汽车主动悬架控制策略与仿真研究

发布时间：2017-04-16 09:01

  本文关键词：汽车主动悬架控制策略与仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。目前，汽车上普遍采用的是由弹性元件和减振器组成的被动悬架。被动悬架难以同时改善车辆在不平路面上高速行驶时的稳定性和行驶平顺性，为了克服被动悬架对汽车性能改善的限制，近年来，出现的主动悬架成为了一条改善汽车悬架性能的新途径。主动悬架能够根据路面激励情况及汽车运行的实际状况进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。 本课题以电磁主动悬架为研究对象，因为电磁悬架与液力悬架或空气悬架相比具有结构简单，无需伺服阀、步进电机等执行装置，响应迅速等优点。我们先建立了电磁主动悬架及理想悬架系统的两自由度模型，并概述了悬架性能的三个评价指标，即车身垂直加速度、车轮相对动载、悬架动挠度，并介绍了主动悬架的控制原理。 主动悬架的控制策略较多，在此选取不依赖系统的精确数学模型，对系统参数变化不敏感，具有很强的鲁棒性，尤其适应于非线性、时变和滞后系统控制的模糊控制，而且模糊控制的控制算法是基于若干条控制规则，算法非常简捷。进而对模糊控制器进行了设计。 作为一种经典实用的控制方法，，PID控制算法具有计算量小、实时性好、易于实现等特点，所以本课题也采用了PID控制作为基本的控制策略，并设计了PID控制器。 模糊控制和PID控制相结合的模糊PID控制能实现PID控制器参数的在线自调整，进一步完善PID控制器的性能，以适应控制系统的参数变化和工作条件变化。所以本课题设计了将前述两种控制策略结合、以消除其各自弊端的模糊PID控制器。 利用MATLAB/SIMULINK软件建立上述三种控制策略下的仿真模型，并对典型路面输入谱情况(包括高、中、低频)进行了仿真。仿真结果表明，主动悬架明显改善了车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，性能明显优于被动悬架，并比较了在三种不同控制器的作用下主动悬架的性能变化；经过仿真比较，在三种控制策略中，模糊PID控制优于模糊控制，模糊控制又优于PID控制；并且对三种控制策略下系统的鲁棒性进行了研究，得出它们的鲁棒性都较强。 本课题可为主动悬架的实验研究以及产品开发提供理论和数值参考。
【关键词】：主动悬架 控制策略 仿真
【学位授予单位】：中南林学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：U463.3
【目录】：

