铁道车辆横向能量回馈式主动悬挂鲁棒控制

为保证一类具有参数不确定的铁道车辆横向能量回馈式主动悬挂系统的稳定性,通过引入带有交叉乘积项的二次型调节器,提出了一种鲁棒H∞控制器的设计方法,并对含摄动的悬挂系统模型进行了鲁棒H∞控制器设计.分析了具有参数摄动的能量回馈式主动悬挂系统的能量平衡条件,并在MATLAB/SIMULINK下,对控制系统进行了仿真.仿真结果...     

车辆能量回馈式主动悬架μ综合控制

为了改善车辆能量回馈式主动悬架系统的稳定性、减振性及能量回馈性能, 建立了含参数摄动的1/4车体能量回馈式主动悬架模型并进行动力学分析, 基于μ综合方法设计了该系统的鲁棒控制器. 为验证其控制效果, 利用MATLAB/SIMULINK进行了仿真. 结果表明, 在参数摄动和路面不平顺输入的干扰下, 基于μ综合控制的车辆能量回馈式主动悬架鲁棒稳定, 闭环系统的结构奇异值峰值为0.580 9, 在给定频段内能更好地抑制车体振动,在固有频率下车体垂直振动加速度增益降低了9 dB.      

铁道车辆自供能量横向主动悬挂系统

为了减少车辆主动悬挂对外部能源的消耗,设计了自供能量主动悬挂系统,建立了车辆半车简化横向悬挂动力学模型,设计了LQG控制器,并利用随机振动理论分析了系统能量平衡存在的条件,采用Matlab/Simulink对系统的运行效果进行了仿真。仿真分析结果表明:自供能量主动悬挂系统比半主动和被动悬挂拥有更好的隔振效果,且当直流电机作动器的等效阻尼系数大于规定值时,系统在实现主动减振控制的同时还能够反馈能量。     

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。      

基于LPV模型的麦弗逊式主动悬架控制器设计

根据麦弗逊式主动悬架的二维结构,应用含耗散能的拉格朗日公式建立其动力学方程,在平衡位置对运动方程进行线性化,并整理成状态方程形式。针对簧载质量的不确定性,建立了麦弗逊式主动悬架的LPV模型,运用LMI技术并采用区域极点配置法设计了状态反馈鲁棒H∞控制器,并在Matlab/Simulink中进行仿真。研究结果表明:麦弗逊式主动悬架采用极点配置状态反馈鲁棒H∞控制器可以明显改善行驶平顺性和悬架稳定性,其性能明显优于同参数的被动麦弗逊式悬架。     

基于负载转矩观测器的PMSM鲁棒无源控制

从能量角度出发,将永磁同步电机看作是有能量输入和输出端口的装置.按照端口受控耗散哈密顿系统对其建模,利用互联和阻尼配置的能量配置方法,设计无源控制器.针对无源控制下的系统受到干扰时稳定性较弱,结合鲁棒控制技术,设计鲁棒无源控制器,以提高控制品质.系统转速调节采用滑模控制器,同时由负载转矩观测器估计实际转矩,增强系统抗负载扰动能力.仿真结果表明了该控制方法的有效性.     

水轮发电机组的二参数鲁棒控制器设计

提出了一种简单新颖的水轮发电机组鲁棒控制器设计方法,并将其应用到一个高阶、非最小相位的水轮发电机组中.该方法的主要特点是被控对象的所有稳定控制器均可用两个独立的自由参数q1和q2来描述.以我国某水电站的真实数据对所设计的控制器进行计算机仿真.仿真结果表明:在系统参数发生变化的情况下,所提出的控制策略能保证水轮机调节系统获得鲁棒稳定性和良好的动态性能.     

用LMI方法设计不确定关联时滞大系统H∞容错控制器

针对关联项具有N×N个任意未知常时滞的不确定线性连续大系统,在执行器失效的情况下,提出了一种分散的鲁棒H∞容错控制器的设计方法,通过假设可能失效执行器的输出信号为能量有界的干扰输入信号,不确定关联时滞大系统的容错控制问题转化为分散的鲁棒H∞控制问题.控制器可以通过解线性矩阵不等式给出,因而具有数值易解性.最后用一个数值例子验证了该设计方法的有效性.     

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。     

用LMI方法设计不确定关联时滞大系统H∞容错控制器

针对关联项具有N×N个任意未知常时滞的不确定线性连续大系统,在执行器失效的情况下,提出了一种分散的鲁棒H∞容错控制器的设计方法,通过假设可能失效执行器的输出信号为能量有界的干扰输入信号,不确定关联时滞大系统的容错控制问题转化为分散的鲁棒H∞控制问题.控制器可以通过解线性矩阵不等式给出,因而具有数值易解性.最后用一个数值例子验证了该设计方法的有效性.     

