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基于参数摄动的多轴应急救援车辆主动悬挂控制算法研究
| 论文题名： | 基于参数摄动的多轴应急救援车辆主动悬挂控制算法研究 |
| 关键词： | 应急救援车辆;主动悬挂;LQR控制器;滑模控制;凸模型理论 |
| 摘要： | 应急救援车辆的主动悬挂系统能根据路况、车速及载重情况实时自动改变车辆悬挂参数，实现主动控制，使车辆平顺性、操纵稳定性等综合性能达到最佳。目前在主动悬挂控制系统设计时为了简化系统模型，通常将模型中的各部分参数视为定值，然而未知的干扰会降低控制器的性能，因此，本文将综合考虑弹簧刚度、阻尼系数摄动与外部干扰等不确定性条件的影响，对主动悬挂系统及其相关控制算法展开研究，以提高多轴应急救援车辆在复杂地形下的车身稳定性和行驶平顺性。 本文首先建立二自由度主动悬挂模型与整车九自由度模型，考虑到不确定条件对悬挂参数的影响，建立含有参数摄动的悬挂系统模型，采用滤波白噪声时域输入模型作为路面激励模型，并添加左右轮的相干性与前后轮的时滞性。 其次针对环境的不确定性与路面激励的影响，提出一种新的主动悬挂系统最优滑模控制策略，定义确定参数下的名义模型并给出所对应的性能指标，并采用LQR控制器对该模型进行控制。引入参数摄动与外部干扰，根据最优控制的输出设计最优滑模控制器，通过遗传算法对控制器参数进行优化。 采用集合理论凸模型方法与摄动法推导不确定条件下闭环系统特征值的上界与下界表达式，实现由不确定参数系统控制问题向确定参数系统控制问题的转化。应用极点配置法对控制系统系数矩阵进行系统化配置，保证所配置极点在理想的位置上，提高控制系统稳定性。 最后搭建二自由度悬挂系统对比仿真模型及整车主动悬挂最优滑模控制器仿真模型，并分别以冲击路面与随机路面模型作为输入，验证所设计控制器的控制效果。结果表明，基于最优滑模控制的主动悬挂系统相对被动悬挂在车身垂向加速度、侧倾角加速度、俯仰角加速度的均方根值上分别降低了36.59%、65.16%、24.00%，同时抑制了车身振动峰值，提高了车辆行驶平顺性。 |
| 作者： | 张瀚洋 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 赵丁选 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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