悬架馈能作动器力学特性测试及非线性主动控制器设计

为提高车辆的乘坐舒适性并兼具回收振动能量的功能，对试制PMSM-滚珠丝杠式馈能作动器进行了力学特性测试，对库仑阻尼和作动器等效惯性质量进行识别，根据识别结果设计了馈能型主动悬架非线性控制器；结合电磁动力学建模、电气参数校核，采用分级变压充电试验方法对作动器样机进行三角波及正弦波位移输入下的力学特性测试，利用参数拟合使建模仿真力学特性曲线逼近实测曲线，完成库仑阻尼识别和等效惯性质量验证；对含有库仑阻尼及作动器等效惯性质量的主动悬架力学模型中的非线性项进行前馈反馈线性化处理，并对簧载质量/非簧载质量加速度项正则化处理，在此基础上根据作动器最大输出力设计了双约束H₂/H_∞控制器；利用数值仿真对被动悬架、理想主动悬架、常规H₂/H_∞控制主动悬架和双约束H₂/H_∞控制主动悬架进行悬架综合性能对比验证及馈能性能分析。分析结果表明:双约束H₂/H_∞控制主动悬架的簧载质量加速度均方根和综合性能指标较被动悬架分别降低47.05%和51.67%，仅比理想主动悬架分别差1.86%和1.34%，且比常规H₂/H_∞控制主动悬架分别优19.28%和11.21%；库仑阻尼和电机定子电阻分别消耗掉了作动器总吸收功率的18.99%和20.19%，相比之下，流向蓄电池的回收平均功率高达60.82%。      

具有输入滞后的不确定系统时滞依赖鲁棒H∞可靠控制

讨论了一类具有输入时变时滞不确定系统,研究了在执行器发生故障情况下系统全局渐进稳定的鲁棒H∞可靠控制设计的问题.首先建立了包含参数不确定、控制输入滞后、执行器故障等的系统状态模型;然后根据Lya-punov稳定性理论,推导出系统存在时滞依赖型鲁棒H∞可靠控制器应满足的矩阵不等式,并将其转化为线性矩阵不等式.数值仿真结果表明:提出的控制器设计方法具有满意的控制性能要求.     

不确定时变时滞系统的指数稳定鲁棒H_∞可靠控制

针对一类含有时变时滞的参数不确定线性系统,研究了在执行器发生故障情况下系统指数稳定的鲁棒H∞可靠控制器设计问题.根据Lyapunov稳定性理论,给出了系统存在指数稳定鲁棒可靠控制器应满足的一个矩阵不等式;同时给出了系统具有H∞性能指标应满足的另一个矩阵不等式.论文将这两个矩阵不等式转化为两个线性矩阵不等式（LMIs）.利用论文方法设计的指数稳定鲁棒H∞可靠控制器能够使得时滞系统对于任意允许的不确定性以及任意执行器失效都保持鲁棒可靠指数稳定,并且使系统具有指定H∞范数的干扰抑制能力.仿真结果表明了该控制器设计方法的有效性.     

基于二系垂向作动器与压电作动器的动车组车体振动控制

为了减小高速动车组车体刚性与弹性振动, 提出了一种基于二系垂向作动器与车体压电作动器的高速动车组车体振动主动控制方法; 基于某型高速动车组, 设计了一种在车辆二系安装垂向作动器, 在车体底架布置压电作动器, 运用H_∞鲁棒最优控制器进行车辆协调控制的主动减振方法; 建立了基于车辆动力学参数的刚柔耦合减振力学模型, 采用H₂及H_∞准则优化压电作动器与压电传感器布置位置, 运用鲁棒最优控制方法设计了H_∞反馈控制器; 利用MATLAB仿真了减振装置与主动控制方法对车辆动力学性能的影响, 比较了被动悬挂车辆、仅安装二系垂向作动器车辆与采用主动控制车辆的动力学性能差异。研究结果表明: 压电作动器与压电传感器布置在距车体左端距离为7.15、12.25、17.35m处车体一阶及二阶弹性模态归一化H₂及H_∞范数最大, 可以作为压电作动器与传感器的布置位置; 基于二系垂向作动器与车体压电作动器的鲁棒最优控制方法能够有效地抑制车体的振动, 一阶垂弯振动频率处车体中部和转向架上方的加速度功率谱分别减小为被动悬挂车辆的5%、10%;速度越大, 振动加速度抑制效果越明显, 当车辆的运行速度为200km·h-1时, 车体振动加速度均方根减小10%, 当车辆的运行速度为350km·h-1时, 车体振动加速度均方根减小18%;相对于被动悬挂, 二系垂向作动器输出力功率谱在车体浮沉与点头振动频率处的量级为106 N2·Hz-1, 对车体刚性振动有较大抑制作用, 压电作动器电压功率谱在车体一阶垂弯振动频率处达到峰值4 000V2·Hz-1, 对车体弹性振动有较大抑制作用。      

