空气悬架自整定模糊PID控制策略及试验研究

摘要

随着汽车行业的不断发展，人们对汽车的安全性、稳定性、舒适性的要求也越来越高，空气悬架因其良好的缓冲减振性能而得到了汽车厂商的青睐，并成为研究人员的研究重点之一。悬架作为汽车上连接车身和车轮的中间系统，决定着汽车行驶平顺性、乘坐舒适性和操纵稳定性的优劣，因此空气悬架的控制策略研究具有一定的理论与现实意义。本文以空气悬架作为研究对象，对其控制策略及其控制器、模拟控制策略试验进行了研究。 首先，在对空气悬架的特性进行了理论分析的基础上，利用特性试验的方法得到了空气弹簧刚度特性，拟合出了刚度特性曲线，分析了其刚度特性。 其次，建立了1/4汽车空气悬架的数学模型，在Matlab/Simulink仿真系统中建立其物理模型并进行了仿真研究，为进行比较研究建立了被动悬架的仿真模型;此外阐述了悬架的性能评价指标，为悬架的仿真与试验的结果分析作了铺垫。 再次，以PID控制和自整定模糊PID控制理论为基础，设计了PID控制器和自整定模糊PID控制器，建立了空气悬架的PID控制和自整定模糊PID控制的仿真模型，并对其进行仿真研究，对比结果显示:本文提出的PID控制、自整定模糊PID控制有效改善了悬架的各项性能。 最后，基于空气悬架的理论分析，提出了试验方案并设计了空气悬架系统试验台，且选定簧载质量垂直方向的振动加速度和悬架动挠度作为悬架的性能评价指标，用四种内压工况模拟空气悬架施加控制策略，通过控制电磁阀开闭来调节空气弹簧进放气以改变空气悬架的刚度和高度，对整个悬架试验台系统在空气弹簧四种等压工况下受到的垂直方向振动加速度、位移进行数据采集与分析以评估悬架性能的优劣。试验数据分析结果表明:在四种内压工况下，试验台模拟簧载质量的垂直方向的振动加速度和悬架动挠度的RMS和峰值与施加控制后的仿真结果具有一致性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 空气悬架系统

1．2．1 概述

1．2．2 空气悬架控制策略

1．3 空气悬架发展历史及现状

1．4 本文主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 空气悬架系统特性分析

2．1 空气悬架的结构原理

2．2 空气悬架刚度特性理论分析

2．2．1 空气弹簧简介

2．2．2 空气弹簧的刚度特性

2．3 空气悬架的特性

2．3．1 空气弹簧的特点

2．3．2 空气悬架的性能优势

2．4 本章小结

第三章 空气悬架主动控制系统的建模

3．1 悬架模型的简化

3．2 1／4空气悬架主动控制系统的数学模型建立

3．3 路面输入模型

3．3．1 路面不平度的功率谱密度

3．3．2 空间功率谱密度和时间功率谱密度的转化

3．4 Simulink仿真模型

3．5 悬架系统性能评价指标

3．6 本章小结

第四章 空气悬架主动控制的控制策略研究

4．1 PID控制系统设计

4．1．1 PID控制基本原理

4．1．2 PID控制器设计

4．2 自整定模糊PID控制系统设计

4．2．1 控制器基本结构原理

4．2．2 控制器设计

4．3 本章小结

第五章 空气悬架主动控制MATLAB仿真分析

5．1 路面输入模型的Simulink模型仿真

5．2 基于PID控制的系统模型仿真

5．2．1 仿真模型建立

5．2．2 仿真试验

5．2．3 仿真分析

5．3 基于自整定模糊PID控制的系统模型仿真

5．3．1 仿真模型建立

5．3．2 仿真试验

5．3．3 仿真分析

5．4 本章小结

第六章 空气悬架系统特性与试验台研究

6．1 特性试验研究

6．2 空气悬架系统试验台设计

6．2．1 结构设计

6．2．2 气源系统

6．2．3 路面激励系统

6．2．4 数据采集与测试系统

6．3 试验数据分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 研究展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的论文和参与的科研项目

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