含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法技术

本发明专利技术含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，首先分析车辆动力学特点，建立基于整车的主动悬架模型；然后针对车辆部件的参数变动情况，建立含不确定参数的主动悬架状态方程；针对车辆在俯仰及侧倾方向的振动、主动悬架执行器饱和特性、悬架行程限制等问题，建立主动悬架多目标控制模型；考虑人体对垂向振动特定频带(4‑8Hz)的敏感性，建立含有限频带约束的主动悬架鲁棒控制系统，并求解系统控制器，对车辆状态进行有效控制，以提高乘坐舒适性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆悬架控制
，具体涉及一种含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法。
技术介绍
悬架系统将车辆簧下质量与簧上质量有效地连接起来，从而减小路面向车身传递的振动。近年来，主动悬架因其控制性能良好得到了广泛的研究，产生了一系列的主动控制方法，取得了一定的研究成果，但是依然存在较多的问题：1、现有研究多采用四分之一车辆的主动悬架模型对车辆垂向运动进行控制，或者二分之一车辆的悬架模型对车辆垂向和俯仰运动进行控制，不能实现对车辆垂向、俯仰和侧倾的多目标控制，导致主动悬架控制效果与实际差别较大。2、随着车辆的使用和磨损，主动悬架中各个零部件的参数，经常发生变动。如车辆悬架的刚度和阻尼，随着车辆的使用其性能会发生变动。而大部分主动悬架的控制算法，是在假定车辆参数不发生变动的情况下设计的；一旦车辆参数变动，主动悬架控制性能将发生较大变化，不利于乘坐舒适性。3、在目前主动悬架的研究中，研究者大多关注对整个振动频带的响应抑制，而较少考虑人体对垂向特定频带的敏感性更强；研究表明，垂向4-8Hz的振动对人体的影响更为突出，因此在主动悬架控制过程中，应予以特别考虑。综上所述，针对主动悬架控制系统中的整车模型多目标控制、主动悬架参数不确定性问题和有限频带内振动的抑制问题，需要提供更有效的解决方案，以提高主动悬架控制的有效性，最终提高车辆乘坐舒适性。
技术实现思路
本专利技术针对现有主动悬架控制系统中的整车模型多目标控制、主动悬架参数不确定性问题和有限频带内振动的抑制问题，提供含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，其能够有效提高车辆乘坐的舒适性。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，包括如下步骤：步骤1、分析车辆动力学特点，建立基于整车的主动悬架动力学模型；步骤2、分析主动悬架中参数变动特点，并结合俯仰及侧倾方向的振动约束、主动悬架作动器约束、悬架行程约束的特点，设计含不确定参数的主动悬架鲁棒多目标控制模型；并根据主动悬架鲁棒多目标控制模型确定闭环系统的状态方程；步骤3、根据含不确定参数的主动悬架鲁棒多目标控制模型，建立含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制模型；步骤3.1、确定闭环系统渐进稳定和干扰抑制性能所需满足的条件和闭环系统控制输出所需满足的条件；步骤3.2、根据所确定的闭环系统渐进稳定和干扰抑制性能所需满足的条件和系统控制输出所需满足的条件，并结合闭环系统的状态方程，求取状态反馈增益；步骤3.3、利用所得的状态反馈增益，得到车辆主动悬架鲁棒控制器；根据车辆实时状态参数，该控制器可以输出主动悬架的作动器所需的力，对路面的振动进行抑制。上述方案中，步骤1所建立的主动悬架动力学模型为：其中，ms是簧上质量，是簧上质量在质心处的垂向加速度，是簧上质量在质心处的俯仰角加速度，是簧上质量在质心处的侧倾角加速度，Ip是俯仰转动惯量，Ir是侧倾转动惯量，a是前轴到质心的距离，b是后轴到质心的距离，d是车辆半宽，Fi是第i个悬架处的力，i＝1,2,3,4。上述方案中，步骤2所设计的主动悬架鲁棒多目标控制模型为：其中，z∞(t)是H∞型控制输出，z2(t)是H2型控制输出，是簧上质量在质心处的俯仰角加速度，是簧上质量在质心处的侧倾角加速度，xsui是悬架相对行程，fi是作动器输出力，是最大俯仰角加速度，是最大侧倾角加速度，rmax是悬架最大运行行程，Fmax是作动器最大输出力；是簧上质量在质心处的垂向加速度，是质心处最大垂向加速度，i＝1,2,3,4。