制动工况下含预瞄信息的主动悬架变权重LQG控制

为提高车辆在制动工况下的乘坐舒适性,建立1/2车辆主动悬架制动模型。针对传统LQG控制器中的权重系数难以确定的问题,以车辆的各项性能指标为约束条件,利用改进的粒子群算法对不同路面等级下的控制器权重系数进行优化。在此基础上,将最优控制与轴距预瞄控制相结合,基于线性系统二次型最优控制理论,设计制动工况下包含预瞄信息的主动悬架变权重LQG控制器。仿真结果显示:相比于固定权重的LQG控制,变权重LQG控制能够更好地适应路面等级的变化,有效改善悬架的性能。此外,含预瞄信息的变权重LQG控制和无预瞄信息的变权重LQG控制相比于被动悬架,车身垂直加速度均方根分别优化51.2%、43.9%,车身俯仰角加速度均方根分别优化42.7%、18.0%。由此可知,含预瞄信息的主动悬架变权重LQG控制能够使车辆获得更好的舒适性,且整体振幅也得到明显降低。

衬套弹簧式二级减振主动悬架及其半车非线性LQG控制器设计

针对作动器较大等效惯性质量放大需求控制力,阻碍旋转电机式主动悬架性能改善问题,提出了一种衬套弹簧式主动悬架二级减振结构方案。根据多工况实测力学特性,提出包含“反S型”刚度及“准饱和”阻尼特性的衬套弹簧力学模型,并据此建立了衬套弹簧式二级减振主动悬架半车非线性动力学模型;在增加衬套弹簧虚拟阻尼项保证系统稳定的基础上,对刚度的高次非线性项、“准饱和”阻尼非线性项进行前馈反馈线性化,设计出非线性LQG(linear-quadratic-Gaussian)控制器;为获得最优的悬架工作效果,对衬套弹簧虚拟阻尼进行了优化。结果表明,除能获得与传统理想主动悬架非常接近的悬架综合性能外,衬套弹簧式二级减振主动悬架还具有较好的变行驶工况鲁棒性。

基于LQG控制的电动平衡车控制研究

针对电动平衡车的自身平衡控制,提出采用基于最优控制理论和卡尔曼滤波算法,设计了线性高斯二次型控制器对其进行控制。首先对左右车轮和车体框架分别进行建模,建立电动平衡车系统的非线性动力学方程;然后,通过几何关系将非线性方程线性化,得到系统的状态空间方程,通过证明线性系统的可控性和可观性,设计最优二次型线性调节器和最优状态估计器来得到控制器;最后,使用进行电动平衡车控制系统仿真分析。设计的控制器能有效控制电动平衡车自平衡,验证了该控制策略的有效性和可行性。

一种用于主动悬架LQG控制器设计权重优化的改进遗传算法

如何实现在不同行驶条件下汽车两大性能的最佳协调(即乘坐舒适性和操作稳定性)是主动悬架设计的关键。在LQG控制器设计中,性能指标的加权系数决定了汽车在当前条件下的各性能间的最佳平衡。而实际中需要考虑的因素来自多个方面,如不同路面的不平度、车辆行驶速度、车载质量、甚至还可能包括不同驾驶员偏好等,因而使得控制器设计中对权重系数的选取较难处理。针对这一难题,提出了一种改进的遗传算法优化方案。根据驾驶人(或乘员)对不同方面的性能需求,建立包含不同权值系数的适应度函数,针对适应度函数设计了典型的优化模式,并通过对惩罚函数值的适当选取来实现对性能指标加权系数的优化。通过不同工况及要求下的仿真,分析了该算法的可行性和有效性。研究结果表明,所提出的权值适应度函数优化方法简单、可行、有效。所设计的改进遗传算法能够高效地优化性能指标的加权系数以实现汽车在当前条件下的不同性能的最佳平衡,从而为主动悬架LQG控制器的设计提供一个有效的方法。

基于Kalman滤波和LQG控制的起重机控制研究

针对双载荷轨道起重机在抬升重物时的消摆时间长、定位速度慢的问题,提出采用最优控制理论和卡尔曼滤波算法,设计线性高斯二次型(Linear Quadratic Gaussian, LQG)控制器并对其进行残余振动抑制。首先,运用Lagrange方程建立起重机系统的非线性动力学方程,其次,运用雅可比矩阵将非线性方程线性化,得到系统的状态空间方程;通过证明线性系统的可控性和可观性,选择合适的权函数,设计最优二次型线性调节器(Linear Quadratic Regulator, LQR)和最优状态估计器来得到LQG控制器,通过建立相关模型的Simulink控制系统仿真表明:设计的LQG控制器能有效衰减残余振动;通过与PID控制器对比分析,所提出的LQG控制器能更有效衰减残余振动幅值,振动的超调量更小,所需的稳态时间更短,验证了该控制策略的有效性和可行性。

