一种主动防侧倾系统的控制器的设计方法技术方案

本发明专利技术提供了一种主动防侧倾系统的控制器的设计方法，包括以下步骤：构建含有参数不确定性的主动防侧倾系统的动力学模型；将主动防侧倾系统的目标侧倾角视为性能约束，构建所述目标侧倾角的二阶约束形式；基于所述构建的动力学模型和二阶约束形式设计泄露型的自适应律鲁棒控制器；对构建的自适应律鲁棒控制器进行稳定性分析；对构建的自适应律鲁棒控制器中的主要参数进行调节，并分析控制效果。本发明专利技术的主动防侧倾系统的控制器的设计方法可有效处理系统参数不确定性和外界干扰的影响，同时使系统快速稳定并精确控制力矩输出，具有较好的抗侧倾特性以及乘坐舒适性。

【技术实现步骤摘要】
一种主动防侧倾系统的控制器的设计方法
本专利技术涉及汽车主动安全控制领域，尤其是一种主动防侧倾系统的控制器的设计方法。
技术介绍
汽车转弯时，受到离心力的作用，车身在侧向加速下会发生侧倾，不但易造成翻车等事故，而且降低了车内人员的舒适性和汽车的操纵性，间接降低了安全系数。为减小汽车转弯时的侧倾，乘用车一般都在车身或车架底部安装两端与悬架下摆臂或减振器立柱相连的被动式稳定杆。汽车发生侧倾时，扭转的稳定杆会给车身施加一个反侧倾力矩，从而减小侧倾翻车的可能。被动式稳定杆虽在一定程度上减小了侧倾，但不能对反侧倾力矩进行主动调节，不能完全消除侧倾。主动稳定杆系统可根据传感器反馈或计算得到的侧向加速度、侧倾角、车速等信号数据，采用合适的控制方法调节激励器以输出相应大小的反侧倾力矩，具有良好的防侧倾效果，可提高车辆的安全性、操控性和车内人员乘坐的舒适性。为了解决这一问题，国内外研究人员先后开发了多种控制方法，并取得一定效果，具有代表性的有PID控制，线性反馈控制，LQR(linearquadraticregulator，线性二次型调节器)控制，鲁棒控制等。其中，PID控制和线性反馈控制在非线性扰动下系统容易震荡，LQR控制鲁棒性不强，鲁棒控制容易产生超调和不必要的控制消耗。因此，亟待需要提供一种稳定性和鲁棒性强的控制方案。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种主动防侧倾系统的控制器的设计方法，该方法可有效处理系统参数不确定性和外界干扰的影响，同时使系统快速稳定并精确控制力矩输出。本专利技术采用的技术方案为：本专利技术实施例提供一种主动防侧倾系统的控制器的设计方法，包括以下步骤：构建含有参数不确定性的主动防侧倾系统的动力学模型；将主动防侧倾系统的目标侧倾角视为性能约束，构建所述目标侧倾角的二阶约束形式；基于所述构建的动力学模型和二阶约束形式设计泄露型的自适应律鲁棒控制器；对构建的自适应律鲁棒控制器进行稳定性分析；对构建的自适应律鲁棒控制器中的主要参数进行调节，并分析控制效果。可选地，所述构建含有参数不确定性的主动防侧倾系统的动力学模型包括：构建下述方程(1)所示的主动防侧倾系统的动力学模型：其中，为簧载质量绕侧倾轴的转动惯量，为侧倾阻尼，为侧倾刚度，Maf为前轮反侧倾力矩，Mar为后轮反侧倾力矩，ms为车身质心，hs为质心与侧倾轴的竖向距离，ay为横向加速度，为车身侧倾角，为前悬架阻尼系数，为后悬架阻尼系数，分别为前后悬架刚度，分别为前后稳定杆刚度；基于构建的动力学模型，构建下述方程(2)所示的含有不确定参数的标准动力学模型：其中，t为时间变量，q为广义坐标，为广义速度，为广义加速度，σ为不确定性参数，M为主动防侧倾系统的惯性矩阵C为主动防侧倾系统的科氏力/离心力矩阵，G为主动防侧倾系统的重力矩阵，τ为系统的控制，τ＝-(Maf+Mar)；将构建的标准动力学模型的不确定性的矩阵按照下述方程(3)至(5)进行分解：其中，为主动防侧倾系统的惯性矩阵、科氏力/离心力矩阵、重力矩阵的确定性部分，ΔM(q，σ，t)、ΔC(q，σ，t)、ΔG(q，σ，t)为主动防侧倾系统的惯性矩阵、科氏力/离心力矩阵、重力矩阵的不确定性部分。