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考虑模型不确定性的汽车悬架系统反推控制器设计

陈嘉楠  
【摘要】:悬架系统通过将乘客与来自于道路的振动和冲击隔离的基本性能可以提供更舒适的乘坐舒适性。一般而言,车辆悬架系统可以被分为三类:被动、半主动和主动悬架。与被动悬架相比,半主动和主动悬架系统比其他悬挂系统更加灵活且有效,能提供更好的操纵稳定性和乘坐舒适性。因此,半主动、主动悬架系统得到国内外学者深入研究。然而,在一般文献中,都是假设车辆悬架系统具有可以精确获得的线性动力学。事实上,主动悬架是典型的遭受各种道路环境干扰的非线性不确定系统。悬挂弹簧和阻尼器具有非线性特性,车辆在不同行驶道路条件和工况下,悬架参数会在一定范围内变化,这些参数由于其不确定性会影响控制器精度并对悬架系统的稳定性及其控制产生影响。由于反推控制方法在处理控制对象不断变化或受外部环境干扰影响的级联非线性系统轨迹误差跟踪控制上具有较好的抗输入饱和、干扰抑制性能,而且控制精确、鲁棒性好,能够减小控制器设计复杂度以及具有较高的可靠度,故反推技术相较其他主动控制策略更适用于非线性不确定系统的控制器设计。本文主要研究工作有:(1)针对1/4汽车非线性主动悬架系统,提出一种基于模型参考方法的反推控制策略。首先引入高低通滤波器,以随着路面激励而变化的悬架动行程为依据,实时改变滤波器的通频带宽,设计一种理想但不易于工程实现的模型参考系统;接着,构造参考模型与被控悬架系统之间的车身位移、速度跟踪误差,最后设计相应的Lyapunov函数并采用反推控制理论方法设计一种误差跟踪反推控制器。(2)针对汽车磁流变半主动悬架系统非线性和模型不确定性所引起的控制稳定性及优化问题,考虑被控悬架综合控制目标的安全约束,建立1/2车辆悬架系统的非线性动力学模型。基于被控悬架系统与参考轨迹之间的跟踪误差,使用自适应反推控制方法和Lyapunov理论设计被控悬架系统的磁流变阻尼器库仑阻尼力控制输入函数,提出基于投影算子的自适应控制律,进而设计一种能够处理安全约束问题的自适应反推控制器。(3)基于考虑液压作动器非线性动力学的二自由度1/4车辆主动悬架系统,同时考虑模型中参数不确定性,设计了一种自适应反推控制器。当汽车行驶状态或环境发生改变时,该控制器能实现对系统不确定参数的自适应控制,具有一定的实用价值与意义。


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