主动转向系统鲁棒控制的研究EI北大核心CSCD

本文中建立了引入主动转向系统模型,并考虑了参数不确定性的2自由度非线性整车模型。以上述模型作为被控对象,以一阶传递函数作为理想参考模型,运用标准H∞、环路成形和μ综合等方法分别设计了3种2自由度鲁棒控制器,并对其特性进行了频响分析和μ分析。对非线性整车模型进行了仿真。结果表明,各鲁棒控制器对抑制侧向力、横摆力矩和传感器量测的干扰、减小转向系统对整车动力学特性的影响以及提高驾驶稳定性和主动安全性等方面具有明显的效果,且均具有各自的优势特点,其中,μ综合控制器具有较低保守性和良好鲁棒性能。     

带参数摄动的车辆底盘的集成鲁棒混合控制研究

提出了一种新的参数摄动离散系统的鲁棒L_2-L_∞/H_∞混合控制综合方法,并将其转化为具有较低保守性的线性矩阵不等式组的凸优化问题。考虑车辆在极限工况具有参数大范围摄动和强非线性特点,利用该方法设计主动前轮转向系统和直接横摆力矩系统集成控制策略。采用Matlab/Simulink与Carsim联合平台进行典型工况仿真分析。结果表明,设计的车辆底盘集成控制器能抑制系统参数大范围摄动和强非线性的影响,改善车辆的操纵稳定性。     

摇臂推杆式电磁主动悬架的鲁棒控制与优化

针对被动悬架和半主动悬架在抑制车辆振动方面存在的不足,提出一种摇臂推杆式电磁主动悬架并试制样机,它具有结构新颖、加工容易和模块化设计等特点。对该悬架系统非线性特性进行分析,得到等效刚度和等效簧下质量等参数的摄动区间。在保证系统鲁棒稳定性的前提下,以车身加速度、悬架动行程、轮胎动位移和主动力最小作为优化目标,设计鲁棒H∞控制器。为降低控制器保守性,将车身质量参数摄动范围分段,优化设计自适应鲁棒H∞控制器,通过静态查表方式离线控制,保证实时性,且无需切换控制器,避免对乘员产生的冲击感。     

车辆电动悬架的混合不确定建模与μ综合控制器设计

考虑悬架和电机作动器的参数摄动和控制输入的高阶未建模不确定性,利用线性分式变换理论对已开发的车辆电动悬架系统进行混合不确定建模和仿真,并设计了μ综合控制器.仿真得到了主动悬架和被动悬架的频率和时间响应.结果表明,相比被动悬架,所设计的μ综合控制器对乘坐舒适性有很大的提升.μ分析表明,与基于主动悬架名义模型设计的H∞综合控制器相比,μ综合控制器可使闭环系统获得更好的鲁棒稳定性和鲁棒性能.     

基于回路成形和μ综合的后轮主动转向鲁棒控制

提出一种后轮主动转向鲁棒控制的两阶段综合方法。首先通过基于H∞控制的回路成形的反馈控制器设计,在保证鲁棒稳定性的前提下,使车辆系统在操纵稳定性的主要关注频带(0~1Hz)具有较大的横摆角速度反馈增益,从而实现了对中、高车速下的横摆角速度响应特性的整定。然后再对包含反馈控制器的闭环系统,应用μ综合进行增益与车速成反比的前馈控制器设计,通过使车辆系统在大、小侧向加速度工况和中、高车速下均具有较小的质心侧偏角增益,间接实现对侧向加速度响应特性的整定。     

汽车主动悬架鲁棒保性能控制仿真研究

针对具有控制量和输出硬约束的不确定系统,研究了一种鲁棒保性能控制方法,将汽车主动悬架的控制问题视为有时域硬约束的鲁棒干扰抑制问题。将车身加速度作为系统的H2最小化输出性能指标,悬架动行程和轮胎动载荷作为H∞性能指标,得到系统的鲁棒H2/H∞最优保性能控制律。通过实例的仿真验证了鲁棒保性能控制方法的有效性和可行性,改善了带主动悬架系统汽车的乘坐舒适性。     

气体燃料发动机空燃比的H_∞控制

在充分考虑外部干扰和系统模型不确定性的情况下,将混合灵敏度H∞设计引入多点喷射燃气发动机空燃比控制中,将发动机空燃比控制转化为H∞标准设计。仿真结果表明,H∞控制器具有良好的跟踪性、鲁棒稳定性和抗干扰能力。     

