线控四轮转向汽车的鲁棒控制研究

发布时间：2017-10-13 03:17

  本文关键词：线控四轮转向汽车的鲁棒控制研究

  更多相关文章： 操纵稳定性 四轮转向 侧向风稳定性 约束H∞输出反馈控制 干扰观测器控制

【摘要】：随着汽车工业技术的快速发展,汽车的行驶速度也得到了不断地提高,关乎汽车行驶安全的汽车操纵稳定性日益受到人们的关注。相关研究表明,侧向风作为一种很常见的干扰,对高速行驶下的汽车操纵稳定性具有重要影响。四轮转向(Four Wheel Steering,4WS)是一种有效提高汽车行驶安全的主动底盘控制技术。本文即采用这种4WS控制方法,以提高高速行驶汽车的侧向风稳定性。选择具有更广阔发展前景的线控4WS汽车作为被控对象,将前轮转角和后轮转角同时作为控制输入,设计全反馈控制策略。以跟踪参考模型为基础,将前馈控制和反馈控制相结合,实现跟踪理想质心侧偏角和横摆角速度的控制目标。了解四轮转向系统的物理特性并建立合理的数学模型,是对4WS控制问题进行深入研究的基础。车辆模型的设计可繁可简,针对不同的研究需求应当建立不同的模型。在控制器设计阶段,本文建立了简单的线性二自由度车辆模型;在控制器验证阶段,分别采用了较为复杂的非线性三自由度车辆模型以及精度更高的基于AMESim软件建立的四轮转向整车模型,为接下来的仿真实验研究提供了一个良好的模型平台。此外,基于AMESim的四轮转向整车模型,通过仿真实验将侧向风干扰对高速行驶的汽车的影响进行初步探究。兼顾抗侧向风干扰能力与执行机构输出饱和限制,提出一种基于约束H∞输出反馈控制的四轮转向控制新方法。推导并证明出约束H∞输出反馈控制器存在的充分条件,并且给出基于线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)的一般求解方法。通过仿真实验验证了约束H∞控制方法可以有效提高4WS汽车的操纵稳定性,并且在抑制外界干扰的能力方面具有明显的优势,前、后轮转角控制输入也均限定在合理范围内。为了实现对非线性4WS汽车的控制,采用干扰观测器控制方法(Disturbance Observer Based Control,DOBC)对4WS控制问题作进一步研究。DOBC方法也是一种鲁棒控制方法,它不仅可以提高系统对外界干扰的鲁棒性,而且可以处理在控制器设计阶段建模过程中忽略的非线性未建模动态。本文引用DOBC方法提出全信息反馈控制,给出控制器设计的理论基础及其证明过程。基于DOBC全信息反馈控制方法,重新设计4WS系统的反馈控制器环节,提高了非线性4WS汽车的操纵稳定性。侧向风干扰下高速行驶汽车的仿真实验表明,无论单侧还是双侧侧向风干扰输入作用下,DOBC控制的4WS汽车都可以保持汽车的稳定性,并减小驾驶员的操纵难度。
【关键词】：操纵稳定性 四轮转向 侧向风稳定性 约束H∞输出反馈控制 干扰观测器控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 四轮转向技术概述9-10
• 1.2 四轮转向技术研究现状及发展趋势10-12
• 1.3 汽车侧向风稳定性研究背景与意义12-15
• 1.4 本文研究思路与内容15-17
• 第2章 汽车四轮转向系统描述与分析17-30
• 2.1 侧向风干扰输入的描述17-19
• 2.1.1 影响汽车操纵稳定性的气动力17-19
• 2.1.2 侧向风力数学模型19
• 2.2 四轮转向汽车模型19-27
• 2.2.1 线性二自由度车辆模型19-22
• 2.2.2 非线性三自由度车辆模型22-24
• 2.2.3 基于AMESim建立的四轮转向车辆模型24-27
• 2.3 侧向风对汽车高速行驶性能影响27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 基于约束H_∞输出反馈控制的4WS汽车30-41
• 3.1 约束H_∞输出反馈控制方法30-34
• 3.2 4WS控制问题描述34-35
• 3.3 控制器的设计35-37
• 3.3.1 车辆参考模型35-36
• 3.3.2 前馈控制器设计36
• 3.3.3 约束H_∞输出反馈控制器36-37
• 3.4 仿真与分析37-40
• 3.4.1 方向盘角阶跃实验38-39
• 3.4.2 方向盘正弦输入实验39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 基于干扰观测器控制方法的非线性4WS汽车41-56
• 4.1 基于DOBC的全信息反馈控制41-45
• 4.2 4WS汽车的DOBC控制器设计45-48
• 4.2.1 反馈控制器的设计47
• 4.2.2 干扰观测器的设计47-48
• 4.3 仿真与分析48-55
• 4.3.1 基于非线性三自由度车辆模型的仿真实验48-49
• 4.3.2 基于AMESim整车模型的仿真实验49-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 全文工作总结56-58
• 参考文献58-63
• 附录A63-64
• 作者简介及研究成果64-65
• 致谢65

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本文编号：1022515