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基于逆模型的磁流变半主动悬架控制器设计
| 论文题名： | 基于逆模型的磁流变半主动悬架控制器设计 |
| 关键词： | 汽车工程;半主动悬架;磁流变阻尼器;逆模型;控制器设计 |
| 摘要： | 由于半主动悬架的成本低、能耗低、结构简单，且在平顺性控制中具有较好的效果，使得半主动悬架在未来大众化汽车中有广泛的应用前景。磁流变液阻尼器作为半主动悬架的重要构成元件之一，由于其能耗低、响应速度快、控制带宽范围广等优点，使得其成为建筑、机械、汽车等领域减震研究的热点。本文针对磁流变阻尼器的复杂非线性特性，基于阻尼器逆模型，给出了一种采用阻尼力作为控制量的磁流变半主动悬架控制方法。 本文首先结合实验数据和相关文献研究了磁流变阻尼器的非线性动态特性，并对现有的磁流变阻尼器参数化数学模型进行了对比分析。分析结果表明在现有磁流变阻尼器模型中，单条多项式曲线能够较好的拟合阻尼器某一振动方向的特性，而双曲正切模型是一种能够根据静态参数进行拟合且能较好反映动态特性的模型，且这两种模型结构都较为简单。 根据磁流变阻尼器模型分析结果，建立了以阻尼力为控制量的1/4半主动悬架模型，确定本文采用基于逆模型的控制器结构。在此基础上分别设计了神经网络逆模型和多项式逆模型，并在不同电流变化频率和振动频率下对二者在拟合磁流变阻尼器逆特性方面进行了对比分析，结果表明基于双曲正切模型的神经网络逆模型由于受样本数量限制，且计算较为复杂，故本文选取多项式逆模型将期望阻尼力转化为控制电流。 通过分析“天棚”和ADD(Acceleration-Driven-Damper)两种典型的半主动悬架控制方法，并基于建立的多项式逆模型，对ADD算法进行了改进，得到了以期望阻尼力为控制量的改进 ADD算法。为了验证改进 ADD算法的减震性能，在Simulink下设计了1/4磁流变半主动悬架仿真环境，对改进ADD算法在频率上进行了仿真分析，结果表明改进后的ADD算法能够克服原算法在低频段减震效果不佳的缺点。为了进一步验证改进 ADD算法的减震性能，针对1/4半主动悬架设计了以阻尼力为控制量的最优控制器，并与改进的ADD算法进行对比分析，结果表明结合改进 ADD算法和多项式逆模型的半主动悬架控制方法能够达到近似最优的减震效果。 考虑到4个悬架之间的耦合以及路面的影响，为进一步分析本文给出的半主动悬架控制方法在整车中的减震性能，对高精度车辆动力学仿真软件veDYNA进行修改，建立了搭载磁流变半主动悬架系统的整车仿真系统，利用该系统对本文方法和ADD算法在三种不同典型路面下进行了对比仿真验证。结果表明，本文方法在减小车身振动方面要优于ADD算法。 |
| 作者： | 吴健 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 刘志远 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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