一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法
【專利摘要】一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法，本發(fā)明涉及一種執(zhí)行器輸入飽和控制方法。本發(fā)明是要解決設(shè)計(jì)模型較為簡單；無法滿足汽車懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器飽和控制；無法應(yīng)對不確定性參數(shù)的影響而提出了一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法。該方法是通過步驟一、建立非線性不確定時(shí)滯主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型；步驟二、推導(dǎo)基于指令濾波器的自適應(yīng)反步遞推控制器；步驟三、調(diào)節(jié)自適應(yīng)反步遞推控制器的控制增益參數(shù)等步驟完成的。本發(fā)明應(yīng)用于汽車主動(dòng)懸架控制領(lǐng)域。
【專利說明】一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種執(zhí)行器輸入飽和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]主動(dòng)懸架系統(tǒng)在汽車工業(yè)中扮演著重要的角色。一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)良的懸架系統(tǒng)不僅僅能夠提升駕乘人員的舒適度(隔離的不規(guī)則路面?zhèn)鬟f給駕乘人員的身體振動(dòng))，同時(shí)有良好的抓地力。如今的主動(dòng)懸架系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到汽車工業(yè)中，因?yàn)樗T如重量輕、體積小等優(yōu)勢。在主動(dòng)懸架系統(tǒng)中，電機(jī)或者是液壓系統(tǒng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常放置在車架與車體之間，通過耗散和增加系統(tǒng)的擾動(dòng)能量，來穩(wěn)定車身的姿態(tài)，提高駕駛的舒適度。
[0003]但是，在我們享受主動(dòng)懸架系統(tǒng)控制所帶來的優(yōu)勢的同時(shí)，可能發(fā)生的執(zhí)行器飽和問題是我們需要認(rèn)真對待的問題之一，對于主動(dòng)懸架系統(tǒng)而言，其閉環(huán)系統(tǒng)的可靠性同懸架系統(tǒng)的性能是同等重要的，甚至高于其他的性能。傳統(tǒng)方法在處理非線性不確定懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器飽和問題時(shí)，可能會導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)性能上的惡化，甚至造成閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
[0004]對于非線性的主動(dòng)時(shí)滯懸架系統(tǒng)而言，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和魯棒控制是一個(gè)學(xué)術(shù)難題同時(shí)也是工業(yè)應(yīng)用的需要。按照工業(yè)實(shí)踐的觀點(diǎn)，在控制系統(tǒng)中時(shí)滯經(jīng)常使得穩(wěn)定性問題變得更加困難，這給不確定執(zhí)行器飽和的非線性主動(dòng)懸架系統(tǒng)的工程應(yīng)用系統(tǒng)帶來了極大的挑戰(zhàn)。
[0005]現(xiàn)有的方法為了消除上述這些難題，在處理懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器飽和控制和處理時(shí)滯問題時(shí)，可能會引起系統(tǒng)性能的降級，甚至還會造成懸架系統(tǒng)性能的不穩(wěn)定，其不足之處主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方面:
[0006]一、設(shè)計(jì)模型較為簡單。在現(xiàn)有的主動(dòng)懸架系統(tǒng)的研究中，為了懸架系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)的方便，經(jīng)常采用線性化的理想數(shù)學(xué)模型。主要理想化了彈簧元件、執(zhí)行器和阻尼器的數(shù)學(xué)模型，得到近似線性化的模型。同時(shí)，考慮到阻尼器的執(zhí)行動(dòng)態(tài)時(shí)，近似線性化的模型是一個(gè)與速率有關(guān)的一個(gè)時(shí)滯子系統(tǒng)，然而，在實(shí)際中，汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)為典型的非線性時(shí)滯系統(tǒng)，理想化的近似會導(dǎo)致控制精度的降低；
[0007]二、無法滿足汽車懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器飽和控制。對于汽車懸架系統(tǒng)而言，當(dāng)執(zhí)行器發(fā)生控制飽和時(shí)，可能會導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)性能上的惡化，甚至造成閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。并且現(xiàn)有方法沒有比較明確的理論來指導(dǎo)系統(tǒng)控制參數(shù)的選取，從而不能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，這是選取控制系統(tǒng)參數(shù)所面臨的主要問題；