基于路面识别的主动馈能悬架多目标控制与优化

针对主动悬架减振性能和馈能特性在不同等级路面适应性较差的问题,建立了非线性电磁主动悬架模型; 考虑车辆在行驶过程中悬架簧上质量存在不确定性,提出了一种主动悬架自适应滑模控制器; 基于不同路面下悬架动力学响应数据,采用自适应模糊神经网络算法识别路面等级,确定控制器目标系数,实现了主动悬架安全性和舒适性之间的协调; 研究了电磁主动悬架馈能特性及其切换控制策略,在此基础上,考虑电磁主动悬架安全性、舒适性和节能性的矛盾关系,采用多目标粒子群优化(MOPSO),以悬架动力学性能和馈能特性为设计目标综合优化控制器和悬架结构参数,并通过模糊集理论对多目标优化后的Pareto解集进行最优解选取。研究结果表明:模糊神经网络对不同等级路面下非线性电磁主动悬架的最大识别误差能够控制在10%以内,满足识别准确性要求; 在C级路面条件下,优化后的主动悬架与传统被动悬架相比,簧上质量振动加速度减小了35.3%,轮胎动行程增大了7.7%,但可以控制在10%的安全范围内; 与原主动悬架相比,优化后悬架簧上质量振动加速度减小了10.5%,馈能效率增大了1.7%,优化后自适应滑模控制器能够更好地协调悬架馈能特性和减振特性; 建立的非线性电磁主动悬架模型可实现不同路面等级下悬架系统安全性、舒适性和节能性的综合最优。      

基于自抗扰技术的机械-电磁悬浮复合隔振控制

为了研究宽频带的隔振问题,以使系统具有较好的隔振效果,提出将电磁悬浮隔振与机械隔振相结合的复合隔振系统. 首先,对所设计的隔振系统进行动力学建模,分析线性化后的模型控制特性;其次,针对系统振动控制问题,提出基于自抗扰技术的控制器设计方案,并通过仿真实现了复合隔振系统的自抗扰控制;最后,在复合隔振平台上验证了该控制方案的可行性. 研究结果表明:在0~10 Hz频段控制系统能实现较好的低频跟随效果,在10~100 Hz频段幅值衰减逐渐增大,在100~300 Hz频段的隔振效果超过?14.9 dB. 本文所提出的控制方案为复合隔振系统控制提供了一种新思路.      

车辆主动悬挂最优预见控制模型

以复杂多自由度的车辆系统设计模型代替传统的简化模型,建立了主动悬挂控制车辆系统模型,设计了最优预见控制器,研究了车体的浮沉、点头、侧滚3种运动状态在加控制和未加控制时的路面激扰响应。仿真计算结果表明在最优控制下车体的浮沉响应降低了27％,点头响应降低了30％,侧滚响应降低了30％;在预见控制二次加权矩阵的作用下,车体的浮沉响应降低了54％,点头响应降低了50％,侧滚响应降低了45％;根据预见控制的提前预见可适时响应的特点,系统可按设定目标预见步数提前作出响应,由此验证了最优预见控制在复杂多自由度的车辆主动悬挂设计模型中应用的可行性和有效性。     

预瞄信息空气悬架汽车在加速/制动工况下的LQG控制

建立了基于空气悬架的1/2车辆加速/制动系统模型,通过轴距预瞄在后轮处提前预测路面不平度;设计了基于轴距预瞄控制算法的加速/制动最优控制器;进行了白噪声仿真分析。仿真结果表明:与被动空气悬架加速/制动系统相比,基于轴距预瞄控制的主动空气悬架加速/制动系统能有效降低车辆振动。与最优控制空气悬架加速/制动系统相比,质心加速度和后轮对应处的车身加速度、悬架动行程、轮胎动载均有显著减小,较好的改善了车辆在加速/制动时的平顺性和操纵稳定性。     

单磁铁悬浮系统自激振动的稳定性分析及抑制

为了研究EMS型磁浮列车起浮后与轨道相互耦合发生的自激振动对车辆安全性、舒适性造成的影响,建立了单磁铁悬浮系统的车体-悬浮架-轨道的动力学模型.分析了车-轨系统的稳定性及悬浮控制器和系统各主要参数对振动的影响,提出了系统各参数和稳定性关系的表达式,讨论了运用瞬时最优控制算法抑制车-轨自激振动的具体方法.数值仿真了在3组不同系统参数条件下瞬时最优控制对于自激振动的抑制效果.研究结果表明:车辆结构、悬浮控制器、轨道各主要参数在车-轨自激振动中相互影响;当仿真系统起浮10 s时,悬浮气隙振幅分别减少了59%、62%、5%,轨道振幅分别减少48%、94%、73%,表明了控制方法的有效性.      

基于AMESim电控空气悬架系统性能仿真研究

基于AMESim软件建立1／4空气悬架系统模型,利用Matlab软件设计空气悬架系统控制器,使用Matlab和AMESim对空气悬架系统进行联合仿真。白噪声路面信号输入下的联合仿真结果分析表明,安装主动空气悬架系统车辆的最大振动加速度与振动加速度均方根、平均车身高度、动载荷均比安装被动空气悬架系统的车辆小,该仿真结果符合有关主动空气悬架系统的一般研究结论,该控制方法可以有效提高车辆的平顺性。     

基于道路友好性的汽车主动悬架LQG最优控制方法

为分析悬架控制对汽车道路友好性的影响,基于简化的二自由度1/4车辆模型,设计了主动悬架LQG最优控制器,并在MATALB/Simulink环境下建立了主动悬架道路友好性仿真模型.基于改善汽车道路友好性的需要,采用层次分析法确定各性能指标权重,并利用Simulink/SRO模块对悬架控制参数进行优化.仿真结果表明,相对于被动悬架,主动悬架能有效降低汽车轮胎动载荷,从而提高道路友好性,且优化后的主动悬架道路友好性能更优.