磁流变半主动悬架的泰勒级数-改进H2/H∞时滞补偿控制研究

摘要

磁流变减振器工作时需要经历电功率响应、电磁响应、磁流变液响应和减振器结构响应等环节，导致磁流变半主动悬架控制的时滞问题。针对磁流变半主动悬架系统的时滞问题，基于试验特性测试、理论分析和数值仿真结合的方法，建立磁流变减振器力学模型，并基于此模型研究了磁流变减振器半主动悬架的泰勒级数-改进H2/H∞时滞补偿控制策略。具体研究工作如下： 首先，对磁流变减振器进行了力学特性试验，并基于此试验结果建立磁流变减振器的双曲正切力学模型。通过该模型进行分析得知：磁流变减振器的输出力由受电流影响的控制力和不受电流影响的输出力 2 部分，且不受电流影响的输出力包含非线性部分。 其次，为构建考虑时滞的磁流变半主动悬架模型，结合H2/H∞控制器能够处理控制力干扰，将不受电流影响的输出力分为基值黏性阻尼力和非基值黏性阻尼力，提出将非基值黏性阻尼力当成干扰力，为设计基于Taylor series的时滞补偿控制器奠定基础。 再次，将预测未来时刻控制力的一阶泰勒级数-时滞方程与悬架状态方程组成增广状态方程，设计 Taylor series-H2控制器控制预测控制力来优化悬架综合性能评价指标；针对预测控制力被放大问题，提出利用H∞范数对其进行约束，设计出了Taylor series-H2/H∞时滞补偿控制器；为解决Taylor series-H2/H∞控制器具有较强保守性的问题，提出利用 H2范数约束预测控制力，设计出了 Taylor series-H2/H2控制器时滞补偿；为进一步提高时滞补偿控制效果，再利用一个H2控制器替代一阶泰勒级数-时滞方程求取输入理想控制力，设计出了 Taylor series-H2/H2/H2时滞补偿控制器。 最后，利用 MATLAB/Simulink 构建被动悬架模型、由 H2控制器所控制的理想磁流变半主动悬架仿真模型以及本文提出的时滞补偿控制的具有时滞的磁流变半主动悬架仿真模型，结果显示：磁流变半主动悬架的时滞为30ms的情况下与被动悬架相比，Taylor series-H2/H∞控制的磁流变半主动悬架的J值改善了24.46%；Taylor series-H2/H2控制的磁流变半主动悬架系统的 J 值改善了 28.40%；Taylor series-H2/H2/H2控制的磁流变半主动悬架的 J 值改善了 31.02%，证明泰勒级数-改进H2/H∞时滞补偿控制策略能够有效改善汽车综合性能指标。 本文提出的磁流变半主动悬架的泰勒级数-改进 H2/H∞时滞补偿控制方法能够为半主动悬架的应用提供一定的理论和试验基础。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 磁流变减振器的研究现状

1.3时滞控制及主动/半主动悬架时滞控制的研究现状

1.3.1 时滞控制技术研究现状

1.3.2 主动/半主动悬架时滞控制技术研究现状

1.4 本文研究的主要内容

1.5 本章小结

第二章 磁流变减振器力学模型和悬架模型的建立

2.1 磁流变减振器的工作特性

2.1.1 磁流变减振器的示功特性

2.1.2 磁流变减振器的速度特性

2.2 磁流变减振器的试验方法和测试

2.2.1 磁流变减振器的试验方案

2.2.2试验设备及安装

2.2.3磁流变减振器工作特性测试结果

2.3 磁流变减振器的建模

2.3.1双曲正切正向力学模型

2.3.2模型辨识

2.3.3 拟合模型与试验结果比较

2.3.4双曲正切模型逆向力学模型

2.4 磁流变减振器的时滞测量

2.5 含时滞的磁流变半主动悬架建模

2.6 汽车悬架性能的评价方法

2.7 本章小结

第三章 磁流变半主动悬架的泰勒级数-改进H2/H∞时滞补偿控制

3.1 理想H2控制器设计

3.2 磁流变半主动悬架系统Taylor series-H2/H∞控制器设计

3.2.1 磁流变半主动悬架Taylor series-H2/H∞控制器原理

3.2.2 构建时滞控制力的一阶泰勒级数增广状态方程

3.2.3 Taylor series-H2控制器设计

3.2.4 Taylor series-H∞控制器设计

3.2.5 Taylor series-H2/H∞时滞补偿控制器设计

3.3磁流变半主动悬架控制器Taylor series-H2/H2控制器设计

3.3.1 磁流变半主动悬架Taylor series-H2/H2控制器原理

3.3.2 Taylor series-H2/H2时滞补偿控制器设计

3.4 Taylor series-H2/H2/H2控制器设计

3.5 本章小结

第四章 时滞补偿控制数值仿真和验证

4.1仿真模型的建立

4.2力的跟踪性能

4.3时域分析

4.4频域分析

4.5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致 谢

读硕士学位期间发表的论文及申请的专利