[0008]三、無法應(yīng)對不確定性參數(shù)的影響。在汽車主動(dòng)懸架控制中，由于彈簧器件和阻尼機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的磨損或者老化，其動(dòng)態(tài)參數(shù)隨著時(shí)間的推移很容易發(fā)生改變，這種情況不可避免的造成參數(shù)了不確定性，而傳統(tǒng)的控制策略往往還存在一定的局限性，這就給控制策略的設(shè)計(jì)帶來了困難。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有懸架控制技術(shù)設(shè)計(jì)模型較為簡單，無法滿足懸架系統(tǒng)的控制性能，無法應(yīng)對系統(tǒng)不確定參數(shù)和執(zhí)行器輸入飽和對系統(tǒng)控制性能的影響，而提供了一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法。
[0010]上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0011]步驟一、建立非線性不確定時(shí)滯主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型；
[0012]步驟二、推導(dǎo)基于指令濾波器的自適應(yīng)反步遞推控制器；
[0013]步驟三、調(diào)節(jié)自適應(yīng)反步遞推控制器的控制增益參數(shù)，即完成了一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法。
[0014]發(fā)明效果:
[0015]本發(fā)明提出一種主動(dòng)懸架系統(tǒng)執(zhí)行器輸入飽和控制方法，考慮到實(shí)際車輛中存在執(zhí)行器參數(shù)的不確定性和車身的垂直動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提出了基于指令濾波器的自適應(yīng)反步遞推控制方法，提高了駕駛的舒適度，保證了在存在系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)時(shí)滯的情況下，系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定可控的，解決了非線性不確定時(shí)滯主動(dòng)懸架系統(tǒng)的垂直動(dòng)態(tài)的鎮(zhèn)定問題。
[0016]本發(fā)明通過建立了非線性不確定時(shí)滯主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型，解決了現(xiàn)有懸架控制技術(shù)設(shè)計(jì)模型較為簡單的問題。并且提出了一種基于指令濾波器控制方法，來處理執(zhí)行器輸入飽和問題的自適應(yīng)反步遞推控制器，進(jìn)而達(dá)到了即使系統(tǒng)存在參數(shù)不確定的情況下，車身的垂直位移也能夠在有限的時(shí)間內(nèi)趨于零，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的效果。并且通過引入雙曲正切函數(shù)，來處理時(shí)滯項(xiàng)，達(dá)到處理時(shí)滯的目的，最后從仿真中驗(yàn)證了所提出控制器方法的有效性，從而滿足了懸架系統(tǒng)的控制性能，應(yīng)對系統(tǒng)不確定參數(shù)和執(zhí)行器輸入飽和對系統(tǒng)控制性能的影響，達(dá)到懸架控制系統(tǒng)提高駕駛舒適度的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是【具體實(shí)施方式】一中提出的一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法流程圖；
[0018]圖2是【具體實(shí)施方式】二中提出的主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模型圖；其中，I為擾動(dòng)外部輸入，2為簧上質(zhì)量，3為簧上垂直位移，4為非線性剛性彈力，5為線性時(shí)滯阻尼，6為主動(dòng)輸入力；
[0019]圖3是【具體實(shí)施方式】四中的提出的指令濾波器模型圖；
[0020]圖4是【具體實(shí)施方式】六中的提出的車身垂直位移隨時(shí)間的響應(yīng)曲線圖；
[0021]圖5是【具體實(shí)施方式】六中的提出的控制器控制輸入響應(yīng)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之間的任意組合。
[0023]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法，具體是按照以下步驟制備的:
[0024]步驟一、建立非線性不確定時(shí)滯主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型；
[0025]步驟二、推導(dǎo)基于指令濾波器的自適應(yīng)反步遞推控制器；
[0026]步驟三、調(diào)節(jié)自適應(yīng)反步遞推控制器的控制增益參數(shù)，即完成了一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法如圖1所示。
[0027]本實(shí)施方式效果:
