时滞正反馈控制下汽车悬架系统的多目标优化

兼顾时滞正反馈控制下汽车悬架系统的隔振效果和控制力输入,提出设计变量的多目标优化策略。建立时滞正反馈控制下1/4汽车悬架系统的力学模型;分析系统的稳定性,得到反馈增益系数和时滞两参数平面上的稳定性分区图;以反馈增益系数和时滞为设计变量,将车身加速度与控制力幅值的线性加权组合为优化目标,通过粒子群优化算法得到设计变量的最优值。研究结果表明,与无时滞正反馈控制下汽车悬架系统相比,最优时滞正反馈控制下汽车悬架系统的隔振效果显著提升,控制力幅值大幅下降。     

含时滞轨道吸振器的建筑结构的动力学分析

本文研究了具有时滞轨道非线性吸振器的建筑结构的动力响应及其控制效果.采用谐波平衡法和弧长延拓法给出了简谐激励作用下主结构的幅频响应曲线,并与龙格库塔法的结果进行了对比.考察了不同参数情况下幅频曲线的变化情况,揭示了系统的复杂运动现象.结果表明,轨道非线性会导致幅频曲线向左偏转.时滞反馈控制能够降低主结构的位移幅值,并可抑制混沌响应.     

具有时滞反馈控制的双稳态压电-电磁式俘能器的随机动力学

本文研究了色噪声激励下具有时滞反馈控制的双稳态压电-电磁混合式俘能器的动力学特性.首先,建立了非线性双稳态压电-电磁俘能器的集中参数型机电耦合运动方程,并基于能量包线随机平均法推导得到系统稳态概率密度函数和平均输出功率表达式,通过蒙特卡洛数值方法验证了理论解的正确性.其次,分析了时滞和反馈增益系数对系统输出功率的影响.研究结果表明：在一定参数范围内,随着位移时滞与速度时滞的增加,输出功率出现周期性变化,并在特定的时滞与反馈增益组合下达到最大值;调节反馈增益系数可以改变输出功率的相位和大小.说明通过合理地设置时滞反馈控制可以提高俘能器的采集功率,为随机激励下非线性振动俘能器的设计和优化提供一定的理论依据.     

铰支柔性梁主参数共振的时滞反馈控制

研究了时滞反馈控制作用下铰支柔性梁主参数共振问题.采用多尺度法,从理论上推导了时滞位移反馈控制作用下铰支柔性梁非线性主参数共振,分析了时滞、反馈控制增益,非线性系数等系统参数对系统非线性主参数振动的影响,分析了主参数动力响应随参数变化的规律.结果表明:随着反馈增益的增大,系统响应幅值得到明显抑制,合理地控制系统参数选取可提高振动控制的效率.     

时滞反馈作用下压电梁的参数共振分析

基于Hamilton原理建立了受控压电梁的参数振动方程,研究了轴向激励压电梁时滞速度反馈控制的主参数共振.采用非线性振动的多尺度法研究了压电梁的亚谐波主参数共振,并对其稳定域进行分析.通过算例分析得到了不同时滞,控制增益,轴力影响下压电梁参数共振的稳定域和时程曲线.结果表明:时滞值增大,系统承受轴向力减小,相对于控制增益则反之.同时,随着轴向力增大,在一定范围内主动阻尼增加,时滞反馈能有效降低响应幅值.随着时滞值增大,减振效果变差.     

时滞仿射线性参数变量系统的有记忆∞状态反馈控制

针对一类存在状态时滞的仿射线性参数变量系统,讨论在反馈控制律中引入时滞项的一类有记忆状态反馈控制器的设计问题.首先,通过构造参数依赖的李雅谱诺夫泛函得到使闭环系统仿射参数二次稳定且满足_∞性能指标的时滞依赖条件,并将有记忆状态反馈控制器的设计方法转化为线性矩阵不等式约束下的凸优化问题;然后,由求解凸优化问题得到有记忆状态反馈控制器的增益.数值算例表明,与无记忆状态反馈控制器相比,所设计的有记忆状态反馈_∞控制器具有更好的抗干扰性能,同时能够有效降低时滞对系统的影响.最后,将所设计的控制器应用到铣床铣削过程的振动控制中,验证了有记忆状态反馈_∞控制器在物理实例中应用的可行性.     

中立型时滞反馈扭转控制系统的稳定性分析

研究了中立型时滞动力吸振器抑制扭转系统的振动问题.针对一类强迫扭转振动系统,采用动力系统的稳定性理论分析了动力吸振器与扭转振动系统的稳定性问题,以时滞为参数,分别得到了动力吸振器与扭转振动系统的稳定区域,并研究时滞变化时动力吸振器对于主振动系统振动的吸收效果,通过与时滞动力吸振器对比,得到了更大的吸振器和减振系统时滞稳定工作区域,通过数值模拟验证了结论的正确性.     