一种确定车辆悬架LQG控制加权系数的方法

针对车辆悬架LQG控制,提供一种确定与车辆平顺性各评价指标相关加权系数的方法。根据特定工况下对车辆平顺性各评价指标的具体要求,利用层次分析法,确定它们的主观加权比例系数;根据特定工况下原型悬架的性能统计数据,确定各评价指标的同尺度量化比例系数;结合各评价指标的主观加权比例系数与同尺度量化比例系数,确定LQG控制中与平顺性各评价指标相关的最终加权系数。运用实例表明:使用该方法确定加权系数的LQG控制效果明显,且适用性强。

基于层次分析法的主动悬架LQG控制器设计

建立了7自由度主动悬架的动力学模型，并应用最优控制理论设计了车辆主动悬架的LQG控制器；采用层次分析法确定各性能评价指标的加权系数，在Matlab／Simulink环境下建立主动悬架和被动悬架模型并进行仿真。仿真结果表明，通过层次分析法对加权系数的合理选取，主动悬架能够有效地降低车身振动加速度，从而提高乘坐舒适性。

LQG控制理论在阵风载荷减缓系统中的应用

针对D ryden频谱函数,通过有理谱成形理论,建立了阵风的线性化模型。明确了阵风对飞机的扰动机理后,以某型飞机为对象,建立了包括阵风过程、舵机系统和飞机模型的纵向动力学増广模型。以该增广模型为设计对象,应用LQG控制理论,设计了阵风载荷减缓系统。仿真结果表明,该系统能有效减缓阵风对飞行过载的影响。

基于遗传算法和LQG控制的汽车半主动悬架结构和控制参数的集成优化研究

传统半主动悬架的设计是先设计其结构参数后设计其控制器参数,这样易造成系统失去全局最优性能。针对这一问题,本文提出一种基于遗传算法和LQG控制的集成优化半主动悬架结构参数和控制参数的方法,通过理论分析和仿真结果表明此方法与传统优化方法相比,对改善汽车行驶平顺性和提高汽车行驶安全性具有较优的效果。

基于路面等级自适应的主动悬架LQG控制

为了解决车辆在混合等级路面时平顺性与操纵稳定性差的问题,提出了一种基于路面等级自适应的主动悬架LQG控制策略。根据路面功率谱密度与国际平整度指数的关系识别路面等级;以不同路面等级为阈值,确定三种控制目标;计算每次迭代后平均味道浓度判定值的方差确定迭代步长,解决了果蝇算法过早收敛和迭代次数过长的问题;在不同控制目标下设立了相应的适应度函数,并利用改进后的果蝇算法优化不同适应度函数下LQG控制的加权系数,以此提高混合等级路面下的控制性能。仿真分析了在不同等级路面下的悬架动态性能,并进行了道路实车试验。仿真结果表明:相比传统LQG控制,基于路面等级自适应LQG控制的悬架系统在A级路面下簧载质量加速度均方根值减小16.34%,在D路面下轮胎动载荷均方根值减小6.51%,在B级和C级路面下,簧载质量加速度和轮胎动载荷的均方根值分别减小9.59%、7.54%和11.32%、9.4%;试验结果与仿真结果基本一致。

融合助力转向功能的新型主动转向系统LQG控制策略

在传统主动转向系统基础上,集成电动助力转向技术,开发出一种新型主动转向系统,使其同时融合主动转向和电动助力转向功能,不仅解决了汽车低速转向轻便与高速转向稳重的矛盾,而且可以实现驾驶员路感和汽车主动安全性的完美结合。推导出新型主动转向系统动力学方程,考虑系统中可能存在的各种干扰和噪声,构建了新型主动转向系统LQG控制模型,设计了新型主动转向系统LQG控制策略,并对转向路感和系统鲁棒性进行了仿真分析。仿真结果表明,基于LQG控制的新型主动转向系统,具有较好的系统鲁棒性能和鲁棒稳定性,可有效抑制路面随机激励、转矩传感器量测、模型参数不确定所引起的各种干扰和噪声,使驾驶员获得满意的转向路感。

主动悬架LQG控制器设计

把最优控制理论运用到主动悬架的控制策略中,通过车辆模型和控制系统的建立,进行了线性二次型最优控制器的设计,并且在输入一路面白噪声的情况下用Simulink进行了模拟仿真。仿真结果有效地证明了用LQG方法控制的主动悬架在改善汽车的平顺性和操纵稳定性上有良好的效果。

车辆磁流变半主动悬架模糊LQG控制策略研究

为提升车辆行驶舒适性,提出一种半主动悬架模糊LQG(Linear-quadratic-Gaussian control)控制策略。对磁流变阻尼器(Magnetorheological Damper,MRD)进行力学特性测试,并建立改进双曲正切模型,利用试验数据采用遗传算法对力学模型进行参数辨识,从而得到可以用于准确描述MRD非线性特性的数学模型。建立1/4车辆悬架模型,设计模糊LQG控制策略,在正弦激励及随机路面激励条件下进行数值仿真,根据车身加速度、悬架动挠度及轮胎动载荷3个指标进行性能评价。与被动悬架控制和模糊控制效果相比,结果表明,模糊LQG控制策略使半主动悬架各评价指标的均方根值均明显降低,基于模糊LQG控制的半主动悬架具有更好的减振性能,能有效提升悬架性能。

