汽车主动悬架电磁作动器抗饱和复合控制器及构造方法技术

本发明专利技术公开车辆底盘控制领域中的一种汽车主动悬架电磁作动器抗饱和复合控制器及构造方法，分别构建突变负载补偿控制器、状态反馈控制器和电压解耦控制器，采用控制器参数优化模块，通过灰狼优化算法来获得状态反馈控制器全局最优控制器增益，将控制器参数优化模块与状态反馈控制器串接，并将状态反馈控制器、突变负载补偿控制器、电压解耦控制器并联后与限压控制器串联构成抗饱和复合控制器；本发明专利技术提升了主动悬架的响应速度，在保证电机安全运行的前提下，能够有效提高供给电机的最大电压，抑制控制器的饱和现象，缩短调节时间。

Anti-saturation Compound Controller for Electromagnetic Actuator of Automotive Active Suspension and Its Construction Method

【技术实现步骤摘要】
汽车主动悬架电磁作动器抗饱和复合控制器及构造方法
本专利技术属于车辆底盘控制领域，特别涉及一种车辆的主动悬架电磁作动器复合控制器的结构及其构造方法。
技术介绍
悬架作为汽车中不可缺少的一部分，除了传递力和为矩，最大限度地提高轮胎和路面之间的摩擦，提供良好的转向稳定性的作用外，还要缓冲由路面不平传给车身的冲击力，使汽车能平顺地行驶。目前，大多数悬架采用的是被动悬架，刚度和阻尼是按照经验或优化设计的方法确定的，其性能不能根据外部信号的变化而变化，也无法进行调节；而且车辆行驶时，由路面激励引起的振动能量都热的形式耗散掉，造成能量的损耗。主动悬架可根据外部输入进行主动调节，不但能很好地提高车辆的行驶平顺性，还能控制车身姿态、减少车轮跳动、增加主动安全性。但高能耗一直是限制其推广的主要因素之一。采用电磁直线电机作为执行器的主动悬架能够很好地解决主动悬架能耗高的问题。利用电磁感应原理，直线电机可将车辆振动能量转化为车辆可直接利用的电能，实现了在改善车辆性能的同时降低能耗的目的。汽车主动悬架的控制力可通过一定控制算法改变，抑制车身垂直振动，因此主动悬架的控制策略在一定程度上决定了车辆的舒适程度。目前采用较多的电磁直线电机的控制方法主要有以下两种：(1)速度开环恒压频比控制：该控制方法多只需控制变量的幅值，而且反馈值与给定值成正比关系，所以控制原理与结构简单。恒压频比控制存在一个明显的缺点，就是转子震荡和失步问题没有得到解决，采用单变量系统的控制，稳定性能不高，动态性能不够理想，参数难以设计等缺点也十分明显。(2)基于PI控制器的双闭环矢量控制：使用双闭环控制系统，内环为电流环，外环为速度环，通过速度和电流的负反馈分别调节速度和电流。此种控制方法的缺点也很明显，整个控制系统有多个PI控制器，需要整定的控制器参数至少六个，实际应用中会带来很大的工作量；而且由于双闭环控制结构的固有缺陷，系统的动态特性会受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对主动悬架电磁作动器现有控制方案的缺陷，提供一种能有效提高主动悬架电磁作动器响应速度，特别是突变负载下的补偿能力的主动悬架电磁作动器高性能控制器及其构造方法。本专利技术汽车主动悬架电磁作动器抗饱和复合控制器采用的技术方案是：其串接在电磁作动器的输入端，由突变负载补偿控制器、状态反馈控制器、电压解耦控制器、控制器参数优化模块和限压控制器组成，所述的电磁作动器以电压ud、uq为输入，以速度v、电流id、iq为输出；所述的控制器参数优化模块以速度v、电流id、参考速度vref、参考电流作为输入，其输出为最优控制器增益Kbest；所述的突变负载补偿控制器以速度v、车身突变负载Tl作为输入，其输出为电压ud1、uq1；所述的状态反馈控制器以最优控制器增益Kbest、参考速度vref、参考电流速度v、电流id、iq为输入，其输出为电压ud2、uq2；所述的电压解耦控制器以速度v、电流id作为输入，其输出为ud3、uq3；所述的限压控制器的第一部分输入是电压和第二部分输入是速度v和电流iq。本专利技术汽车主动悬架电磁作动器抗饱和复合控制器的构造方法采用的技术方案是包括以下步骤：步骤A：分别构建突变负载补偿控制器、状态反馈控制器和电压解耦控制器，突变负载补偿控制器的输出为状态反馈控制器的输出为电压解耦控制器的输出为：kt为交流直线电机的转矩系数，Bω为交流直线电机的摩擦系数、Tq为交流直线电机的时间常数，J为转动惯量，分别为速度v的二阶和一阶导数，Tl为突变负载，K为2×4的状态反馈控制器的增益矩阵，k1、k2和k3分别为电压耦合系数。步骤B：采用控制器参数优化模块，通过灰狼优化算法来获得状态反馈控制器全局最优控制器增益Kbest；步骤C：将控制器参数优化模块与状态反馈控制器串接，并将状态反馈控制器、突变负载补偿控制器、电压解耦控制器并联后与限压控制器串联构成抗饱和复合控制器。本专利技术的有益效果是：1、通过构建状态反馈控制器取代双闭环控制系统，有效克服了双闭环系统的固有缺陷，提升了系统的动态性能。构建电压解耦控制器保证了系统的控制精度。构建突变负载补偿控制器提升了电磁作动器的响应速度。将上述三个子控制器构成高性能控制器，有效解决了主动悬架用直线电机现有控制方法的缺陷，设计简单、控制效果优良，具有很强的高性能能力。2、通过灰狼优化算法来获得状态反馈控制器的全局最优参数，在提升控制器效果的同时减少了参数调整的工作量。3、本专利技术采用了一种新型的、结合当前电机运行状况的动态电压约束处理方式进一步提升了主动悬架的响应速度。与传统的固定电压限幅方式相比，本专利技术采用的方式在保证电机安全运行的前提下，能够有效提高供给电机的最大电压，抑制控制器的饱和现象，缩短调节时间。4、该控制器所需控制变量和输入变量均为可测、易测变量，且该控制器的控制算法只需通过模块化软件编程实现，并不需要增加额外的仪器设备，在没有增加控制成本的前提下，有效提高了控制器的控制品质，有利于工程实现。附图说明图1是将控制器参数优化模块3与状态反馈控制器22串联，并将状态反馈控制器22、突变负载补偿控制器21、电压解耦控制器23并联之后，并与限压控制器24串联组成的抗饱和复合控制器2对电磁作动器1进行控制的结构框图；图2是图1中由2r/2s坐标变换模块11、SVPWM12、逆变器模块13、交流直线电机14、3s/2r坐标变换模块15作为一个整体组成的电磁作动器1；图3是图1中控制器参数优化模块3的优化方法流程图。图中：1.电磁作动器；2.抗饱和复合控制器；3.控制器参数优化模块；11.2r/2s坐标变换模块；12.SVPWM；13.逆变器模块；14.交流直线电机；15.3s/2r坐标变换模块；21.突变负载补偿控制器；22.状态反馈控制器；23.电压解耦控制器；24.限压控制器；41.速度给定模块；42.电流给定模块。具体实施方式如图1所示，本专利技术汽车主动悬架电磁作动器抗饱和复合控制器2由突变负载补偿控制器21、状态反馈控制器22、电压解耦控制器23、控制器参数优化模块3和限压控制器24组成，串接在电磁作动器1的输入端。电磁作动器1以电压ud、uq为输入，以速度v、电流值id、iq为输出。控制器参数优化模块3以电磁作动器1的输出v、id、速度给定模块41输出的参考速度vref、电流给定模块42输出的参考电流作为输入，其输出为最优控制器增益Kbest，该最优控制器增益Kbest输出至状态反馈控制器22。突变负载补偿控制器21以速度v、车身突变负载Tl作为输入，其输出为电压ud1、uq1。状态反馈控制器22以最优控制器增益Kbest、速度给定模块41输出的参考速度vref、电流给定模块42输出的参考电流电磁作动器1的输出v、id和iq为输入，状态反馈控制器22输出为电压ud2、uq2。电压解耦控制器23以电磁作动器1的输出v、id作为输入，其输出为ud3、uq3。将突变负载补偿控制器21、状态反馈控制器22和电压解耦控制器23输出的控制电压相结合，构成限压控制器24的第一部分输入，即电压同时将电磁作动器1的输出v、iq作为限压控制器24的第二部分输入。限压控制器24输出的是电压ud、uq，该电压ud、uq作为电磁作动器1的输入。图1所示的抗饱和复合控制器2的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车主动悬架电磁作动器抗饱和复合控制器，其串接在电磁作动器(1)的输入端，其特征是：其由突变负载补偿控制器(21)、状态反馈控制器(22)、电压解耦控制器(23)、控制器参数优化模块(3)和限压控制器(24)组成，所述的电磁作动器(1)以电压ud、uq为输入，以速度v、电流id、iq为输出；所述的控制器参数优化模块(3)以速度v、电流id、参考速度v

