汽车发动机主动悬置模糊控制研究

压电陶瓷作动器作为一种主动作动器,运用到发动机悬置中具有重要的意义。从压电陶瓷作动器力学模型出发,运用实验对其特性进行了研究。同时建立了发动机五自由度主动悬置模型以及路面谱模型;分别设计了基于压电陶瓷主动悬置系统的模糊控制器和SIRMs模糊控制器,并利用Matlab/Simulink软件进行仿真研究。结果表明SIRMs模糊控制相对于传统模糊控制和被动悬置可以有效的减小发动机质心加速度,车身质心加速度以及悬置动行程,同时明显提高了汽车的乘坐舒适性。     

汽车动力总成主动悬置系统力跟踪控制研究

以提高汽车动力总成主动悬置系统隔振性能为目的,对其悬置部分和作动器控制电路分别设计控制器进行力跟踪控制研究。主动悬置系统控制结构由外环悬置控制器和内环作动器电路控制器两部分组成,外环悬置控制器根据汽车工况和行驶路况计算最优控制力,内环电路控制器反映作动器动态特性,并对外环悬置控制器产生的最优控制力进行跟踪。结果表明:相比于被动悬置,采用内外双环控制的主动悬置系统能够有效改善动力总成NVH性能,并且内环电路控制器能够较好跟踪外环悬置控制计算的最优控制力。     

电动静液压主动悬架的内模-Smith时滞补偿控制

提出一种内模-Smith时滞补偿控制方法进行电动静液压主动悬架的时滞控制。对电动静液压作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)进行了响应特性试验,采用一维线性插值方法对试验数据进行了模型拟合,并得到了含纯时滞的作动器简化模型。针对作动器的惯性响应设计了内模控制器,利用一阶泰勒表达式转化成了PID控制器形式;将作动器的纯时滞视为理想主动力的时滞,设计了Smith时滞补偿控制器。搭建了EHA主动悬架的内模-Smith时滞补偿控制仿真模型,并进行了仿真分析。结果表明,内模-Smith时滞补偿控制能使作动器输出的主动力在时间上得到较好的控制,明显改善了主动悬架的动态性能。     

周期性机械振动主动控制算法

为提高周期性机械装置的隔振性能,减少其对底座(或地面)及周围环境的影响,采用由弹性橡胶和压电堆作动器组成的主动悬置(active control mount, ACM).针对压电堆作动器输出位移较小的情况,设计液压位移放大机构.通过对压电作动器和橡胶主簧性能的分析,建立由主动悬置构成的隔振系统的力学模型.周期性机械振动系统,其周期振动信号可用作控制同步信号,因此控制系统采用基于同步滤波-X LMS(least mean square)算法的自适应控制策略,传递到机座的残余力作为误差信号,实现对周期性机械振动系统的主动控制.计算机仿真实验结果表明,采用这种主动悬置和同步滤波-X LMS算法的主动控制系统,相对于采用普通橡胶悬置的被动系统,明显减少了对底座的力传递,减振效果明显.     

以压电陶瓷为作动器的主动隔振研究

本文讨论了压电陶瓷作动器的性能和基于共振情况下的柔性结构的高频窄带主动隔振技术。由压电陶瓷作为作动器，激振器作为干扰源，铝制悬臂梁作为结构组成了系统装置。由力传感器将结构的信号经补偿器补偿后作用于作动器组成了闭环主动隔振系统，最后给出了经典的二阶补偿下的闭环隔振实验结果。     

柔性冗余度机器人随机动态响应主动控制研究

研究了柔性冗余度机器人随机振动主动控制问题。设计了具有压电作动器与应变传感器的机敏连杆，建立了该离散时变动态系统的状态空间表达式。根据最优控制理论，设计了基于Kalman滤波估计的LQG状态反馈控制器。以平面3R柔性冗余度机器人为例进行了计算机仿真，其结果证明了这种主动控制方法的有效性。     