车辆主动悬架的遗传粒子群LQG控制方法

针对LQG最优控制算法中权重系数依靠经验确定的不足,综合遗传算法和粒子群算法优点,将粒子群算法中粒子速度和位置的更新和遗传算法的选择、交叉与变异操作相结合,提出遗传粒子群LQG控制算法,以优化性能指标权重系数。建立2自由度1/4主动悬架车辆模型,利用Matlab/Simulink软件,对车辆悬架的遗传粒子群LQG控制进行仿真,并与传统LQG控制结果进行对比。结果表明,所提出的遗传粒子群LQG控制方法能同时改善汽车的平顺性和操纵稳定性。

刚度和阻尼系数对LQG控制主动悬架控制的影响分析

分别基于半车4自由度线性与非线性车辆模型,设计了主动悬架LQG控制器,并通过理论推导和数值仿真解析了刚度和阻尼系数对悬架控制的影响。线性模型理论推导表明,LQG控制主动悬架系统的Ricatti方程的解与刚度和阻尼系数无关,进而得出了该主动悬架的时域响应与刚度和阻尼系数无关的结论。线性模型数值仿真表明,由刚度和阻尼系数产生的被动力与主动控制力组成的整体控制力相互独立且不受刚度和阻尼系数的影响;主动控制力的全局阻尼特性随着其并联阻尼的增加而明显由正特性转变为负特性。针对通用的非线性车辆模型,通过控制系统线性化、线性化后控制系统LQG控制器设计及控制反线性化这3个环节完成非线性主动悬架的LQG控制设计。设计过程表明,非线性刚度和阻尼系数的力作用在控制系统线性化和控制反线性化中被抵消,使得悬架的整体控制力不受此两系数的影响,说明以上线性主动悬架的研究结论也适用于具有非线性刚度和阻尼特性的主动悬架。

基于改进层次分析法的半主动悬架LQG控制器的设计

建立了包含半主动悬架的4自由度车辆动力学模型,应用最优控制理论设计了车辆半主动悬架LQG控制器,并在Matlab/Simulink环境下对系统模型进行仿真。以车身垂向加速度、俯仰角加速度、悬架动挠度、轮胎动位移和悬架控制力作为车辆LQG控制的性能评价指标,采用层次分析法和改进层次分析法确定各指标的加权系数。仿真结果表明,与被动悬架相比,采用半主动悬架能有效地提高车辆的乘坐舒适性;而与层次分析法相比,使用改进的层次分析法更易于确定加权系数,更便于设计LQG控制器。

噪声未知的LQG控制问题研究

对具有未知方差的线性二次高斯（LQG）问题，本文提出了具有学习特点的对偶自适应控制方法．控制器一方面能够控制系统朝着期望的目标运行，另一方面又能对未知参数进行学习，仿真结果表明了控制方法的有效性．

基于AHP的车辆主动悬架LQG控制器设计

基于层次分析法(AHP)设计了一种能够降低车身加速度(BA)、悬架动行程(SWS)和轮胎动位移(DTD)的车辆主动悬架线性最优(LQG)控制器。首先建立了2自由度1/4车辆主被动悬架动力学模型;然后采用AHP确定了悬架各性能评价指标的加权系数并利用最优控制理论设计了车辆主动悬架控制器;最后在Matlab/Simulink环境下进行了仿真分析。对仿真结果进行对比后表明:在特定工况下通过对加权系数的合理选取,BA、SWS和DTD比被动悬架分别减小了18.73%、22.22%和4.76%,且主动控制力的均方根值为535.3994 N。

基于LQG控制器的主动悬架系统设计与仿真

研究主动悬架的线性二次型最优控制策略,建立两自由度1/4主动悬架的动力学模型,设计车辆主动悬架的LQG控制器.利用MATLAB/LQG工具求解各性能评价指标的加权系数,建立AMESim主动悬架仿真模型,利用Matlab/Simulink建立LQG控制器模型,通过AMESim数据接口联接S-Function控制器模型,进行仿真试验.仿真结果表明,主动悬架能够有效地减小垂直位移量,降低车身振动加速度,提高乘坐舒适性.

具有H^∞性能界的鲁棒LQG控制

研究了一类含有范数有界参数不确定的连续线性系统，在一个Ｈ∞干扰衰减约束下的鲁棒状态反馈控制问题．所得的控制器对所有可容许的参数不确定都能满足一个给定的Ｈ∞干扰衰减水平，且为最坏情形ＬＱＧ（线性二次高斯）性能指标提供了一个最优上界．