高速列车的自适应容错跟踪控制

针对执行器故障下高速列车的速度和位移跟踪控制问题,考虑模型参数的不确定性,引入自适应控制技术,设计了列车的自适应容错跟踪控制器.该控制器不依赖于列车模型参数的先验知识,不需要故障检测与诊断设备,可以有效克服列车模型参数未知以及执行器故障的影响,实现执行器故障下高速列车对目标速度和位移曲线的精确跟踪.基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性.仿真结果说明该控制器具有良好的容错跟踪控制能力.     

建筑结构在地震作用下的主动减振控制方法

以降低地震作用下建筑物应激振动为目标,考虑量测噪声、数字量化及执行器饱和等制约因素,提出了一种具有鲁棒性的主动减振控制方法.首先,在建筑物层间和楼顶布置主动减振控制器,提出具有鲁棒性的观测器以估计建筑物应激状态信息;然后,借助稳定性分析提出了闭环系统稳定条件,给出了减振控制器设计方法;最后给出仿真算例以验证本文方法有效性.计算结果表明,所提出的主动减振控制策略不仅可以保证闭环系统均方稳定性,而且可指定闭环系统收敛率并满足预先指定的H_2/H_∞减振性能指标.     

基于模型设计的纯电动汽车加速踏板可靠性控制研究

为了满足纯电动汽车动力系统的功能与安全性要求,本文中基于模型设计(MBD)的思想对电动汽车加速踏板可靠性控制进行系统研究。在Simulink/Stateflow环境下建立了信号滤波、信号检测、故障处理逻辑以及定标模型。通过快速原型控制器测试,对整个控制算法进行了验证。结果表明该控制方法满足可靠性要求。     

基于模型匹配的后轮主动转向车辆μ综合控制研究

针对中高速车辆转向时对操纵性以及稳定性的多目标性能要求,提出了用鲁棒控制模型匹配的方法来设计MIMO的控制策略。为此建立了考虑模型摄动的三自由度的整车动力学模型以及转向执行器模型,以二自由度模型为参考模型,以匹配参考模型为目标来设计μ控制器。对设计出的μ控制器和H∞控制器进行μ分析,结果表明,2种控制器在整个频段都能满足鲁棒稳定性的要求,且H∞控制器在低频段的鲁棒稳定性相比稍好,但μ控制器在最坏摄动下的鲁棒性能更佳,能有效地处理稳定性和性能的折中问题。仿真试验表明,μ控制器的控制效果能很好的跟踪参考状态响应,明显改善车辆的操纵性和稳定性。     

不确定系统的保性能可靠控制

针对不确定线性连续系统,研究了执行器失效情况下的保性能可靠控制问题.利用LMI给出了不确定线性系统对执行器故障具有渐近稳定性及可靠保性能的充分条件,进而讨论了参数不确定线性系统的保性能可靠控制器的设计问题.根据凸优化理论,给出了最优保性能可靠控制器的线性凸优化设计算法和设计步骤.采用所设计的可靠状态反馈控制器,当任意执行器出现故障时,闭环系统仍保持渐近稳定且保持原有的性能指标.     

高速列车风道阀门开度对车内压力及CO2浓度的影响

为探究列车隧道压力激扰下换气风道阀门开度对车内压力及CO₂浓度的影响,基于计算流体力学理论,构建列车空调机组、换气风道阀门、管路系统及满载客室几何模型,计算了某型高速列车风道阀门在不同状态下的车内压力和CO₂浓度。研究表明：当列车以350 km/h的速度通过隧道时,风道阀门开度小于80%的情况下车内压力峰峰值及1 s变化率最大值与开度近似呈2次函数关系,3 s变化率最大值与开度近似呈线性关系;风道阀门开度关小至60%时,车内压力1 s变化率降低41.81%,压力舒适度等级由良好提升至优秀,CO₂浓度最大值上升15.38%,在允许范围内;风道阀门开度小于40%时,车内CO₂浓度将急剧升高,在20%开度处达到临界水平。综合考虑阀门开度对车内压力及CO₂浓度的影响可知,风道阀门开度在20%～60%为最佳。在隧道压力剧烈波动路段,将风道阀门彻底关断,车内压力1s变化率降低17.02%,压力舒适度等级由良好提升至优秀,CO₂浓度最大值上升10.29%,但仍在允许范围...     

