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原文传递基于大系统理论的时滞半主动悬架研究

论文题名：	基于大系统理论的时滞半主动悬架研究
关键词：	半主动悬架;控制系统;时滞补偿;鲁棒稳定性
摘要：	悬架是车辆中的重要部件，对车辆的动态性能影响重大，所以有关改进悬架结构和提高悬架动态性能的研究一直是车辆工程技术领域的热点课题之一。由于被动悬架无法同时兼顾行驶平顺性和操纵稳定性的要求，所以自上世纪70年代以来，工业发达国家开始深入研究基于振动主动控制的主动／半主动悬架系统。这一领域的研究开发工作一直在不断深入，在高档车辆上已有主动和半主动悬架的应用实例。近二十年来，基于阻尼可调控制的半主动悬架由于多方面的优点而格外受到科研和工程技术人员的重视。在我国，有关半主动悬架系统的研究开发工作起步较晚，许多学者对半主动悬架及其控制系统进行了一系列研究，但研究的广度和深度与国外相比还有较大差距，许多关键技术尚未取得突破，还未见到较好的应用实例。要解决半主动悬架实际应用的瓶颈技术问题，就必须在半主动悬架的建模方法、控制理论及关键零部件设计上寻求突破。本文从半主动悬架系统中的时滞这一难点问题着手，针对反馈控制系统预料外的失稳现象，将大系统理论与智能控制技术相结合，对半主动悬架及其控制系统中的主要关键技术及其稳定性、实时性和有效性进行了深入的研究。首先，建立了含时滞的1／4车辆二自由度半主动悬架数学模型，分析了半主动悬架系统的失稳机理，提出了含时滞半主动悬架的临界时滞分析及计算方法；运用多项式判别原理，得到了系统失稳的临界时滞及其与减振器基值阻尼、可调阻尼之间的非线性关系，为半主动悬架系统的时滞控制奠定了理论基础。第二，针对以往在整车模型中无法考察半主动悬架系统时滞的难题，运用大系统理论，首次提出了含时滞半主动悬架大系统的概念，建立了包含车辆前、后悬架四个子系统的含时滞半主动悬架整车数学模型，为半主动悬架系统建模及其控制研究提供了一种新的理论和方法。第三，应用大系统关联稳定性等理论，首次系统地推导了半主动悬架各个子控制系统及大系统递阶控制系统的稳定性条件，为设计具有较好鲁棒稳定性的半主动悬架及其控制系统提供了理论依据。第四，设计研制了一种新型可调阻尼减振器，通过试验得到了可调阻尼减振器步进电机转角和可调阻尼力之间的关系。在此基础上，创新设计了具有时滞补偿控制的模糊神经网络子控制策略以及大系统递阶协调控制策略，降低了控制矩阵的阶数，减少了由于单片机运算速度引起的系统计算时滞。实现了含时滞半主动悬架系统的集成控制。在此基础上，针对1/4车辆和整车半主动悬架模型，分别开发了以C805l和LPC2138微处理器为内核的半主动悬架控制器，为半主动悬架控制系统的应用研究奠定了基础。最后，在大量仿真计算分析的基础上，设计了半主动悬架控制系统以及采用样车真实零部件的半主动悬架全真试验台，进行了半主动悬架系统的台架试验和实车道路试验研究，并将试验结果与仿真计算结果进行了对比研究。仿真计算、台架试验及实车道路试验结果基本吻合，研究结果表明本文设计的含时滞动态补偿的半主动悬架系统可使车身加速度峰值平均下降10％～15％、标准差平均下降14％～19％，使车轮加速度峰值平均下降9％～13％、标准差平均下降12％～18％，尤其在簧上质量和簧下质量振动的两个偏频3Hz和10Hz附近，振动能量明显降低，与被动悬架以及常规半主动悬架控制系统相比，基于大系统理论的半主动悬架控制系统运行稳定、实时性好，基本消除了由时滞造成的控制“不合拍”及由控制失稳造成的对安全性极为不利的“轮跳”等问题，较好地协调了车辆行驶平顺性和行驶安全性之间的矛盾，使整车在各种行驶条件下均可保证平顺性与安全性的良好匹配。
作者：	汪若尘
专业：	车辆工程
导师：	陈龙
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文