基于MEMS陀螺仪的车身位姿稳定性控制研究
发布时间：2021-06-27 13:46
高机动应急救援车辆为了提高应急救援的工作效率,需要保证车辆行驶在不同等级的路面上依然保持车身位姿稳定,通过控制主动悬架伸缩可以使车身作为一个惯性稳定平台,保障应急救援车辆在行进中也可以实施救援任务。本文依托于国家重点研发计划课题“高机动应急救援车辆（含消防车辆）专用底盘及悬挂关键技术研究”（项目编号:2016YFC0802902）,将MEMS惯性技术应用到三轴特种车辆主动悬架系统的位姿调控中。对MEMS陀螺仪的数据处理方法进行理论研究,设计适用于主动悬架系统的改进天棚控制器和线性自抗扰控制器,抑制车辆在行驶时由于干扰所引起的车身垂向运动、侧倾及俯仰运动。本文首先提出了一种基于时间序列的陀螺仪随机漂移误差建模方法,并通过卡尔曼滤波对数据进行误差修正。然后根据主动悬架系统的结构分析和合理简化,对三轴车辆被动悬架系统和主动悬架系统进行动力学建模和研究分析。提出了一种改进的天棚阻尼控制策略与一种基于线性自抗扰技术的车身位姿稳定性控制策略。为了对设计的主动悬架系统控制器进行验证,本文利用MATLAB/Simulink环境,进行了C级随机路面激励下的主被动悬架系统的仿真分析。然后利用试验样车,进行...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
悬架装置结构简图
燕山大学工程硕士学位论文4图1-3奔驰空气悬架系统示意图在特种车辆应用方面，由于高速稳定行驶和多路面适应性的需求，所以对主动悬架的应用更为迫切。早在20世纪70年代，英国就已经在“蝎”式轻型坦克上试验安装了液压主动悬架系统。1992年10月莲花(Lotus)公司、美国陆军坦克自动车司令部和大陆汽车公司组成联合小组，并且在Hummer“蜂鸟”轮式车上安装了简化版的主动悬架系统，使车辆行驶在崎岖不平路面上的行驶速度有效提高了[10]。2003年7月，在长春汽博会上展示了一辆配有独立悬架结构的LTY2021高机动性越野现役军车，具有优良的通过性和越野性[11]。在理论研究方面，D.A.Crosby和D.C.Kamopp于1974年提出了半主动悬架的概念并提出了著名的天棚控制策略[12]。1976年，Kamopp又将最优控制理论理论应用于主动悬架中，并在之后将车辆的数学模型由二自由度扩充到四自由度，为后续的主动悬架控制理论研究奠定了夯实的基础[13]。由于我国汽车工业起步较晚，理论较为羸弱。20世纪80年代中期开始，部分大型车企和上海交通大学、北京理工大学、清华大学、吉林大学等高校都开展了主动悬架的研究开发工作，并取得卓越的成果，但是目前对于主动悬架系统的研究工作依然处于理论研究和试验测试阶段。1.2.2主动悬架常用控制策略主动悬架的控制理论研究是主动悬架理论系统的重要一环，主动悬架控制策略的正确选择可以有效地提高主动悬架车辆的性能。目前主动悬架的控制理论研究主要有经典现代控制策略(PID控制、天棚控制、最优控制、自抗扰控制等)和智能控制
第1章绪论7(4)模糊控制主动悬架系统是一个复杂的非线性系统，想要实现主动悬架系统的精确建模几乎是不可能的。有很多常规的控制策略都是基于精确模型的，模糊控制很好的解决了这个问题，有效避免了系统建模不精确带来的影响。模糊逻辑的概念首先是由美国自动化专家L.AZdahe于20世纪60年代提出的。20世纪90年代初，模糊控制开始应用于主动悬架控制策略。模糊控制的基本原理框图如图1-6所示。图1-6模糊控制原理图模糊控制系统具有鲁棒性强、不依赖于精确模型等优点，但是模糊控制规则、隶属度函数、模糊推理机制等的确定往往依赖于专家的经验。对于不同的系统其专家经验也并不一定完备，这使得模糊控制器的设计难度大大增加。有很多学者通过智能算法和模糊控制的相互结合，实现了模糊控制器的优化。2016年，赵丁选教授在整车模型基础上加入了阀控非对称液压缸的动力学模型，并通过主动悬架系统的模块化设计设计了变论域模糊控制器，有效地改善了车辆的行驶平顺性[23]。严天一提出了一种应用于1/2半主动悬架的模糊混合控制器，通过粒子群算法对隶属度函数和模糊控制规则进行优化，改善了悬架系统的综合性能[24]。(5)自抗扰控制自抗扰控制技术是由我国著名的系统与控制专家韩京清研究员于1988年提出的，为现代控制理论的工程应用开辟了一条新的途径[25]。自抗扰控制技术通过分析传统PID原理的优缺点，运用非线性机制同时结合最优控制理论而开发出来的一种具有跟踪微分器(TD)、非线性控制器(NPID)、扩张状态观测器(ESO)等特殊功能的环节，从而形成的一种控制技术。其主要特点是根据被控对象的输入和输出来实时估计出系统的总扰动，之后通过误差补偿来消除总扰动对系统造成的影响。自抗扰技术具有不依赖于精确的控制对象模型、易整定、鲁棒?