ROBUST DISSIPATIVE CONTROL FOR STATE-DELAYED SYSTEMS WITH DISSIPATIVE UNCERTAINTY

Introduction　　Since notion of a dissipative dynamical systemwas introduced by Willems[1] ,it has played a veryimportant role in system,circuit,network andcontrol engineering and theory.Dissipativeness isa generalization of the passivity in electrical net-works and other dynamical systems which dissipateenergy in some abstractsense.Applications of dis-sipativeness in the stability analysis of linear sys-tems with certain nonlinearfeedback were firstdis-cussed in Refs.[1 ,2 ]. The theory of d…     

基于光反馈的信号灯故障检测系统研究

针对传统信号控制器的信号灯故障检测不准确的问题而设计的信号灯终端光反馈故障检测系统,主要采用信号灯终端光反馈、光纤传输和光电转换技术,将信号灯的输出状态直接反馈到信号控制器,实现对信号灯故障的可靠检测。通过信号控制器对故障信号进行处理,并利用数字化传送,具有纠错、容错的功能,实现了对信号灯运行状态的准确、可靠检测及控制。     

永磁电磁混合Halbach阵列电动悬浮的稳定性控制

为了研究不同控制方法下永磁电磁混合Halbach阵列的电动悬浮稳定性,首先,利用电磁场理论对系统悬浮力2D解析式进行了推导,并搭建有限元模型对其进行了验证;其次,建立了系统垂向动力学模型,设计了基于气隙反馈的定气隙PID控制器和变气隙PID控制器;最后,仿真分析了系统受到外界扰动时的悬浮气隙及线圈电流波形. 研究结果表明:当系统受到1 mm轨道沉降扰动时,两种控制器均能使系统稳定运行于额定状态,且动态过程一致;当系统受到 ±1000 N扰动力作用时,定气隙PID控制器可使系统稳定悬浮于额定气隙30 mm位置,且稳态线圈电流分别为2.12 A/mm2和 ?2.17 A/mm2,变气隙PID控制器则使系统分别稳定悬浮于28.5 mm及31.6 mm位置,且稳态线圈电流均为0.      

基于电磁作动器的主动隔振系统研究

对单向电磁作动器和双向电磁作动器进行了研究,建立了基于电磁作动器的单自由度主动隔振系统动态模型,并给出系统的动力学方程。仿真结果表明,在状态反馈的控制策略下,基于双向电磁作动器的主动隔振系统比基于单向电磁作动器或被动隔振系统的隔振效果要好。     

Actuator Fault Detection for Sampled-Data Systems in H∞ Setting

Actuator fault detection for sampled-data systems was investigated from the viewpoint of jump systems.With the aid of a prior frequency information on fault, such a problem is converted to an augmented H∞ filtering problem. A simple state-space approach is then proposed todeal with sampled-data actuator fault detection problem. Compared with the existed approaches, the proposed approach allows parameters of the sampled-data system being time-varying with consideration of measurement noise.     

考虑时滞作用下的车辆主动座椅悬架鲁棒H∞控制

利用鲁棒H∞控制理论为车辆座椅悬架模型设计输出反馈控制器,并且考虑了模型的不确定性和控制输入的时滞问题.建立了车辆座椅的三自由度运动微分方程,并转化为包括参数变化和控制延迟的状态方程和包括控制指标在内的控制模型.分析了系统可通过输出反馈鲁棒镇定的充分条件,并将该充分条件转化为线性矩阵不等式（LMI）问题,通过Matlab求解出用LMI构造的输出反馈控制律.建立仿真模型并以白噪声作为路面激励与被动控制、PID控制对比验证了在路面输入扰动作用下鲁棒控制器的有效性.     

基于Lipschitz观测器的新型离合器执行机构控制算法

在并联混动车辆中,为实现在系统反馈状态下,通过控制膜片弹簧离合器分离轴承位置对摩擦转矩高质量的伺服控制,同时避免对有噪声执行机构位置信号进行微分来获取速度,设计了基于状态观测器的新型位置控制算法,弥补了速度传感器的缺失.分析了膜片弹簧、波形弹簧及分离指弹性特性对分离轴承端载荷的影响,导出了执行机构非线性状态方程,以此设计前馈补偿器,同时将Lipschitz非线性状态观测理论用于观测执行机构位置、电机转速及分离轴承作用力.仿真结果初步验证了上述控制算法的可行性及观测器良好的鲁棒性,即:若观测器中蜗轮蜗杆效率与实际值存在偏差,对位置及转速的观测存在稳态误差,前者可忽略,后者不超过可接受的10 r/min;位置信号中噪声几乎完整地出现在对自身及作用力观测值中,但不影响转速;从动盘磨损后,对位置及转速观测效果较好,但对作用力的观测存在稳态误差,幅值不超过25 N.