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原文传递磁流变半主动悬架史密斯区间二型模糊时滞补偿控制方法

专利名称：	磁流变半主动悬架史密斯区间二型模糊时滞补偿控制方法
摘要：	一种磁流变半主动悬架史密斯区间二型模糊时滞补偿控制方法，包括磁流变半主动悬架控制器，磁流变半主动悬架控制器包括史密斯‑区间二型时滞补偿控制器、理想电流求取单元和电流控制器，车载传感器测量得到车身垂直加速度a1、悬架动挠度fd1、轮胎动载荷Fd1、相对速度vr，输入到史密斯‑区间二型时滞补偿控制器，并将相对速度vr输入理想电流求取单元；史密斯‑区间二型时滞补偿控制器计算得到补偿后的主动控制力F3(t)，分别输入到史密斯‑区间二型模糊控制单元和理想电流求取单元。本发明提供了一种磁流变半主动悬架史密斯区间二型模糊时滞补偿控制方法，将史密斯预估控制方法与区间二型模糊控制方法相结合，在一定程度上降低了纯滞后特性所造成的影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江理工大学
发明人：	王骏骋;周明垚;王法慧;李浩然
专利状态：	有效
申请日期：	2023-09-19T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202311205954.1
公开号：	CN117067839A
代理机构：	杭州运酬专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	李百玲
分类号：	B60G17/015;B60G17/018;B60G17/019;B60G17/08;B;B60;B60G;B60G17;B60G17/015;B60G17/018;B60G17/019;B60G17/08
申请人地址：	310012 浙江省杭州市经济技术开发区白杨街道2号大街928号
主权项：	1.一种磁流变半主动悬架史密斯区间二型模糊时滞补偿控制方法，其特征在于：包括磁流变半主动悬架控制器，所述磁流变半主动悬架控制器包括史密斯-区间二型时滞补偿控制器、理想电流求取单元和电流控制器，所述史密斯-区间二型时滞补偿控制器包括区间二型模糊控制单元、加法运算器和史密斯-区间二型模糊控制单元，所述史密斯-区间二型模糊控制单元包括时滞环节、减法运算器、分解器以及基于区间二型模糊控制的补偿量计算单元；所述控制方法包括以下步骤：步骤1、车载传感器采集车身垂直加速度a1、悬架动挠度fd1、轮胎动载荷Fd1以及相对速度vr四个车辆状态数据，并且将该数据输入到磁流变半主动悬架控制器；步骤2、史密斯-区间二型时滞补偿控制器计算补偿后的主动控制力：步骤2.1、由区间二型模糊控制单元接收车载传感器采集的车身垂直加速度a1、悬架动挠度fd1和轮胎动载荷Fd1，经过计算得到未补偿的主动控制力F1(t)，该未补偿的主动控制力F1(t)是在理想状态下计算的控制力，尚未考虑到系统的响应时滞；步骤2.2、史密斯-区间二型模糊控制单元接收上一个时刻计算的补偿后的主动控制力F3(t)，经过时滞环节，将补偿后的主动控制力F3(t)的作用时间延后τ，得到时延后的主动控制力F3(t-τ)，时延后的主动控制力与F3(t)经过减法运算器运算后可得到差量Fs，差量Fs接着经过分解器，将差量Fs分解为车身垂直加速度a2、悬架动挠度fd2、轮胎动载荷Fd2，并且将该三个数据输入到基于区间二型模糊控制的补偿量计算单元计算出补偿量F2(t)；步骤2.3、未补偿的主动控制力F1(t)和补偿量F2(t)经过加法运算器运算得到补偿后的主动控制力F3(t)；步骤3、理想电流求取单元接收由车载传感器输出的相对速度vr以及补偿后的主动控制力F3(t)计算出相应的理想电流值Ii；步骤4、电流控制器根据理想电流值Ii输出实际控制电流Ir到磁流变减振器，磁流变减振器通电后产生实际控制阻尼力Fr作用于整车。 2.如权利要求1所述的磁流变半主动悬架史密斯区间二型模糊时滞补偿控制方法，其特征在于：所述步骤2.2中还包括以下步骤：史密斯-区间二型模糊控制单元的设计步骤如下：基于史密斯预估控制原理对悬架系统时滞进行补偿，整个系统的传递函数Φ(s)表达式为：式中y(s)是系统输出，r(s)是参考输入，Gp(s)是系统被控对象，e-τs是系统被控对象滞后部分的传递函数，D(s)区间二型模糊控制单元传递函数，是史密斯-区间二型时滞补偿控制器的传递函数，Gp(s)(1-e-τs)是史密斯补偿环节； (1)计算差量Fs 由区间二型模糊控制单元计算得到未补偿的主动控制力F1(t)后，应根据未补偿的主动控制力F1(t)和时延后的主动控制力之F3(t-τ)间的差值作为计算主动控制力的补偿量F2(t)的输入变量，该输入变量记为差量Fs，差量Fs计算公式如下： Fs＝F3(t)-F3(t-τ) (8) 