一种多目标遗传算法的改进及其在主动悬架H2与H∞控制的应用研究

摘要

在主动悬架设计过程中,存在执行机构时延、执行机构饱和以及参数不确定性的问题。考虑实际应用,本文提出一种考虑电液作动器动态特性的主动悬架模糊静态输出反馈控制器的设计方法,电液作动器具有强非线性,当工作环境具有动态特性时,用作动器来跟踪悬架所需主动力的策略很难满足要求,因此,在建立主动悬架模型时,直接考虑电液作动器动态特性,建立四分之一车主动悬架T-S模糊模型,既考虑了时延问题,又考虑了作动器的动态特性,更加接近实际应用;而在解决执行器饱和问题上,将控制力饱和约束归入H∞性能指标,利用T-S模糊模型逼近具有非线性动态特性的主动悬架模型,将悬架设计考虑的三个指标中的行驶平顺性(车身垂直加速度)作为H2性能指标,操纵稳定性(轮胎动载荷)和悬架动行程作为H∞性能指标,同时将控制力饱和约束归入H∞性能指标,显然H2性能指标和H∞性能指标是相互矛盾的,是一个多目标问题,对于这样一个问题,利用改进的多目标遗传算法对控制增益进行搜索,通过解LMI得到H2和H∞范数。
　　 众所周知,多目标遗传算法的理想情况是找到一组分布均匀的、真正最优Pareto解集。一般遗传算法的终止条件是设定最大进化代数,进化代数达到最大值就停止。然而在设定进化代数上,没有有效的标准和规定;进化代数设置太大,会增加许多不必要的计算量,设置太小可能得不到理想的结果。本文在带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA2)的基础上,提出一种改进的新型NSGA2算法——INSGA2;在INSGA2中,提出一种新的终止条件,并加入限制精英和均匀性保持策略,引进有效性交叉和变异算子。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 悬架系统的组成、功能及其性能评价指标

1.3 悬架的分类及其比较

1.4 主动悬架的研究现状

1.4.1 国内外理论研究情况

1.4.2 国内外主动悬架的应用情况

1.4.3 研究现状的评述

1.5 车辆主动悬架技术中存在的问题

1.6 本文的主要研究内容和创新点

1.7 本文的结构安排

第二章 LMI基础理论简介

2.1 SCHUR补性质

2.2 H2与H∞控制理论介绍

2.2.1 H∞性能理论简介

2.2.2 H2性能理论简介

2.3 本章小结

第三章 车辆悬架系统建模

3.1 路面输入模型

3.1.1 随机路面干扰输入

3.1.2 确定性干扰路面输入

3.2 悬架系统的性能要求

3.3 车辆悬架建模

3.3.1 车辆模型分析

3.3.2 主动悬架的T-S模糊模型

3.4 本章小结

第四章 基于LMI主动悬架混合H2/H∞控制分析

4.1 悬架设计的控制问题

4.2 T-S模糊悬架系统的输出反馈控制器设计

4.3 本章小结

第五章 基于INSGA2/LMI的主动悬架H2/H∞控制

5.1 基于NSGA2/LMI的主动悬架H2/H∞控制控制器设计

5.2 带精英策略非支配排序遗传算法(NSGA 2)介绍

5.2.1 多目标遗传算法的一些基本定义介绍

5.2.2 快速非支配排序

5.2.2 精英策略

5.2.3 拥挤度

5.2.4 选择、交叉和变异算子分析

5.2.5 NSGA 2的其他说明

5.3 改进的带精英策略非支配排序遗传算法(INSGA 2)

5.3.1 终止条件的改进

5.3.2 限制精英与均匀性保持的选择策略

5.3.3 有效性交叉、变异策略

5.4 NSGA 2与INSAG 2求解结果比较分析

5.5 仿真结果与分析

5.5.1 随机性路面输入的仿真

5.5.2 确定性路面输入的仿真

5.6 本章小结

总结与展望

1 总结

2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表论文