汽车主动悬架系统控制器降阶和集成控制研究

作者：汪洪波^*

来源：硕士, 合肥工业大学, 2006-05-01.

• 主动悬架
• 电动助力转向
• H_&infin
• 控制
• 模型降阶
• 控制器降阶
• 仿真
• 汽车乘坐舒适性
• 集成控制

随着汽车主动悬架系统控制研究的不断深入,采用最优控制、鲁棒控制等现代控制理论方法,能获得较好控制性能的主动悬架系统。但是由于汽车本身的复杂性,所设计出的控制器的阶数往往较高,这将影响系统的可靠性、实时性,给控制器的工程实现带来困难。 汽车主动悬架和电动助力转向系统是汽车的两个重要的子系统。对两者分别进行控制后,简单组成的系统的性能往往不令人满意。通过集成控制综合提高系统性能是重要的研究方向。 针对以上两个问题,本文做了以下工作: 1.在建立七自由度主动悬架系统的14阶状态空间模型的基础上,设计了H_∞控制器,应用Hankel范数最优降阶方法研究了主动悬架高阶H_∞控制器的降阶问题。采用Hankel范数最优降阶方法,能够较大程度地降低控制器的阶数且闭环控制性能损失较小。通过与模态截取法、均衡截取法相比较,Hankel范数最优降阶法具有更好的降阶效果。 2.本文分别采用基于模型误差最小和基于闭环性能指标最优的频率加权方法,研究了降阶控制器的设计问题。通过选取适当的加权传递函数,可保证降阶闭环系统的稳定性。采用频率加权互质分解的控制器降阶方法,不仅很大程度地降低了主动悬架高阶控制器的阶数,而且降阶控制器能获得与全阶控制器十分相近的闭环控制性能。 3.研究了主动悬架和电动助力转向的集成控制问题。设计了主动悬架和转向集成系统的鲁棒控制器,将降阶主动悬架H_∞控制系统与电动助力转向PID控制系统构成的集成控制系统与全阶集成控制系统的性能进行了比较。降阶集成控制系统能取得与全阶集成控制系统十分相近的控制性能。 4.对主动悬架和电动助力转向集成控制系统进行了实车道路试验,使用汇编语言和C51语言编写P87C591单片机程序实现集成控制算法。主动悬架和电动助力转向集成控制系统能有效地提高车辆操纵轻便性、行驶平顺性。