• 中文摘要5-6
• 文献综述6-16
• 1 主动悬架的发展简介6
• 2 主动悬架的分类6-7
• 2.1 空气悬架系统7
• 2.2 油气主动悬架系统7
• 2.3 液力主动悬架系统7
• 2.4 电磁主动悬架系统7
• 3 主动悬架常见控制方法7-11
• 3.1 自适应与自校正控制方法8
• 3.2 天棚阻尼器控制方法8-9
• 3.3 最优控制方法9
• 3.4 预见控制方法9-10
• 3.5 谱范数H_∞控制10
• 3.6 神经网络控制10-11
• 3.7 模糊控制11
• 4 模糊控制简介11-14
• 4.1 模糊控制研究的理论基础--模糊集合和模糊数学11-12
• 4.2 模糊控制的产生及其与传统控制的差异12
• 4.3 模糊控制的发展与应用概况12-13
• 4.4 模糊逻辑芯片和模糊计算机13
• 4.5 模糊控制的优缺点13-14
• 5 MATLAB/SIMULINK简介14
• 6 汽车主动悬架的国内外研究现状及发展趋势14-15
• 7 课题研究的意义和目的15
• 8 课题研究的主要内容15-16
• 正文16-43
• 1 汽车主动悬架数学模型的建立16-18
• 1.1 主动悬架的动力学模型16-17
• 1.2 理想悬架系统的动力学模型17-18
• 1.3 悬架系统的性能指标18
• 1.4 本章小结18
• 2 主动悬架和被动悬架的结构与性能分析18-19
• 2.1 被动悬架18-19
• 2.2 主动悬架19
• 2.3 本章小结19
• 3 电磁阻尼主动悬架19-22
• 3.1 电磁阻尼器的受力分析19-21
• 3.2 电磁悬架系统运动方程21-22
• 3.3 电磁悬架应用前景22
• 3.4 本章小结22
• 4 悬架控制原理22-25
• 4.1 线性控制概论22-25
• 4.1.1 线性定常系统的状态方程22-24
• 4.1.2 传递矩阵24
• 4.1.3 线性定常系统的可控性和可观性24-25
• 4.2 本章小结25
• 5 模糊逻辑控制器的设计25-31
• 5.1 模糊控制器的结构25
• 5.2 论域、量化因子、比例因子的选择25-26
• 5.2.1 论域及基本论域25-26
• 5.2.2 量化因子及比例因子的选择26
• 5.3 模糊规则的选取26-29
• 5.3.1 选择描述输入和输出变量的词集27
• 5.3.2 定义各模糊变量的模糊子集27-28
• 5.3.3 确定模糊变量的赋值表28
• 5.3.4 输入量和输出量的模糊化28
• 5.3.5 建立模糊控制器模糊控制规则28-29
• 5.4 模糊判决29
• 5.5 建立模糊控制表29-30
• 5.6 模糊控制器在MATLAB模糊逻辑工具箱的实现30-31
• 5.6.1 定义输入输出变量30
• 5.6.2 定义模糊变量隶属函数30
• 5.6.3 定义模糊控制规则30-31
• 5.6.4 输出预览31
• 5.7 本章小结31
• 6 PID控制器设计31-32
• 6.1 PID控制原理32
• 6.2 PID的参数整定32
• 6.3 本章小结32
• 7 模糊PID控制器的设计32-35
• 7.1 模糊控制器的算法设计33-34
• 7.1.1 输入输出变量的确立33
• 7.1.2 输入、输出变量的模糊语言描述33
• 7.1.3 模糊控制规则的语言描述33-34
• 7.2 模糊控制器的编辑34
• 7.3 PID控制器的确立34
• 7.4 控制策略的计算机仿真34-35
• 7.5 本章小结35
• 8 悬架仿真模型的建立35-37
• 8.1 悬架系统仿真模型35-36
• 8.1.1 悬架模型35-36
• 8.1.2 悬架系统整体仿真模型36
• 8.2 本章小结36-37
• 9 仿真结果分析37-42
• 10 结束语42-43
• 参考文献43-46
• 英文摘要46-47
• 致谢47

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 闵运东;洪家娣;;半主动空气悬架最优控制[J];机械设计与制造;2008年04期

2 张红新;朱思洪;;主动座椅悬架电磁作动器仿真研究[J];机械设计;2008年04期

3 周力;殷小霖;;关于车辆电控悬架系统的研究[J];上海汽车;2007年06期

4 周力;殷小霖;;关于车辆电控悬架系统的研究[J];专用汽车;2007年06期

5 朱大林;唐瑞;詹腾;丁昌鹏;;随机激励下四自由度机床隔振系统的主动控制研究[J];三峡大学学报(自然科学版);2013年02期

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2 朱华;半主动悬架车辆平顺性建模与联合仿真研究[D];浙江大学;2010年

3 赵鑫;基于悬架阻尼调节的轻型车侧倾控制研究[D];吉林大学;2011年

4 苏泉;空气悬架结构优化及最优控制研究[D];武汉理工大学;2005年

5 陆优;汽车主动悬架系统控制策略研究[D];武汉理工大学;2006年

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7 谷明起;轻型车半主动悬架蚁群PI姿态控制算法的研究[D];吉林大学;2007年

8 杨静;汽车可调减振器及车辆横摆姿态免疫PID控制研究[D];吉林大学;2007年

9 张慧鹏;基于模糊理论的车辆主动悬架控制策略与仿真研究[D];西北农林科技大学;2007年

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本文编号：310444