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汽车动力总成振动主动控制关键技术研究

孙国春  
【摘要】: 本文深入研究了动力总成主动隔振系统中涉及的作动器、主动悬置结构设计、控制系统建模和主动控制方法等关键技术。分别采用压电作动器和动线圈式电磁作动器设计了两种主动悬置结构,建立了它们的动力学模型,讨论了在不同控制方式下新型压电式主动悬置的隔振性能;设计了动力总成隔振试验台架,建立了系统十自由度动力学模型,并分析了在开环结构和采用线性二次型最优控制下系统的隔振性能。为降低实际车辆上控制系统的复杂性和减少控制成本,建立了动力总成隔振系统的五自由度简化模型;分别采用前馈控制和反馈控制两种方法对动力总成主动隔振系统进行了设计。由于与动力总成干扰信号相关性好的参考信号可以通过采集发动机转速来得到,前馈控制是一个较好的选择,采用滤波x-LMS自适应前馈控制方法收到了很好的控制效果。因为动力总成主动隔振可看作是干扰抑制问题,而H_∞最优控制的控制指标是使干扰对系统的输出影响最小,因而设计了基于H_∞控制器的输出反馈控制系统,控制器采用线性矩阵不等式的方法求解。为提高怠速工况和启动停车过程中的隔振效果,在性能加权函数的选取时,重点考虑了1~50Hz频率段的控制性能。仿真实验表明,基于H_∞控制器的输出反馈控制方法能较好地抑制动力总成干扰对车身的影响。为消除压电作动器的迟滞非线性特性,采取了基于逆补偿原理的自适应逆控制方法。在分析和比较各种迟滞模型的基础上,采用了Prandtl-Ishlinskii迟滞模型,推导出基于梯度法的在线参数估计自适应律。证明了采用Prandtl-Ishlinskii模型时,如果间隙模型算子采用对称结构,且各间隙模型的间隙和斜率都成比例时,迟滞非线性的补偿效果与斜率参数无关,斜率参数只会影响参考输入与实际输出之间的比例关系,因此在线估计参数可简化为一个。


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