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轨道车辆半主动悬挂系统鲁棒非脆弱H∞控制研究与仿真
| 论文题名： | 轨道车辆半主动悬挂系统鲁棒非脆弱H∞控制研究与仿真 |
| 关键词： | 轨道车辆;半主动悬挂;线性矩阵不等式;仿真分析;鲁棒控制 |
| 摘要： | 轨道车辆在运行中受到轨道不平顺等外界因素的影响，导致运行品质的下降。常见的半主动悬挂控制算法大都基于较为精确的数学模型，而轨道车辆是一个复杂的非线性系统，且具有不确定性因素，这些约束限制了控制策略的抑振效果。常规鲁棒H控制能够充分考虑控制对象的不确定性因素，但未能分析控制器增益摄动，从而影响系统稳定性。 本文充分考虑控制器增益摄动，合理简化轨道车辆动力学模型，针对摇头运动及滚摆运动，分别设计了一种鲁棒非脆弱H?控制器，并借助线性矩阵不等式进行求解，最后通过ADAMS-MATLAB联合仿真验证控制器抑振效果等综合性能，具体研究内容如下： 首先，对轨道谱不平顺的类别及危害进行介绍，并详细分析国内外典型的轨道谱，在此基础上采用离散傅里叶变换法获取德国低干扰轨道谱时域样本数据，并研究其概率分布特性。分析结果表明，德国低干扰谱的三种不平顺并不是严格的符合正态分布。 其次，以车辆动力学建模准则为依据，选用ADAMS/Rail软件完成轨道车辆动力学模型的搭建，并以此为做为控制对象。在此基础上，根据控制器设计需要，对车辆动力学模型进行合理简化，从而建立半主动悬挂控制模型，并结合车辆摇头与滚摆运动的弱耦合性，分别设计摇头运动与滚摆运动的鲁棒非脆弱H?控制器。针对半主动悬挂的设计要求，用H∞范数反映乘坐舒适性，并通过线性矩阵不等式(LMI)理论获得控制器存在的充分条件，将具有加性控制器增益摄动的鲁棒非脆弱H控制器的设计问题，转换成具有线性不等式约束和线性目标函数的凸优化问题进行求解。 最后，对鲁棒非脆弱H控制器的减振效果进行评价，进而结合小波包分析理论对加速度信号进行分解与重构，并分析控制器的脆弱性。最后利用数理统计分析理论，研究鲁棒非脆弱H控制器对振动加速度概率分布特性的影响。仿真结果表明：设计的鲁棒非脆弱H控制器具有较好的非脆弱性，能有效抑制车辆横向振动，且这种改变间接反映于小波包3层分解后，第3分解层第1频带的能量降低水平，但乘坐舒适度的提高并不会改变横向振动加速度的概率分布特性，只是分布的集中程度都有所提高。 |
| 作者： | 周镇源 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 孟建军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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