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原文传递磁流变半主动悬架粒子群-时滞依赖H∞鲁棒控制方法

专利名称：	磁流变半主动悬架粒子群-时滞依赖H∞鲁棒控制方法
摘要：	本发明涉及用于车辆磁流变半主动悬架减振器响应时滞控制的粒子群‑时滞依赖H∞鲁棒控制器设计方法，属于车辆悬架控制领域。根据含减振器响应时滞的1/4车辆磁流变半主动悬架模型，构建系统运动状态方程、输出方程和状态反馈测量方程；从而，构建时滞独立H∞鲁棒控制器及时滞依赖H∞鲁棒控制器；以相对时滞独立H∞鲁棒控制器综合性能改善最大化为目标，建立粒子群‑时滞依赖H∞鲁棒控制器，并进行求解；进而获得悬架系统的理想可变控制力，实现对含减振器响应时滞的车辆磁流变半主动悬架的控制。本发明设计的控制器鲁棒性能高，抗外界干扰能力强，能准确控制含减振器时滞的磁流变半主动悬架系统，可保证悬架系统性能指标最大程度改善。
专利类型：	发明专利
申请人：	江苏大学
发明人：	汪若尘;盛富鹏;丁仁凯;孟祥鹏;孙泽宇;谢健
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN201911375707.X
公开号：	CN111055650A
分类号：	B60G17/08;B60G17/018;B60G17/015;B;B60;B60G;B60G17;B60G17/08;B60G17/018;B60G17/015
申请人地址：	212013 江苏省镇江市学府路301号
主权项：	1.一种磁流变半主动悬架粒子群-时滞依赖鲁棒H∞控制方法，其特征在于包括如下步骤： 1)根据车辆磁流变半主动悬架系统的结构，构建含减振器响应时滞的1/4车辆磁流变半主动悬架模型，所述模型如下：其中，ms为簧载质量；mu为簧下质量；ks为螺旋弹簧刚度；kt为轮胎刚度；ct为轮胎阻尼系数；ce为磁流变减振器粘滞阻尼系数；xs为簧载质量位移；xu为簧下质量位移；xr为路面输入；u(t-τ)为磁流变时滞可变控制力；v(t)为磁流变减振器活塞杆相对缸体的运动速度；FMR(t-τ)为含时滞的磁流变减振器的库伦阻尼力；sgn(·)为符号函数； 2)确定磁流变半主动悬架模型的运动状态方程、输出方程和状态反馈测量方程；所述运动状态方程为所述输出方程为Y(t)＝CX(t)+DU(t-τ)，所述状态反馈测量方程为Z(t)＝GX(t)；其中，X(t)＝[x1(t),x2(t),x3(t),x4(t)]T为状态向量，Y(t)＝[y1(t),y2(t),y3(t)]T为输出向量，Z(t)＝[z1(t),z2(t),z3(t),z4(t)]T为测量向量，U(t-τ)＝u(t-τ)为控制向量，为输入向量；x1(t)＝xs(t)-xu(t)，x2(t)＝xu(t)-xr(t)，y2(t)＝xs(t)-xu(t)，y3(t)＝xu(t)-xr(t)，z1(t)＝x1(t)，z2(t)＝x2(t)，z3(t)＝x3(t)，z4(t)＝x4(t)；矩阵矩阵矩阵矩阵矩阵矩阵G为4×4单位矩阵I； 3)构建时滞独立H∞鲁棒控制器，并计算对应的磁流变理想可变控制力Ui1(t)； 4)构建时滞依赖H∞鲁棒控制器，并计算对应的磁流变理想可变控制力Ui2(t)； 5)运用二分法，确定时滞依赖H∞鲁棒控制器有解情况下抗干扰系数γ的取值范围； 6)根据已知的减振器响应时滞，在抗干扰系数γ的取值范围内对时滞依赖H∞鲁棒控制器中抗干扰系数进行优化； 7)将优化后的抗干扰系数代入时滞依赖H∞鲁棒控制器中，构建粒子群-时滞依赖H∞鲁棒控制器，求解该控制器的状态反馈增益K2及悬架系统的理想可变控制力Ui； 8)磁流变减振器输入电流求解器将理想可变控制力信号Ui转化为相应的控制电流Ii，经数控电流源得到实际输出电流Ia； 9)将实际输出电流Ia输入至磁流变减振器线圈中，以获得悬架系统实际可变控制力Ua，进而实现对含有减振器响应时滞的车辆磁流变半主动悬架系统的控制。 