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《車輛主動(dòng)懸架最優(yōu)控制.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、車輛主動(dòng)懸架的控制研究懸架是汽車的重要裝置之一，它對(duì)汽車的平順性、操縱穩(wěn)定性、通過(guò)性等多種使用性能有著很大的影響。設(shè)計(jì)優(yōu)良的懸架系統(tǒng)，對(duì)提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量有著極其重要的意義。目前，汽車上普遍采用的是彈性元件和減震器組成的常規(guī)懸架，從控制力學(xué)的角度，將這種懸架稱為被動(dòng)懸架。實(shí)踐和研究結(jié)果都表明，常規(guī)懸架受到許多限制，即使采用優(yōu)化方法來(lái)設(shè)計(jì)也只是將其性能改善到一定程度。為了克服常規(guī)懸架對(duì)其性能改善的限制，在汽車中采用和發(fā)展了新型的主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架能夠根據(jù)路面情況及汽車運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)反饋控制，使汽車整體行駛性能達(dá)到最佳。主動(dòng)懸架的主要特點(diǎn)是能夠主動(dòng)提供能量，與
2、傳統(tǒng)被動(dòng)懸架相比，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于具有高度的自適應(yīng)性。一、車輛主動(dòng)懸架系統(tǒng)建模主動(dòng)懸架的分析模型如圖3.3所示，圖中u為主動(dòng)懸架執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用力。主動(dòng)懸架的運(yùn)動(dòng)微分方程為：(1)狀態(tài)變量、輸出向量的選取同被動(dòng)懸架，且為了便于與被動(dòng)懸架的比較分析，選取與被動(dòng)懸架模型相同的輸入信號(hào)，路面激勵(lì)仍為選白噪聲，根據(jù)微分方程組（1），建立如下所示的狀態(tài)方程和輸出方程（2）式中：；；；；汽車懸架可認(rèn)為是一種連續(xù)線性的隨機(jī)最優(yōu)控制系統(tǒng)，由最優(yōu)線性濾波器串接確定性調(diào)節(jié)器的最優(yōu)反饋增益系數(shù)矩陣組成。這兩部分參數(shù)可分別加以確定。對(duì)于控制要求的性能指標(biāo)是二次函數(shù)積分型的調(diào)節(jié)器問(wèn)題，外界
3、干擾是高斯白噪聲，綜合性能指標(biāo)為：(3)此處認(rèn)為汽車主動(dòng)懸架的最優(yōu)控制器為一個(gè)終端時(shí)間無(wú)限的線性調(diào)節(jié)器，問(wèn)題仍是尋找最優(yōu)控制，使目標(biāo)函數(shù)J取極小。線性調(diào)節(jié)器的主要問(wèn)題之一是如何選擇Q、R陣以獲得比較滿意的控制過(guò)程動(dòng)態(tài)響應(yīng)，計(jì)算機(jī)仿真可以解決這個(gè)問(wèn)題。在懸架設(shè)計(jì)中，為提高汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性，應(yīng)使簧載質(zhì)量垂直加速度、懸架動(dòng)擾度及輪胎動(dòng)變形較小。此外，從實(shí)現(xiàn)控制的角度來(lái)看，應(yīng)使所需的控制能量較小。因此式(3)可寫(xiě)為(4)或?qū)憺?5)其中這里，q1——輪胎動(dòng)變形加權(quán)系數(shù)q2——懸架動(dòng)擾度加權(quán)系數(shù)式(3.9)中第一、二項(xiàng)為誤差指標(biāo)，表示在～∞整個(gè)時(shí)間系統(tǒng)實(shí)際狀態(tài)
4、與平衡之間的誤差總和。這一積分越小，說(shuō)明控制誤差越小，性能越好。積分式中第三項(xiàng)為能量指標(biāo)，表示在～∞整個(gè)時(shí)間支付能量的總和。系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移是考控制u(t)來(lái)進(jìn)行的，為要使系統(tǒng)誤差很小，則需要支付很大的能量代價(jià)。最優(yōu)反饋增益系數(shù)矩陣式可寫(xiě)成(6)式中，增益值k1~k4有明確的物理意義。k1可等效于一放置于簧載和非簧載質(zhì)量間的彈簧，改變k1則影響簧載質(zhì)量的固有頻率；k2作用于簧載質(zhì)量的絕對(duì)速度上，影響其懸掛阻尼；k3大小涉及輪胎變形，對(duì)車輪的垂直彈跳頻率產(chǎn)生影響；k4作用于非簧載質(zhì)量的速度上，影響其非懸掛阻尼。二、主動(dòng)懸架系統(tǒng)的能控性，能觀測(cè)性能控性和能觀測(cè)性是系統(tǒng)的
5、一種特性，是現(xiàn)代控制理論中的兩個(gè)基本概念。狀態(tài)完全能控的充分必要條件是能控矩陣滿秩；狀態(tài)完全能觀測(cè)的充分必要條件是能觀測(cè)矩陣滿秩。主動(dòng)懸架系統(tǒng)參數(shù)的選取如下，即m1=36kg；m2=240kg；kt=160000N/m；將參數(shù)值帶入矩陣，利用Matlab中的函數(shù)Co＝ctrb(A,B)求懸架系統(tǒng)的能控矩陣Co，利用函數(shù)rA=rank(Co)得矩陣的秩為rA=4,滿秩，故系統(tǒng)是能控的。利用Matlab中的函數(shù)Ob＝obsv(A,C)求懸架系統(tǒng)的能觀測(cè)矩陣Ob，利用函數(shù)rB＝rank(Ob)得矩陣的秩為rB=4,滿秩，故系統(tǒng)是能觀測(cè)的。三、主動(dòng)懸架的頻域仿真為了求得
6、主動(dòng)懸架系統(tǒng)的最優(yōu)控制u(t),必須先求得反饋增益矩陣K，而K矩陣的求解決定于黎卡提代數(shù)方程的解—P矩陣，這可以用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)求解。程序用Matlab語(yǔ)言編寫(xiě)，給定一組矩陣A、B、Q、R的有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，便可以最終得到相應(yīng)的矩陣P、K的數(shù)值。下面取三組不同權(quán)系數(shù)q1，q2進(jìn)行計(jì)算分析；1)取q1=3.35E5,q2=40.5E5時(shí)，由程序得k1=2012.5,k2=977.1,k3=－1874.8,k4=－31.3，并求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及幅頻特性，繪制系統(tǒng)的幅頻特性圖%主動(dòng)懸架q1=3.35e5;q2=40.5e5時(shí)的仿真程序：m1=36;m2=240;kt
7、=160000;q1=3.35e5;q2=40.5e5;A=[010-1;0000;000-1;00kt/m10];B=[0;1/m2;0;-1/m1];D=[0;0;1;0];C=[0000;1000;0010];E=[1/m2;0;0];H=[0;0;0];Q=[q2000;0000;00q10;0000];R=[1];[K,P,F]=lqr(A,B,Q,R)M=A-B*K;N=C-E*K;G=ss(M,D,N,H);G1=tf(G)i=1;fors=0:0.1:80s=s*2*pi*j;G11=(7.811*s^3+580.4*s^2+3.727e004*
8、s+1.422e-)/(