可选地，所述将主动防侧倾系统的目标侧倾角视为性能约束，构建所述目标侧倾角的二阶约束形式包括：将主动防侧倾系统的目标侧倾角的运动轨迹视为性能约束，并将其写成如下方程(6)所示的形式：f(q，t)＝0(6)对方程(6)进行一阶、二阶求导，得到下述方程(7)和(8)：其中，A为约束矩阵；c为一阶约束矢量；b为二阶约束矢量。可选地，所述基于所述构建的动力学模型和二阶约束形式设计泄露型的自适应律鲁棒控制器，具体包括：基于所述构建的动力学模型和二阶约束形式构建如下方程(9)所示的控制器：其中，P1是系统的名义控制，方程(10)中的分别为方程(3)至(5)中的主动防侧倾系统惯性矩阵、科氏力/离心力矩阵、重力矩阵的确定性部分，A、b为方程(7)和(8)中通过求导得到的约束矩阵、二阶约束矢量；P2是用来解决系统初始条件不满足性能约束的情况，κ为初始条件不相容补偿参数，为任意正数，P为任意正定矩阵，β为系统的约束跟踪误差，c为方程(7)中通过求导得到的一阶约束矢量；其中，P3是用来解决系统含有不确定的情况，П函数为系统不确定性的上界，含为自适应参数ξ为控制精度调节参数。可选地，所述自适应参数通过下述方程(13)所示出的自适应律确定：其中，k1，k2为自适应律调整参数。可选地，所述对构建的自适应律鲁棒控制器进行稳定性分析包括：利用如下方程(14)所示的李雅普诺夫函数对构建的自适应律鲁棒控制器的最终一致稳定界进行分析：其中，P为正定矩阵，ρE为任意大于-1的常数，α为主动防侧倾系统的不确定性的上界参数。可选地，所述利用方程(14)所示的李雅普诺夫函数对构建的自适应律鲁棒控制器的最终一致稳定界进行分析具体包括：对方程(14)进行计算，得到下式(15)：其中，k3＝1+ρEε2；基于式(15)得到主动防侧倾系统最终一致稳定界的权衡参数R，如下式(16)所示：基于式(14)得到主动防侧倾系统最终一致稳定界的大小，如下式(17)所示：其中，表示主动防侧倾系统的最终一致稳定界的大小的下限值，λmin(P)表示的是正定矩阵P的最小特征值，λmax(P)表示的是正定矩阵P的最大特征值；根据李雅普诺夫稳定性理论，可得主动防侧倾系统到达最终一致稳定界的时间，如下式(18)所示：其中，T表示的是主动防侧倾系统到达最终一致稳定界的时间，r表示的是系统的初始状态，是任意大于的正数。可选地，所述对构建的自适应律鲁棒控制器中的主要参数进行调节，并分析控制效果包括：对构建的自适应律鲁棒控制器中的初始条件不相容补偿参数、自适应律调整参数和控制精度调节参数进行调节；基于调节后的参数，分析实际侧倾角和目标侧倾角之间的误差是否达到预设的误差要求。本专利技术实施例提供的主动防侧倾系统的控制器的设计方法，首先构建含有参数不确定性的主动防侧倾系统的动力学模型；接着，将主动防侧倾系统的目标侧倾角视为性能约束，构建所述目标侧倾角的二阶约束形式；以及，基于所述构建的动力学模型和二阶约束形式设计泄露型的自适应律鲁棒控制器；最后，对构建的自适应律鲁棒控制器进行稳定性分析；对构建的自适应律鲁棒控制器中的主要参数进行调节，并分析控制效果，因此，可有效处理系统参数不确定性和外界干扰的影响，同时使系统快速稳定并精确控制力矩输出，具有较好的抗侧倾特性以及乘坐舒适性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的主动防侧倾系统的控制器的设计方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的防侧倾系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的控制器的整体结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的防侧倾系统的稳定性仿真示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。