基于精细积分的动力学与控制算法及其在车辆中的应用研究

摘要

悬架作为现代汽车重要总成之一,对乘坐舒适性和行驶安全性有着重要的影响。传统的地面车辆,普遍采用被动悬挂系统,这种悬挂系统只能被动地存储利吸收外界能量,不能主动适应车辆行驶状况和外界激励的变化,大大制约了车辆性能的进一步改善。现代汽车中,半主动/主动悬挂系统开始得到广泛的研究和用。本文研究不同悬架模型下悬架性能的优劣对比,初步探讨了非线性悬架的混沌现象,重点研究了具有时滞的主动/半主动控制悬架的速度、加速度的时域响应。 精细积分法在动力学研究中已经趋向成熟。本文结合Romberg积分和线性插值法等深入研究经典线性动力学方程和非线性动力学方程的精细积分中矩阵里卡提方程的精细积分以及具有时滞的动力学方程的精细积分。 最后,在MATLAB环境下编制各动力学模型情况下的算法程序。算例仿真结果表明,本文算法优于经典数值解法,有很好的计算精度、效率以及稳定性,且精度易于控制；同时,基于精细积分的最优控制模拟,得出较理想的效果。因此本文研究的方法具有良好的应用前景；本文所研究内容具有很好的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1相关领域的发展现状

1.1.1车辆悬架动力学系统的发展现状

1.1.2时滞动力学系统的发展现状

1.2论文的研究内容

第二章论文预备知识

2.1最优控制系统设计

2.1.1最优控制的基本概念

2.1.2二次型性能指标的最优控制

2.1.3终端时间有限(tf≠ ∞)的线性调节器问题

2.1.4终端时间无限(tf→∞)的线性调节器问题

2.2精细积分

2.2.1动力学方程的精细积分

2.2.2齐次方程的精细积分算法

2.2.3非齐次方程的精细积分算法

2.2.4矩阵里卡提微分方程的精细积分法

第三章具有时滞的动力学方程求解算法

3.1时滞方程的精细积分算法

3.1.1式(3.3)的求解

3.1.2积分式(*)的讨论计算

3.2算法验证

3.2.1算例一

3.2.2算例二

3.3结论

第四章车辆被动悬架的建模与数值仿真分析

4.1 1/4车辆的被动悬架

4.1.1线性被动悬架

4.1.2非线性悬架

4.2 1/2车辆的被动悬架

4.2.1 1/2车辆被动悬架方程的建立

4.2.2数值仿真算例

4.3整车被动悬架

4.3.1七自由度悬架模型的建立

4.3.2数值仿真算例

4.4本章小结

第五章车辆主动控制悬架的建模与数值仿真

5.1 1/4车辆主动悬架

5.1.1模型的建立

5.1.2控制系统的建立

5.1.3 LQ控制器的设计

5.1.4结果仿真

5.2 1/2车辆半主动悬架和主动悬架

5.2.1半主动悬架

5.2.2基于LQ最优控制的主动悬架

5.3整车主动悬架

5.3.1悬架模型方程的建立

5.3.2最优控制

5.3.3算例分析

5.4本章小结

第六章带有时滞的车辆悬架的控制算法

6.1具有时滞的“天棚”阻尼控制悬架

6.1.1模型的建立

6.1.2悬架方程的精细积分

6.1.3数值仿真算例

6.1.4结论

6.2带有时滞的主动悬架的LQ控制

6.2.1模型的建立

6.2.2控制系统的建立

6.2.3 LQ控制器的设计

6.2.4 Riccati方程的求解

6.2.5结果仿真

6.2.6数值仿真结论

第七章结束语

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与课题及发表、录用论文