基于Anti-windup的含作动器饱和主动悬架控制方法

作动器饱和特性直接影响主动悬架输出性能,进而影响汽车操纵稳定性和舒适性。在分析作动器饱和输出特性的基础上,建立含作动器饱和的1/4主动悬架模型。采用基于Anti-windup的PID反馈控制方法,改善作动器饱和输出对系统的不良影响。通过Simulink建立主动悬架模型,分别对仅实施PID控制及增加Anti-windup算法时的系统进行仿真研究。结果表明,含作动器饱和时,PID控制器输出作用力极限值大于作动器输出饱和度时,控制系统不能达到最优状态。采用Anti-windup算法后,能够在作动器饱和度小于输出最大作用力时,提高系统收敛速度。     

基于迭代算法的含饱和主动悬架最优控制

作动器饱和特性是一种严重的非线性现象,影响主动悬架控制系统的性能。建立1/4车体主动悬架动力学模型,考虑主动悬架系统作动器的饱和非线性,将主动悬架系统稳定域问题转化为求解系统最大不变吸引椭球问题,确定含作动器饱和的主动悬架稳定性判别方法。运用Ricatti方程迭代法求解不变吸引椭球最大的最优控制器,研究不同饱和度下的作动器对系统不变吸引椭球最大值的影响,完成不变吸引椭球最大的控制器设计。仿真结果表明,作动器饱和特性影响系统的稳定性,当作动器的饱和度增大时,系统的稳定域范围也相应增大,且具有更好的输出响应。不变吸引椭球最大的最优控制器能明显增大主动悬架系统的稳定域,可以改善作动器的非线性现象对系统的不利影响,有利于提高主动悬架系统的可靠性和安全性。     

基于作动力反馈控制的电磁反力式混合型主动悬架

提出一种同时含有被动和主动结构的新型汽车主动悬架,与现有主动悬架的最大不同点在于由电磁反力作动器产生的主动控制力仅作用于汽车非悬挂质量.首先,探讨电磁反力作动器的被动特性和以作动器作动力为PI反馈控制量的主动特性,作动器的主动特性显示较好的"天棚"阻尼特性.其次,建立对作动器作动力进行反馈控制的混合型主动悬架1/4车辆模型,并进行特性仿真试验.结果表明,采用作动器作动力进行反馈控制的新型主动悬架效果较好,能够同时改善悬架系统车轮环节共振高频段的平顺性、车轮接地性和减少悬架弹簧的变形.     

含有输入时滞的悬架系统的最优控制

伴随着主动控制环节的应用,悬架系统中不可避免会出现时滞因素。以含有时滞的2DOF主动悬架系统为研究对象,分别使用不考虑时滞的传统控制律和采用状态变换及系统离散化处理时滞后的控制律进行控制,并对控制系统的响应和稳定性特性进行对比。不考虑系统时滞时,直接采用传统的控制律进行控制,理论分析和数值仿真均表明:当时滞较小时,系统依然保持稳定,达到一定值时,可能引起系统响应定性特性改变,甚至失稳发散。采用状态变换的方法处理时滞后进行主动控制,能保证系统的稳定性,该控制律较好地反应了输入时滞对控制方程的影响。     

混合型主动悬架电磁反力作动器的匹配研究

针对由电磁反力作动器与被动悬架构成的混合型主动悬架系统,建立了1/4车辆模型,在Matlab环境下计算动力吸振器分别安装在悬挂质量和非悬挂质量时的车身响应特性,以分析作动器参数及不同安装位置对平顺性的影响。结果表明:电磁反力作动器布置在非悬挂质量环节比较有利。对作用在非悬挂质量环节的作动器,以吸振器状态进行了参数优化,并就混合型悬架与被动悬架的车身幅频特性进行了比较,分析混合型主动悬架作动器与轮胎之间的力传递特性,指出用车辆不同路面下被动悬架的轮胎最大动载荷,作为选择作动器控制能力的参考依据。     

