基于磁流变阻尼器双曲正切逆模型的半主动悬架H∞控制研究

摘要

半主动悬架具有体积小、性能好、价格低等优点，得到了国内外工程界、学术界的广泛关注。磁流变阻尼器通过输入到阻尼器线圈中的电流大小改变阻尼力，且具有响应的速度快且耗费能量少的特点，成为目前半主动悬架的主要研究对象。对此，本文以磁流变阻尼器为对象研究半主动悬架的控制方法。
　　本文针对不平整路面(如凸起、凹陷)工况，根据车辆平顺性和操纵性的性能要求，首先设计了对输出阻尼力进行控制的H∞状态反馈控制器，并在此基础上，采用磁流变阻尼器双曲正切逆模型，将阻尼力转换成驱动电流，实现了半主动悬架控制。而后针对H∞状态反馈控制器要求状态可测量，这对传感器和测量方法提出较高要求，导致应用成本较高。对此，本文进一步考虑设计满足系统性能需求的H∞输出反馈控制器，以减低应用成本，提高控制器的可应用性。
　　为实现半主动悬架控制，首先根据磁流变阻尼器的强非线性，给出了以输出阻尼力为控制变量、基于阻尼器逆模型将阻尼力转换为驱动电流的半主动悬架控制系统结构，并建立了1/4悬架模型；接着在分析磁流变阻尼器的滞回、双黏性等特性以及现有的阻尼器模型特点的基础上，结合仿真模型数据，建立了两参数随电流变化的磁流变阻尼器双曲正切模型，推导了双曲正切逆模型，并仿真验证了模型的有效性。
　　在以阻尼力控制器设计过程中，为达到悬架系统的控制目标，首先分析悬架系统的固有属性，给出了车辆平顺性、操纵性以及悬架行程之间的制约关系，对后续控制器的开发及分析有指导意义。接着给出了不平整路面工况的输入模型，为仿真分析做准备。针对不平整路况、考虑悬架的性能要求给出了H∞状态反馈控制器的设计方法，根据逆模型计算出电流后仿真分析验证了控制效果的有效性。但这种策略要求对象的状态全部可测，给状态不可直接测量系统的应用带来困难，且悬架系统所需的传感器数量增多，会增加整车成本，降低系统可靠性。
　　因此，为减少悬架系统传感器数量，针对系统部分状态不可直接测量的情况，本文又设计了磁流变半主动悬架的H∞输出反馈控制器。该方法通过对性能输出加权得到目标函数，解LMI线性矩阵不等式得到动态控制器，最后，通过与 H∞状态反馈控制方法的对比分析，验证了所提控制方法的性能，这给低成本的半主动悬架的研究应用增加了可行性。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题的研究背景以及研究目的和意义

1.2磁流液半主动悬架研究现状及分析

1.2.1磁流变液技术和磁流变阻尼器研究进展

1.2.2磁流变半主动悬架国内外主要研究现状及分析

1.3本文主要研究内容及组织结构

第2章 磁流变半主动悬架建模

2.1引言

2.2半主动悬架系统建模

2.3磁流变阻尼器建模

2.3.1磁流变阻尼器特性分析

2.3.2磁流变阻尼器的双曲正切逆模型

2.4本章小结

第3章 磁流变半主动悬架H∞状态反馈控制器设计

3.1引言

3.2悬架的性能指标与固有属性分析

3.2.1悬架的性能指标分析

3.2.2悬架的固有属性

3.3路面输入模型

3.4 H∞状态反馈控制器的设计

3.4.1半主动悬架H∞状态反馈控制问题描述

3.4.2 H∞状态反馈控制算法的求解

3.5仿真结果及分析

3.5.1时域仿真分析

3.5.2频域仿真分析

3.6本章小结

第4章 磁流变半主动悬架H∞输出反馈控制器设计

4.1 引言

4.2 H∞输出反馈控制器设计

4.2.1控制问题描述

4.2.2 H∞输出反馈控制算法设计

4.3性能加权函数

4.4仿真结果及分析

4.4.1时域仿真分析

4.4.2频域仿真分析

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