磁流变半主动悬架模糊控制实现及鲁棒控制研究

摘要

为了改善车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性和行驶安全性，人们提出了主动和半主动悬架，其中半主动悬架既克服了被动悬架的性能局限又克服了主动悬架的高成本、高能耗的缺点，已成为汽车界研究的热点。而在半主动悬架中，采用功能材料改变流体的粘性系数来连续地调节悬架的阻尼力，已受到人们越来越多的关注。本文基于磁流变液减振器来设计半主动悬架的控制策略，而且要求这种悬架在参数和外界干扰发生变化时仍保持良好的性能即要求悬架具有较高的鲁棒稳定性能，以及能更好地协调车辆性能。 第一，基于RD-1005-3型磁流变阻尼器外特性试验，设计了单质量磁流变半主动悬架模糊控制器，并简单介绍了模糊控制系统的硬件和软件设计。所设计的控制器是一个单片机控制系统。传感器接收到的车身加速度信号，经过电荷放大器放大，然后经A/D转换器转换为数字信号送给单片机，单片机经过运算发出指令，控制电流控制器来输出相应的电流到磁流变液减振器，进而改变流体的粘性系数，从而达到改变阻尼的目的。然后用所设计的模糊控制系统进行了台架试验，即采用白噪声激励模拟路面不平度输入，通过改变簧载质量和初始电流大小来改变悬架的某些参数进行鲁棒性试验分析，试验结果表明模糊控制磁流变半主动悬架降低了簧载质量垂直加速度，且表现了较好的鲁棒性能。 第二，进行了鲁棒控制策略探索。首先，针对试验台架的单质量磁流变半主动悬架模型，给出了H<,∞>控制器的求解方法，设计鲁棒H<,∞>控制器进行仿真分析，检验了鲁棒控制策略的可行性；然后，针对给定的双质量磁流变半主动悬架模型，初步建立了磁流变半主动悬架鲁棒控制系统，分析了加权系数对悬架鲁棒性能影响，进行了频域性能对比，进行了被动和半主动悬架的鲁棒性对比分析，最后，采用三角凸块输入、随机路面白噪声输入，进行了道路行驶仿真试验。结果表明H<,∞>控制半主动悬架，控制效果良好，具有良好的鲁棒稳定性，且较好地协调了车辆性能，从而完成了鲁棒控制在磁流变半主动悬架中应用的理论分析和时域仿真。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2悬架分类

1.2.1被动悬架

1.2.2主动悬架

1.2.3半主动悬架

1.3半主动悬架控制技术

1.3.1基于磁流变液的半主动悬架控制技术

1.3.2半主动悬架控制策略

1.3.3模糊控制和鲁棒控制简介

1.4悬架控制设计一般准则

1.5本论文研究的意义和主要内容

第二章模糊控制和鲁棒控制基本理论

2.1模糊控制基本原理

2.1.1模糊控制器基本结构

2.1.2模糊控制器设计的基本方法

2.2鲁棒控制基本理论

2.2.1基础知识

2.2.2小增益定理

2.2.3悬架系统的鲁棒性评价

2.3本章小结

第三章磁流变悬架系统建模

3.1路面输入模型的建立

3.1.1路面不平度位移输入的频域描述

3.1.2路面不平度位移输入的时域描述

3.2磁流变悬架模型的建立

3.2.1 1/4车辆磁流变半主动悬架系统模型的建立

3.2.2磁流变阻尼器可控阻尼力与电流关系的拟合

3.3本章小节

第四章磁流变半主动悬架模糊控制系统设计及其试验分析

4.1模糊控制器设计

4.2控制系统设计

4.2.1控制系统硬件

4.2.2控制系统软件

4.3试验分析

4.3.1试验目的和内容

4.3.2试验结果处理及分析

4.4本章小节

第五章磁流变半主动悬架H∞设计及仿真分析

5.1基于鲁棒控制的单质量磁流变半主动悬架系统建模

5.1.1 H∞最优控制问题及求解

5.1.2 H∞控制仿真及分析

5.2基于鲁棒控制的双质量磁流变半主动悬架系统建模

5.2.1磁流变半主动悬架鲁棒控制系统设计

5.2.2加权系数对半主动悬架性能的影响

5.2.3带有H∞控制器的半主动悬架频域分析

5.2.4半主动悬架系统鲁棒性分析

5.3本章小结

第六章仿真试验及车辆性能协调能力分析

6.1三角凸块输入

6.2随机路面白噪声信号输入

6.2.1行驶条件(1)、(2)仿真试验对比

6.2.2行驶条件(3)、(4)仿真试验对比

6.3本章小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

附录A电流与库仑阻尼力拟合原始数据

致谢

攻读硕士期间已发表论文