基于故障补偿的高速列车主动悬架主动容错控制

针对高速列车主动悬架作动器故障对列车运行稳定性和乘坐舒适性的影响,提出了一种基于故障补偿的高速列车主动悬架主动容错控制方法。建立了1/4车体横向二自由度高速列车主动悬架模型及作动器故障模型,设计鲁棒H_∞输出反馈控制器作为高速列车主动悬架的常规控制器。基于自适应观测器设计高速列车主动悬架作动器在线故障估计器,并以故障估计结果作为输入设计故障补偿器,补偿高速列车主动悬架作动器故障带来的作动力损失,由常规控制器和故障补偿器共同作用实现高速列车主动悬架主动容错控制。采用Matlab/Simulink软件进行仿真,结果表明,基于自适应观测器的在线故障估计器可有效估计作动器常见故障的真实值大小,且故障估计的误差较小,并在基于故障补偿的高速列车主动悬架主动容错控制下,使高速列车故障悬架性能在短暂时滞后恢复至与正常悬架性能相接近的水平。     

磁流变半主动悬架时滞的LQG-Pade逼近合拍控制

为降低时滞对磁流变半主动悬架工作效果的负面影响,提出一种有别于常规控制量预测时滞补偿的LQG-Pade逼近合拍(LQG-Pade approximation rhythmic,LQGPAR)时滞控制方法。首先,建立考虑时滞的1/4车2自由度的磁流变半主动悬架模型,并基于此模型设计LQG控制器求得理想主动力信号。其次,通过对理想主动力信号进行Pade逼近操作获取考虑时滞的滞后主动力信号,并根据该信号和悬架相对运动速度求取磁流变减振器的控制电流,进而使磁流变减振器的实际响应和悬架相对运动速度合拍。最后,以无时滞控制措施的LQG(无措施LQG)控制器、理想LQG控制器(无时滞)、史密斯预估-LQG(Smith Predictor-LQG,SPLQG)时滞补偿控制器及被动悬架为比较对象,进行悬架性能对比与分析。结果显示:时滞对悬架系统高频振动影响比较明显,尤其是对振动能量集中在高频段内的车轮动载荷的影响最为明显,时滞越大,悬架系统高频振动的抑制效果越差,其中无措施LQG控制器所受影响最为明显;与被动悬架相比,时滞分别为25ms和30ms时,SPLQG控制器能使悬架综合性能分别改善18.69%和8.75%,而LQGPAR控制器可使悬架综合性能分别改善32.24%及29.28%。     

一种新型压电作动器及在结构振动主动控制中的应用

针对传统压电片作动器直接粘贴到被控结构表面时受到的各种限制,文中提出并设计制作一种新颖的弓型压电作动器.该作动器由一个弓型梁座和粘贴于其上的压电片构成,使用时将弓型梁座粘贴于被控结构上,压电片驱动弓型梁弯曲变形,进而对被控结构产生作动.随后将其应用在弹性梁振动主动控制中,以验证这种新型作动器的可行性和有效性.采用热弹性比拟方法建立带弓型压电作动器的悬臂梁振动主动控制系统的状态空间模型,采用LQR(linear-quadratic regulator)方法进行控制器设计.基于dSPACE硬件在线控制仿真系统,进行悬臂梁振动的主动控制实验,并对这种新型压电作动器与传统压电片作动器的振动控制效能进行实验对比.实验结果表明,这种弓型压电作动器具有良好的作动效能和安装方便灵活、可重复使用等优点.     

