基于D-K迭代法的改进实用型H_∞主动悬架控制策略研究

发布时间：2017-07-25 14:07

  本文关键词：基于D-K迭代法的改进实用型H_∞主动悬架控制策略研究

  更多相关文章： 主动悬架 H?最优控制 D-K迭代法 行驶平顺性 鲁棒性能

【摘要】：作为车辆最重要的组成部分,悬架系统能够在一定程度上隔离路面不平而引起的振动,保证轮胎与地面的接触力,直接决定了驾乘者的乘坐舒适性和操纵稳定性。被动悬架经历了近百年的历史,如今已经发展得较为成熟。虽然不同的悬架形式各具特色,但基本都是建立在经典的弹簧-阻尼器隔振系统基础上的改良,相关设计参数无法实时改变,隔振效果有限。主动悬架的兴起突破了这个限制,系统中添加的作动器在中央控制器的作用下能够对路面的振动和冲击做出主动反应,较好地抑制车体的振动。本文结合吉林省汽车产业发展专项资金项目“轿车惯性调控主动悬架研制开发”(项目编号:20112330),针对主动悬架的名义性能、鲁棒稳定性和鲁棒性能,在传统的H?控制器基础上,设计一种基于摄动空间D-K迭代法的改进实用型H?主动悬架控制器(即性能优良的低阶输出反馈?控制器)。并从时域和频域两个角度对比分析两种电液伺服主动悬架控制策略,证明改进方法的鲁棒性和可实现性。对于传统的H?控制器,文章首先从车辆操纵稳定性、行驶平顺性等角度出发,兼顾车体机械约束条件,以整车七自由度数学模型为研究框架,建立状态空间方程以及性能输出方程;其次,引入基于人体振动敏感频带的舒适性评价标准,将车辆的舒适性能作为优化目标,并使用线性矩阵不等式法描述七自由度主动悬架的H?控制器设计问题;再次,对输入输出向量进行频域加权,采用全状态反馈和输出反馈两种方式设计基于名义模型的传统H?控制器。对基于摄动空间D-K迭代法的改进实用型H?主动悬架控制器,首先使用线性分式变换对系统的不确定参数进行处理,充分考虑路面输入干扰以及状态信息获取的噪声干扰,建立含有摄动参数的闭环广义控制对象的数学模型;引入?分析和?综合等相关的数学理论,从小增益定理、系统鲁棒稳定性定理和鲁棒性能定理出发,以D-K迭代法为手段针对七自由度主动悬架的摄动模型,完成改进实用型H?控制器状态反馈和输出反馈的设计;最后采用Hankel范数最优降阶法对设计的高阶改进实用型H?控制器进行降阶,增强系统的可靠性和可实现性。在计算机仿真环节,利用Matlab/Simulink软件对悬架系统进行建模,以脉冲路面和随机路面轮廓输入作为激励,针对状态反馈和输出反馈两种形式,分别将被动悬架、针对名义模型设计的H?控制器、针对摄动模型设计的改进实用型H?控制器进行时域和频域对比分析,以验证改进实用型H?控制器的有效性。在实验环节,从机械系统,液压系统以及电控系统三个角度来介绍主动悬架平台:包括车架的设计,执行器的安装,主动、被动切换原理,以及重要电路设计。在脉冲路面工况下分别对被动悬架、针对名义模型设计的H?控制器、针对摄动模型设计的改进实用型H?控制器进行汽车平顺性试验,并使用振动测量波谱仪检测车体的加速度信号状态。从而验证基于摄动空间D-K迭代法的改进实用型H?控制器(低阶输出反馈?控制器),在车辆乘坐舒适性、鲁棒性以及可实现性方面具有突出的表现。
【关键词】：主动悬架 H?最优控制 D-K迭代法 行驶平顺性 鲁棒性能
【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】：U463.33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 悬架系统概述11-14
• 1.2.1 悬架功能及组成11-12
• 1.2.2 悬架分类12-14
• 1.3 主动悬架国内外研究现状及发展趋势14-19
• 1.3.1 国内外研究现状14-16
• 1.3.2 主动悬架控制策略发展16-18
• 1.3.3 主动悬架发展趋势18-19
• 1.4 本文主要研究内容及目标19-22
• 第2章 悬架动力学模型的建立22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 悬架系统性能要求22-24
• 2.2.1 车辆行驶平顺性22-23
• 2.2.2 汽车行驶安全性和机械约束23-24
• 2.3 悬架系统动力学模型建立24-33
• 2.3.1 随机路面模型的建立24-27
• 2.3.2 整车七自由度系统数学建模27-31
• 2.3.3 性能输出方程的建立31-33
• 2.4 液压缸-伺服阀数学模型分析33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 基于线性矩阵不等式的传统H_∞控制器设计36-52
• 3.1 线性矩阵不等式相关理论36-39
• 3.1.1 LMI概述36-37
• 3.1.2 相关重要引理及定理37-38
• 3.1.3 系统H_∞ 范数及性能引理38-39
• 3.2 H_∞ 控制器设计问题描述39-46
• 3.2.1 输入输出向量频域加权函数的讨论40-42
• 3.2.2 状态反馈H_∞控制器设计42-44
• 3.2.3 输出反馈H_∞控制器设计44-46
• 3.3 高阶控制器的降阶46-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第4章 基于D-K迭代法的改进实用型H_∞控制器设计52-68
• 4.1 不确定模型的m分析和m综合52-55
• 4.2 基于线性分式变换的参数不确定性分析55-65
• 4.2.1 含有参数不确定性的主动悬架数学模型55-61
• 4.2.2 广义控制对象状态/输出反馈的假设61-65
• 4.3 惯性调控获取状态信息原理65-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第5章 主动悬架仿真实验68-86
• 5.1 状态反馈H_∞及改进型H_∞控制器频域仿真实验68-74
• 5.1.1 两种控制器鲁棒稳定性对比分析70-71
• 5.1.2 两种控制器名义性能、鲁棒性能对比分析71-74
• 5.2 输出反馈H_∞及改进型H_∞控制器频域仿真实验74-78
• 5.2.1 改进实用型H_∞输出反馈控制器的降阶74-75
• 5.2.2 两种输出反馈控制器频域对比75-78
• 5.3 主动、被动悬架时域对比分析78-85
• 5.3.1 状态反馈主动、被动悬架时域对比78-81
• 5.3.2 输出反馈主动、被动悬架时域对比81-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第6章 主动悬架试验平台的搭建及路面实验86-96
• 6.1 主动悬架试验平台机械部分86-88
• 6.2 主动悬架试验平台液压系统及电路设计88-92
• 6.2.1 主动悬架液压系统设计88-89
• 6.2.2 信号采集及主要电路模块设计89-92
• 6.3 主动悬架路面实验92-95
• 6.3.1 路面实验准备工作92-93
• 6.3.2 主动、被动悬架路面实验对比分析93-95
• 6.4 本章小结95-96
• 第7章 结论与展望96-100
• 7.1 全文总结及主要研究结果96-98
• 7.1.1 本文所完成的主要研究工作96-97
• 7.1.2 研究工作获得的主要结论97-98
• 7.2 研究工作展望98-100
• 参考文献100-104
• 致谢104

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本文编号：571695