汽车防抱死制动系统的H_∞鲁棒控制

为克服道路条件变化与汽车载质量、制动器效能因数和胎压等参数摄动及因忽略系统非线性因素而出现的未建模动态特性给汽车制动防抱死系统(ABS)控制带来的不良影响,提高其鲁棒性和控制精度,运用汽车动力学理论,建立了ABS系统的数学模型并进行了适当简化。采用混合灵敏度方法设计了基于滑移率控制的ABS系统H∞鲁棒控制器。利用Matlab/Simulink对所设计的鲁棒控制系统进行了仿真,并与传统PID控制作了对比分析。结果表明,ABS鲁棒控制器在控制精度、鲁棒稳定性及响应时间等方面都优于传统PID控制;在汽车载质量、制动效能因数和道路条件等发生变化的情况下,ABS鲁棒控制器均能承受参数变化的不确定性,并将车轮滑移率有效地控制在期望值附近,明显提高了整车的制动性能。     

具有非线性电液作动器的车辆悬架鲁棒PID控制

依据悬架实验装置，建立了电液作动器的非线性动力学方程，随后得到线性对象模型。作动器的非线性效果通过线性化模型的参数不确定性来体现。应用Matlab的非线性控制系统工具箱，设计了对象模型的鲁棒PID控制器。仿真和实验研究表明：该控制器对系统的不确定性具有较强的鲁棒性，提高了车辆悬架系统的性能。     

非匀质车辆队列的分布式控制

提出了对称通信拓扑下具有不同参数摄动的非匀质车辆队列鲁棒稳定性分析方法和分布式控制器设计方法。通过反馈线性化技术求得队列节点的线性动力学响应,结合分布式控制策略和静态状态反馈控制律,建立了具有范数有界参数不确定性的车辆队列高维状态方程。利用矩阵不等式将队列系统内稳定性转化为线性方程的H∞性能,证明了队列系统在不同参数摄动下保证鲁棒稳定性的充分条件,并给出了控制器增益的低维度求解方法。最后,基于非线性车辆模型进行了数值仿真,验证了所提出方法的有效性。     

悬臂梁结构振动系统的鲁棒主动控制优化

基于模型降阶的控制器由于忽略了高频未建模动态的影响,有可能产生溢出问题从而导致闭环系统不稳定,难以保证振动控制的效果,考虑高频未建模动态等不确定性问题影响,克服传统控制策略在振动主动控制中的不足,研究了柔性悬臂梁结构振动系统的H_∞鲁棒主动控制策略。基于ANSYS软件数值模拟得到压电柔性悬臂梁结构的模态振型,避免了试验建模的繁琐性、复杂性及较高的成本投入,通过与理论结果的比较,验证了ANSYS软件分析结果的正确性。通过模态分析提取了压电柔性悬臂梁结构的前3阶模态振型,剩余模态作为模型的不确定性加以考虑,通过分析系统存在的模型不确定性以及选取适当的权函数,最终完成了柔性悬臂梁结构振动系统的鲁棒控制器设计。通过从频率域上分析闭环传递函数的奇异值,表明权函数有较强的抑制外部干扰的能力,通过从时域上分析开环和闭环振动系统的单位阶跃响应,表明闭环振动系统的振幅很快趋于稳定且在较长时间内没有出现溢出不稳定现象,仿真结果表明,基于H_∞控制理论的混合灵敏度分析方法的鲁棒控制器能有效抑制悬臂梁的振动,振动系统的动态性能及鲁棒性能均得到了极大改善。     

4轮转向车辆主动鲁棒抗侧倾操纵研究

基于4轮转向车辆，提出了一种新的主动抗侧倾方法。这种方法通过主动操纵车辆前后轮转角，就可以实现车辆侧倾控制。设计了鲁棒H∞操纵控制器。仿真表明，通过合理选择加权函数，车辆状态能精确地跟随理想车辆模型，且能有效地抑制侧倾角速度。     

基于最小模型误差估计的智能汽车路径跟踪控制

为提高分布式驱动电动智能汽车在自主循迹过程中关键参数的估计精度并降低模型不确定性对控制系统鲁棒性的影响,本文中提出了一种基于观测器的自适应滑模路径跟踪控制策略。首先,针对难以直接精确测量的车辆纵、侧向速度,建立了5输入3输出3状态的状态估计系统,并采用最小模型误差准则以降低估计过程轮胎的非线性特性带来的观测模型误差。接着,基于运动学模型,计算出了路径跟踪期望横摆角速度响应,并采用自适应滑模算法实现主动转向控制。考虑线控转向系统的潜在失效风险,引入径向基神经网络对系统不确定性进行在线估计。同时,设计了直接横摆稳定控制器并采用最优转矩分配策略,进一步提高车辆的稳定性。最后,对车辆状态估计和路径跟踪进行了Carsim/Matlab联合仿真,结果表明:基于最小模型误差准则的观测器能取得较可靠的估计结果,路径跟踪控制器能保证车辆具有较好的跟踪精度和鲁棒性。     

