详情

原文传递时滞系统的稳定性分析及其在ISD半主动悬架控制策略中的应用

论文题名：	时滞系统的稳定性分析及其在ISD半主动悬架控制策略中的应用
关键词：	ISD半主动悬架;时滞系统稳定性;模糊PID阻尼切换控制;车辆行驶;平顺性
摘要：	时滞系统的稳定性问题是控制领域的基础理论问题，是国际上明确承认的开放性问题。时滞现象普遍存在于各种工程系统中，是引起系统不稳定的主要原因之一，因此探究系统的全时滞稳定条件与时滞依赖稳定条件对控制策略的设计起到理论指导作用。车辆传统半主动悬架性能受时滞影响明显，存在“轮跳”可能。“惯容器-弹簧-阻尼器”构成的ISD半主动悬架因惯性元件的引入表现出更好的低频振动抑制效果，但由于涉及控制，时滞失稳风险不容忽视。因此，如何应用频域分析方法精确地研究此类新型悬架的时滞振动机理并针对性地设计控制策略具有显著的工程价值与实际意义。　　首先，依据半主动控制机理分析时滞存在原因，建立传统半主动悬架与ISD半主动悬架的含时滞动力学模型。在Routh判据下得到系统无时滞稳定条件并基于模型特性采用稳定性切换理论结合多项式判别理论对两类滞后型悬架系统展开时滞稳定条件的推导。在不同响应时滞下选择正弦、随机两种不同路面进行稳定性验证与性能分析，揭示惯质系数、可控阻尼以及最小临界时滞之间的动态对应关系，探究了时滞对于不同稳定状态下两类悬架性能指标的影响。合理的利用时滞可提升全时滞稳定状态下的车辆行驶平顺性，针对时滞依赖不稳定情况提出实时切换阻尼的控制理念。　　其次，利用粒子群算法（PSO）结合悬架的三个性能指标均方根值对PID控制的三个参数进行迭代寻优，在考虑响应时滞存在的情况下基于PID控制参数对系统输出的影响特性设计模糊控制规则实现对初始参数值的智能调控。依据可控阻尼与最小临界时滞的响应规律以及全时滞稳定可控阻尼调节范围设计阻尼切换控制策略实现对模糊PID控制输出力的有效修正。在随机路面输入下，所搭建的基于PSO优化的模糊PID阻尼切换控制器相较于被动控制可以明显提升车辆行驶平顺性、改善低频共振现象，实现了小时滞情形下悬架综合性能的提升。　　最后，在考虑阻尼粘弹性的情形下引入分数阶微分对可调阻尼式ISD半主动悬架进行含时滞精确建模。依据变量代换推导出无时滞分数阶系统的稳定性判据并结合高哲法探究分数阶ISD半主动悬架系统的时滞稳定条件。选择正弦路面输入进行稳定性验证并与整数阶系统比较，揭示非线性因素对全时滞稳定可控阻尼调节范围以及最小临界时滞的影响规律，为后续研究提供理论支撑。　　综上所述，本文应用频域分析方法分别对整数阶ISD半主动悬架系统与分数阶ISD半主动悬架系统的时滞稳定性研究合理有效。设计了基于PSO优化的模糊PID阻尼切换控制策略以解决时滞引发的失稳问题并实现了低频振动的有效抑制。在无时滞与小时滞下能够大幅提升车辆的隔振性能，具有良好的实际应用价值。
作者：	徐旭
专业：	数学
导师：	陈文霞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021