收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于LMI优化的主动悬架多目标控制研究

孙鹏远  
【摘要】:先进汽车悬架的性能要求是:尽量使乘客或货物不受由路面不平度引起的震 动的影响;抑制轮胎的振动以维持轮胎与路面间牢固、不间断的接触;保持悬架 动行程在允许范围内以避免撞击限位块;同时,执行机构存在输出饱和,控制力 不能超出阀值。然而上述诸性能要求之间是相互矛盾和制约的,例如降低车身加 速度以提高乘坐舒适性意味着悬架动行程的增加;悬架一旦撞击限位块又会使得 乘坐舒适性下降。因此,协调各冲突因素使车辆系统的总体性能达到最佳值一直 是悬架系统设计的目标,也是其难点所在。 控制界为解决这一问题已经基于不同的理论提出了大量方法,例如LQG控 制,自适应控制,H∞ 控制和非线性控制等等。然而这些方法基本都是将全部性 能要求加权后,合并为一个目标函数。对具体的实际问题,适当的权重选择并不 容易。就我们研究的主动悬架半车系统而言,其被控输出包括两个性能输出(车 身垂直加速度和车身俯仰角加速度),以及六个约束输出(前、后悬架的动行 程,前后轮胎的动载荷和作动力)。如果将它们置于一个目标函数,设计者将不 得不对八个权重系数加以选择和权衡,由于缺乏指导性的准则,其难度和工作强 度不言而喻。 实际上,经过仔细研究可以发现:车辆悬架系统的八个被控输出只有前两个 要求“最小”,其余六个都是时域上的硬约束,只要满足在给定的范围内变化即 可。基于这样的观察,考虑到车辆系统同时又是典型的不确定系统,我们以一种 全新的观点,提出了将被控输出分为性能输出和约束输出两部分分别处理再整合 的控制策略。于是汽车主动悬架控制就归结为一个约束鲁棒干扰抑制问题。相比 之下,这样的问题描述更直观,更自然。 论文中先后提出了两种以LMI形式给出的硬约束控制方法――不变域约束法 和广义H2 约束法。在多目标LMI优化的框架下,我们推导了分别以此二种方法 作约束,并分别以H∞ 性能和H2 性能为优化指标的混合控制算法。全部混合控 制算法都可以将控制器的设计转化为求解以一组LMI作约束的半定规划问题。而 且设计者仅需考虑很少的一、两个加权系数,就可以完成对主动悬架整体性能的 I WP=124 摘要 调节。因此可以说,这在方法和实现途径上是一个巨大改进。 我们对所有提出的混合控制算法均作了严格的推导和证明。进而,为了验证 方法的有效性,同时为了寻找更适合上述方法的主动悬架控制指标,我们以统一 的车辆模型为被控对象,对不同的约束指标和优化指标进行了状态反馈实例设 计,并从频域特性、时域特性、脉冲响应,鲁棒性和设计保守性等各方面全面给 出了仿真和分析结果。下面具体给出研究的一些主要成果。 由于车辆系统是典型的不确定系统,为了增强其鲁棒性,我们很自然的想到 以H∞ 性能作为优化输出。利用系统的耗散不等式,可以将状态空间的可达集限 定在由被优化通道上的H∞ 范数给出的椭圆域中,从而达到对输出约束和控制约 束的抑制,这就是所谓的H∞ 不变域约束法,或称约束H∞ 控制方法。通过对设 计实例的仿真和分析,方法的合理性和有效性得到了充分的验证。 考虑到广义H2 范数定义为从有界能量输入到输出的时域峰值的一种度量, 因此我们可以考虑利用广义H2 范数在时域内捕捉系统的硬约束,对输出的峰值 直接限幅。于是又提出了H∞ /广义H2 混合控制方法,目的之一是在两种约束方 法之间进行比较,找出二者中既能充分抑制扰动,满足约束条件,又不过分保 守,以致破坏性能输出优化的约束方法。分析结果表明:只要设计的调节参数选 择合适,二者的控制效果非常接近。这样的结论使得我们在对主动悬架约束控制 策略选择选择时更加自由。事实上,在后面的研究中我们发现,不变域约束难以 用现有的手段推导出其输出反馈综合的形式,而H2 约束则不存在这样的问题。 H∞ 性能对于不确定性为结构不确定的被控对象,其设计显得过于保守,这 一点在一些文献中指出过,对前述两种混合控制主动悬架的仿真也清楚地说明了 这一点。于是我们又将视线转向H2 性能。对H2 性能的物理意义有两种解释:系 统脉冲响应下全部输出能量的平方根;或者白噪声输入下系统渐近输出的方差。 在随机路面干扰下,当频率指数c = 2时,车辆系统的路面垂直速度信号相当于 白噪声。这样,无论考虑何种类型的路面干扰,也即无论是白噪声输入,还是 脉冲输入,H2 范数对于刻画车辆系统的输出性能显然是一个合适的指标。