详情

原文传递应急救援车辆行驶姿态的低时延高鲁棒控制策略研究

论文题名：	应急救援车辆行驶姿态的低时延高鲁棒控制策略研究
关键词：	应急救援车辆;主动悬架控制;电液伺服控制;姿态控制;低时延;高鲁棒性
摘要：	近年来，我国灾害事故频发，并呈现出多样性、复杂性的特点。应急救援车辆作为陆路救援的主力军发挥着重要作用。为了保证救援设备的安全以及避免对伤员二次伤害，车辆在行驶中，车身姿态需具备较高的稳定性。主动悬架系统可根据外部条件和车辆运行状态调节悬架参数，减小车辆的振动。因此，可通过控制主动悬架作动器的伸缩使车身姿态随路面变化调节，从而减小路面激励引起的车身颠簸与振动，提高车辆在地形复杂的救援区域的行驶平顺性和姿态稳定性，而低时延性和高鲁棒性是车身姿态控制必须具备的特性。本文对降低行驶时车身姿态控制的时延和提高系统鲁棒性的方法进行研究，建立性能优良的车辆行驶姿态控制系统，为主动悬架控制技术的工业应用和推广提供支撑。重点开展以下研究工作：　　（1）主动悬架作动器研制。首先，考虑应急救援车辆复杂路面行驶的工况，结合计算流体动力学理论和动网格技术，对被动悬架作动器的完整流体域进行仿真研究；其次，重新设计作动器结构，通过流体仿真对结构进行优化，提高作动器的运动特性，将其研制为一种主动悬架作动器，满足主动悬架系统在颠簸路面行驶的需要；最后，通过试验测试主动悬架作动器的性能，为整车主动悬架系统实现各种先进控制算法奠定基础。　　（2）车速分级的路面等级识别研究。首先，建立应急救援车辆悬架系统动力学模型和随机路面模型，获取车辆在各车速下各等级路面时的簧载质量加速度和悬架动行程信号；其次，对簧载质量加速度信号和悬架动行程信号进行三层小波变换，选择最敏感的三个统计特征值；再次，对应十档车速设计十个神经网络子分类器，将特征参数输入至对应车速的子分类器中逐个训练，最终输出路面等级；最后，通过仿真验证路面识别的准确性。　　（3）车身姿态的低时延高鲁棒控制策略研究。首先，对车身的垂向、侧倾和俯仰运动进行解耦，建立垂向运动、俯仰运动和侧倾运动的状态空间方程；其次，设计垂向运动、俯仰运动和侧倾运动的快速非奇异终端滑模控制器，并对控制器的有限时间稳定性进行证明，由证明得知，可以通过设定垂向、俯仰和侧倾运动的控制律参数调整系统状态收敛到平衡状态的时间，与路面等级识别结果需要的控制参数相匹配。最后，在不同路面激励下，将所提出的车身姿态控制器与天棚控制和被动油气悬架的仿真结果进行对比，证明所提出的控制策略对于提高车身姿态鲁棒性和稳定性的有效性。　　（4）电液伺服作动器控制研究。首先，建立电液伺服作动器力控制系统数学模型，设计降阶线性自抗扰控制器；其次，对降阶线性扩张观测器的收敛性和系统的稳定性进行证明；最后，通过仿真和试验研究不同控制增益对控制器的影响，并研究不同控制方法下控制器对理想力信号的跟踪性能，验证降阶线性自抗扰控制器的有效性，为第四章所设计的低时延高鲁棒控制器的性能实现提供保障。　　（5）搭建整车试验平台。以三轴起重机的底盘为基础，搭建整车悬架系统的液压系统和电控系统，最终形成应急救援车辆试验样车；整合控制策略，在凸块路障、单边桥路障和不同等级路面三种工况下，对比油气悬架系统，验证本文所提出的控制策略的实际控制效果。
作者：	陈浩
专业：	机械电子工程
导师：	巩明德
授予学位：	博士
授予学位单位：	燕山大学
学位年度：	2022