具有迟滞和蠕变特性压电作动器的模糊自适应逆控制方法

针对具有迟滞和蠕变特性的压电作动器非线性模型,提出了一种前馈控制和反馈控制相结合的自适应模糊逆控制方案。在前馈控制器中压电作动器的迟滞和蠕变非线性特性的逆模型由自适应模糊逻辑系统近似;在反馈控制器中比例控制器用来调节压电作动器的输出误差。该方法可以实时补偿压电作动器的迟滞和蠕变特性,减少作动器跟踪误差。仿真计算结果表明了该方法的有效性。     

基于压电液压驱动器发动机主动支承系统的研究

设计和研究一种能用于主动控制的发动机支承系统,该系统由传统的橡胶支承与压电液压驱动器组成.以压电作动器做为系统的驱动源,确定了压电液压驱动器支承的基本结构形式,建立了系统物理模型,并对其进行仿真研究,提出了系统控制策略.     

主动桁架的控制策略的研究

于桁架结构中集成若干传感器、作动器及控制器,构成主动桁架;针对这一主动桁架,采用传感器和作动器同位配置,分别设计了负速度反馈、LQG和H∞这3种控制器。仿真结果表明,采用速度反馈控制律时,从其极点分布可以看出,同位配置系统零-极点相间排列,当控制作用施加于结构时,结构的阻尼增加,零-极点向复平面的左半平面移动,系统具有鲁棒稳定性;与速度反馈、LQG控制器比较,H∞控制器方法不但可以增加被空模态的阻尼,而且在控制带宽范围以外,使得系统对溢出问题具有鲁棒性。     

车辆电动静液压作动器的半主动悬架时滞补偿控制

为了改善车辆行驶的平顺性和操纵稳定性,设计了一种基于电动静液压作动器（EHA）的车辆半主动悬架结构。进行了EHA作动器的性能试验分析,建立了EHA半主动悬架的键合图模型,计算了EHA半主动悬架系统的临界时滞,分析了时滞对EHA半主动悬架幅频特性和减振性能的影响,设计了Smith预估时滞补偿控制器,进行了EHA模糊控制半主动悬架的时滞补偿仿真分析。结果表明,EHA半主动悬架具有较好的阻尼可控性;然而随着时滞的增大,悬架系统会出现“轮跳”现象;在Smith时滞预估补偿控制下,EHA半主动悬架的簧载质量加速度减小约30%,轮胎动载荷减小约20%。     

含饱和、死区和时滞的主动悬架PID控制器设计

饱和、死区和时滞都是作动器常见的非线性现象,容易导致主动悬架系统性能下降甚至不稳定。建立1/4车体主动悬架系统动力学数学模型,运用描述函数法表述系统饱和、死区特性,通过欧拉公式描述系统时滞特性,得到含饱和、死区和时滞非线性的主动悬架系统传递函数模型。针对含PID控制器的主动悬架闭环控制系统,采用奇异频率解耦法获得矩阵形式的Hurwitz条件,再通过图解法获得PID控制器参数稳定范围。建立主动悬架仿真模型,实例研究闭环系统输出响应及非线性因素的影响。结果表明,所设计的PID控制器能保证非线性悬架正常稳定工作,可有效降低悬架系统的振动幅值,且对饱和、死区和时滞非线性因素具有一定的鲁棒性。该PID控制器设计方法可以方便地应用于工程实际,有利于提高非线性主动悬架的系统性能。     

馈能型主动悬架LQG控制研究

在MATLAB/simulink环境中建立2自由度1/4电磁馈能式主动悬架的车辆模型,通过调节PI控制器电路的电流,来控制实际输出的主动控制力,然后利用最优控制理论对LQG控制器进行设计,并以高斯白噪声为路面输入,研究了B、C、D级路面下车辆的动力学性能,并分别计算了其馈能效率。由仿真结果可知,采用PI控制器后,电路输出的实际控制力和理想控制力分别为34.57N和34.62N,其差值为0.14%。采用LQG控制的馈能型主动悬架与传统的被动悬架相比,车身加速度、轮胎动位移和悬架动行程3项车辆的动力学指标分别下降超过了41%,22%和7.5%,由此可知,其可以有效改善车辆的形式平顺性和乘坐舒适性。由不同路面下的馈能效率均为22.14%,说明馈能效率与路面等级无关。     

