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原文传递一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统

专利名称：	一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统
摘要：	本发明公开了一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统，该方法所采用系统包含虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及电磁阀控制信号求解模块，虚拟控制输入求解模块通过引入基于分数幂参数的控制律获取使状态变量有限时间快速收敛的虚拟控制输入；实际控制输入求解模块根据系统数学模型和虚拟控制输入获取实际控制输入，进一步地，由电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入与不同电磁阀PWM信号的关系获取实现车身高度跟踪的各电磁阀PWM信号。针对电控空气悬架系统车身高度调节过程的振荡以及路面随机激励等高频干扰现象，通过提出一种基于有限时间控制的车身高度调节方法，提高车身高度控制的响应速度和鲁棒性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏大学
发明人：	殷春芳;施德华;张军;汪少华;孙晓强;翟旭辉
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910540243.7
公开号：	CN110341413A
分类号：	B60G17/018(2006.01);B;B60;B60G;B60G17
申请人地址：	212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
主权项：	1.一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤： 1)建立单轮电控空气悬架车身高度控制系统数学模型； 2)将电控空气悬架分割成车身高度调节系统和干扰信息两部分，进行车身高度控制系统数学模型的降维简化； 3)确定电控空气悬架车身高度控制过程的状态量x、控制输入u以及输出量y，并基于简化的车身高度控制系统数学模型，对输出量y求导，确定系统的相对阶r，其中，相对阶r为对系统输出量y求导直至出现控制输入u时的求导阶次； 4)对系统输出量y的各阶导数进行非奇异坐标变换，选定参数n＝r，非奇异坐标变换描述为 5)引入虚拟控制输入v，将车身高度控制系统数学模型描述为由r个积分器串联构成的线性微分方程系统，其中，虚拟控制输入v描述为输出量y的r阶导数； 6)在电控空气悬架车身高度控制器的虚拟控制输入求解模块中构建基于分数幂参数的虚拟控制律，虚拟控制律记为：其中，k1，k2...，kn为虚拟控制律控制参数，α1，α2。。。，αn为虚拟控制律分数幂参数，满足这里任一α∈(1-ε，1)，ε∈(0，1)，且αn+1＝1，αn＝α。 7)基于有限时间控制理论，确定控制参数k1，k2...，kn及分数幂参数α1，α2，。。。，αn的范围，使电控空气悬架车身高度控制系统全局有限时间稳定； 8)在保证车身高度闭环控制系统全局有限时间稳定的控制参数及分数幂参数有效范围内进行参数调试，确定虚拟控制律控制参数以及分数幂参数的数值，获取虚拟控制输入v，车身高度控制器的实际输入求解模块进一步结合步骤5)建立的虚拟控制输入v与输出量y的r阶导数关系，求解实际控制输入u； 9)电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入u与电控空气悬架系统充放气过程中不同电磁阀(充气电磁阀(109)、空气弹簧电磁阀(110)和放气电磁阀(111))PWM信号的关系，获取各电磁阀的PWM信号，实现电控空气悬架系统目标车身高度的快速、准确跟踪。 2.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，单轮电控空气悬架车身高度控制系统包括车身(101)、非簧载质量(102)、空气弹簧(103)、减振器(104)、车轮(105)、路面(106)、储气罐(107)、低压气源(108)、充气电磁阀(109)、空气弹簧电磁阀(110)、放气电磁阀(111)以及管路(112)；其中，空气弹簧(103)和减振器(104)以并联的形式与车身(101)和非簧载质量(102)连接，车轮(105)将路面(106)的随机激励传递到非簧载质量(102)，并进一步传递给车身(101)；储气罐(107)与充气电磁阀(109)、空气弹簧电磁阀(110)以及空气弹簧(103)通过管路(112)依次连接，放气电磁阀(111)的两端分别通过管路(112)与低压气源(108)和空气弹簧电磁阀(110)连接。 3.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，单轮电控空气悬架车身高度控制系统的数学模型为：式中，ms和mt分别表示车身和非簧载质量的质量，P3为空气弹簧内部气压，κ为气体多变指数，R为气体常数，T3为空气弹簧内的气体温度，Zs和Zt则分别表示车身和非簧载质量的绝对位移，Ae为空气弹簧有效面积，AV为空气弹簧容积变化率，V30为空气弹簧的初始容积，C3(i)(i＝1，2，3)分别为减振器的一次项、二次项以及三次项的阻尼系数。 4.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，车身高度调节系统包括车身(101)、空气弹簧(103)和减振器(104)，车轮(105)将路面(106)的随机激励传递到非簧载质量(102)，非簧载质量(102)、车轮(105)和路面(106)的随机输入构成干扰信息。 5.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，车身高度控制系统数学模型的降维简化为：式中，ms表示车身质量，P3为空气弹簧内部气压，κ为气体多变指数，R为气体常数，T3为空气弹簧内的气体温度，Zs和Zt则分别表示车身和非簧载质量的绝对位移，Ae为空气弹簧有效面积，ΔV为空气弹簧容积变化率，V30为空气弹簧的初始容积，C3(i)(i＝1，2，3)分别为减振器的一次项、二次项以及三次项的阻尼系数ks为干扰系数，非簧载质量102和路面106的随机输入等被统一描述为干扰信息ω(t)。 6.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，所属步骤3)中，电控空气悬架系统车身高度控制过程的状态量x包含车身(101)的绝对位移、车身(101)的速度和空气弹簧(103)的绝对气压，控制输入u为空气悬架绝对气体质量流量，输出量y为车身(101)的绝对位移。 7.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，所属步骤7)中，基于有限时间控制理论确定虚拟控制律控制参数以及分数幂参数范围的步骤如下： 10)基于步骤6)所建立的虚拟控制律模型，结合步骤5)建立的线性微分方程系统，获取电控空气悬架车身高度闭环控制系统方程； 11)选取Lyapunov函数，确定使电控空气悬架车身高度闭环控制系统渐进稳定的控制参数和分数幂参数范围； 12)确定系统的向量函数，基于有限时间齐次理论，进一步确定使电控空气悬架车身高度闭环控制系统具有负的齐次度的控制参数和分数幂参数范围； 13)综合步骤11)和12)，确定使电控空气悬架车身高度闭环控制系统全局有限时间稳定的控制参数和分数幂参数范围。 8.一种根据权利要求1所述的电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法的系统，其特征在于，所述系统采用的车身高度控制器包含依次连接的虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及电磁阀控制信号求解模块，虚拟控制输入求解模块引入基于分数幂参数的控制律作为虚拟控制律，获取使状态变量有限时间快速收敛的虚拟控制输入；实际控制输入求解模块根据系统数学模型和虚拟控制输入获取实际控制输入，进一步地，由电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入与不同电磁阀PWM信号的关系获取实现车身高度跟踪的各电磁阀PWM信号。
所属类别：	发明专利