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馈能型主动悬架作动器设计及其非线性控制方法研究
| 论文题名： | 馈能型主动悬架作动器设计及其非线性控制方法研究 |
| 关键词： | 汽车设计;馈能型主动悬架;非线性控制系统 |
| 摘要： | 馈能型主动悬架兼具改善车辆平顺性及回收悬架间振动能量功能，是当前汽车技术研究的前沿方向之一，受到了众多科研工作者关注。馈能型作动器是馈能型主动悬架的核心技术，其设计需要兼顾悬架综合性能及制造成本。为此，本文以永磁同步电机(PMSM)-滚珠丝杠式馈能型作动器为研究对象，提出了一种系统的馈能型作动器设计方法，并针对自制样机实测力学特性设计了非线性控制系统。本文所做的主要工作如下： 首先，针对特定车辆的具体名义工况，依次进行利用概率统计理论根据理想LQG控制主动悬架控制力的数值仿真统计结果确定PMSM-滚珠丝杠式馈能型作动器最大电动控制力的下限值，优选PMSM与滚珠丝杠备选型号，计算各PMSM-滚珠丝杠组合的最大电动控制力、等效惯性质量和使用寿命，并在满足最大电动控制力及使用寿命要求条件下利用求最大的最大电动控制力/等效惯性质量确定了最佳PMSM-滚珠丝杠组合。 其次，根据优选PMSM-滚珠丝杠组合结果自制了馈能型作动器样机，结合电磁动力学建模、电气参数校核、采用分级变压充电试验方法对作动器样机进行三角波及正弦波位移输入下的力学特性测试，利用参数拟合使建模仿真力学特性曲线逼近实测曲线，完成库仑摩擦力识别和等效惯性质量验证。 再次，对含有作动器库仑摩擦力及等效惯性质量的主动悬架力学模型进行了非线性项前馈反馈线性化及簧载质量/非簧载质量加速度项正则化，并针对仅使用Z∞方程约束作动器整体控制力导致悬架综合性能变差的问题，设计了增加一个整体控制力Z2方程约束的双约束H2/H∞控制器。 最后，利用数值仿真对被动悬架、无约束LQG控制主动悬架、常规H2/H∞控制主动悬架和双约束H2/H∞控制主动悬架进行悬架综合性能对比验证及馈能性能分析。结果表明：在设计名义工况（C级路面、车速72km/h）下，双约束H2/H∞控制主动悬架的簧载质量加速度均方根和悬架综合性能指标较被动悬架分别降低47.05%和51.67%，仅比理想主动悬架分别差1.86%和1.34%，且比常规H2/H∞控制主动悬架分别优19.28%和11.21%；库仑摩擦力和电机定子电阻分别消耗掉了作动器总吸收功率的18.99%和20.19%，相比之下，流向蓄电池的回收平均功率高达60.82%。 本文的研究成果可为PMSM-滚珠丝杠式馈能型主动悬架设计与制作提供理论和技术参考。 |
| 作者： | 管毓亮 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 陈士安 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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