混合型主动悬架电磁反力作动器的匹配研究

针对由电磁反力作动器与被动悬架构成的混合型主动悬架系统,建立了1/4车辆模型,在 Matlab环境下计算了动力吸振器分别安装在悬挂质量和非悬挂质量时的车身响应特性,以分析作动器参数及不同安装位置对平顺性的影响。结果表明：电磁反力作动器布置在非悬挂质量环节比较有利,且存在一吸振器固有频率变化对车身加权加速度方均根值较小的区域。对作用在非悬挂质量环节的作动器,以吸振器状态进行了参数优化,并就混合型悬架与被动悬架的车身幅频特性进行了比较,分析了混合型主动悬架作动器与轮胎之间的力传递特性,指出用车辆不同路面下被动悬架的轮胎最大载荷,作为选择作动器控制能力的参考依据。     

柔性基础主动隔振系统的缩聚建模和时滞问题研究

以复杂柔性耦合主动隔振系统为对象,研究其动力学建模和时滞主动控制问题。考虑筏架和基础的弹性,建立浮筏系统的有限元模型,并基于超单元动力缩聚技术,把系统的有限元模型在物理空间中进行减缩。考虑作动器的时滞效应,建立系统的时滞主动控制模型,对系统的最大时滞量和控制器的时滞稳定性进行了数值研究。数值计算表明,主动控制中有必要考虑时滞因素以避免失稳,本文所提出的方法易于保证控制系统的性能和稳定性。     

基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计

针对主动悬架系统的质量参数不确定性以及作动器出现的随机故障对车辆行驶平顺性和控制稳定性带来的重要影响,该文提出一种基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计方法。为了描述悬架参数不确定性,基于T-S模糊模型建立1/4车辆的非线性模型,利用故障调节因子表示作动器故障的大小,进而获得考虑悬架系统质量不确定性和作动器故障的车辆主动悬架控制模型。接着,将滑模控制与自适应理论结合,设计合适的滑模面函数和滑模容错控制律,以达到故障悬架系统的容错控制目的;并基于Lyapunov稳定性理论,对所提出控制器稳定性和悬架系统安全约束性能进行了分析。最后,给出一个仿真算例,验证了所设计控制器的有效性和适用性。     

利用模糊神经网络的汽车主动悬架与EPS集成控制

在基于转向的主动悬架整车动力学模型基础上,引入EPS模型、轮胎模型和路面输入模型,应用模糊神经网络控制方法,设计汽车主动悬架与EPS集成控制系统及其控制策略,集成控制器根据车身姿态的变化,动态调节主动悬架系统的作动器作用力和EPS的助力转矩,进行转向盘转角角阶越输入的仿真计算和分析,结果表明,相对于不加控制的悬架和转向系统,基于模糊神经网络的主动悬架与EPS集成控制系统的质心垂直加速度峰值和标准差分别下降40.94 %和26.06 %,整车横摆角速度峰值和标准差分别下降6.24 %和48.15 %,有效抑制车身的振动,提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。     

考虑执行器响应时滞的磁流变悬架H2/H∞鲁棒控制研究

针对磁流变阻尼器响应时滞对半主动悬架系统控制效果和稳定性造成的不良影响,设计了一种时滞H₂/H_∞鲁棒控制器对执行器输入的定常时滞进行鲁棒控制,推导了控制器反馈控制增益和系统临界时滞;开展了磁流变阻尼器力学试验并对Bingham模型实现参数识别;基于MotoTron平台完成了驱动电流PI控制参数整定,使阻尼器响应时滞降低到临界时滞以内。仿真结果表明：C级随机路面下,所设计的时滞H₂/H_∞鲁棒控制器相比被动悬架和不考虑时滞的鲁棒控制器,车身加速度和悬架动挠度分别降低了24.52%、9.79%、11.26%和7.19%,乘坐舒适性得到明显改善,轮胎动载荷相比鲁棒控制优化了3.21%,兼顾了行驶安全性。为进一步验证时滞H₂/H_∞鲁棒控制器实际工作性能,设计了悬架ECU,开展了单轮悬架台架试验。试验结果表明：时滞H₂/H_∞鲁棒控制器能保证时滞输入系统的控制性能和稳定性。     

