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原文传递衬套弹簧式二级减振主动悬架及其非线性参数虚拟优化LQG控制研究

论文题名：	衬套弹簧式二级减振主动悬架及其非线性参数虚拟优化LQG控制研究
关键词：	汽车二级减振式主动悬架;非线性参数;线性二次型调节控制器;位移特性;动力学模型
摘要：	二级减振式(Dual Vibration Reduction Structured，简称DVRS)主动悬架可以克服旋转电机执行器等效惯性质量对采用该结构的主动悬架垂向振动性能的负面影响，是当前悬架系统研究的前沿方向之一。准确的DVRS主动悬架动力学建模以及如何处理非线性因素干扰是当前研究的核心课题，其影响到对悬架系统的精确控制。为此，本文基于衬套弹簧力学特性试验数据，提出了一种新型的衬套弹簧力学模型，并针对控制系统中的非线性因素，设计了一种非线性参数虚拟优化的LQG控制器。本文所做的主要工作如下：　　首先，利用INSTRON单通道伺服液压振动台架进行衬套弹簧的力学特性试验，基于实测的位移特性曲线，提出一种“反S型”刚度、“准饱和”阻尼的衬套弹簧的力学模型，利用MATLAB/lsqcurvefit工具对衬套弹簧力学模型的参数进行参数拟合辨识、误差分析；为了方便研究，以1/4车为应用场景，建立衬套弹簧式DVRS主动悬架动力学模型，为控制系统的设计奠定了基础。　　其次，考虑到衬套弹簧的力学模型中缺少线性阻尼项，使用虚拟线性阻尼代替衬套弹簧模型中的非线性阻尼项，并对虚拟线性阻尼进行参数优化；针对控制系统中的非线性因素，利用前馈反馈线性化对控制系统进行线性化处理，并为线性化后的控制系统设计非线性参数虚拟优化的LQG控制器。　　再次，为了验证本文所提出的衬套弹簧式DVRS主动悬架结构以及控制方案的优越性，在MATLAB/Simulink中搭建被动悬架、传统理想主动悬架、线性DVRS主动悬架和衬套弹簧式DVRS主动悬架四种悬架模型，在随机路面、高速行驶工况、低速行驶工况以及凸块路面的名义工况下进行数值仿真。　　最后，为了检验比单台计算机仿真更接近实际工况的工作效果，在设计卡尔曼滤波器及对系统进行离散化的基础上，进行了半实物的控制器在环试验以及执行器在环试验，验证本文提出的衬套弹簧式DVRS主动悬架在实际应用中的有效性。　　研究结果表明：新提出的“反S型”刚度、“准饱和”阻尼的衬套弹簧力学模型在不同振幅、振动频率下的平均百分比误差的平均值为3.77%，具有参数一致性好，拟合精度高的优点；在随机路面、高速行驶工况以及低速行驶工况下，与被动悬架相比，衬套弹簧式DVRS主动悬架不但能够在多种工况下衰减低频振动，而且能够有效的降低车辆的车身加速度；在凸块路面下，与被动悬架相比，衬套弹簧式DVRS主动悬架的车身加速度、轮胎动变形以及悬架动挠度的峰值分别减少69.30%、69.30%和14.91%；并且半实物的控制器在环试验和执行器在环试验能够准确的再现MATLAB/Simulink中的仿真场景，进一步证明了本文提出的衬套弹簧式DVRS主动悬架在实际应用中的有效性。
作者：	薛梦笛
专业：	交通运输工程
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：	2022