2.如权利要求1所述的磁流变半主动悬架粒子群-时滞依赖鲁棒H∞控制方法，其特征在于所述步骤3)包括如下步骤： 3.1)根据磁流变半主动悬架模型的运动状态方程、输出方程和状态反馈测量方程，构建时滞独立H∞鲁棒控制器，所述时滞独立H∞鲁棒控制器满足以下矩阵不等式：其中，γ为抗干扰系数，矩阵V为4×4维正定对称矩阵，矩阵O为1×4维矩阵； 3.2)计算给定时滞τ下时滞独立H∞鲁棒控制器的磁流变理想可变控制力Ui1(t)，计算公式如下： Ui1(t)＝K1X(t) 其中，K1为时滞独立H∞鲁棒控制器的状态反馈增益，K1＝OV-1。 3.如权利要求1所述的磁流变半主动悬架粒子群-时滞依赖鲁棒H∞控制方法，其特征在于所述步骤4)包括如下步骤： 4.1)根据磁流变半主动悬架模型的运动状态方程、输出方程和状态反馈测量方程构建时滞依赖H∞鲁棒控制器，所述时滞依赖H∞鲁棒控制器满足以下矩阵不等式：其中，矩阵L、M、N均为4×4维正定对称矩阵，矩阵R为1×4维矩阵； 4.2)将非线性项进行线性化处理，转化为以下矩阵不等式：其中，矩阵S、T、J、R均为正定对称矩阵； 4.3)求解给定抗干扰系数γ下时滞依赖H∞鲁棒控制器的状态反馈增益K2； 4.4)根据状态反馈增益K2，计算任意时滞τ下的时滞依赖H∞鲁棒控制器的磁流变理想可变控制力为Ui2(t)，其中，0<τ<τ0，τ0为被控系统的临界时滞，Ui2(t)＝K2X(t)。 4.如权利要求1所述的磁流变半主动悬架粒子群-时滞依赖鲁棒H∞控制方法，其特征在于所述步骤6)包括如下步骤： 6.1)以抗干扰系数γ为变量，在γdown≤γ≤γup范围内，运用性能指标最大改善优化方法，获得一定时间T0内时滞依赖H∞鲁棒控制器相对时滞独立H∞鲁棒控制器下车身加速度均方根值的最大改善程度α1max； 6.2)以抗干扰系数γ为变量，在γdown≤γ≤γup范围内，运用性能指标最大改善优化方法，获得一定时间T0内时滞依赖H∞鲁棒控制器相对时滞独立H∞鲁棒控制器下悬架动扰度均方根值的最大改善程度α2max； 6.3)以抗干扰系数γ为变量，在γdown≤γ≤γup范围内，运用性能指标最大改善优化方法，获得一定时间T0内时滞依赖H∞鲁棒控制器相对时滞独立H∞鲁棒控制器下轮胎动载荷均方根值最大改善程度α3max； 6.4)以抗干扰系数γ为变量，在γdown≤γ≤γup范围内，运用综合性能最大改善优化方法，获得一定时间T0内时滞依赖H∞鲁棒控制器相对时滞独立H∞鲁棒控制器下磁流变半主动悬架系统综合性能改善程度最优的抗干扰系数γ0。 5.如权利要求3所述的磁流变半主动悬架粒子群-时滞依赖鲁棒H∞控制方法，其特征在于所述步骤4.3)包括如下步骤： 4.3.1)迭代次数k＝0，通过线性矩阵不等式可行性问题求解方法，求得一组可行解：S0、T0、J0、R0、K0、L0、M0、N0、Q0、P0，作为一组初始解，所述可行解满足的条件如下：条件1：步骤4.1)中的线性矩阵不等式；条件2：步骤4.2)中的四个线性矩阵不等式； 4.3.2)迭代次数k＝k+1，通过线性矩阵不等式线性目标最小化问题求解方法，求解一组最优解：S、T、J、R、K、L、M、N、Q、P，所述最优解满足的条件如下：条件1：tr(SkT+TkS+LkJ+JkL+MkH+HkM)最小；条件2：满足步骤4.1)中的线性矩阵不等式；条件3：满足步骤4.2)中的四个线性矩阵不等式； 4.3.3)将最优解中S、T、J、R、K、L分别赋值给Sk+1、Tk+1、Lk+1、Jk+1、Mk+1、Hk+1； 