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原文传递车用液电式馈能减振器特性分析及控制技术研究

论文题名：	车用液电式馈能减振器特性分析及控制技术研究
关键词：	车辆减振器;液电悬架;阻尼特性;矢量控制
摘要：	液电式馈能减振器是一种可以将车身垂直振动相关机械能转化为电能的新型阻尼系统，区别于传统减振器的馈能特性使其具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。本文分析了典型馈能减振器的结构，结合馈能减振器的发展现状提出了一种采用浮动活塞蓄能器的液电式馈能减振器方案，基于该方案推导出阻尼力表达式，建立了减振器阻尼力仿真模型，并对液电式馈能减振器的速度特性和示功特性进行了研究。给出了液电式馈能减振器速度反馈系数的定义，并提出采用改变速度反馈系数来获得连续可调阻尼力的控制方法。液电式馈能减振器的阻尼特性仿真及试验结果同理论分析相符，其阻尼力主动可控。同时文中还对影响馈能减振器阻尼特性的因素进行了仿真分析。本研究主要内容包括：　　⑴利用矢量变换方法，以减振器阻尼特性满足车用要求为目标，建立了参数化永磁同步电机（PMSM）模型和磁场定向控制（FOC）算法模型，给出了id?0矢量控制方式的实现方法，分别研究了馈能电机在不同输入条件下的转矩响应特性。在对馈能电机进行id?0矢量控制的基础上，完成了液电式馈能减振器阻尼特性的联合仿真，仿真结果表明矢量控制下馈能电机的转矩响应特性能够满足馈能减振器的需求。　　⑵结合1/4车辆半主动悬架的动力学方程和传递函数模型，指出车身加速度和悬架动挠度传递函数分别具有两个类型不同的不动点。液电式馈能悬架的频域仿真表明：车身加速度、悬架动挠度与车轮动行程三者之间是相互影响与相互制约关系，在对馈能减振器进行控制时，如果要优化其中一项性能，就必需同时以其它的性能作为约束条件。研究了随机路面的统计规律，基于随机路面激励对液电式馈能悬架在天棚阻尼控制下的能量回馈特性进行了仿真研究，仿真结果表明：采用天棚控制的液电式馈能悬架改善了悬架的性能，同时还回收了电能；液电式馈能悬架的不同控制方法并不影响其电机的馈能平均功率。　　⑶根据双端子鲁棒控制的基本框图，对H∞控制问题进行了描述。设计了馈能悬架的H∞控制器结构并给出了各加权函数选择原则。利用经过加权的馈能悬架的增广模型，对馈能悬架的频域和时域性能进行了仿真分析。仿真表明：在车身固有频率附近本文所设计的控制器其性能明显优于天棚阻尼控制器，而在其它频段内其性能与天棚阻尼控制器相当。H∞控制器在改善馈能悬架的低频响应性能的同时并不恶化其高频响应性能。在凸块路面激励下，H∞控制的馈能悬架其性能优于天棚控制；在随机路面激励下，H∞控制的馈能悬架其馈能平均功率与天棚控制的近似相等。　　⑷基于推导出的7段式空间矢量脉宽调制（SVPWM）信号占空比的计算表达式，对馈能电机矢量控制算法进行了快速控制原型（RCP）实现。根据液电式馈能减振器阻尼力模型，搭建了基于dSPACE的馈能式悬架硬件实时仿真试验台。以凸块路面作为激励，硬件实时仿真下馈能悬架的车身加速度、悬架动挠度、车轮动行程及馈能电机转矩响应特性与软件仿真结果完全吻合，表明本文所构建的控制系统达到了设计目标，为液电式馈能减振器的工程化实现奠定了基础。
作者：	张成才
专业：	机械制造及其自动化
导师：	江征风
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文