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基于磁流变阻尼器的车辆半主动悬架最优控制研究
| 论文题名： | 基于磁流变阻尼器的车辆半主动悬架最优控制研究 |
| 关键词： | 磁流变阻尼器;半主动悬架;LQR控制;GA-LQR控制 |
| 摘要： | 随着汽车行业的进步与发展，人们对汽车的操稳性以及舒适性要求逐年增高，汽车悬架作为车架与车轮之间的传力装置，对上述性能影响最大。磁流变阻尼器（MagnetorheolocialDamper,MRD）是一种新型的智能减振装置，它具有能量损耗低、动态响应快、输出阻尼力范围广、价格低以及制造工以艺简单等优点，目前已成为车辆减振领域的新方向。但鉴于MRD的高度非线性和滞回性，以及半主动控制策略发展的局限性，导致建立可靠有效地MRD数学模型，并且能有效应用于半主动控制中是一件极具挑战性的任务。基于此，本文以磁流变半主动悬架为研究对象，开展了以下几个方面的研究： （1）根据磁流变液（MagnetorheolocialFluid,MRF）的流变特性以及MRD的工作原理，并依据商用传统液压阻尼器的结构及尺寸，设计并加工制造了一款剪切阀式MRD。搭建了阻尼悬架振动试验平台，对该MRD的动力学特性进行了检测，得到了其在不同激励下的示功特性和速度特性曲线。 （2）基于该MRD的试验数据，采用通用性强且可以描述MRD滞回特性的Bouc-Wen模型建立MRD力学模型。为确定Bouc-Wen模型中的未知参数，利用遗传算法（GA）的全局寻优能力对其进行辨识运算，通过仿真表明辨识得到的Bouc-Wen模型与试验数据高度吻合。基于辨识得到的Bouc-Wen模型，以MRD某一时刻的活塞位移、速度以及输出阻尼力和上一时刻的活塞位移、速度与输出阻尼力作为输入，当前时刻MRD的通入电流作为输出建立了MRD的自适应模糊推理（ANFIS）逆模型，经仿真表明该ANFIS逆模型可以很好地跟踪试验电流。 （3）为便于后续对悬架系统的减振性能的研究，本文建立了随机路面与凸包路面输入模型来模拟汽车行驶过程中的实际路况，并通过Simulink仿真得到了不同路况的时域曲线。为突出磁流变半主动悬架的减振效果，本文以被动悬架在相同路面输入条件下的相应性能作为对比，并分析了悬架参数对减振效果的影响，证明了对悬架参数进行实时动态调节的必要性。 （4）对半主动悬架系统的能控性以及能观性进行了探究，结果表明其是能控且能观系统。利用线性二次型最优控制（LQR）可以根据控制目标以及加权系数寻找最优控制力的特点，将该控制算法应用到磁流变半主动悬架中展开了研究。并针对LQR控制中加权系数易受主观因素影响的问题，采用遗传算法对加权系数矩阵Q和R进行了优化设计，提出了基于遗传算法的LQR最优控制器（GA-LQR）。分别以随机路面和凸包路面作为输入，对被动悬架、基于LQR控制的磁流变半主动悬架和基于GA-LQR控制的磁流变半主动悬架进行了仿真分析。结果表明GA-LQR控制策略可以有效提高悬架系统的减振性能以及抗冲击性能。 |
| 作者： | 邵帅 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 胡国良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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