铝合金材料在轿车车身轻量化中的应用研究

减轻汽车质量、降低燃油消耗和减少排放污染成为汽车工业发展的核心问题，车身的轻量化对于整车轻量化起着举足轻重的作用，采用轻质材料是车身减重的重要途径。该文以某轿车为对象，采用铝合金材料对车身11个主要覆盖件进行轻量化研究，该方案可以使车身减重53．1Kg，减重效果达到64．5％。采用显式有限元理论建立整车有限元模型，从满足整车耐撞安全性能的角度，在整车变形、整车与刚性墙的碰撞力、运动的速度和加速度、主要零部件的吸能等方面进行分析、评价，数值仿真验证了轻量化方案的可行性。     

多输入时滞反馈控制下的斜拉梁主共振响应

研究了多输入时滞反馈控制作用下斜拉梁主共振问题.采用多尺度法,推导了位移时滞和速度时滞反馈控制作用下斜拉梁非线性主共振的解析解,分析了主共振响应随参数变化的规律,控制参数时滞和控制增益对系统非线性主共振响应的影响.结果表明:合理地调整时滞值、控制增益可以提高振动控制的效率,拓宽减振频率范围,且在参数的调节中时滞较控制增益对减振更为有效.     

时滞动力吸振器抑制扭转系统的振动

本文研究了采用时滞动力吸振器抑制扭转振动系统的振动问题.采用稳定性切换方法分析了时滞动力吸振器及其扭转振动系统的稳定性问题,分别得到了时滞动力吸振器和扭转振动系统的时滞稳定和不稳定区域.结果表明,当时滞调节到动力吸振器的临界稳定值时,主振动系统的振动可以完全消除.当时滞在小于时滞动力吸振器的临界稳定范围进行调节时,可以将主振动系统的振动部分消除；并且时滞越大时滞动力吸振器的减振能力越强.当时滞调节超过扭转振动系统的临界稳定值时,系统处于不稳定状态,将导致结构破坏.数值模拟也证实了解析结果的正确性.     

适应连续外扰的时滞加速度反馈控制器

在采用加速度传感器的振动主动控制平台中,为了有效抑制外力可用微分方程描述的含输入时滞受迫振动响应,基于积分变换和状态导数极点配置法,提出了一种适应连续外扰的时滞加速度反馈控制器设计方法.以粘贴有压电陶瓷和加速度传感器的受正弦激励的智能梁为仿真控制对象,仿真结果表明,此控制器能在任意输入时滞下有效抑制智能梁的持续受迫振动响应.与不考虑时滞的同类控制器相比,该控制器有较好的稳定性及控制效果.     

基于车体横移振动的高速列车虚拟复合阻尼天棚控制算法研究

高速列车车体横向随机振动由车体的横移振动、侧滚振动和摇头振动三自由度合成,是影响车体横向运行平稳性的关键;为了改善列车横向运行平稳性,提高半主动控制性能;通过建立某型高速列车动力学模型,对车体横向振动特性进行分析,得出横移振动的加剧是造成车体合成横向振动和横向平稳性恶化的主要原因;通过分析在传统天棚阻尼控制算法下分别以车体合成横向振动为反馈和以横移振动为反馈对车体横向振动的控制效果,得出采用以车体横移振动为反馈的传统天棚阻尼控制算法对车体横向振动的抑制效果更佳;在此基础上,提出一种以车体横移振动为反馈的虚拟复合阻尼天棚控制算法,并进行联合仿真分析;结果表明:相比于被动控制,采用虚拟复合阻尼天棚控制算法后,车体合成横向振动加速度峰值、均方根值和平稳性改善率分别达到了46%、43%和19.5%,均高于采用传统天棚阻尼控制算法;可见,采用虚拟复合阻尼天棚控制算法在抑制车体合成横向振动,改善车体横向平稳性方面控制性能更佳。     

自动驾驶4WS车辆路径跟踪最优控制算法仿真

针对自动驾驶车辆高速主动转向工况下传统的控制算法的控制效果容易出现较多的超调量和较长调节时间的问题,提出了基于车辆动力学模型的轨迹预测跟踪主动转向控制算法,并基于轮胎侧偏刚度非线性的特性设计了权系数线性最优二次型(LQR)后轮转角控制算法,通过联合仿真对控制算法效果进行了验证。仿真结果表明:自动驾驶四轮转向车辆在低、高速工况下进行自主换道行驶时,算法控制效果满足汽车操纵稳定性要求,且权系数LQR后轮转向算法比定侧偏刚度的LQR线性控制算法有更优越的操控性能。     

Active damping of driveline vibration in power-split hybrid vehicles based on model reference control