式中F3(t)是上一时刻计算的补偿后的主动控制力，F3(t-τ)是时延后的主动控制力； (2)分解器的设计过程如下：根据车辆磁流变半主动悬架系统的结构，四分之一车悬架动力学模型如下：式中m1和m2分别是车轮质量模块与簧载质量模块的质量；k1和k2分别是轮胎等效弹簧和悬架等效弹簧的刚度；z1和z2分别是车轮质量模块的垂直位移与簧载质量模块的垂直位移；FM′R是系统时滞为τ时，t时刻的磁流变减振器库伦阻尼力；q是路面不平度对悬架系统的位移输入，cs是粘滞阻尼系数；取系统状态向量为：悬架系统的状态方程为: 式中 U＝[FM′R],W＝[q] (13) 通过上述状态方程可求解出系统状态中的主要的状态向量，这些状态指标可计算汽车的主要评价指标，即车身垂直加速度a2、悬架动挠度fd2、轮胎动载荷Fd2，计算表达式如下：式中z1-q，z2-z1，均为系统状态向量；而分解器是将差量Fs作为系统状态方程的输入，即U＝[Fs]，同时在计算过程中没有扰动项，即W＝0；将计算后的结果带入上述计算汽车的主要评价指标的表达式可完成对差量Fs的分解，得到车身垂直加速度a2、悬架动挠度fd2、轮胎动载荷Fd2； (3)基于区间二型模糊控制的补偿量计算单元的设计步骤如下： (3.1)确定基于区间二型模糊控制的补偿量计算单元的输入、输出变量及和隶属度函数选用Mamdani型区间二型模糊控制器；以车身垂直加速度a2、悬架动挠度fd2、轮胎动载荷Fd2作为输入变量，以补偿量F2(t)作为输出变量；车身垂直加速度a2的论域范围均为(-6,6)，悬架动挠度fd2的论域范围均为(-0.02，0.02)，轮胎动载荷Fd2的论域范围均为(-0.05，0.05)，补偿量F2(t)论域范围均为(-2000，2000)；车身垂直加速度a2、悬架动挠度fd2、轮胎动载荷Fd2和补偿量F2(t)的模糊集合分别为其中NB代表负大，ZE代表零，PB代表正大，MF1、MF2至MF27代表模糊集合的模糊子集依次顺序排列；区间二型模糊集合变量各个模糊子集的隶属度函数均由上隶属度函数UMF和下隶属度函数LMF构成，均选择高斯型隶属度函数，表达式如下：式中，x表示输入变量，z表示磁流变减振器补偿量F2(t)映射在模糊论域中的主变量，表示次变量的上界，u表示次变量的下界，c为高斯型隶属度函数的均值，/>为高斯型隶属度函数的标准差上界，σ为高斯型隶属度函数的标准差下界； (3.2)确定区间二型模糊控制单元的模糊控制规则和激活度设定区间二型模糊逻辑磁流变悬架控制中共有规则数M＝27条，其中第i条规则为：如果车身垂直加速度a2是区间二型模糊集合悬架动挠度fd2是区间二型模糊集合/>并且轮胎动载荷Fd2是区间二型模糊集合/>则输出的补偿量F2(t)是区间二型模糊集合/> 输入变量经过隶属度函数层模糊化后得到变量的隶属度激励层中每个节点代表一条模糊规则，利用乘法t-norm规则计算每条规则激活度Fi(x4,x5,x6)：式中，fi为第i条规则的激活度下界，为第i条规则的激活度上界，×表示乘法t-范数；计算出激活度后融合规则后件模糊集合，得到区间二型模糊集合输出；xi为第i个输入变量，u(xi)是第i个输入变量隶属度区间下界，/>是第i个输入变量隶属度区间上界，i＝4，5，6； (3.3)模糊降型和解模糊化对模糊推理的区间二型模糊集合输出进行降型，降型方法采用EKM算法；式中，c和d分别为区间二型模糊集合输出论域的下界和上界，FL2为区间二型模糊集合降型输出左端点，FR2为区间二型模糊集合降型输出右端点，L2为EKM算法左转折点，R2为EKM算法右转折点；对模糊降型的得到的输出采用均值法进行解模糊化得到补偿量F2(t),解模糊化计算公式如下：式中，k为比例因子，FL2为区间二型模糊集合降型输出左端点，FR2为区间二型模糊集合降型输出右端点。 3.如权利要求2所述的磁流变半主动悬架史密斯区间二型模糊时滞补偿控制方法，其特征在于：所述补偿后的主动控制力F3(t)的公式如下： F3(t)＝F1(t)+F2(t) (21) 式中F1(t)是区间二型模糊控制单元未补偿的主动控制力，F2(t)是经过计算得出的主动控制力的补偿量。 4.如权利要求3所述的磁流变半主动悬架史密斯区间二型模糊时滞补偿控制方法，其特征在于：所述步骤3中还包括以下步骤：考虑到经过时滞补偿措施后，处理后的主动控制力FMR(t)：式中，F3(t)为补偿后的主动控制力，FMRmin和FMRmax是磁流变减振器所能产生的最小和最大控制阻尼力，Fsa(t)是约束阻尼力，vr是车载传感器输出的相对速度；其中约束阻尼力Fsa(t)在不同条件的情况的取值不同； (1)当vr·F3(t)＜0时： Fsa(t)＝F3(t) (23) (2)其他情况： Fsa(t)＝0 (24)。
所属类别：	发明专利