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原文传递基于非线性执行器悬架系统的滑模自适应控制方法

专利名称：	基于非线性执行器悬架系统的滑模自适应控制方法
摘要：	本发明提供一种基于非线性执行器悬架系统的滑模自适应控制方法，通过充分考虑悬架的刚度的非线性以及液压作动器的非线性，建立起悬架控制前后的非线性二分之一悬架模型。同时考虑乘车人数变化会导致模型中的参数不确定性和由于一些未知因素而引起的外部不确定扰动的情况，通过选取滑模面和设计自适应律推导出的滑模自适应控制器对悬架进行控制。从仿真结果可以看出控制器对车身的垂直运动和俯仰运动具有很好的调节作用，大大提高乘坐舒适性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	燕山大学
发明人：	刘爽;郑天;赵丁选
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910250900.4
公开号：	CN109895578A
代理机构：	北京孚睿湾知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	马媛媛
分类号：	B60G17/018(2006.01);B;B60;B60G;B60G17
申请人地址：	066000 河北省秦皇岛市海港区河北大街西段438号
主权项：	1.一种基于非线性执行器悬架系统的滑模自适应控制方法，其特征在于，基于悬架刚度以及液压执行器的非线性，建立起悬架控制前后的非线性模型，其具体步骤如下：步骤一、建立液压执行器非线性悬架模型；步骤二、推导考虑系统不确定参数及外界扰动的滑模自适应控制器；步骤三、调节系统参数。 2.根据权利要求1所述的一种基于非线性执行器悬架系统的滑模自适应控制方法，其特征在于，步骤一所述建立考虑液压执行器非线性悬架模型为：被动悬架的刚度特性具有非线性形式；建立被动悬架的模型为: 其中： Ftf＝kf3(z1-z01),Ftr＝kr3(z2-z02) 其中M为汽车车身质量即簧上质量，I为俯仰运动的转动惯量，mf为前轮的簧下质量，mr为后轮的簧下质量，Fdf为前悬架组件中的阻尼力，Fdr为后悬架组件中的阻尼力，Fsf为前悬架组件中的弹性力，Fsr为后悬架组件中的弹性力，Ftf为前轮胎产生的弹性力，Ftr为后轮胎产生的弹性力，Fbf为前轮胎产生的阻尼力，Fbr为后轮胎产生的阻尼力，z1为前轮的簧下质量位移，z2为后轮的簧下质量位移；z01为前轮的路面输入位移，z02为后轮的路面输入位移；a代表前悬架组件中心到车身质量中心的距离，b代表后悬架组件中心到车身质量中心的距离；kf1是前悬架组件弹簧线性项刚度系数，kf2是前悬架组件弹簧立方项刚度系数，kr1是后悬架组件弹簧线性项刚度系数，kr2是后悬架组件弹簧立方项刚度系数；bf1为前悬架组件阻尼系数，br1为后悬架组件阻尼系数；kf3为前轮胎的刚度系数，kr3为后轮胎的刚度系数；bf2为前轮胎的阻尼系数，br2为后轮胎的阻尼系数；Zc为车身质量垂直位移，代表车身俯仰角，Δyf代表前悬架行程，Δyr代表后悬架行程，具体表示为：主动悬架依靠伺服液压系统来提供主动作用力，建立主动悬架模型为: 其中： (5) uz＝u1+u2 u1＝ASPL1 u1＝ASPL1 式中u1为在前悬架组件输入的主动控制力，u2为在后悬架组件输入的主动控制力，uz为车身垂直运动虚拟主动控制量，为车身俯仰运动虚拟主动控制量，AS为液压缸活塞有效面积，Vt为液压缸总压缩容积，PL1为前悬架组件中液压缸的负载压力，PL2为后悬架组件中液压缸的负载压力，PS为供油压力，βe为油液弹性刚度，Ct为液压缸内泄漏系数，u01为前悬架组件主动力的伺服阀阀芯位移控制信号，u02为后悬架组件主动力的伺服阀阀芯位移控制信号，kv为伺服阀算子，cd为流量系数，ω为伺服阀面积梯度，ka为伺服阀增益，ρ为油液密度。 3.