车辆主动悬架的控制与仿真研究

发布时间：2017-09-01 15:00

  本文关键词：车辆主动悬架的控制与仿真研究

  更多相关文章： 主动悬架 LQR控制 遗传算法 模糊控制 伸缩因子

【摘要】：悬架系统是车辆行驶系统中的重要组成部分之一,其性能的好坏极大程度地影响着车辆行驶平顺性和操纵稳定性等车辆重要指标。相比被动悬架而言,主动悬架具有更加优越的综合性能,它可以根据车辆行驶过程中的运动状态和路面状况对车身姿态进行调节,使悬架系统始终处于最优减振状态。因此,研究和推广车辆主动悬架系统具有重要的现实意义。本文在参考国内外车辆主动悬架控制研究理论的基础上,以改善车辆行驶平顺性为主要目的,重点对主动悬架的控制策略进行了研究,并通过Matlab/Simulink仿真软件对搭建的主动悬架模型进行仿真。具体研究工作如下:首先,确定车身垂直加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的均方根值作为悬架系统的性能评价指标。针对随机路面,建立了积分白噪声形式的C级路面输入的数学和仿真模型。对悬架系统进行简化分析后,建立了二自由度1/4车辆主动悬架模型和四自由度1/2车辆主动悬架模型的运动微分方程,并用状态空间分析法确定系统的状态空间方程。其次,以二自由度主动悬架模型为研究对象,针对线性二次型调节器(LQR)权重矩阵确定困难的问题,提出了一种改进的最优控制方法——遗传线性二次型调节器。利用遗传算法(GA)全局搜索优化能力来确定LQR控制性能指标的加权阵,简化了Q、R和N矩阵的寻优过程。仿真结果表明:采用遗传算法优化LQR权重矩阵后,悬架二次型性能指标J得到较大幅度的下降,有效地减小了车辆垂直方向的振动,提高了车辆行驶平顺性。最后,以四自由度主动悬架模型为研究对象,基于模糊控制理论,设计了以车身在前悬(后悬)垂向振动的速度误差及其变化为输入的二维主动悬架模糊控制器。为了提高模糊控制自适应能力,在常规模糊控制基础之上,利用模糊推理获得论域伸缩因子的方法,设计了主动悬架变论域模糊控制器。仿真结果表明:常规模糊控制策略和变论域模糊控制策略相比被动悬架都能够明显地降低车身垂直振动和车身俯仰振动,改善了车辆的行驶平顺性,并且变论域模糊控制策略的性能更优。
【关键词】：主动悬架 LQR控制 遗传算法 模糊控制 伸缩因子
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.33
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题的研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外主动悬架控制算法研究现状13-15
• 1.3 主动悬架技术发展趋势15-16
• 1.4 本文研究的主要内容与技术路线16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第二章 悬架系统的动力学模型18-30
• 2.1 悬架系统的性能评价指标18-19
• 2.2 路面输入模型的建立19-23
• 2.2.1 路面频域模型19-20
• 2.2.2 路面时域模型20-23
• 2.3 悬架系统建模23-29
• 2.3.1 二自由度主动悬架系统数学模型的建立23-26
• 2.3.2 四自由度主动悬架系统数学模型的建立26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 1/4 主动悬架系统控制策略研究30-47
• 3.1 线性二次型最优LQR控制原理30-31
• 3.2 主动悬架能控性与能观性31-33
• 3.3 主动悬架最优控制器的设计33-34
• 3.4 基于遗传算法的最优控制34-40
• 3.4.1 遗传算法的基本原理35
• 3.4.2 遗传算法的基本步骤35-40
• 3.5 Matlab/Simulink建模仿真及结果分析40-46
• 3.5.1 时域分析42-44
• 3.5.2 频域分析44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 1/2 主动悬架系统控制策略研究47-69
• 4.1 主动悬架模糊控制47-54
• 4.1.1 模糊控制理论概述47-48
• 4.1.2 模糊控制器设计48-54
• 4.2 主动悬架变论域模糊控制54-60
• 4.2.1 变论域模糊控制理论概述54-55
• 4.2.2 论域伸缩因子55-58
• 4.2.3 变论域模糊控制器设计58-60
• 4.3 Matlab/Simulink仿真建模分析60-67
• 4.3.1 模糊控制仿真结果及分析62-65
• 4.3.2 变论域模糊控制仿真及分析65-67
• 4.4 两种控制策略效果对比分析67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 5.1 总结69
• 5.2 展望69-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果74-75
• 致谢75-76

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本文编号：772745