线控转向系统取消了转向盘到转向轮之间的物理连接,以电机直接实现转向和路感反馈的功能,已成为智能驾驶中转向系统的发展趋势。线控转向系统中存在由信息传输处理与机械摩擦等导致的时间延迟,而延迟会影响系统的动态性能,因此本文在对线控转向系统进行建模和控制器设计时,着重考虑了延迟时间,并基于硬件在环进行了试验验证。首先,本文对线控转向系统进行建模,将整个系统分成整车模型、路感反馈总成模型、转向执行总成模型、驾驶员模型以及延迟环节模型,充分考虑了驾驶员端、下层转向执行端以及两端之间信号采集处理与传输带来的时间延迟,具体包括上层预瞄跟踪模型的驾驶员由于预瞄或者操纵反应而产生的时间延迟,下层转向执行端由于机械摩擦、阻尼环节带来的执行延迟,以及上层驾驶员端和下层转向执行端之间信号采集与处理带来的时间延迟。接着本文重点对上下层转向系统进行考虑时间延迟的控制器设计:针对下层转向执行系统中存在的时间延迟,设计Smith补偿器进行延迟补偿;针对驾驶员端的预瞄反应延迟与两端之间信号采集处理与传输的时间延迟,分别设计可以应对随机延迟时间的二自由度内模控制器,并进行联合控制,在实现上层路径精准跟踪的基础上,也提高了下层执行机构的转角跟踪精度,响应速度和鲁棒性。然后利用MATLAB/Simulink软件联合CarSim软件进行下层转向执行和上层预瞄跟踪闭环系统的仿真验证,在丰富的工况以及含有固定、随机延迟的情况下,验证了所设计控制器的跟踪准确性和鲁棒性,与优化PID控制器相比,本文设计的控制器在延迟时间存在的工况下跟踪精度更高,同时大时延下稳定性更好。最后,在线控转向硬件在环台架试验中,本文自主开发了相应硬件平台和软件平台,并利用dSPACE系统进行信号采集与控制器搭建。进行了转角跟踪实验,验证了控制器的跟踪性能良好,也有效地进行了延迟补偿,提高了转角跟踪的响应速度;进行了驾驶员闭环试验,在转向系统依然存在机械摩擦或者信号传输等延迟的工况下,车辆状态参数也能在很短的时间内达到稳态,并且实现良好的路径和前轮转角跟踪效果。总结而言,本文设计的控制器能够补偿固定和随机类型的延迟时间,为提高线控转向的控制品质和可靠性提供了思路,并通过仿真和硬件在环试验进行了验证。在船舶领域,船舶航行的安全性和经济性与其操纵性能和动力系统性能密切相关,而操纵系统和动力系统中存在的时间延迟是影响船舶操纵控制和动力系统控制性能的重要因素,本文针对含延迟的线控转向系统提出的方法也可为船舶相关控制提供参考。