双横臂悬架动力学建模及模糊滑模控制器设计

针对传统双横臂悬架建模时直接使用悬架参数,所引起的模型准确率低不能完整反应悬架动态特性的问题,对双横臂悬架进行了机构动力学建模,计算了悬架阻尼系数和弹簧刚度的等效系数。为进一步优化控制效果,设计了带模糊切换增益调节的滑模控制器,把理想的天棚阻尼系统作为参考模型,将实际被控系统与参考模型之间的误差动力学方程作为模糊滑模控制器的控制对象,为了降低滑模控制中的抖振,对切换增益K(t)进行模糊化处理,通过MATLAB/simulink仿真验证并与PID、被动悬架进行对比。研究结果表明:模糊滑模控制器能有效降低车身的加速度,提高车辆的平顺性。

磁流变阻尼力建模及主共振研究

通过实验建模,提出了一种改进的Bingham模型来描述磁流变阻尼力,模型中的各参数具有明确的物理意义,都与磁流变阻尼器的特性有关.另外,还采用此模型研究了单自由度天棚阻尼控制系统的主共振,利用平均法得到了系统的理论解,并对理论解进行了数值验证.最后,研究了各参数对主共振的影响,从而可以更加有效地控制主共振.

基于LuGre模型的有摩擦结构自适应主动振动控制

针对参数不确定的有摩擦结构振动控制问题,设计一种基于LuGre动态摩擦模型的模型参考自适应控制器(MRAC)。采用LuGre动态模型描述系统摩擦力,建立单自由度有摩擦结构的动力学模型;以理想的Skyhook结构为参考模型,使用双观测器估计摩擦状态,设计了一种模型参考自适应主动振动控制器,并通过Iyapunov方法证明整个闭环系统具有全局稳定性,位移跟踪误差和速度跟踪误差渐进收敛到零。利用Simulink进行仿真研究,仿真结果表明,该控制器可以显著地减小有摩擦结构在共振频率附近的响应,并改善系统在较高频率的隔振性能。

基于辨识模型的磁流变减震器天棚控制研究

利用自制的飞机起落架磁流变减震器动态性能测试数据,对磁流变减震器动力学模型进行了辨识。并在此基础上,对起落架建立了动力学模型,利用此模型,设计了天棚控制器并利用Simulink进行了仿真分析。仿真结果显示,所设计的磁流变减震器在4D级机场跑道上滑跑时,其所控制的起落架相对位移、起落架垂直相对速度及机轮动载荷具有较好的控制效果,为磁流变减震器的实际应用提供了理论基础。

基于MATLAB的半主动悬架可变刚度座椅的研究

为进一步改善汽车的乘坐平顺性,利用MATLAB建立了1/2车动力学微分方程;以半主动悬架天棚阻尼控制为基础,设计一种可以改变刚度的座椅系统;以线性滤波得到的B级路面为输入进行仿真分析,对比了3种情况下的汽车平顺性。结果表明:相比于被动悬架,天棚阻尼控制有效改善了汽车的平顺性,同时附加变刚度座椅的半主动天棚阻尼控制悬架能进一步提高乘坐舒适性。

一种实用的半主动悬架的控制规律研究

文中主要研究以提高平顺性为主要目的的可变阻尼控制系统.在进行理想阻尼力的最优挂制过程中，采用了一种简单低成本的控制策略即由Karnoppe提出的天棚阻尼控制模型[1].其连续型控制策略是基于开关式阻尼控制策略[2]，但又避免了开关式的缺点，且其结构参数随路面级别的不同而不同.通过时域和领域计算可见这种控制方法的有效性.

基于天棚模型和扰动观测器的主动悬架滑模控制研究

以非线性二自由度主动悬架系统为研究对象,将天棚模型和扰动观测器的滑模控制算法相结合,提出了基于天棚模型和扰动观测器的滑模控制算法,并证明了系统的一致有界和一致最终有界。天棚模型中的簧载质量位移和速度给主动悬架系统中的簧载质量位移和速度提供参考轨迹;扰动观测器用于估计由悬架系统中悬架弹簧力、减振器阻尼力和作用在簧载质量上的外界干扰引起的簧载质量的扰动量。文中还在阶跃路面激励和随机路面激励下,根据主动悬架系统实验结果,验证了提出的控制算法的可行性;并在阶跃路面激励下,基于非线性二自由度主动悬架模型,计算了线性二次型最优控制(LQR)、具有扰动观测器的滑模控制(DOSMC)和基于天棚模型和扰动观测器的滑模控制(RMDOSMC)下主动悬架系统中簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的性能指标。与LQR和DOSMC控制相比,采用RMDOSMC控制时,主动悬架系统可以获得更优的性能指标。

飞机牵引车主动悬架模型参考自适应控制

为提高飞机牵引车的平顺性和操纵稳定性,以主动悬架为研究对象,建立飞机牵引车1/4车体模型,提出一种模型参考自适应控制方法.引入广义天棚阻尼控制力并利用最优控制理论得到参考模型,该参考模型在行驶平顺性和操纵稳定性方面均优于被动悬架.采用李雅普诺夫稳定性理论求解自适应控制律,使被控模型跟踪参考模型的动力学状态.仿真结果表明,模型参考自适应控制能够改善悬架系统的性能,其性能指标与参考模型一致,而且对悬架系统参数变化具有一定的适应能力.

