補(bǔ)償輸出u開始增大使得系統(tǒng)補(bǔ)償后的輸出保持相對(duì)不變，氣囊會(huì)以一定的速度保持排氣。隨著這一過程的持續(xù)，氣囊壓強(qiáng)P最終達(dá)到當(dāng)前目標(biāo)值r，系統(tǒng)未補(bǔ)償輸出u變?yōu)?。此時(shí)狀態(tài)機(jī)M跳至q₆，enable信號(hào)變?yōu)?，dir信號(hào)變?yōu)?，排氣閥門死區(qū)檢測(cè)結(jié)束，邏輯選擇器記錄下當(dāng)前d₀作為下次進(jìn)入q₅時(shí)的補(bǔ)償值u_d。

圖7，圖8，圖9，圖10均為本案例中進(jìn)行搜索時(shí)效果圖。參見圖7和圖9。

在圖7中t＝1.3秒時(shí)，主動(dòng)控制系統(tǒng)希望進(jìn)氣開關(guān)閥門工作，進(jìn)行氣囊充氣，然而此時(shí)開關(guān)閥門處于欠驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，死區(qū)檢測(cè)模塊中狀態(tài)機(jī)將此時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)定義為q₄，充氣開關(guān)閥門的死區(qū)檢測(cè)開始，采用本方法的主動(dòng)控制消除了由開關(guān)閥門死區(qū)帶來的控制殘差。

如圖9所示，t＝1.3秒時(shí)，充氣閥門的死區(qū)補(bǔ)償值從0開始進(jìn)行增長性搜索，并同步地將補(bǔ)償值累加在主動(dòng)控制器的未補(bǔ)償輸出上面，直到氣囊壓強(qiáng)P到達(dá)氣囊壓強(qiáng)目標(biāo)值r，狀態(tài)機(jī)響應(yīng)，結(jié)束死區(qū)檢測(cè)。

參見圖8和圖10。

在圖8中t＝5.5秒時(shí)，主動(dòng)控制系統(tǒng)希望排氣開關(guān)閥門工作進(jìn)行氣囊排氣，然而此時(shí)開關(guān)閥門處于欠驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，死區(qū)檢測(cè)模塊中狀態(tài)機(jī)將此時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)定義為q₅，排氣開關(guān)閥門的死區(qū)檢測(cè)開始，采用本方法的主動(dòng)控制消除了由開關(guān)閥門死區(qū)帶來的控制殘差。

如圖10所示，t＝5.5秒時(shí)，排氣閥門的死區(qū)補(bǔ)償值從0開始進(jìn)行減少性搜索，并同步地將補(bǔ)償值累加在主動(dòng)控制器的未補(bǔ)償輸出上面，直到氣囊壓強(qiáng)P到達(dá)氣囊壓強(qiáng)目標(biāo)值r，狀態(tài)機(jī)響應(yīng)，結(jié)束死區(qū)檢測(cè)。

邏輯選擇單元。該單元配合死區(qū)檢測(cè)單元一起工作，位于死區(qū)檢測(cè)單元后端，通過對(duì)當(dāng)前主動(dòng)控制單元的未補(bǔ)償輸入進(jìn)行邏輯分析，判斷當(dāng)前補(bǔ)償值與未補(bǔ)償輸出之和是否超過1，如果超幅的話，進(jìn)行限值同時(shí)保證系統(tǒng)補(bǔ)償不會(huì)損害主動(dòng)控制的效果。同時(shí)在系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)處于q₁、q₂、q₃和q₆狀態(tài)時(shí)，閥門的死區(qū)補(bǔ)償值為從邏輯選擇單元中存儲(chǔ)的上次搜索完成的死區(qū)補(bǔ)償值。如圖9和圖10所示，當(dāng)時(shí)間t＝3s，t＝4s和t＝7s時(shí)，死區(qū)補(bǔ)償值均是由邏輯選擇單元給出。

參見圖7和圖8，通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，受電弓氣囊壓強(qiáng)的控制殘差，由于本方案的實(shí)施已經(jīng)得到很好的改善，受電弓主動(dòng)控制的效果得以優(yōu)化。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)發(fā)明的限制。