压电陶瓷作动器非对称迟滞的建模与补偿控制

针对传统Bouc-Wen模型不能反映压电陶瓷作动器迟滞的非对称特性而导致其补偿控制精度难以提高的问题,提出了一种改进Bouc-Wen模型,通过修改形状控制参数使其能够模拟压电陶瓷作动器的非对称迟滞曲线.利用粒子群优化算法辨识了所需的模型参数,进一步研究了基于模型的前馈补偿控制、前馈加PI反馈补偿控制对于实现高精度位移输出的效果;在开环前馈补偿控制实验中,采用改进Bouc-Wen模型比传统Bouc-Wen模型的控制误差可降低约42％;在前馈加PI反馈补偿控制实验中,采用改进Bouc-Wen模型比传统Bouc-Wen模型的控制误差可降低约20％.研究结果表明:在相同的控制方式下,采用改进Bouc-Wen模型能够得到比传统Bouc-Wen模型更高的轨迹跟踪精度;与单纯采用基于模型的前馈补偿控制相比,采用基于模型的前馈加PI反馈补偿控制可显著提高压电陶瓷作动器的位移输出精度.     

一种基于神经网络的振动主动控制方法

分析了表面贴有压电材料ＰＺＴ作为作动器的悬臂梁系统的特性,从控制角度推导出系统的传递函数,在此基础上采用神经网络对系统进行振动主动控制。分别利用线性神经网络和ＢＰ神经网络作为辨识器和控制器,同时将速度信号引入到控制器中以提高系统性能。数值仿真证明了方法的可行性。     

基于μ综合的压电柔性结构振动主动控制

利用模态理论和μ综合方法,对智能柔性悬臂梁进行振动主动控制研究。以压电陶瓷为作动器,电阻应变计为传感器,采用有限元方法和实验模态测试方法建立结构动力学模型,对两种方法所得结果进行比较分析可知有限元模型与实际系统存在误差。考虑外部扰动和量测噪声的不确定性,同时考虑系统固有频率、阻尼比和作动器参数的不确定性,选择模态位移信号为评价量,根据信号的频率特性选择合适的加权函数,利用μ综合方法设计振动控制器。从频域角度分析控制器的有效性,结果表明该控制器能抑制不确定干扰对输出应变的影响,能在系统不确定性情况下满足控制要求,说明控制器具有鲁棒性。进行了振动主动控制实验研究,结果表明,所设计的控制器能有效抑制结构的振动响应。     

宏纤维复合材料MFC作动器迟滞非线性分析与补偿方法研究

作为一种新型的压电纤维复合材料作动器,宏纤维复合材料MFC(Macro fiber composite)具有响应迅速、机电换能效率高、封装完备和环境适应性强等特点,广泛应用于工程结构的振动、主动变形控制的领域。然而压电材料所固有的迟滞非线性特性直接影响着作动器的控制精度和驱动效果。构造MFC作动器驱动的悬臂梁结构的试验系统,建立基于试验数据的PI(Prandtl-Ishlinskii)和修正PI迟滞模型,进而开展针对主动控制的迟滞逆补偿模型研究。通过试验对这两种模型的准确性和逆补偿的有效性进行比较,结果表明修正的PI迟滞模型对MFC作动器的迟滞非线性特性具有良好的补偿结果,修正的PI逆模型的拟合位移是未进行电压补偿控制的2.14倍,是PI逆模型补偿控制的1.56倍。所发展的修正PI迟滞模型研究方法可以推广到其他压电材料迟滞行为的模拟。     

基于压电陶瓷的空气作动器的研制及应用

研制了一种新型非接触式空气作动器,利用压电陶瓷改变空气轴承气膜间隙,从而调整气膜压力,达到改变控制力的目的。在简单分析了作动器各组成部分特性的基础上,研究了作动器的整体特性,并进一步分析了基于空气作动器的单自由度混合隔振系统。通过应用实例说明了空气作动器的可行性和有效性。