基于磁流变技术的六自由度半主动隔振平台

针对精密仪器设备六自由度半主动隔振的需求,提出了一种基于新型双活塞磁流变液阻尼器的六自由度半主动隔振平台。首先,完成了阻尼器的研制,通过实验方法获得了阻尼器的动力学特性曲线,并建立了其双曲正切模型。其次,在新型阻尼器的基础上设计了一种基于Stewart平台结构的六自由度半主动隔振平台。对平台隔振性能仿真研究的结果表明,此平台在6个方向上都有明显的隔振效果。所提出的六自由度半主动隔振平台具有自身质量轻、结构紧凑的优点,并且隔振效果明显,满足精密仪器设备的六自由度半主动隔振需求。

3-RPS并联隔振平台的建模与控制

针对传统被动隔振装置隔振效果较差、使用寿命较短的问题,本文以3-RPS并联机构为主体建立并联隔振平台,通过拉格朗日法求解并联隔振平台系统动力学方程,在Matlab/Simulink中设计基于天棚模型的半主动on-off控制器。为解决并联机构系统模型存在非线性化和理想化等问题,应用Sim Mechanics建立并联隔振平台系统物理模型,通过对并联隔振平台单个支链分别进行on-off控制,提高隔振平台的隔振性能。仿真结果表明:相比于被动隔振平台,含有on-off控制器的隔振平台可以有效抑制振幅,具有良好的隔振效果。

多轴车辆半主动悬架控制分析

针对采用半主动悬架的多轴车辆,建立了动力学模型;基于预描控制结合Pade近似方法建立多轴车辆后轴和第1轴路面激励输入的关系,并改进了动力学模型;基于天棚阻尼模型,建立参考模型;基于滑膜控制结合等速趋近率确定了控制率。以某三轴车辆为例,采用滑膜控制方法实现对车辆的控制,其分析结果和被动悬架进行了对比分析;分析结果证实了采用滑膜控制方法车身质心高度变化幅值、车身俯仰角幅值得到明显减小,其变化趋势也较为平缓;车辆在低速还是高速行驶质心加速度均方根值、车身俯仰角角加速度均方根值都比被动悬架车辆明显减小,车辆的平顺性得到改善。建立的模型及控制方法具有普适性,适用于两轴及两轴以上的车辆。

基于参考模型的主动悬架反演控制设计

为减小车身垂直加速度以及轮胎变形量,从而提高车辆的乘坐舒适性和行驶稳定性,采用一种基于参考模型的反演控制设计方法,对汽车悬架进行主动减振控制研究。建立了1/4车辆二自由度主动悬架试验台架的动力学模型,并基于天棚-地棚阻尼控制方法建立了一种理想的被动控制悬架系统模型,将其作为后续反演控制设计的参考模型;将路面激励下理想的被动控制悬架系统的输出作为参考信号,基于李雅普诺夫理论设计一种模型参考反演控制算法,并将其应用于实际悬架系统的主动减振控制,以此实现对理想被动悬架系统减振性能的逼近;选取一种典型的路面激励形式,对所提出的主动减振控制方法进行仿真研究。仿真结果表明,基于参考模型的反演控制策略能有效抑制车身垂直运动,减小车身垂直加速度,同时在一定程度上减小了轮胎变形量,改善了汽车的乘坐舒适性和行驶稳定性。

适用于非线性主动悬架滑模控制的线性干扰观测器

基于参考天棚模型主动悬架中存在力的非线性特性、参数不确定以及执行器非理想性等问题,为了削弱这些问题对控制效果的影响,提出一种用于估计非线性参量以及参数不确定、非理想执行器所引起的不确定量的线性干扰观测器,结合滑模控制建立了带有干扰观测器的控制系统;分析了天棚阻尼系数和不确定量对主动悬架控制效果的影响,给出了最优天棚阻尼的选取方法,验证了干扰观测器的有效性;最后,仿真模拟了所提出的控制算法在凸块以及C级路面行驶工况下的控制效果,结果显示:相比于传统没有观测器的基于参考天棚模型的滑模控制,所设计的含有观测器的基于参考天棚模型滑模控制算法在舒适性、稳定性以及安全性方面都有所提升。

磁流变减振器力学模型校验及天棚ON-OFF控制

针对某轻型军用轮式越野车的减振需求,设计了阀式磁流变减振器(Magneto-Rheological Damper,MRD)替代原被动减振器。首先,将磁流变液(Magneto-Rheological Fluid,MRF)流变特性表示成Bingham模型,用平板模型推导MRD阻尼力模型;其次,在对MRD性能进行测试的基础上,建立了相应的多项式MRD力学模型;然后,采用最小二乘法,并基于相对误差、相关系数及标准差3个指标对模型的准确性进行了校验;最后,基于天棚ON-OFF半主动控制算法对MRD减振性能进行了台架试验。结果表明:所建立的MRD力学模型与试验得到的结果相差较小,说明模型较为准确;在天棚ON-OFF半主动控制条件下,设计的MRD可有效降低车身共振区附近的车身垂直加速度,提高军用车辆的乘坐舒适性及行驶平顺性。