基于单神经元PID控制的半主动悬架轴距预瞄研究

摘要

悬架系统是影响车辆性能的重要组成部分。传统的被动悬架因为其自身的局限性很难再有突破性进展。如今虽然主动悬架已得到运用，但高昂的生产费用限制了它的大范围推广。半主动悬架因其成本较低控制效果较好，性价比高而越来越成为汽车新技术研究中的热点，尤其是半主动悬架的控制问题已经涉及到整个现代控制理论。近年来，预瞄控制作为一种较新的方法，能够在控制策略中包含系统未来的信息，提前消除干扰，因此预瞄控制主动悬架得到了广泛的注意和研究。车前预瞄控制即在车辆上安装路面位移传感器，这样势必会增加成本投入，本文根据车辆的结构特点，直线行驶时前后轮的位移输入只是一个时间上的滞后，利用前轮的路面位移输入信号作为后轮未来的路面位移输入信息，采用单神经元自适应PID控制结合轴距预瞄模型，以期在不提高成本的情况下，对车辆悬架进行改善。主要研究工作如下： 第一，对车辆所受的主要振源路面不平度进行了模拟，建立了路面空间域不平度的AR模型，模拟得到的不同的等级路面功率谱密度与相应的理论功率谱密度基本一致，为半主动悬架轴距预瞄控制提供了基础。 第二，建立了1/2车辆半主动悬架轴距预瞄模型，构建半主动悬架单神经元自适应．PID控制器。通过仿真计算，对比了被动悬架系统、单神经元PID控制半主动悬架系统和轴距预瞄单神经元PID控制半主动悬架系统对车辆性能的影响，验证了轴距预瞄控制的可行性及优越性。 第三，针对小波分析中的小波消噪难以实现在线信号处理的问题，提出了一种新的实时小波消噪方法，通过施加滑动窗口的方式，构造了实时小波降噪算法。建立了该算法的S函数并进行了仿真计算，证明了该方法的有效性。在此基础上，将半主动悬架系统预瞄控制器的输入信号进行实时消噪。仿真结果表明，采用小波消噪能够有效降低系统噪声的影响，提高控制系统的稳定性，改善了噪声干扰下的半主动悬架轴距预瞄控制效果。 第四，设计开发基于C8051单片机的半主动悬架控制器，并将已设计好的可调阻尼减振器，一起装在某轻型客车上进行实车道路试验。结果表明，半主动悬架轴距预瞄神经元PID控制能有效的降低车辆振动，改善了车辆的平顺性。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1车辆悬架概述

1.1.1悬架作用

1.1.2悬架的分类及发展

1.2主动悬架控制理论研究

1.3预瞄控制的应用

1.4本文相关知识背景

1.4.1路面输入

1.4.2小波简介

1.5本文研究的目的

1.6本文研究的主要内容

第二章控制理论基础

2.1 PID控制算法

2.2人工神经网络理论

2.2.1人工神经元模型

2.2.2神经网络的学习规则

2.3神经元PID控制算法

2.3.1神经网络和PID控制的结合

2.3.2 Delta学习规则

2.3.3采用Delta学习规则的单神经元PID控制算法

2.4小波分析理论

2.4.1傅立叶变换和小波分析

2.4.2小波变换

2.4.3小波消噪方法的分析

2.5本章小结

第三章轴距预瞄半主动悬架模型的建立

3.1半主动悬架1/2车辆模型

3.2轴距预瞄半主动悬架综合模型

3.3路面输入模型建立

3.3.1路面不平度的功率谱密度

3.3.2路面单点激励AR模型

3.4本章小结

第四章轴距预瞄半主动悬架的神经元PID控制

4.1单神经元PID控制器设计

4.1.1控制器结构

4.1.2控制器的S函数

4.2路面输入的产生

4.2.1路面AR模型参数

4.2.2仿真结果及分析

4.3轴距预瞄动态性能仿真

4.3.1仿真计算

4.3.2结果分析

4.4本章小结

第五章基于小波消噪的轴距预瞄PID控制

5.1半主动悬架系统小波消噪的缘由

5.2小波实时消噪的实现

5.2.1算法分析

5.2.2实时小波消噪的S函数

5.2.3仿真验证

5.3轴距预瞄控制的小波消噪仿真

5.3.1半主动悬架系统的含噪输出

5.3.2神经元PID控制系统的小波消噪分析

5.4本章小结

第六章实验研究

6.1轴距预瞄半主动悬架控制器

6.1.1硬件结构

6.1.2软件设计

6.2实车道路试验

6.2.1试验目的

6.2.2试验车型与试验仪器设备

6.2.3试验方案

6.3试验结果及分析

6.4本章小结

第七章结论与建议

7.1结论

7.2建议

致 谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文