强非线性坦克模型随机振动的随机最优控制

发布时间：2020-05-17 04:31

【摘要】：坦克车辆常行驶于崎岖不平的路面,过大的车体振动将严重影响坦克车辆的作战性能与战场生存能力,因此对坦克车辆的振动控制是一个重要的研究课题。智能悬架的使用可以使行驶稳定,提高坦克的作战性能。但目前对于智能悬架的研究多是基于线性的两自由度悬架模型。由于坦克车辆所使用的扭杆悬架采用斜杆转动方式支承,从而导致系统振动的几何强非线性,其非线性随机振动控制具有不同于普通车辆的显著特点。目前关于这类斜杆支承系统非线性随机振动的随机最优控制尚缺乏研究。因此基于这样的背景,本文主要工作为:1考虑大变形下,坦克系统车体与车轮的垂直耦合运动,建立两自由度坦克模型及磁流变阻尼器的运动微分方程,再转化为强非线性的耦合振动方程;根据动态规划原理建立HJB方程,考虑阻尼器仅能产生半主动控制力以及所产生控制力的有界性,基于Bang-Bang控制策略设计半主动反馈控制律;通过对于不同强度与车速的随机路面激励下系统半主动控制与被动控制响应的比较,评估控制效果。另一方面,在实际控制系统中,从状态测量到控制执行的时滞对于反馈控制系统是不可避免的。对于控制系统的时滞,由τ秒(时滞时长)前的状态,确定当前控制力,进而分析控制时滞所带来的影响。数值结果表明:所设计的反馈控制律可以大大降低坦克系统的随机振动,但控制时滞会使系统随机振动控制效果降低。2对于所建立两自由度坦克模型的非对称非线性动力学方程,发现其系统位移响应中心偏离平衡位置。因此,针对这一特殊现象,构造简化的单自由度系统方程,利用谐波平衡法研究其响应的“零漂”现象,并利用龙格库塔法验证该方法解的准确性,最终探究“零漂”产生的原因。数值结果表明:响应“零漂”产生的原因主要在于系统方程中的非对称项,当非对称项消失,“零漂”现象也随之消失。3对于系统参数的不确定性偏差,采用极大极小最优控制作为鲁棒控制策略,考虑不确定参数与阻尼器控制力的有界性,根据最坏的系统来确定最优控制以达到鲁棒性;数值结果表明:所设计的半主动极大极小有界控制律可以有效地降低不确定性非线性坦克系统随机振动,且控制效果具有很好的鲁棒性。4对于非线性坦克系统具有噪声观测的最优有界控制问题,考虑观测噪声的影响与阻尼器控制力的有界性,先基于扩展卡尔曼滤波器,确定最优估计状态,再对估计方程,由动态规划原理确定动态规划方程,进而确定最优半主动控制律;数值结果表明:所设计的部分可观测非线性系统最优控制策略具有很好的控制效果与鲁棒性。
【图文】：

的作战性能与战场生存能力，因此对坦克车辆的振动控制是一个重要的研究课逡逑题。由路面不平度所引起的对坦克车体的冲击和振动主要通过悬架系统进行传递逡逑和衰减。目前大多数坦克主要采用扭杆式半独立悬架，如图１．１所示，它的核心逡逑部件是一根金属扭杆，其一端固定在车体里，另一端连接到平衡轴上，负重轮的逡逑重量载荷通过平衡轴使金属扭杆产生扭矩，从而获得支撑力。逡逑ｓｃ：：．１逦＇逡逑图１．１某坦克扭杆悬架装置［百度图片］逡逑先进的悬架技术可以使行驶平稳，提高坦克作战性能。传统的被动悬架，弹逡逑簧刚度和阻尼系数是固定不变的，减振效果有限。虽然通过优化可以提高悬架性逡逑能？１１】，但对于不同车速，不同路面结果要求不同的结构参数，这就限制了其实逡逑际应用。２０世纪６０年代，开始研究由外部提供能源，采用液压伺服器作为主动力逡逑发生器的主动悬架。悬架系统的刚度和阻尼特性能根据汽车的行驶条件进行动态逡逑自适应调节，使悬架系统始终处于最佳减振状态。主动悬架的性能相比于被动悬逡逑架有显著的提高

广阔的应用前景和开发价值。逡逑１．２车辆智能悬架研究状况逡逑两自由度的智能悬架模型如图１．２所示，，其中，为车体质量，为车轮质逡逑量，ｔ为轮胎的刚度系数，怂为并联弹簧的刚度系数。ｃｃ为被动控制阻尼系数，逡逑为控制力。当不考虑弹簧的预压缩量时，Ｗｃ，邋＆都是相对于平衡位置的位移量，逡逑＞为相对于路面基准线的绝对位移，系统的动力学方程为：逡逑ｍｃｕｃ邋＋邋ｋｃ（ｕｃ邋－ｕｊ邋＋邋ｃｃ（ｕｃ邋－ｕＪ邋＝邋Ｕ逡逑（１．１）逡逑＋邋ｋＫ邋（ｕｗ－ｙｒ）－ｃｃ（ｕｃ－ｕｊ－ｋｃ邋｛ｕｃ邋－ｕｊ＾－ｕ逡逑ｕｃ逡逑ｍｅ逡逑Ｃｃ邋Ｍ邋Ｕ逡逑￣逦｜邋ｔ邋＾逡逑ｍｗ逡逑ｋｗ逡逑逦ｘ邋ｃ逡逑路面基准线逡逑图１．２两自由度智能悬架系统逡逑对于反馈控制律的设计，即如何根据系统状态与参数确定控制力ｔ／，是智能逡逑悬架研究的重点。逡逑Ｃｒｏｓｂｙ等［ｎ］基于最优控制理论提出天棚阻尼控制模型（Ｓｋｙ－ｈｏｏｋ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ），其逡逑主要假想实在车体与固定天棚之间安装阻尼原件，进而抑制车体振动。但是这一逡逑假想在现实中是无法实现的，因而，￡１１１１？＾等［｜４］在车体与车轮之间加装可调减振逡逑２逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ811

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本文编号：2667940