【技术特征摘要】
1.一种汽车主动悬架电磁作动器抗饱和复合控制器，其串接在电磁作动器(1)的输入端，其特征是：其由突变负载补偿控制器(21)、状态反馈控制器(22)、电压解耦控制器(23)、控制器参数优化模块(3)和限压控制器(24)组成，所述的电磁作动器(1)以电压ud、uq为输入，以速度v、电流id、iq为输出；所述的控制器参数优化模块(3)以速度v、电流id、参考速度vref、参考电流idref作为输入，其输出为最优控制器增益Kbest；所述的突变负载补偿控制器(21)以速度v、车身突变负载Tl作为输入，其输出为电压ud1、uq1；所述的状态反馈控制器(22)以最优控制器增益Kbest、参考速度vref、参考电流idref、速度v、电流id、iq为输入，其输出为电压ud2、uq2；所述的电压解耦控制器(23)以速度-v、电流id作为输入，其输出为ud3、uq3；所述的限压控制器(24)的第一部分输入是电压和第二部分输入是速度v和电流iq。2.一种如权利要求1所述的汽车主动悬架电磁作动器抗饱和复合控制器的构造方法，其特征是包括以下步骤：步骤A：分别构建突变负载补偿控制器(21)、状态反馈控制器(22)和电压解耦控制器(23)，突变负载补偿控制器(21)的输出为状态反馈控制器22的输出为电压解耦控制器23的输出为：kt为交流直线电机的转矩系数，Bω为交流直线电机的摩擦系数、Tq为交流直线电机的时间常数，J为转动惯量，分别为速度v的二阶和一阶导数，Tl为突变负载，K为2×4的状态反馈控制器(22)的增益矩阵，k1、k2和k3分别为电压耦合系数。步骤B：采用控制器参数优化模块(3)，通过灰狼优化算法来获得状态反馈控制器(22)全局最优控制器增益Kbest；步骤C：将控制器参数优化模块(3)与状态反馈控制器(22)串接，并将状态反馈控制器(22)、突变负载补偿控制器(21...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓东，胡昌昌，陈龙，周卫琪，杨泽斌，李可，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32