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原文传递地面无人平台高机动性组合型悬架控制研究

论文题名：	地面无人平台高机动性组合型悬架控制研究
关键词：	地面无人平台;高机动性;悬架;线性二次型最优控制;模糊PID
摘要：	近些年无人平台开始大范围应用于国防及社会现代化建设，无人平台的工作场景也变得多元化，不仅在结构化道路上具有良好的行驶性能，而且也能在非结构化复杂地域发挥高机动性和高通过性。无人平台优异性能的实现离不开先进的悬架结构和有效的悬架控制算法。　　本文结合某无人平台研发项目，针对一种高机动性组合型悬架系统进行研究，这种悬架系统尚未有公开的模型和控制方法。本文从无人平台行驶在小高程差路面上的平顺性和行驶在大高程差路面上的机动性角度出发，建立高机动性组合型悬架模型，确定高机动性组合型悬架系统的控制方法，并进行仿真分析验证此控制方法的有效性。本文的主要研究内容如下：　　第一，无人平台高机动性组合型悬架系统动力学建模研究。建立了组合型悬架中的短行程和长行程悬架的动力学模型。研究并构建了油气弹簧的数学模型，得到了油气弹簧的刚度特性和阻尼特性曲线。同时确定从平顺性和机动性两个方面对组合型悬架系统进行性能评价并提出了评价指标，用于后续的仿真分析和控制算法的验证。　　第二，面向小高程差路面的无人平台平顺性控制研究。研究了线性二次型最优控制（LQR）算法和遗传算法，考虑到二次型性能泛函的加权系数选择问题，本文利用遗传算法对加权系数进行优化，从而降低加权系数取值的复杂度，并设计了基于遗传算法的LQR控制器。同时建立了C级路面随机输入模型，将四分之一车辆模型作为控制对象验证了此算法可以有效提升无人平台的行驶平顺性。　　第三，面向大高程差路面的无人平台姿态控制研究。无人平台在行驶过程中表征车身姿态的垂直方向位移、俯仰角和侧倾角是相互耦合的，所以首先针对无人平台姿态控制进行解耦。其次设计了上层姿态控制模糊PID控制器，与解耦模块共同作用求解得到四个长行程悬架的作动器期望作动力。下层根据作动器工作原理设计了滑模控制器保证期望作动力的有效跟踪。在保证车身姿态稳定的前提下提升无人平台在大高程差路面上行驶的平均车速进而提升行驶机动性。　　第四，对无人平台在小高程差路面行驶的平顺性和大高程差路面行驶的机动性进行仿真分析。首先建立整车动力学模型，选取C级路面作为典型的小高程差路面，选取D级以上路面作为典型的大高程差路面，分别建立四轮路面不平度输入、单侧凸起路面输入和交叉轴路面输入的仿真模型。仿真分析分为平顺性和机动性两个方面，分别面向的是小高程差路面和大高程差路面，进一步说明无论在小高程差路面上的行驶平顺性还是大高程差路面上的行驶机动性，控制算法均具有较好效果。　　本文将一种新型构型悬架作为研究对象，构建了其动力学模型，提出了评价该种悬架性能的评价指标，并选择了控制方法，通过仿真分析验证了控制方法的有效性，为地面无人平台的新型悬架应用及控制研究提供了一种新的思路。lt;/Ch_Abstractgt;lt;Ch_Keywordsgt;地面无人平台;高机动性;悬架;线性二次型最优控制;模糊PIDlt;/Ch_Keywordsgt;lt;covergt;1lt;/covergt;lt;Anthorize_covergt;1lt;/Anthorize_covergt;lt;Encryptgt;公开lt;/Encryptgt;lt;Authorizegt;亲笔签名lt;/Authorizegt;lt;Languagegt;中文lt;/Languagegt;lt;unvalidgt;可用lt;/unvalidgt;lt;Mes_codegt;lt;/Mes_codegt;lt;Operatorgt;孙亚茹lt;/Operatorgt;lt;OperatorIPgt;192.168.3.44lt;/OperatorIPgt;lt;ReceiveTimegt;2022-08-0209:47:02lt;/ReceiveTimegt;lt;Finishe
作者：	赵紫誉
专业：	车辆工程
导师：	王建华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022