因此 我们又提出了H2 /广义H2 混合控制策略:选择路面速度干扰到车身加速度的H2 范数来优化乘坐舒适性,系统的约束输出仍采用广义H2 范数控制。通过对H∞ /广义H2 主动悬架和H2 /广义H2 主动悬架设计实例的比较,我们得出:H2 /广 义H2 控制方法对乘坐舒适性有更明显的改善效果,设计的保守性也更小。 H2 控制在设计时是不能确保系统鲁棒性的,只能通过对闭环系统的鲁棒性 分析来验证。注意到不确定车辆系统可以用仿射参数依赖模型描述,我们提出一 种基于凸模型的确保闭环系统鲁棒稳定性和鲁棒性能的约束控制方法。仿真与分 析表明,鲁棒H2 /广义H2 控制方法对于所讨论的主动悬架车


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;下期要目[J];控制理论与应用;2011年09期
2 胡旭峰;卢焕章;唐永鹤;;深空背景下基于Delaunay三角剖分的多成像器目标对应算法[J];光电工程;2011年08期
3 殷卓然;曾贤贵;胡锦;胡啸东;;基于Delphi的室内多目标超声波定位系统设计[J];电子产品世界;2011年09期
4 初红艳;费仁元;李风光;邓颖辉;;批量生产作业车间的双资源多目标调度问题研究[J];制造技术与机床;2011年09期
5 刘云鹤;霍炬;杨明;;二维交叉运动模拟系统误差分析方法[J];系统仿真学报;2011年08期
6 王辉;;网控方式下舰载武器的多目标测控管理[J];现代电子技术;2011年11期
7 林积微;周新丰;李辉;;基于负熵的多目标射频信号分离研究[J];无线电通信技术;2011年04期
8 陈锋莉;马海英;吴达;;多站多目标交叉定位技术[J];火力与指挥控制;2011年09期
9 郭云飞;赵宏;薛安克;;海面声探测多目标数据预处理算法[J];杭州电子科技大学学报;2011年04期
10 王志诚;高烽;;Ku波段与Ka波段主动雷达导引头之比较[J];制导与引信;2011年02期
11 葛琦;韦志辉;张建伟;冯灿;詹天明;;结合改进FCM算法的多相位CV模型[J];中国图象图形学报;2011年04期
12 曾益君;;一种多平台雷达模拟系统设计与实现[J];科技信息;2011年17期
13 周杰;刘元安;吴帆;张洪光;俎云霄;;基于混沌并行遗传算法的多目标无线传感器网络跨层资源分配[J];物理学报;2011年09期
14 唐伦;龙叶华;陈前斌;曾孝平;;协作中继系统多目标联合的跨层资源分配[J];应用科学学报;2011年04期
15 吉琳娜;周新宇;李香亭;;一种多传感器数据融合模型的研究[J];电脑开发与应用;2011年08期
16 龚承柱;诸克军;郭海湘;;基于蚁群算法的多目标网络铺设策略研究[J];计算机工程;2011年15期
17 刘秀祥;雷振亚;谢拥军;王俊鹏;;空中隐身目标威胁等级的仿真研究[J];计算机仿真;2011年07期
18 王洋;敬忠良;胡士强;吴静静;;基于整合概率数据关联的最优传感器序列研究[J];控制与决策;2011年08期
19 宋磊;黄长强;吴文超;李望西;轩永波;;多UCAV协同目标攻击决策[J];系统工程与电子技术;2011年07期
20 李春泉;尚玉玲;胡春杨;朱攀峰;;基于K-最短路算法的云制造多粒度访问控制技术[J];计算机应用;2011年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 毕君;马增旺;高红真;刘巧哲;;论多目标经营与森林可持续发展[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
2 韩英仕;郭鹏飞;;混合离散变量多目标结构模糊优化及FD解法[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第一卷)[C];1997年
3 张麟瑞;;基于边缘统计的简单背景多目标识别跟踪[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(D 光电信息处理技术专题)[C];2006年
4 徐新黎;戴欣华;郝平;王万良;;混合生产过程的多目标计划优化模型及粒子群求解算法[A];2009中国控制与决策会议论文集(2)[C];2009年
