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。

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。

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。

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。

具有LQG控制器的主动悬架半车模型动力学分析与仿真

基于达朗贝尔原理建立半车主动悬架动力学模型,采用最优控制理论进行主动悬架LQG控制器设计.在Matlab/Simulink中建立对应的系统仿真模型,采用白噪声路面输入后进行该系统动态特性仿真,并将主、被动悬架特性进行对比分析.仿真结果表明,相对于被动悬架主动悬架性能有明显改善.

基于多种群遗传算法的主动座椅LQG控制器优化

针对LQG控制器权重系数依靠经验选取的不足,提出基于多种群遗传算法的主动座椅悬架LQG控制器权重系数的多目标优化设计方法。在建立6自由度主动座椅悬架模型的基础上,利用最优控制理论设计LQG控制器;以LQG控制器权重系数为变量,以各性能指标为优化目标,建立基于权重系数的多目标优化函数;利用MPGA算法的全局搜索能力,对LQG控制器权重系数进行寻优,实现对主动座椅悬架最优控制器的优化。仿真结果表明:经MPGA算法优化权重系数后,适应度函数值比GA算法优化时降低0.9左右,验证了此优化方法的有效性。

基于遗传算法的汽车主动悬架LQG控制器的设计

采用合适种群规模遗传算法,寻求在一定范围内满足车身垂向加速度、轮胎垂向变形量、悬架动挠度均方根值相对于被动悬架都降低的最优加权系数,设计了基于遗传算法的汽车主动悬架线性LQG控制器。Matlab/Simulink仿真实验表明:采用合适种群规模遗传算法选取最优加权系数的用时数只需常规编程的1.17%;采用最优加权系数的LQG控制器的汽车主动悬架,可以在不影响汽车操纵稳定性和悬架行程的前提下,很好地提高汽车的行驶平顺性。

基于网络延时的LQG控制器设计

控制网络中传输延迟的存在,导致确定性闭环网络控制系统转化成一时变不确定性系统。针对网络控制系统中存在小于一个采样周期的传输延迟,提出控制方案,分析建立数学模型,设计出满足要求的时延网络控制器。并通过仿真验证了该结果的正确性,使系统在能控性和稳定性方面得到明显改善。

具有LQG控制器的主动悬架整车模型动力学分析与仿真研究

基于达朗贝尔原理建立整车主动悬架动力学模型,采用最优控制理论进行主动悬架LQG控制器设计。在Matlab/Simulink中建立相应的系统仿真模型,采用积分白噪声模型作为路面输入形式,然后结合整车系统仿真模型进行该系统动态特性仿真,并将主、被动悬架特性进行对比分析。仿真结果表明,相对于被动悬架主动悬架性能有明显改善。

车辆主动悬架LQG控制器的设计与仿真分析

通过建立 1 / 2车辆模型和路面输入模型 ,应用最优控制理论进行了车辆主动悬架的 L QG控制器的设计 ,并在 Matlab/ Sim ulink环境中建立系统模型并进行仿真模拟 ,将主、被动悬架的车身加速度、仰俯角加速度、悬架动挠度及车轮动位移 4项指标进行了对比分析。仿真结果表明 ,具有 L

基于AHP-GA的整车主动悬架LQG控制器设计

为提高驾驶员的乘坐舒适性,建立了考虑座椅振动的8自由度整车动力学模型,基于最优控制理论,设计了以主动悬架性能指标为目标函数的LQG控制器。利用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)定性分析与遗传算法(Genetic Algorithm,GA)全局优化的特点,结合这2种算法确定各性能指标的加权系数,在Matlab/Simulink软件中建立主、被动悬架模型并进行仿真分析。结果表明,与被动悬架相比,采用2种算法相结合得到的主动悬架提高了整车性能,尤其是驾驶员的乘坐舒适性;与采用单一层次分析法相比,2种算法的结合进一步改善了整车主动悬架的性能,同时验证了层次分析法中参数选定的合理性。

电视导引头LQG控制器设计及仿真

以现有的TV导引头系统模型为基础,研究了随机干扰作用下的导引头系统的最优控制问题。分析了LQG控制器设计中的关键参数Q、R的选择对控制的影响。通过时域和频域分析,考察了控制系统的稳定性和响应特性,从而设计了LQG控制器。将增加LQG控制器前、后的系统进行仿真比较,结果表明:所设计的LQG控制器在导引头系统稳定性、调节时间和抗干扰性方面都取得了更好的结果。

基于层次分析法的半主动悬架LQG控制器的设计

采用滤波白噪声生成路面时域模型,建立了5自由度半主动悬架模型,并应用最优控制理论设计了车辆半主动悬架的LQG控制器,采用层次分析法确定各性能指标的加权系数,在MATLAB/simulink环境下建立半主动悬架进行仿真。仿真结果表明,通过对相关的系数进行加权化处理能够较好的改善车辆悬架的振动特性,有利于提高车辆的乘坐舒适性。

