1/4车辆模型时滞非线性动力学性能分析及其控制研究

摘要

随着计算机控制技术、控制理论，传感测试技术的日臻完善，主动减振技术在航空航天、工程机械、车辆以及建筑等领域的应用愈加广泛。然而，在实际应用中，时滞现象不可避免地存在于各种控制系统当中，时滞量虽然很小，但对控制系统的稳定性及控制性能产生一定的影响。因此，研究与设计包含时滞因素在内的控制系统具有深刻的理论意义和实际应用价值。本文将时滞减振控制引入到车辆控制理论中，研究了时滞因素在车辆减振工程中的应用，其主要内容如下：
　　（1）针对四分之一车辆模型的非线性悬架引入时滞减振技术，对悬架主系统进行了减振控制。采用多尺度法研究时滞非线性悬架对振动的响应，分析主系统共振时振幅与时滞量之间的关系，并对系统进行稳定性分析。为了确定减振效果最优的时滞和增益的取值范围，以主系统振幅的均方根值作为目标函数进行优化设计，获得悬架系统最优时滞反馈系数及时滞量，并在时域下进行仿真分析。研究结果表明，通过非线性和时滞反馈联合控制能有效提高悬架系统的减振效果。
　　（2）针对具有时滞减振控制的非线性悬架系统，通过数值仿真分析时滞和增益参数对系统动力学行为的影响，并对时滞减振系统的时滞和增益参数进行优化，同时探讨了时滞控制参数的变化对系统的局部分岔的影响以及通往混沌的道路。研究表明，选择适当的时滞控制参数，可避免系统在运行过程中出现混沌现象，改善系统的运行品质，同时发现同一系统在不同时滞参数下其分岔形式以及通往混沌的形式具有多样性。
　　（3）探索对车身时滞减振控制的试验研究，并对试验台及其测控系统进行了设计。首先对试验台的整体结构进行了设计，并根据控制需求，设计了电磁作动器，并进行仿真实验，得出电磁作动器的力学性能参数。然后选择合适的测量传感器并设计测控电路和软件控制模型，为进一步实验做好了准备。最终分别在阶跃激励和简谐激励下进行时滞控制的实验，均取得了较好的减振效果，验证了时滞控制对系统减振的效果。
　　本文的研究表明，时滞减振在车辆工程中有较好的应用价值。虽然时滞可能会导致系统的动力学行为恶化，但通过合理地选择时滞控制参数，可以起到抑制车身振动的作用。同时，时滞可以改善系统非线性动力学行为，将其不利影响转化为有利的作用，为车辆悬架系统的仿真分析和优化设计提供了理论依据及设计参考。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 相关领域研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第二章 时滞动力学方程的建模及求解方法的研究

2.1 力学模型

2.2 摄动分析

2.3 平衡解及其稳定性

2.4 时滞反馈对非线性动力悬架主系统的减振影响

2.5 本章小结

第三章 时滞非线性悬架系统的混沌动力学特性研究

3.1 非线性动力学行为及研究方法

3.2 仿真模型的建立

3.3 时滞对悬架系统动力学行为的影响

3.4 时滞减振悬架系统的分岔及通往混沌的途径

3.5 本章小结

第四章 实验台整体设计

4.1 实验台结构组成

4.2 作动器设计

4.3 计算机测控系统

4.4 本章小结

第五章 车身时滞减振控制的试验研究

5.1 基于dSPACE的车身时滞减振控制的控制模型设计

5.2 试验研究与数据分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

在读期间公开发表的论文

致谢