汽车容积可调空气悬架系统鲁棒控制方法研究

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悬架系统是影响车辆的舒适性和安全性的关键部件。相较于传统悬架,空气悬架能更好地实现减振效果,考虑到空气弹簧复杂的结构和对控制系统越来越高的要求,具有良好性能、低能耗、低成本的半主动空气悬架已成为学术界和工业界的关注对象。本文以容积可调空气悬架为研究对象,研究了其振动特性及其控制问题:分析了容积可调空气弹簧的刚度随容积的关系;研究了模型参数摄动及外部扰动的影响;选取了符合条件的权函数;进行了μ分析和μ综合,解得μ综合鲁棒控制器兼顾稳定性和鲁棒性能。研究的主要内容如下:  首先,提出了一种容积可调空气悬架,详细阐述了其原理模型、设计流程和工作方式。通过测量数据分析,建立了二自由度1/4容积可调空气悬架车辆系统模型。  其次,研究了模型参数摄动、外界干扰和传感器噪声对空气悬架系统的影响,筛选出影响其主要不确定性。应用线性分式变换,构建了参数摄动和外界干扰的容积可调空气悬架不确定模型,并实现了不确定模块从已知结构信息模型中的分离,选取了能满足参数实际变动范围的权函数。  然后,建立了增广模型,应用Matlab软件μ工具箱,通过D-K迭代进行控制系统求解,实现μ综合鲁棒控制器的求解;随机路面建模,将求得的控制器用于主环控制,实现了Simulink环境中控制回路的搭建,通过μ综合控制器与被动悬架和H∞控制器的对比仿真,验证了μ综合控制器能够满足鲁棒稳定性的要求。  最后,结合控制工程开发流程,建立具有编写和修改程序功能的软硬件开发平台。考虑模拟信号和数字信号的传输过程,设计了接收模拟信号及模/数转换的模块,选取了满足运算性能要求的控制单元,开发了具备额定电压的后向通道;通过脱机操作,匹配了电子元器件,完成了硬件实验平台的组建。
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