四轮独立驱动电动汽车路径跟踪鲁棒控制EI北大核心CSCD

针对四轮独立驱动电动汽车具有结构参数、外部干扰不确定性与非线性和过驱动等特征,提出了一种分层控制框架,以实现前轮转向与直接横摆力矩控制系统协同的车辆路径跟踪控制。首先,基于路径跟踪运动学模型,将车辆的路径跟踪问题转化为约束跟随问题;其次,设计了基于约束跟随的自适应鲁棒上层控制算法,该方法可以有效处理由模型不确定性和外部干扰引起的失配问题,并保证闭环系统的一致有界性和一致最终有界性;最后,设计了一种基于二次规划的下层分配算法满足所需的直接横摆力矩,并在Simulink-Carsim平台进行联合仿真。通过不同工况的仿真结果表明,所设计的自适应鲁棒控制算法具有良好的路径跟踪精度和鲁棒性。     

H2和H∞主动悬架统一的理论框架与比较

以2自由度1／4车模型为例在鲁椿控制理论的统一框架下讨论H2和H∞主动悬架的设计，并采用结构奇异值法和加权最坏RMS增益法对其鲁棒性能进行分析和比较。     

载货汽车抗侧倾前轮主动转向的混合保性能控制

通过灵敏度分析,揭示了诸物理参数对4自由度侧倾横摆线性载货汽车模型特征值的影响,从而得到对系统特征值影响最大的参数变量.运用线性矩阵不等式理论求得混合保性能控制器增益,建立了考虑不确定参数的混合H2/H∞保性能PI控制前轮主动转向模型.通过对控制前后名义参数和随机参数摄动下不确定模型的仿真分析,验证了该方法的鲁棒性及有效性.     

车辆主动前轮转向H∞鲁棒控制系统研究

建立了车辆横向动力学非线性模型,考虑前后轮转弯刚度、路面附着系数、车速等参数不确定性及侧向风干扰作用,基于线性分式变换和环路互质分解技术,分别设计了主动前轮转向控制器H∞反馈和前馈控制部分并进行综合。大侧向风干扰和双移线操纵工况下的仿真结果表明：所设计控制器改善了车辆操纵稳定性能。     

基于底盘集成控制的人-车闭环系统对提高车辆操纵稳定性和路径跟踪能力的效果研究

基于线性矩阵不等式方法,设计了一种集成后轮主动转向、纵向驱动力补偿和直接横摆力矩控制的底盘集成控制系统,叫底盘鲁棒模型匹配集成控制器(R-MMC).为全面验证底盘集成控制器对车辆操纵性能的提高,建立了基于参考向量场的驾驶员模型,并用它和R-MMC组成一个包含内、外两个环路的人-车闭环控制系统.通过驾驶员模型不参与控制下的非稳态侧风干扰试验和驾驶员模型参与控制的人-车闭环系统S弯道跟踪试验,验证了R-MMC不但能显著提高车辆的操纵稳定性和主动安全性,而且还可增强车辆的路径跟踪能力,降低驾驶员的劳动强度.     

汽车纵向加/减速度多模型分层切换控制

针对汽车纵向动力学模型的大不确定性,设计了一种基于鲁棒控制理论的汽车纵向加速度多模型分层切换控制系统。通过分析汽车纵向动力学特性,用4个不确定模型覆盖对象不确定性,并应用LM I方法设计对应的鲁棒性能控制器集合。考虑鲁棒控制系统的特点,设计了一种对不确定性的系统增益进行估计的切换指标函数,以选择控制器进行控制。实验表明,提出的方法在大不确定性下可以对纵向加速度有效控制。     

汽车防抱死制动系统H_∞控制与PID控制的比较研究

控制方法是汽车防抱死制动系统的核心技术。为了提高ABS系统的鲁棒性能,在建立汽车防抱死制动系统数学模型的基础上,设计了H∞控制器,在Matlab/Simulink平台上对基于H∞控制器的ABS系统进行了动态仿真,并与基于传统PID控制器的ABS系统进行对比。通过对仿真结果进行比较发现,PID控制和H∞控制都能使ABS系统获得较好的制动性能;H∞控制响应迅速、具有优秀的稳定性和鲁棒性,总体控制效果优于PID控制。