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基于ADAMS与MATLAB的汽车半主动悬架系统的建模及仿真

王瑞  
【摘要】:悬架系统是汽车的重要组成部分,是车架与车桥之间传力装置的总称,用于减缓外界扰动对车辆的冲击,它综合了多种作用力,决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性。利用传统的控制理论和方法很难充分发挥半主动悬架系统的性能,模糊PID控制是一种兼具PID控制与模糊控制两者优点的新控制器,既有PID控制精度高、易调节的优点,又有模糊控制灵活性好、适应性强的优点,适用于汽车半主动悬架系统的控制;但作为模糊PID控制核心的模糊控制规则的确定,却大多依赖于专家经验,是一个复杂的寻优过程;而遗传算法具有较强的全局寻优能力,非常适用于解决模糊控制规则的寻优问题。 本文以1/4汽车半主动悬架系统为研究对象,以提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性为目的,提出了基于遗传算法优化的模糊PID控制的半主动悬架系统模型。首先,在ADAMS/View中建立了1/4汽车半主动悬架系统的机械动力学模型,利用ADAMS/Control模块实现ADAMS软件与MATLAB之间的通信;然后,通过MATLAB/Simulink实现模糊PID控制器的设计,将车身垂直方向的速度e以及车身垂直加速度ec作为模糊控制器的输入变量,半主动悬架系统的可调阻尼力f作为模糊PID控制器的输出,并使用遗传算法对模糊控制规则进行优化;最后,对建立的1/4汽车半主动悬架系统模型和控制算法进行了以下仿真分析:1)对建立的系统模型分别进行了振幅为A=0.02m和A=0.07m,频率在0.1Hz到30Hz范围内正弦扫频仿真,并将经遗传算法优化后的模糊PID控制器的仿真结果与被动悬架的仿真结果进行比较分析,验证了所建立的系统模型和控制器的正确性;2)分别以车辆以50km/h的速度在B级路面上行驶时的路面输入和车辆经过减速带时的路面输入,对被动悬架、PID控制以及基于遗传算法优化前与优化后的模糊PID控制的半主动悬架进行仿真分析,验证了经遗传算法优化后的模糊PID控制器在连续振动和瞬时冲击这两种路面不平时具有更好的平顺性和操纵稳定性;3)通过对同一路面等级不同车速和不同路面等级相同车速的系统仿真,进一步验证了所设计的遗传算法优化后的模糊PID控制器的有效性和优越性。 综上所述,基于遗传算法优化后的模糊PID控制器使汽车半主动悬架系统的行驶平顺性和操纵稳定性得到了显著的改善。


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