【参考文献】：
期刊论文
[1]线性/非线性自抗扰切换控制在变载荷气动加载系统中的应用[J]. 刘福才,王立新,贾晓菁,米巨香. 机械工程学报. 2018(12)
[2]整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略[J]. 王芃,王青云,台永鹏,陈宁. 科学技术与工程. 2017(24)
[3]车辆悬挂系统自抗扰控制器改进及其性能分析[J]. 黄大山,张进秋,刘义乐,毕占东. 农业工程学报. 2017(02)
[4]MEMS陀螺随机误差特性研究及补偿[J]. 张玉莲,储海荣,张宏巍,张明月,陈阳,李银海. 中国光学. 2016(04)
[5]基于电液伺服控制的车辆主动悬架研究[J]. 赵丁选,史舒麟,杨彬,李元鹏,王大壮. 中国公路学报. 2016(06)
[6]基于改进天棚控制策略的主动悬架动力学性能研究[J]. 陈龙,高泽宇,汪若尘,袁朝春. 汽车工程学报. 2016(03)
[7]半主动悬架系统滑模控制动力学仿真研究[J]. 陈克,张明. 沈阳理工大学学报. 2016(02)
[8]车辆悬架系统及其性能评价综述[J]. 张俊红,洪刘生,杨文钊,郭鹏,He Zhenpeng. 机械设计与研究. 2015(06)
[9]车辆主动悬架舒适性的自抗扰控制[J]. 白玉,桑楠. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2015(06)
[10]车辆半主动悬架改进型天棚阻尼控制算法[J]. 张磊,张进秋,彭志召,毕占东,黄大山. 汽车工程. 2015(08)
博士论文
[1]基于电液伺服主动悬架的车身位姿稳定性控制研究[D]. 董绪斌.吉林大学 2017
[2]汽车悬架系统仿真分析开发平台的构建[D]. 陆建辉.江苏大学 2017
[3]基于路面感知的车辆智能悬架控制策略研究[D]. 赵丰.北京理工大学 2016
[4]车辆悬架系统关键技术研究[D]. 王维锐.浙江大学 2007
硕士论文
[1]三轴车辆主动悬架RBF滑模变结构控制方法与仿真研究[D]. 韩畅铭.吉林大学 2018
[2]基于平顺性的矿用车油气悬架系统研究[D]. 张迪.江苏大学 2016
[3]电液伺服控制主动悬架控制策略研究[D]. 李元鹏.吉林大学 2015
[4]MEMS陀螺仪随机漂移误差补偿技术的研究[D]. 霍元正.东南大学 2015
[5]基于主动油气悬架的车辆姿态控制研究[D]. 柯欢欢.北京理工大学 2015
[6]基于惯性调控的主动悬架技术研究[D]. 李力.吉林大学 2011
[7]基于油气悬架的车身姿态控制[D]. 黄金凤.吉林大学 2007
本文编号：3252963
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
悬架装置结构简图
燕山大学工程硕士学位论文4图1-3奔驰空气悬架系统示意图在特种车辆应用方面，由于高速稳定行驶和多路面适应性的需求，所以对主动悬架的应用更为迫切。早在20世纪70年代，英国就已经在“蝎”式轻型坦克上试验安装了液压主动悬架系统。1992年10月莲花(Lotus)公司、美国陆军坦克自动车司令部和大陆汽车公司组成联合小组，并且在Hummer“蜂鸟”轮式车上安装了简化版的主动悬架系统，使车辆行驶在崎岖不平路面上的行驶速度有效提高了[10]。2003年7月，在长春汽博会上展示了一辆配有独立悬架结构的LTY2021高机动性越野现役军车，具有优良的通过性和越野性[11]。在理论研究方面，D.A.Crosby和D.C.Kamopp于1974年提出了半主动悬架的概念并提出了著名的天棚控制策略[12]。1976年，Kamopp又将最优控制理论理论应用于主动悬架中，并在之后将车辆的数学模型由二自由度扩充到四自由度，为后续的主动悬架控制理论研究奠定了夯实的基础[13]。由于我国汽车工业起步较晚，理论较为羸弱。20世纪80年代中期开始，部分大型车企和上海交通大学、北京理工大学、清华大学、吉林大学等高校都开展了主动悬架的研究开发工作，并取得卓越的成果，但是目前对于主动悬架系统的研究工作依然处于理论研究和试验测试阶段。1.2.2主动悬架常用控制策略主动悬架的控制理论研究是主动悬架理论系统的重要一环，主动悬架控制策略的正确选择可以有效地提高主动悬架车辆的性能。目前主动悬架的控制理论研究主要有经典现代控制策略(PID控制、天棚控制、最优控制、自抗扰控制等)和智能控制