[0028]本實(shí)施方式提出一種主動(dòng)懸架系統(tǒng)執(zhí)行器輸入飽和控制方法，考慮到實(shí)際車輛中存在執(zhí)行器參數(shù)的不確定性和車身的垂直動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提出了基于指令濾波器的自適應(yīng)反步遞推控制方法，提高了駕駛的舒適度，并且保證了在存在系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)時(shí)滯的情況下，系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定可控的，解決了非線性不確定時(shí)滯主動(dòng)懸架系統(tǒng)的垂直動(dòng)態(tài)的鎮(zhèn)定問題。
[0029]本實(shí)施方式考慮到系統(tǒng)參數(shù)中存在的執(zhí)行器參數(shù)不確定性情況和系統(tǒng)速度狀態(tài)參數(shù)時(shí)滯的情況，對主動(dòng)懸架系統(tǒng)建立了數(shù)學(xué)模型。從模型中可以看出主動(dòng)懸架系統(tǒng)為典型的不確定時(shí)滯系統(tǒng)，為了滿足懸架控制系統(tǒng)的約束條件和提高駕駛的舒適度，本發(fā)明提出了一種基于指令濾波器控制方法，來處理執(zhí)行器輸入飽和問題的自適應(yīng)反步遞推控制器，即使系統(tǒng)存在參數(shù)不確定的情況下，車身的垂直位移也能夠在有限的時(shí)間內(nèi)趨于零，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且通過引入雙曲正切函數(shù)，來處理時(shí)滯項(xiàng)，來達(dá)到處理時(shí)滯的目的，最后從仿真中驗(yàn)證了所提出控制器方法的有效性，達(dá)到了預(yù)期的控制目的。
[0030]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一所述建立非線性不確定時(shí)滯主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型為:
[0031]根據(jù)牛頓第二定律，主動(dòng)懸架系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程可表示為:
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法，其特征在于一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法具體是按照以下步驟制備的: 步驟一、建立非線性不確定時(shí)滯主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型； 步驟二、推導(dǎo)基于指令濾波器的自適應(yīng)反步遞推控制器； 步驟三、調(diào)節(jié)自適應(yīng)反步遞推控制器的控制增益參數(shù)，即完成了一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法，其特征在于步驟一所述建立非線性不確定時(shí)滯主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型為: 根據(jù)牛頓第二定律，主動(dòng)懸架系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程可表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法，其特征在于所述建立非線性不確定時(shí)滯主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型公式(I)~(7)具體參數(shù)如下:簧上質(zhì)量:ms=100kg ;彈簧組件的線性剛度系數(shù):ksl=1500N/m ;彈簧組件的非線性剛度系數(shù)k =iOOA/'/m;彈簧組件阻尼器的阻尼系數(shù):Cm=1095Ns/mdA行器的最大輸出力為Umax=500No
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法其特征在于步驟二所述設(shè)計(jì)自適應(yīng)反步遞推控制器包括以下四個(gè)部分:(一)、設(shè)計(jì)虛擬控制函數(shù)α，使得跟蹤誤可能??；其中Xd是參考軌跡信號，指令濾波器選擇的參數(shù)為Wl，I1, W1是指令濾波器的自然頻率，11是指令濾波器的阻尼系數(shù)，I代表的是框圖中的積分環(huán)節(jié)；結(jié)合式(5)、(6)，可以得到:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法其特征在于步驟二中指令濾波器的具體參數(shù)如下:指令濾波器I的自然頻率和阻尼系數(shù)分別是W1=IOO, ξ1=1，沒有幅值的限制；指令濾波器2的自然頻率和阻尼系數(shù)分別是《2=100，ξ2=1,幅值限制為u_=500N ;在指令濾波器的輸出參數(shù)中，U，?是指令濾波器的直接輸出參數(shù)，α 10= α，α 20=ν, ? = ?{, u= α 20
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器輸入飽和控制方法其特征在于步驟三中調(diào)節(jié)自適應(yīng)反步遞推控制器的控制增益參數(shù)過程為:在系統(tǒng)遭受參數(shù)不確定性以外的擾動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)增益kv>0，σ >0山>0，1^2>0，1^22>1可以保證跟蹤誤差61是有界的；同時(shí)，如果經(jīng)過有限時(shí)間，系統(tǒng)僅遭受參數(shù)不確定性、狀態(tài)時(shí)滯和控制器輸入飽和的影響時(shí)，則跟蹤誤差％在有限時(shí)間收斂于零。
【文檔編號】B60G17/015GK103522863SQ201310533413
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】潘惠惠, 孫維超, 高會軍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)