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原文传递车辆电磁主动悬架鲁棒控制研究

论文题名：	车辆电磁主动悬架鲁棒控制研究
关键词：	车辆主动悬架;电磁作动器;三相永磁无刷电机;鲁棒控制;混合μ;线性变参数;变增益H∞控制
摘要：	悬架系统是车辆的重要系统之一，对车辆的行驶平顺性和操纵稳定性有着至关重要的作用。考虑到车辆行驶工况复杂多变，对悬架系统的要求越来越高，传统被动悬架已经难以实现满意的车辆性能。近年来，随着电磁材料和电控技术的快速发展，电磁主动悬架技术研究受到学术界和工业界的关注。　　本文针对电磁悬架特性和控制系统的关键问题，诸如作动器电机电气特性和电机伺服控制系统特性对悬架性能的影响，如何有效处理模型内部不确定性和抑制外部有界扰动，提出了基于不确定建模的电磁悬架减振特性和鲁棒控制的博士论文研究课题。　　论文首先针对某中高级轿车设计研制了一个电磁主动悬架作动器原理样机，对原理样机设计和开发流程进行了详细阐述。然后，通过对作动器原理样机进行实验测试，包括电气特性测试、随动响应特性测试、反电动势测试，及其测试数据分析，建立了电磁悬架作动器数学模型。　　论文所设计的电磁悬架控制系统分为主环控制和伺服环控制两部分，前者依据悬架系统控制算法计算理想悬架主动控制力，而后者负责作动器电机输出力对理想悬架主动控制力的跟踪。在伺服环控制设计中采用电流滞环控制方法，以获得主动控制力的良好实时跟踪效果。通过总结归纳不同时刻的电流滞环控制器的运行规律，简化了电机三相控制系统，并对控制电路进行分析，得到了电磁悬架主动控制过程中输出力的实现范围（控制电流约束范围），以及电机和蓄电池系统的工作状态，这些结果为后续的鲁棒控制器设计提供了前提。　　在完成伺服环控制的设计和分析的基础上，论文充分考虑实际悬架系统的诸多不确定性，分别采用混合μ综合和变增益H∞控制方法为所研制的电磁主动悬架作动器设计了主环控制鲁棒控制器。　　在电磁悬架控制器的设计过程中，全面考虑实际车辆可能运行工况下悬架系统的诸多不确定性因素以及外部扰动，设计了一个混合μ综合控制器。在对系统模型内部不确定性和外部扰动分析的基础上，应用线性分式变换理论，将模型不确定性的已知结构信息从反馈连接中分离出来，建立了包含参数不确定性和作动器高阶未建模动态的电磁主动悬架混合不确定系统模型。采用混合μ综合方法，设计了一个混合μ综合鲁棒控制器，借助D-G-K迭代算法进行控制器求解，以降低控制器设计的鲁棒保守性。所进行的主环μ综合控制器的仿真结果表明，当存在有界混合不确定性时，与H∞控制相比，采用混合μ综合控制使得主动悬架能够满足鲁棒稳定性，获得更好的鲁棒性能。　　由于模型不确定性对悬架系统性能的影响各不相同，论文又通过单一不确定性的频域响应分析，筛选并确定了对悬架性能影响显著的敏感因素，并有针对性地为电磁悬架设计了一个变增益H∞控制器。首先将悬架不确定系统转化为关于敏感因素的参数依赖系统，即线性变参数(LPV)系统，然后利用LMI方法，求解满足LPV系统二次H∞性能的变增益H∞控制器，以保证系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。最后，在主环控制中，采用卡尔曼状态观测器和线性自回归在线参数辨识，获得变参数信息，确定实时的变增益H∞控制器，结合伺服环电流跟踪控制，进行联合仿真试验。仿真结果表明，所设计的变增益H∞控制器能够在变参数的大变化范围内，保证系统鲁棒稳定，并同时使车辆的行驶平顺性明显改善。
作者：	张勇超
专业：	车辆工程
导师：	喻凡
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文