The power-split hybrid vehicles are widely used owing to its advantages of high efficiency and low emission. With the increasing of the requirements of the customer’s satisfaction nowadays, vibration control is getting progressively more attention. Since the transmission system components are elastic to some extent, meantime the torque of the motor responds quickly for a sudden acceleration, hence torsional vibration takes place, henceforth the passengers will suffer inconvenience attributable to this vibration. This paper studies the active control algorithm for the torsional vibration of the power-split hybrid powertrains under rapid acceleration and deceleration circumstances. Primarily, a dynamic modeling of the power-split hybrid vehicle is built, in addition the uncertainty caused by the variable transmission ratio is analyzed. Moreover, this paper proposes a method combining the model reference adaptive control and the pole configuration method to solve the torsional vibration active control problem with uncertainties. The reference model is constructed by pole configuration method. Based on the dynamic characteristics of the reference model, the model reference adaptive control is implemented and the torque ripple reduction of output shaft under the impact conditions is achieved. Furthermore, this paper designs a dynamic coordinated control algorithm combined with active vibration control strategy, which ensures the dynamic performance and comfort performance of the vehicle. Finally, the effectiveness of this active vibration control strategy under cyclic conditions is verified using Simulink simulation and hardware-in-loop simulation.     

基于能量反馈协调控制的电动汽车底盘减振方法

针对电动汽车底盘振动控制及其能量反馈的设计要求,建立其1/4馈能式主动悬架模型,从能量角度使用基于线性二次最优调节器(Linear Quadratic Regulator, LQR)的控制方法,使悬架在控制力作动下达到车身振动能量尽量小并获得一定的振动反馈能量.在理论分析基础上,使用与Simulink建立联合仿真系统,分析LQR控制器协调底盘在复杂工况下的振动控制及其能量反馈的综合效果.分析表明,所用LQR协调控制方法能有效协调减振及其能量反馈.     

Novel Optimal Design Approach for Output‐Feedback H∞ Control of Vehicle Active Seat‐Suspension System

In this paper, the output‐feedback control problem of a vehicle active seat‐suspension system is investigated. A novel optimal design approach for an output‐feedback H_∞ controller is proposed. The main objective of the controller is to minimize the seat vertical acceleration to improve vehicle ride comfort. First, the human body and the seat are considered in the modeling of a vehicle active suspension system, which makes the model more precise. Other constraints, such as tire deflection, suspension deflection and actuator saturation, are also considered. Then the output‐feedback control strategy is adopted since some state variables, such as body acceleration and body deflection, are unavailable. A concise and effective approach for an output‐feedback H_∞ optimal control is presented. The desired controller is obtained by solving the corresponding linear matrix inequalities (LMIs) and by the calculation of equations proposed in this paper. Finally, a numerical example is presented to show the effectiveness and advantages of the proposed controller design approach.     

Design tradeoffs for a single degree of freedom structure

This study demonstrates that a single degree-of-freedom structure's vibrations can be effectively suppressed by using either passive damping, a combination of passive damping and active control, or active control without any passive damping. There are several limitations to a controller's effectiveness, two of which are the absorber's mass and stroke length. If settling time is used as the criterion to determine an absorber's effectiveness, then the classical den Hartog solution does not yield the optimum settling time for a passive absorber. The best settling time occurs when the passive absorber is tuned to a natural frequency close to that obtained with the den Hartog solution, but with a damping ratio that is significantly greater. Three different closed-loop control schemes, namely, local velocity feedback (LVF), linear quadratic regulator (LQR), and linear quadratic Gaussian (LQG), are overlaid on a passively tuned absorber. Slightly faster settling times are achieved than with the passive absorber only, and the passive absorber's parameters differ from those used to obtain the best settling time using the passive absorber only. Without passive damping, the three control strategies yield settling times much smaller than that obtained using passive damping only. However, with LVF control the actuator's maximum stroke length is quite large, and after a disturbance the actuator drifts to a steady-state position far from its initial position. For LQR and LQG control schemes, the best settling times result when there is no weighting on the actuator's position and velocity and the ratio between theQ andR matrices is large. The observer in LQG control causes that controller to generate larger settling times when compared to LQR control.     

高速车辆结构振动的独立模态空间控制

铁路高速客车或轻型车辆的车体结构振动不仅影响车辆运行品质,而且导致车体结构动应力的增加和疲劳寿命的降低.本文在建立高速车辆的柔刚体系统动力学模型基础上,应用最优控制理论,提出了抑制车体的特定低阶垂直弯曲振动独立模态空间控制方法和已改善车辆运行平稳性为目标的控制策略,分析结果表明:该控制办法和策略可以较好地降低特定模态振动的幅度,改善车辆垂直运行平稳性.