4.3.4)对Sk+1、Tk+1、Lk+1、Jk+1、Mk+1、Hk+1进行验证以确定控制器的最终迭代解，所述验证方法如下：若Sk+1、Tk+1、Lk+1、Jk+1、Mk+1、Hk+1不满足非线性矩阵不等式和转步骤4.3.2)；若Sk+1、Tk+1、Lk+1、Jk+1、Mk+1、Hk+1满足非线性矩阵不等式和且迭代次数在最大迭代次数以内，Sk+1、Tk+1、Lk+1、Jk+1、Mk+1、Hk+1即为控制器的最终迭代解，转步骤4.3.5)； 4.3.5)将控制器的最终迭代解代入时滞依赖H∞鲁棒控制器中，计算时滞依赖H∞鲁棒控制器的状态反馈增益K2，具体计算公式如下： K2＝RL-1。 6.如权利要求4所述的磁流变半主动悬架粒子群-时滞依赖鲁棒H∞控制方法，其特征在于所述步骤6.1)中，所述性能指标最大改善优化方法包括如下步骤： 6.1.1)设定粒子群算法中粒子位移的取值范围为γdown≤γ≤γup，设定粒子初始位置和初始速度，初始化种群数目，设定迭代精度； 6.1.2)将粒子的位移数值作为抗干扰系数代入时滞独立H∞鲁棒控制器获得磁流变理想可变控制力； 6.1.3)将磁流变理想可变控制力代入车辆磁流变半主动悬架模型中，分别计算一定时间T0内时滞依赖H∞鲁棒控制器和相对时滞独立H∞鲁棒控制器下磁流变半主动悬架系统车身加速度均方根值ZS2和ZS1； 6.1.4)将ZS1和ZS2代入适应度函数function1中，计算每个粒子的函数适应度值，并获得粒子的历史最优位置和群体的全局最优位置，所述适应度函数形式如下： function1＝(ZS2-ZS1)/ZS1； 6.1.5)根据前一次粒子的历史最优位置和群体的全局最优位置更新粒子的位置和速度，转步骤6.1.2)，更新粒子的历史最优位置和群体的全局最优位置； 6.1.6)判断群体的全局最优位置是否满足迭代精度要求，如果不满足，转步骤6.1.5)，否则输出群体的全局最优位置，即为车身加速度改善程度最优时抗干扰系数γ1； 6.1.7)将优化得到的抗干扰系数γ1代入时滞依赖H∞鲁棒控制器和相对时滞独立H∞鲁棒控制器中，分别计算一定时间T0内时滞依赖H∞鲁棒控制器和相对时滞独立H∞鲁棒控制器下磁流变半主动悬架系统车身加速度均方根值ZS12和ZS11，从而计算车身加速度均方根值最大改善程度α1max，计算公式如下： α1max＝(ZS11-ZS12)/ZS11。 7.如权利要求4所述的磁流变半主动悬架粒子群-时滞依赖鲁棒H∞控制方法，其特征在于所述步骤6.4)中，所述综合性能最大改善优化方法包括如下步骤： 6.4.1)设定粒子群算法中粒子位移的取值范围为γdown≤γ≤γup，设定粒子初始位置和初始速度，初始化种群数目，设定迭代精度； 6.4.2)将粒子的位移数值作为抗干扰系数代入时滞独立H∞鲁棒控制器获得磁流变理想可变控制力； 6.4.3)将磁流变理想可变控制力代入车辆磁流变半主动悬架模型中，分别计算一定时间T0内时滞依赖H∞鲁棒控制器和相对时滞独立H∞鲁棒控制器下磁流变半主动悬架系统车身加速度均方根值ZS02和ZS01、悬架动扰度均方根值f02和f01、轮胎动载荷均方根值F02和F01； 6.4.4)将ZS0、ZS01、f02、f01、F02和F01代入适应度函数function2中，计算每个粒子的函数适应度值，并获得粒子的历史最优位置和群体的全局最优位置，所述适应度函数形式如下： 6.4.5)根据前一次粒子的历史最优位置和群体的全局最优位置更新粒子的位置和速度，转步骤6.4.2)，更新粒子的历史最优位置和群体的全局最优位置； 6.4.6)判断群体的全局最优位置是否满足迭代精度要求，如果不满足，转步骤6.4.5)，否则输出群体的全局最优位置，即为车身加速度改善程度最优时抗干扰系数γ0。
所属类别：	发明专利