如权利要求1所述的一种基于非线性执行器悬架系统的滑模自适应控制方法，其特征在于，步骤二所述的考虑非线性执行器建模及外部不确定扰动建立滑模自适应控制器为；定义状态变量则方程(4)可写为状态空间表达式的形式：其中 x1为第一状态变量，为第一状态变量的导数，x2为第二状态变量，为第二状态变量的导数，x3为第三状态变量，为第三状态变量的导数，x4为第四状态变量，为第四状态变量的导数，x5为第五状态变量，为第五状态变量的导数，x6为第六状态变量，为第六状态变量的导数，x7为第七状态变量，为第七状态变量的导数，x8为第八状态变量，为第八状态变量的导数，x9为第九状态变量，为第九状态变量的导数，x10为第十状态变量，为第十状态变量的导数，Zc为车身质量垂直位移，为车身垂直位移的导数，代表车身俯仰角，代表车身俯仰角的导数，z1为前轮的簧下质量位移，为前轮的簧下质量位移的导数，z2为后轮的簧下质量位移，为后轮的簧下质量位移的导数， PL1为前悬架组件中液压缸的负载压力，PL2为后悬架组件中液压缸的负载压力，M为汽车车身质量即簧上质量，I为俯仰运动的转动惯量，Fdf为前悬架组件中的阻尼力，Fdr为后悬架组件中的阻尼力，Fsf为前悬架组件中的弹性力，Fsr为后悬架组件中的弹性力，a代表前悬架组件中心到车身质量中心的距离，b代表后悬架组件中心到车身质量中心的距离，uz为车身垂直运动虚拟主动控制量，为车身俯仰运动虚拟主动控制量，mf为前轮的簧下质量，mr为后轮的簧下质量，u1为在前悬架组件输入的主动控制力，u2为在后悬架组件输入的主动控制力，Vt为液压缸总压缩容积，kv为伺服阀算子，βe为油液弹性刚度，PS为供油压力，AS为液压缸活塞有效面积，Ct为液压缸内泄漏系数，cd为流量系数，ω为伺服阀面积梯度，ka为伺服阀增益，ρ为油液密度，u01为前悬架组件主动力的伺服阀阀芯位移控制信号，u02为后悬架组件主动力的伺服阀阀芯位移控制信号；垂直运动子系统：俯仰运动子系统：先根据子系统推导出进而得到虚拟控制变量x9d,x10d的表达式，最后通过设计自适应律推导出实际控制量u01,u02；定义误差变量： e1＝x1-x1r (9) 其中x1r为状态变量x1的参考轨迹，为x1r的导数，e1为状态变量x1与参考轨迹x1r之间的误差值，e2为状态变量x2与之间的误差值；选取滑模面： s1＝c1e1+e2 (10) 其中c1为第一控制参数，c1＞0；s1为选取的第一个滑模面；则其中θ1为系统不确定参数用来表示为x1r的二阶导数；选取等效控制项uzeq和切换控制项uzsw为：其中为θ1的估计值，k1为第二控制参数，k1＞0；η1为第三控制参数，η1＞0； uz＝uzeq+uzsw (13) 定义误差变量： e3＝x3-x3r (14) 其中x3r为状态变量x3的参考轨迹，为x3r的导数，e3为状态变量x3与参考轨迹x3r之间的误差值，e4为状态变量x4与之间的误差值；选取滑模面： s2＝c2e3+e4 (15) 其中c2为第四控制参数，c2＞0；s2为选取的第二个滑模面；则其中θ2为系统不确定参数用来表示为x3r的二阶导数；选取等效控制项和切换控制项为：其中为θ2的估计值，k2为第五控制参数，k2＞0；η2为第六控制参数，η2＞0；定义误差变量: e9＝x9-x9d (19) e10＝x10-x10d 其中x9d为状态变量x9的期望值，x10d为状态变量x10的期望值，e9为状态变量x9与x9d之间的误差值，e10为状态变量x10与x10d之间的误差值；此时可以得出虚拟控制变量x9d与x10d为：选取实际控制变量u01和u02为：其中k9为第七控制参数，k9＞0；k10为第八控制参数，k10＞0；为与θ之间的误差值；自适应律如下: 其中r1为第九控制参数，r1＞0；τ1为自适应算子，proj(r1τ1)为自适应律； τ1＝s1(-Fdf-Fdr-Fsf-Fsr+ASx9) (24) 其中θ1max为θ1的上限值，θ1min为θ1的下限值； proj(r1τ1)具备以下两条性质： 1.不确定参数在已知的界限范围内 θ1min≤θ1≤θ1max (26) 2.确保(27)式成立为与θ2之间的误差值；自适应律如下: 其中r2为第十控制参数，r2＞0；τ2为自适应算子，proj(r2τ2)为自适应律； τ2＝s2(-a(Fdf+Fsf)+b(Fdr+Fsr)+ASx10) (30) θ2max为θ2的上限值，θ2min为θ2的下限值； proj(r2τ2)具备以下两条性质： 1.不确定参数在已知的界限范围内 θ2min≤θ2≤θ2max (32) 2.确保下式成立选取李雅谱诺夫函数为：则为：将以及推导出的x9d,x10d,u01,u02代入(35)式可得到： 4.根据权利要求1所述的一种基于非线性执行器悬架系统的滑模自适应控制方法，其特征在于，步骤三的调节第一控制参数c1，第二控制参数k1，第三控制参数η1，第四控制参数c2，第五控制参数k2，第六控制参数η2，第七控制参数k9，第八控制参数k10，第九控制参数r1，第十控制参数r2使得系统稳定。
所属类别：	发明专利