基于T-S模糊的纵向飞行模型簇LQG控制器设计

为了使飞机飞行时状态变量稳定,以F/A-18模型参数为例,对飞行控制系统纵向飞行模型簇给出了T-S模糊控制与LQG控制相结合的变增益模糊控制方法,研究其状态控制与稳定性问题。首先采用输入输出反馈线性化方法,将非线性微分方程组表示的飞机纵向控制系统进行线性化解耦得到线性化方程组,然后用模糊控制方法对变换后的线性系统进行设计,并对所设计的飞行控制系统进行仿真。仿真结果表明,该方法解决了多变量非线性模型簇控制问题,基于T-S模糊的纵向飞行模型簇LQG控制器设计可以实现状态、输入扰动下系统自动调稳功能。

采用AHP-KCA的主动悬架LQG控制器设计

为提高汽车用户的乘坐舒适性,进行基于层次分析法(AHP)和K均值聚类算法(KCA)的主动悬架控制研究.首先建立2自由度主动悬架模型,设计以悬架性能指标为目标函数的线性二次高斯(LQG)控制器;然后,利用AHP求得一组性能指标权值,并根据这组权值在MATLAB软件中得到225组新的权值;最后,在MATLAB/Simulink软件中进行主、被动悬架性能的仿真,通过KCA对权值分类分级.仿真结果表明:与被动悬架相比,采用AHP-KCA结合算法得到的主动悬架性能有所提高,尤其是车辆乘坐舒适性;与仅利用AHP相比,AHP-KCA结合算法进一步提升车辆悬架的性能,证明了其优越性.

汽车侧倾运动安全主动悬架LQG控制器设计方法

为了提高汽车转向-侧倾运动的安全性,设计了主动悬架侧倾运动安全LQG控制器;建立了3自由度汽车转向-侧倾运动动力学模型,选择横向载荷转移率、侧倾角及其加速度构建汽车侧倾安全综合性能评价指标;为了解决现有设计方法无法跟踪系统干扰项(前轴转向角)和控制加权矩阵行列式等于零带来的控制向量无法求解的难题,将前轴转向角进行满足最小相位系统的微分变形,并与原系统方程组成增广系统方程,在综合性能评价指标中引入包含控制项的无穷小量,以满足LQG控制器设计条件;结合层次分析法和归一法,以鱼钩工况为基础,仿真获取汽车转向-侧倾运动统计数据,进而确定LQG控制器的加权系数,通过多工况数值仿真验证主动悬架侧倾运动安全LQG控制器的工作效果。仿真结果表明:新设计的LQG控制器不干扰驾驶人的转向操纵;与被动悬架相比,在鱼钩工况、蛇形穿桩工况和双移线工况下,采用LQG控制器的主动悬架可使汽车侧倾运动安全的主要评价指标即横向载荷转移率的方差分别降低了32.08%、32.82%、29.24%,侧倾角的方差分别降低了47.74%、44.19%、63.41%,侧倾角加速度的方差分别降低了87.30%、60.00%、86.39%,说明采用新设计LQG控制器的主动悬架可大幅度改善汽车侧倾运动安全性,且具有良好的转向工况适应性。

基于交替迭代的车辆主动悬架LQG控制器设计

针对主动悬架线性二次高斯控制(linear-quadratic-Gaussian control,LQG)控制器,提供一种快速确定其最佳控制加权系数及最优控制力的方法。通过车辆行驶平顺性评价指标分析,利用无量纲归一化思想建立主动悬架最优控制目标函数,给出平顺性加权系数与控制加权系数间的关系;根据主动悬架力学模型,利用Newmark-β显式积分法,建立平顺性加权系数仿真分析模型。以路面不平度作为输入激励,以轮胎动位移和悬架动挠度为约束条件,借鉴交替迭代思想建立交替迭代优化算法,建立主动悬架LQG控制加权系数及控制力的优化方法。通过与现有LQG控制器设计方法的对比分析,对本设计方法的先进性和可靠性进行仿真验证,结果表明设计的LQG控制器能够显著改善车辆的乘坐舒适性。

深空站大天线抗风扰LQG最优控制器设计

针对深空大天线阵风扰动引起天线指向不准、接收信号抖动等问题,提出了基于最优控制策略的天线抗风扰LQG控制器设计方案。从控制对象建模、线性二次型最优控制和卡尔曼最优估计等方面详尽阐述了LQG最优控制器设计。借鉴国外DSN(深空网)相关工程经验与MATLAB工具对LQG控制器性能做了仿真分析。对LQG工程设计值得注意的问题进行了简要说明,目的旨在分析与解决相关工程技术问题,提高天线指向控制精度。

欠驱动两自由度机械臂LQG/LTR控制

针对欠驱动机械臂系统的快速稳定控制中存在着的系统过程噪声和传感器观测噪声的干扰问题,设计了具有回路传输恢复的线性二次高斯(linear quadratic Gaussian control with loop transfer recovery, LQG/LTR)控制器。该控制器由卡尔曼滤波器和最优状态反馈增益调节器两部分组成,并进一步使用了回路传输恢复技术提高了控制系统稳定裕度。仿真试验表明:LQG/LTR控制方法相比于线性二次型调节器控制方法具有更加出色的动态品质,能很好地抑制噪声造成的系统不稳定问题,使得机械臂快速稳定在期望位置,具备良好的稳定性和鲁棒性。