图1为本专利技术实施例提供的主动防侧倾系统的控制器的设计方法的流程示意图。如图1所示，本专利技术实施例提供的主动防侧倾系统的控制器的设计方法包括以下步骤：S101、构建含有参数不确定性的主动防侧倾系统的动力学模型；S102、将主动防侧倾系统的目标侧倾角视为性能约束，构建所述目标侧倾角的二阶约束形式；S103、基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动防侧倾系统的控制器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：构建含有参数不确定性的主动防侧倾系统的动力学模型；将主动防侧倾系统的目标侧倾角视为性能约束，构建所述目标侧倾角的二阶约束形式；基于所述构建的动力学模型和二阶约束形式设计泄露型的自适应律鲁棒控制器；对构建的自适应律鲁棒控制器进行稳定性分析；对构建的自适应律鲁棒控制器中的主要参数进行调节，并分析控制效果。

【技术特征摘要】
1.一种主动防侧倾系统的控制器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：构建含有参数不确定性的主动防侧倾系统的动力学模型；将主动防侧倾系统的目标侧倾角视为性能约束，构建所述目标侧倾角的二阶约束形式；基于所述构建的动力学模型和二阶约束形式设计泄露型的自适应律鲁棒控制器；对构建的自适应律鲁棒控制器进行稳定性分析；对构建的自适应律鲁棒控制器中的主要参数进行调节，并分析控制效果。2.根据权利要求1所述的主动防侧倾系统的控制器的设计方法，其特征在于，所述构建含有参数不确定性的主动防侧倾系统的动力学模型包括：构建下述方程(1)所示的主动防侧倾系统的动力学模型：其中，为簧载质量绕侧倾轴的转动惯量，为侧倾阻尼，为侧倾刚度，Maf为前轮反侧倾力矩，Mar为后轮反侧倾力矩，ms为车身质心，hs为质心与侧倾轴的竖向距离，ay为横向加速度，为车身侧倾角，为前悬架阻尼系数，为后悬架阻尼系数，分别为前后悬架刚度，分别为前后稳定杆刚度；基于构建的动力学模型，构建下述方程(2)所示的含有不确定参数的标准动力学模型：其中，t为时间变量，q为广义坐标，为广义速度，为广义加速度，σ为不确定性参数，M为主动防侧倾系统的惯性矩阵C为主动防侧倾系统的科氏力/离心力矩阵，G为主动防侧倾系统的重力矩阵，τ为系统的控制，τ＝-(Maf+Mar)；将构建的标准动力学模型的不确定性的矩阵按照下述方程(3)至(5)进行分解：其中，为主动防侧倾系统的惯性矩阵、科氏力/离心力矩阵、重力矩阵的确定性部分，ΔM(q，σ，t)、ΔC(q，σ，t)、ΔG(q，σ，t)为主动防侧倾系统的惯性矩阵、科氏力/离心力矩阵、重力矩阵的不确定性部分。3.根据权利要求2所述的主动防侧倾系统的控制器的设计方法，其特征在于，所述将主动防侧倾系统的目标侧倾角视为性能约束，构建所述目标侧倾角的二阶约束形式包括：将主动防侧倾系统的目标侧倾角的运动轨迹视为性能约束，并将其写成如下方程(6)所示的形式：f(q，t)＝0(6)对方程(6)进行一阶、二阶求导，得到下述方程(7)和(8)：其中，A为约束矩阵；c为一阶约束矢量；b为二阶约束矢量。4.根据权利要求3所述的主动防侧倾系统的控制器的设计方法，其特征在于，所述基于所述构建的动力学模型和二阶约束形式设计泄露型的自适应律鲁棒控制器，具体包括：基于所述构建的动力学模型和二阶约束形式构建如下方程(9)所示的控制器：...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩，李晨鸣，赵韩，黄康，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34