能量回馈式主动悬挂的鲁棒控制器设计

为了改善具有参数不确定的能量回馈式主动悬挂系统的稳定性、减振性能以及能量回馈性能,对含摄动的系统模型进行了鲁棒控制器设计,并给出了系统的能量平衡条件.在MATLAB/SIMULINK下,对控制系统进行了仿真.结果表明,鲁棒控制器使得能量回馈式主动悬挂系统稳定;相比传统最优控制器,减振性能得到明显改善;控制作用力、悬挂动...     

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。仿真结果表明: 不确定闭环系统的结构奇异值峰值为0.867 5, 鲁棒H∞控制器使得能量回馈式主动悬挂系统鲁棒稳定; 车辆模型的共振频率增益降低了40 dB, 悬挂减振性能得到明显改善; 整个仿真过程回收能量为29.5 J, 系统达到了能量平衡。     

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。     

车辆悬架系统减振控制的研究

简要介绍了车辆悬架系统减振控制的现状、主要控制方式的原理、特点和适用范围。     

单轴转向架跨座式单轨车辆的主动控制研究

为提高单轴转向架跨座式单轨车辆的运行品质,以某型单轴转向架跨座式单轨车辆为研究对象,建立了15自由度单轴单轨车辆的主动控制动力学模型.在此基础上,设计了一种自适应神经模糊推理系统PID(ANFIS-PID)控制器,以抑制车体的横向振动和垂向振动,并与原始单轨和PID控制单轨进行了对比.研究结果表明:相比于原始单轨,PID控制单轨和ANFIS-PID控制单轨的横向加速度均方根值分别降低了48.37％和89.06％,垂向加速度均方根值分别降低了19.41％和34.32％;横向加速度峰值分别降低了53.00％和90.30％,垂向加速度峰值分别降低了21.72％和37.60％.ANFIS-PID控制单轨优于PID控制单轨,能显著提高单轨车辆的运行品质.     

基于1/2车辆模型的主动悬架的最优控制研究

建立了六自由度的1/2车辆模型,应用二次性能指标的最优控制理论对主动悬架进行了分析计算。仿真结果表明,主动悬架在汽车驾乘舒适性及操纵稳定性等方面相对于被动悬架都有很大的提高。     

无外界动力源主动悬架的能量可用性

将无外界动力源的主动悬架在半主动模式下吸收平均功率与在主动模式下消耗平均功率的绝对值比作为能量可用性的评价指标, 分析了优化PID与LQG控制主动悬架的性能与能量可用性。针对某重型汽车的1/4车主动悬架模型, 设计了PID与LQG控制器。当悬架阻尼比为0.1时, 以悬架二次型性能指标为目标函数, 利用遗传算法对PID控制器参数进行了优化。发现优化PID控制主动悬架的二次型性能指标较LQG控制主动悬架大3.32%, 优化PID与LQG控制主动悬架的能量可用性评价指标分别为17.15和226.33。分析结果表明: LQG控制主动悬架的性能略优于优化PID控制主动悬架; 2种主动悬架均满足能量可用性要求, 且LQG控制主动悬架的能量可用性远优于优化PID控制主动悬架。     

汽车电液主动悬架的预测控制

在建立二自由度主动悬架和电液伺服作动器集成模型基础上,应用预测控制理论,采用多步预测、滚动优化和在线校正等控制策略进行预测控制器的设计.对B级路面激励输入下,车辆分别处于空载和满载两种工况进行模拟仿真.仿真结果表明：具有预测控制策略的电液主动悬架系统对由路面输入引起的振动能有效抑制,车身垂直加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷与被动悬架、PID控制的主动悬架相比明显降低,车辆的行驶平顺性得到很大改善,预测控制器在参数变化及路面扰动下具有较强的鲁棒性.     

基于人群搜索算法的汽车主动悬架控制

为研究主动悬架的控制系统对悬架性能的影响,基于MATLAB/simulink平台搭建十自由度整车悬架模型,以白噪声路面作为系统输入,对不同工况下的车辆主动悬架性能进行仿真分析。在对悬架性能分析的基础上,基于人群搜索算法对主动悬架PID控制器参数进行迭代优化,与优化前的悬架性能对比表明,优化后的主动悬架性能得到大幅提升。     

基于预瞄信息的主动悬架最优控制

在MATIAB/SIMULINK中建立了七自由度车辆主动悬架模型,以提高车辆行驶平顺性为控制目标,主动悬架作动器的输出力为控制对象,根据最优控制原理设计出了基于轴距预瞄信息的主动悬架控制策略.仿真结果表明,与无预瞄系统的控制策略相比,基于预瞄信息的最优控制策略能够有效地降低车身垂直振动加速度、车身侧倾角加速度和俯仰角加速度,车辆行驶平顺性明显提高.     