结构振动的直驱式AMD控制系统建模及数值分析

针对传统伺服阀控液压作动主动质量驱动控制系统(Active Mass Driver,AMD)存在的能源效率低等问题提出基于无阀作动器的直驱式DAMD(Direct driving Active Mass Driver)控制系统.首先分析了直驱式容积控制作动器的组成和控制原理及其用于AMD控制系统的策略;其次基于电机学、流体动力学原理推导建立了DAMD控制系统的转速一驱动力关系模型,给出了以泵的转速(伺服电机的驱动电压)为输入量、系统主动控制力为输出量的系统转速一力关系模型,建立了受控结构-DAMD控制系统的状态方程.最后以顶部设置DAMD控制系统的两层剪切型框架结构为例,进行地震荷载输入下DAMD主动控制的数值分析,计算结果表明直驱式容积控制作动器能够满足各种结构地震响应主动控制典型工况的出力需求,能够有效地减轻结构的反应,在一定范围内可以代替传统的AMD控制系统,实现结构振动的主动控制.     

整车电磁混合主动悬架故障诊断与容错控制研究

针对整车电磁混合悬架某一作动器发生故障,提出了一种故障诊断与容错控制方法.建立了整车7自由度模型和故障悬架模型,采用LQG控制器作为电磁混合主动悬架的常规控制器,采用未知输入观测器获取悬架的状态观测值.基于获取的悬架动挠度残差,设计了逻辑模块和稳定模块对悬架进行故障诊断.仿真分析了容错控制策略下悬架在时域和频域范围内的...     

基于磁致伸缩作动器的拉索主动控制时滞补偿研究

拉索的大幅振动给斜拉桥安全运营带来威胁,采用磁致伸缩作动器施加轴向控制力抑制拉索横向振动是一种可行的方法,由于控制系统时滞的存在,会影响拉索控制效果和结构的稳定性。建立了磁致伸缩作动器动力学模型和拉索-磁致伸缩作动器面内控制系统方程,提出了基于移相法的拉索控制时滞补偿理论和拉索非线性控制系统的线性化方法,通过仿真分析得到了拉索振动控制时滞补偿效果。研究表明,在拉索-磁致伸缩作动器时滞控制系统中,移相法能够取得良好的时滞补偿效果,接近无时滞最优控制减振率。     

考虑时滞的结构AMD系统控制方法与效果分析

无线传感器网络的特点使得控制系统中不可避免地存在时滞,从而导致作动器产生的控制力不能及时地施加到结构上,影响控制效果。从考虑时滞的结构主动质量阻尼(AMD)控制系统的状态微分方程求得控制律,研究时滞线性系统振动的主动最优化控制方法并给出具体的实现过程。设计出的控制律表达式中既包括当前的状态反馈,又包括前若干步控制项的线性组合。若仍按无时滞控制设计对时滞控制系统进行控制将可能导致系统的响应发散,达不到对受控结构减振的目的。仿真算例表明,在一定的时滞量范围内,所提方法能够对结构的峰值响应和均方值响应均能达到较好的控制效果,而且确保了系统的稳定性。     

电磁反力式混合型主动悬架的模糊控制方法

悬架系统是车辆的重要组成部分,对行驶平顺性和操纵稳定性等有着重要影响。全主动悬架能极大地改善车辆的行驶平顺性,但结构复杂且需消耗较多附加能量。本文研究了一种新颖的主动悬架——电磁反力式混合型主动悬架的模糊控制方法。根据该主动悬架的结构特点,建立了2自由度1/4车辆模型,通过动力学分析建立了其数学模型并提出了模糊控制策略。在MATLAB /Simulink环境下,对采用模糊控制的系统进行了仿真。结果表明：采用模糊控制的该主动悬架系统,时域内的车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷分别较被动悬架系统改善24.57%、8.33%、12.71%;较PID控制时也有明显改善;从车身加速度信号的频谱可以看出：模糊控制的该主动悬架与被动悬架相比,在分析的各频率下均大大降低了方均根值,轮胎共振频率处尤为明显,表明作动器的控制效果明显。     

