汽车悬架系统非线性振动最优控制研究

摘要

随着人们对汽车性能要求的提高，基于线性振动模型的悬架系统优化设计已逐渐不能满足用户对汽车的操纵稳定性、舒适性和安全性的要求。另外，由于材料的记忆特性，组成悬架系统的弹簧和减振器等表现出分数阶动力学特性。本文为研究非线性悬架系统，表征分数阶特性并分析分数阶特性对悬架系统的影响，首先选取1/4车悬架系统为研究对象，建立了考虑分数阶微分项的单自由度非线性悬架系统模型，提出一种基于线性控制参数的非线性悬架系统最优控制方法，利用平均法得到系统的近似解，并进行稳定性分析，得到系统稳定条件下线性控制参数的取值范围，然后采用遗传算法对线性控制参数进行优化，找出线性控制参数的最优取值，以衰减率和振动能量作为目标函数，以稳定的线性控制参数的取值范围作为约束条件，对悬架系统最优控制，取得了较好的控制效果。
　　其次，在不考虑分数阶微分的情况下，将基于线性控制参数的最优控制推广至两自由度悬架系统，采用平均法导出悬架系统的主共振幅频响应特性，分析了悬架系统非线性特性的影响因素、控制参数对悬架系统非线性振动的影响。仿真结果表明，速度控制参数在控制作用中起主要作用，不仅能够衰减振动幅值，而且能使非线性特性得到抑制。
　　最后，针对含有分数阶微分的两自由度非线性悬架系统，研究控制参数、分数阶阶次和分数阶系数的变化对悬架系统振动影响。利用MATLAB/Simulink构建基于线性控制参数的非线性悬架系统仿真模型，分别对悬架系统受单频简谐激励和随机激励的情况进行仿真。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 研究进展

1.3 本文主要内容及结构安排

第二章 单自由度非线性悬架系统最优控制

2.1 单自由度非线性悬架系统动力学模型

2.2 非线性振动方程近似求解

2.3 非线性振动方程解的稳定性

2.4 最优控制分析

2.5 仿真分析

2.6 本章小结

第三章 两自由度非线性悬架系统最优控制

3.1 两自由度非线性悬架系统动力学模型

3.2 近似求解非线性振动方程

3.3 运动稳定性及最优控制分析

3.4 数值仿真

3.5 本章小结

第四章 含分数阶两自由度非线性悬架系统控制

4.1 含分数阶两自由度非线性悬架系统动力学模型

4.2 近似求解非线性振动方程

4.3 运动稳定性及最优控制分析

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究工作展望

参考文献

攻读硕士期间取得的科研成果

致谢