第1章绪论7(4)模糊控制主动悬架系统是一个复杂的非线性系统，想要实现主动悬架系统的精确建模几乎是不可能的。有很多常规的控制策略都是基于精确模型的，模糊控制很好的解决了这个问题，有效避免了系统建模不精确带来的影响。模糊逻辑的概念首先是由美国自动化专家L.AZdahe于20世纪60年代提出的。20世纪90年代初，模糊控制开始应用于主动悬架控制策略。模糊控制的基本原理框图如图1-6所示。图1-6模糊控制原理图模糊控制系统具有鲁棒性强、不依赖于精确模型等优点，但是模糊控制规则、隶属度函数、模糊推理机制等的确定往往依赖于专家的经验。对于不同的系统其专家经验也并不一定完备，这使得模糊控制器的设计难度大大增加。有很多学者通过智能算法和模糊控制的相互结合，实现了模糊控制器的优化。2016年，赵丁选教授在整车模型基础上加入了阀控非对称液压缸的动力学模型，并通过主动悬架系统的模块化设计设计了变论域模糊控制器，有效地改善了车辆的行驶平顺性[23]。严天一提出了一种应用于1/2半主动悬架的模糊混合控制器，通过粒子群算法对隶属度函数和模糊控制规则进行优化，改善了悬架系统的综合性能[24]。(5)自抗扰控制自抗扰控制技术是由我国著名的系统与控制专家韩京清研究员于1988年提出的，为现代控制理论的工程应用开辟了一条新的途径[25]。自抗扰控制技术通过分析传统PID原理的优缺点，运用非线性机制同时结合最优控制理论而开发出来的一种具有跟踪微分器(TD)、非线性控制器(NPID)、扩张状态观测器(ESO)等特殊功能的环节，从而形成的一种控制技术。其主要特点是根据被控对象的输入和输出来实时估计出系统的总扰动，之后通过误差补偿来消除总扰动对系统造成的影响。自抗扰技术具有不依赖于精确的控制对象模型、易整定、鲁棒?
【参考文献】：
期刊论文
[1]线性/非线性自抗扰切换控制在变载荷气动加载系统中的应用[J]. 刘福才,王立新,贾晓菁,米巨香. 机械工程学报. 2018(12)
[2]整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略[J]. 王芃,王青云,台永鹏,陈宁. 科学技术与工程. 2017(24)
[3]车辆悬挂系统自抗扰控制器改进及其性能分析[J]. 黄大山,张进秋,刘义乐,毕占东. 农业工程学报. 2017(02)
[4]MEMS陀螺随机误差特性研究及补偿[J]. 张玉莲,储海荣,张宏巍,张明月,陈阳,李银海. 中国光学. 2016(04)
[5]基于电液伺服控制的车辆主动悬架研究[J]. 赵丁选,史舒麟,杨彬,李元鹏,王大壮. 中国公路学报. 2016(06)
[6]基于改进天棚控制策略的主动悬架动力学性能研究[J]. 陈龙,高泽宇,汪若尘,袁朝春. 汽车工程学报. 2016(03)
[7]半主动悬架系统滑模控制动力学仿真研究[J]. 陈克,张明. 沈阳理工大学学报. 2016(02)
[8]车辆悬架系统及其性能评价综述[J]. 张俊红,洪刘生,杨文钊,郭鹏,He Zhenpeng. 机械设计与研究. 2015(06)
[9]车辆主动悬架舒适性的自抗扰控制[J]. 白玉,桑楠. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2015(06)
[10]车辆半主动悬架改进型天棚阻尼控制算法[J]. 张磊,张进秋,彭志召,毕占东,黄大山. 汽车工程. 2015(08)
博士论文
[1]基于电液伺服主动悬架的车身位姿稳定性控制研究[D]. 董绪斌.吉林大学 2017
[2]汽车悬架系统仿真分析开发平台的构建[D]. 陆建辉.江苏大学 2017
[3]基于路面感知的车辆智能悬架控制策略研究[D]. 赵丰.北京理工大学 2016
[4]车辆悬架系统关键技术研究[D]. 王维锐.浙江大学 2007
硕士论文
[1]三轴车辆主动悬架RBF滑模变结构控制方法与仿真研究[D]. 韩畅铭.吉林大学 2018
[2]基于平顺性的矿用车油气悬架系统研究[D]. 张迪.江苏大学 2016
[3]电液伺服控制主动悬架控制策略研究[D]. 李元鹏.吉林大学 2015
[4]MEMS陀螺仪随机漂移误差补偿技术的研究[D]. 霍元正.东南大学 2015
[5]基于主动油气悬架的车辆姿态控制研究[D]. 柯欢欢.北京理工大学 2015
[6]基于惯性调控的主动悬架技术研究[D]. 李力.吉林大学 2011
[7]基于油气悬架的车身姿态控制[D]. 黄金凤.吉林大学 2007
本文编号：3252963
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