一种新型汽车主动悬架的研制

提出一种基于电动静液压作动器EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)的汽车主动悬架结构.在分析EHA作动器原理和汽车结构基础上,建立了EHA作动系统模型和1/4汽车悬架模型,设计了用于主动悬架的模糊控制算法,在以单频信号作为激励源情况下进行了仿真研究.开发了主动悬架DSP控制器,研制了EHA汽车主动悬架物理样机和试验台架,并进行样机台架试验研究.结果表明,EHA主动悬架明显地改善了汽车行驶平顺性和操纵稳定性,进一步证明了控制算法和EHA主动悬架样机的的可行性和有效性.     

基于位移反馈控制的主动增加时滞补偿方法及其试验验证

时滞是结构振动主动控制系统中普遍存在的现象,时滞不仅会降低控制系统的性能,严重时会造成系统失稳、控制发散。针对此问题,本文研究以下三方面内容：首先基于单自由度系统时滞的稳定性理论分析,确定系统最大允许时滞量的解析解,该阈值可以作为确定何时应用时滞补偿技术的一个评判指标;其次,当作动器实际时滞量大于最大允许时滞量时,常规时滞补偿方法将会失效,提出了基于位移反馈的主动增加时滞的补偿新方法,并定性结合定量详细分析了主动控制算法的参数影响规律;最后,以单层剪切型框架结构为被控对象,进行了多种输入激励下基于位移反馈的主动增加时滞补偿试验验证。大量仿真分析和试验结果表明本文所提方法能够在保证系统稳定性的同时获得一定可观的控制效果     

基于功率流方法电磁反力混合型主动悬架研究

基于功率流方法,研究一种同时含有被动和主动结构的新型主动悬架.在这种结构中,主动控制力由电磁反力作动器产生,并且仅作用于汽车的非悬挂质量上.以某车型两自由度1/4模型为研究对象,采用结构导纳理论,建立路面输给悬架系统的总功率流、传递给车身的功率流及由电磁作动器耗散的功率流模型.设计以传递给车身的功率流为最小的最优控制策略,分析该电磁反力混合型主动悬架的性能.结果表明该悬架系统能较好地改善汽车在高频段的平顺性和轮胎的触地性,提高汽车行驶的平顺性和操作稳定性.     

地震作用下主动减震结构的时滞离散最优控制

对地震作用下线性时滞结构的离散最优控制方法进行研究,按时滞量为采样周期的整数倍和非整数倍两种情况,将时滞连续控制系统离散为形式上不包含时滞的标准离散形式,采用连续时间形式的性能指标函数,按照离散最优控制方法进行控制设计。所得出的控制律表达式中,除了含有当前的状态反馈外,还包含有前若干步控制项的组合。最后结合一个三自由度建筑结构模型进行仿真计算,结果表明,算法中采用连续时间形式的性能指标函数优于离散形式的性能指标函数,此方法易于保证控制系统的性能和稳定性,而且可以看到,控制系统的时滞量并非越短越好。     

时滞加速度反馈的振动主动控制方法研究

在采用加速度传感器的振动主动控制中,为了克服加速度信号经数值积分分别得到位移信号和速度信号时的累积误差,并考虑系统中的输入时滞,基于等维法(Reduction Method)和输出状态导数反馈思想,提出一种连续时滞加速度反馈控制器设计方法。为了在实际测控系统中便于计算机操作,应用积分离散化方法,将该连续控制器转换为离散形式。以粘贴有压电陶瓷和加速度传感器的智能梁为仿真控制对象,采用该控制器控制含输入时滞的智能梁的自由振动系统,并与加速度反馈控制器控制的同一时滞系统的稳定性及控制效果作对比。仿真结果表明,所提时滞加速度反馈控制器具有较宽的参数稳定区间和较好的控制效果,且当系统时滞存在较小扰动时,该控制器对时滞量具有一定的鲁棒性。