車輛電磁主動懸架魯棒控制研究.pdf

1、懸架系統(tǒng)是車輛的重要系統(tǒng)之一，對車輛的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的作用。考慮到車輛行駛工況復(fù)雜多變，對懸架系統(tǒng)的要求越來越高，傳統(tǒng)被動懸架已經(jīng)難以實現(xiàn)滿意的車輛性能。近年來，隨著電磁材料和電控技術(shù)的快速發(fā)展，電磁主動懸架技術(shù)研究受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。
　　 本文針對電磁懸架特性和控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，諸如作動器電機電氣特性和電機伺服控制系統(tǒng)特性對懸架性能的影響，如何有效處理模型內(nèi)部不確定性和抑制外部有界擾動，提出了基于

2、不確定建模的電磁懸架減振特性和魯棒控制的博士論文研究課題。
　　 論文首先針對某中高級轎車設(shè)計研制了一個電磁主動懸架作動器原理樣機，對原理樣機設(shè)計和開發(fā)流程進(jìn)行了詳細(xì)闡述。然后，通過對作動器原理樣機進(jìn)行實驗測試，包括電氣特性測試、隨動響應(yīng)特性測試、反電動勢測試，及其測試數(shù)據(jù)分析，建立了電磁懸架作動器數(shù)學(xué)模型。
　　 論文所設(shè)計的電磁懸架控制系統(tǒng)分為主環(huán)控制和伺服環(huán)控制兩部分，前者依據(jù)懸架系統(tǒng)控制算法計算理想懸架主動控制力

3、，而后者負(fù)責(zé)作動器電機輸出力對理想懸架主動控制力的跟蹤。在伺服環(huán)控制設(shè)計中采用電流滯環(huán)控制方法，以獲得主動控制力的良好實時跟蹤效果。通過總結(jié)歸納不同時刻的電流滯環(huán)控制器的運行規(guī)律，簡化了電機三相控制系統(tǒng)，并對控制電路進(jìn)行分析，得到了電磁懸架主動控制過程中輸出力的實現(xiàn)范圍（控制電流約束范圍），以及電機和蓄電池系統(tǒng)的工作狀態(tài)，這些結(jié)果為后續(xù)的魯棒控制器設(shè)計提供了前提。
　　 在完成伺服環(huán)控制的設(shè)計和分析的基礎(chǔ)上，論文充分考慮實際懸架

4、系統(tǒng)的諸多不確定性，分別采用混合μ綜合和變增益H∞控制方法為所研制的電磁主動懸架作動器設(shè)計了主環(huán)控制魯棒控制器。
　　 在電磁懸架控制器的設(shè)計過程中，全面考慮實際車輛可能運行工況下懸架系統(tǒng)的諸多不確定性因素以及外部擾動，設(shè)計了一個混合μ綜合控制器。在對系統(tǒng)模型內(nèi)部不確定性和外部擾動分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用線性分式變換理論，將模型不確定性的已知結(jié)構(gòu)信息從反饋連接中分離出來，建立了包含參數(shù)不確定性和作動器高階未建模動態(tài)的電磁主動懸架混合不

5、確定系統(tǒng)模型。采用混合μ綜合方法，設(shè)計了一個混合μ綜合魯棒控制器，借助D-G-K迭代算法進(jìn)行控制器求解，以降低控制器設(shè)計的魯棒保守性。所進(jìn)行的主環(huán)μ綜合控制器的仿真結(jié)果表明，當(dāng)存在有界混合不確定性時，與H∞控制相比，采用混合μ綜合控制使得主動懸架能夠滿足魯棒穩(wěn)定性，獲得更好的魯棒性能。
　　 由于模型不確定性對懸架系統(tǒng)性能的影響各不相同，論文又通過單一不確定性的頻域響應(yīng)分析，篩選并確定了對懸架性能影響顯著的敏感因素，并有針對性地

6、為電磁懸架設(shè)計了一個變增益H∞控制器。首先將懸架不確定系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為關(guān)于敏感因素的參數(shù)依賴系統(tǒng)，即線性變參數(shù)(LPV)系統(tǒng)，然后利用LMI方法，求解滿足LPV系統(tǒng)二次H∞性能的變增益H∞控制器，以保證系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能。最后，在主環(huán)控制中，采用卡爾曼狀態(tài)觀測器和線性自回歸在線參數(shù)辨識，獲得變參數(shù)信息，確定實時的變增益H∞控制器，結(jié)合伺服環(huán)電流跟蹤控制，進(jìn)行聯(lián)合仿真試驗。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計的變增益H∞控制器能夠在變參數(shù)的大變化范圍內(nèi)