商用车主动空气座椅悬架的建模与仿真研究

建立一种将驾驶室考虑在内的七自由度1/2商用车主动空气座椅悬架模型,采用最优控制理论建立主动控制器,在考虑白噪声路面输入的情况下,运用MATLAB/Simulink模块进行主动空气座椅悬架的性能仿真分析,得到了座椅质心加速度、悬架动挠度等评价指标,分析了时域和频域的响应结果,并且与被动空气座椅悬架进行了比较。结果表明:主动空气座椅悬架能很好的改善汽车座椅的减震性能,提高驾驶员及乘客的乘坐舒适性。     

基于符号特征和混沌参数的车辆悬架隔振性能综合评价

为了更好地分辨车辆悬架隔振性能,采用符号特征和混沌参数建立了车辆悬架隔振性能评价的新方法.分析了车辆悬架隔振性能评价方法的现状和问题,简述了对时间序列进行符号分析和混沌分析的特征和参数,通过实验获得了具有BJ212钢板弹簧式非独立悬架结构的某试验车前悬架当钢板弹簧数量改变时的悬架振动时间序列,对悬架振动时间序列计算获得了悬架系统参数(如一阶固有频率f0和阻尼比ξ)、符号参数(如Shannon熵)及混沌参数(如最小嵌入相空间维数Mmin和关联维D2).结果表明,随着前悬架钢板弹簧数量减少,悬架吸收振动冲击的能力下降,悬架减振能力下降;其一阶固有频率f0下降了14%、阻尼比ξ下降了10%,悬架吸收振动冲击力的最大值下降了13%;"1-Shannon熵"与关联维D2均呈现大–小–大的变化趋势,在4片钢板弹簧时两者均有最小值.基于符号特征"1-Shannon熵"和混沌参数关联维D2共同建立了复合参量F.较之两个初始特征参数,F的变化趋势更为显著,可用于综合评价车辆前悬架钢板弹簧数量改变时的隔振性能.     

基于预瞄信息的主动悬架最优控制

在MATLAB／SIMULINK中建立了七自由度车辆主动悬架模型,以提高车辆行驶平顺性为控制目标,主动悬架作动器的输出力为控制对象,根据最优控制原理设计出了基于轴距预瞄信息的主动悬架控制策略．仿真结果表明,与无预瞄系统的控制策略相比,基于预瞄信息的最优控制策略能够有效地降低车身垂直振动加速度、车身侧倾角加速度和俯仰角加速度,车辆行驶平顺性明显提高．     

汽车转向与主动悬架集成系统的D-LMS控制

以提高汽车行驶平顺性、操纵稳定性和安全性为目点,建立了半车三自由度汽车转向与主动悬架的综合模型,采用基于小波理论的最小均方(LMS)算法对转向与主动悬架集成系统进行控制。计算结果表明,采用LMS控制的转向与主动悬架集成系统使汽车行驶平顺性和操纵稳定性比被动系统明显改善,有效地提高了汽车综合性能;同时LMS能自动调整权系数,且控制算法简单,便于工程应用。     

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。     

跨座式单轨弓网耦合主动控制研究

单轨列车高速行进中,弓头往往会发生较大振动冲击刚性接触网,降低弓网受流质量与寿命,为此提出一种改善弓网关系的主动控制方法.在此基础上,首先分别建立了单轨弓网耦合的线性二自由度动力学模型,以及无刷直流电机的双闭环控制驱动模型;然后结合分数阶PID控制算法,完成了整个主动控制系统的建模;最后对比分析了列车不同时速下受电弓被动控制和主动控制接触力的响应以及弓头的抬升量,并分析了主动控制的响应速度.研究结果表明:该主动控制方法的响应速度能够完全满足高速状态下弓网关系的调节要求,且能够明显降低接触力波动,缓解弓网碰撞,减少弓网磨损,提高其使用寿命.     

铁道车辆蛇行稳定性主动控制综述

为了抑制蛇行运动,提高列车临界速度,针对铁道车辆特殊的轮轨自激振动系统综述了蛇行稳定性主动控制的总体结构形式、控制目标、控制算法、测量系统、作动系统、试验验证等关键环节的研究进展;概括了稳定性控制的典型结构形式及其各自的特点;根据不同运用场景,归纳了稳定性主动控制的主要目标,梳理了稳定性控制的主要算法以及优缺点;分析了不同反馈量测量方法的可行性和可靠性,研究了作动器动态特性对控制效果的影响;给出了稳定性控制的试验研究方法,展望了未来蛇行稳定性主动控制在算法设计、失效安全等方面的研究重点。研究结果表明：在蛇行稳定性主动控制研究中,控制方式和算法的选取要同时考虑控制目标的不同;除了高轮轨匹配等效锥度下的二次蛇行稳定性控制之外,控制目标应同时考虑低轮轨匹配等效锥度下的一次蛇行稳定性控制;控制方式应尽量简单、可靠、易于实施,且对测量系统的要求要小;测量系统也应尽量简单可测,以减小随机扰动和噪声对测量结果可靠性的影响;作动器响应时间及其时滞补偿方法共同决定了蛇行稳定性主动控制的实用效能;控制系统失效不能影响列车的运行安全,这是决定主动控制能否推广应用的关键。     

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。     

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.