5 夏洪胜;贺建勋;;一种全局搜索决策方法[A];1993中国控制与决策学术年会论文集[C];1993年
6 秦学志;迟国泰;;多准则多目标信贷策略的动态规划方法[A];面向复杂系统的管理理论与信息系统技术学术会议专辑[C];2000年
7 张翔;;一种无歧义性的多目标优化数值解法[A];中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
8 张翔;;一种无歧义性的多目标优化数值解法[A];农业机械化与全面建设小康社会——中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
9 秦长涛;吴爱国;段广仁;;混和H_2/H_∞状态反馈控制[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年
10 付乐;李署坚;;多目标定位导航系统中抗远近效应的研究[A];全国第十届信号与信息处理、第四届DSP应用技术联合学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙鹏远;基于LMI优化的主动悬架多目标控制研究[D];吉林大学;2004年
2 刘树博;基于新型优化算法的主动悬架鲁棒输出反馈控制研究[D];吉林大学;2010年
3 于显利;车辆主动悬架集成控制策略研究[D];吉林大学;2010年
4 张勇超;车辆电磁主动悬架鲁棒控制研究[D];上海交通大学;2012年
5 邱威;考虑间歇性能源接入和运行安全的多目标有功优化调度[D];华北电力大学;2012年
6 潘全科;智能制造系统多目标车间调度研究[D];南京航空航天大学;2003年
7 孙建民;车辆主动悬架系统控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
8 张鹏翔;多目标进化算法及其在电力系统中的应用研究[D];华中科技大学;2004年
9 郑侃;隐身微小卫星结构设计关键技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
10 秦炜华;基于多体模型的汽车底盘集成控制[D];合肥工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 钱淑香;地下结构多目标优化设计及CAD技术研究[D];合肥工业大学;2002年
2 李玮;洪水资源化利用模式及风险分析[D];武汉大学;2004年
3 简朴;一种多目标综合评价模型及其应用[D];暨南大学;2004年
4 张永栋;基于多目标遗传算法的涡旋型线形状优化设计研究[D];重庆大学;2004年
5 郑月锋;遗传算法在求解时间表问题中的应用研究[D];浙江工业大学;2005年
6 林志明;基于流媒体的多目标缓存策略的研究与应用[D];福州大学;2006年
7 熊婷;土地利用结构优化建模与实证研究[D];南京农业大学;2008年
8 王棵;荣县水资源优化配置研究[D];西南交通大学;2008年
9 仲元昌;多目标大气监测及采样远程无线测控系统[D];重庆大学;2004年
10 王淑萍;扩频技术在靶场多目标遥测中的应用[D];吉林大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 孙宇浩;多目标区域地球化学调查瞄准五大方向[N];中国矿业报;2006年
2 本报特约记者 刘崇贵 秦锦丽;东方不亮西方亮[N];地质勘查导报;2005年
3 黄容;西安市多目标区域调查通过野外验收[N];中国矿业报;2007年
4 记者 税玉海;中宁枸杞卖点为啥这么好[N];地质勘查导报;2007年
5 张旭东韩洁;不能让百姓的钱“毛了”[N];中国证券报;2007年
6 朱啸波;一方水土该种啥 地化调查来回答[N];中国财经报;2007年
7 证券时报记者 贾壮;货币政策仍要坚持多目标[N];证券时报;2007年
8 苗燕;货币政策要坚持多目标 强调促进经济发展[N];上海证券报;2007年
9 ;省联社多目标的管理行为[N];中华合作时报;2005年
10 张旭东 韩洁;周小川:别让百姓的钱“毛了”[N];商务时报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978