上述方案中，步骤2中的闭环系统的状态方程为：其中，是系统状态向量的导数，x(t)是系统状态向量，是系统干扰项，z∞(t)是H∞型控制输出，z2(t)是H2型控制输出，分别是闭环系统状态方程中的系数矩阵。上述方案中，步骤3.1中，闭环系统渐进稳定和干扰抑制性能所需满足的条件为：其中，G(jω)是路面输入到控制输出z2(t)的传递函数，γ是预定的干扰抑制水平，ω1和ω2是控制频率的上下限，sup代表函数的上界。上述方案中，步骤3.1中，干扰抑制水平γ>0。上述方案中，步骤3.1中，系统控制输出所需满足的条件为：其中，z∞(t)是H∞型控制输出，是预定的参数水平。上述方案中，步骤3.1中，参数水平上述方案中，步骤3.2中，状态反馈增益K的计算过程为：步骤3.2.1、给定干扰抑制水平γ，正数η和正扰动数ρ，并在满足步骤3.1的前提下，根据如下不等式成立，计算增益过渡矩阵和转换矩阵并使得：其中，Ψ22＝-diag[∈1I,∈2I,∈1I,∈2I]，Ω22＝-diag[∈3I,∈4I,∈5I,∈3I,∈4I,∈5I]，A0是系统矩阵A的名义矩阵，EA,HA是系统矩阵A的矩阵分解项，B10是系统矩阵B名义矩阵，Bks是系统矩阵B的矩阵分解项，B2是系统矩阵，C20是系统矩阵C2的名义矩阵，EC2,HC2是系统矩阵C2的矩阵分解项，C10是系统矩阵C1的名义矩阵，EC1,HC1是系统矩阵C1的矩阵分解项，D12是H∞型控制输出的系数矩阵，D22是H2型控制输出的系数矩阵，P是适维矩阵，是适维矩阵，是适维矩阵，ω1,ω2分别是频带上下限，ωc是频带中间值，∈1,∈2,∈3,∈4,∈5,∈6分别是正数，是预定的参数水平，I是单位矩阵，sym代表对称阵，*代表矩阵的对称项，diag代表对角阵；步骤3.2.2、根据所得增益过渡矩阵和转换矩阵计算状态反馈增益K，其中与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：1、采用基于整车模型的主动悬架模型，可以综合对车辆垂向振动、俯仰和侧倾运动进行控制，同时可对悬架行程、作动器输出力等进行综合控制，从而实现车辆主动悬架的多目标控制。2、采用鲁棒控制算法，在建模过程中考虑到悬架刚度、阻尼等参数的不确定性，建立含参数不确定性的主动悬架控制模型，使得控制器对参数变动具有较好的鲁棒性。3、建立含有限频带约束的主动悬架控制方法，对4-8Hz的垂向振动进行特别抑制，有助于提高乘坐舒适性。附图说明图1为含有限频带约束的主动悬架鲁棒控制流程图。图2为基于整车模型的主动悬架模型图。图3为簧上质量垂向加速度频谱图。图4为凸包路面的簧上质量加速度时域图。具体实施方式一种含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，如图1所示，具体包括如下步骤：步骤一、建立基于整车的主动悬架动力学模型。根据图2基于整车的主动悬架模型，分析车辆动力学特点，建立基于整车模型的车辆主动悬架模型动力学方程：其中，ms表示簧上质量，是簧上质量在质心处(CG)的垂向加速度，和是簧上质量在质心处的俯仰角加速度和侧倾角加速度，Ip和Ir分别是俯仰和侧倾转动惯量，θ和分别是簧上质量在质心处的俯仰角和侧倾角，a前轴到质心的距离，b后轴到质心的距离，d是车辆半宽，Fi是第i个悬架处的力并可表示如下：其中，xui和xsi分别表示簧下质量和簧上质量的位移，和分别表示簧下质量和簧上质量的垂向速度，ki和ci分别是第i个悬架的刚度和阻尼。fi是第i个主动悬架作动器输出力。通过分析，可得xsi的表达式如下：其中，xs是簧上质量在质心处的位移，簧下质量mui的方程可表示如下：其中，xgi是第i个轮胎处的路面谱输入，kti是第i个轮胎的刚度，定义系统控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1、分析车辆动力学特点，建立基于整车的主动悬架动力学模型；步骤2、分析主动悬架中参数变动特点，并结合俯仰及侧倾方向的振动约束、主动悬架作动器约束、悬架行程约束的特点，设计含不确定参数的主动悬架鲁棒多目标控制模型；并根据主动悬架鲁棒多目标控制模型确定闭环系统的状态方程；步骤3、根据含不确定参数的主动悬架鲁棒多目标控制模型，建立含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制模型；步骤3.1、确定闭环系统渐进稳定和干扰抑制性能所需满足的条件和闭环系统控制输出所需满足的条件；步骤3.2、根据所确定的闭环系统渐进稳定和干扰抑制性能所需满足的条件和系统控制输出所需满足的条件，并结合闭环系统的状态方程，求取状态反馈增益；步骤3.3、利用所得的状态反馈增益，得到车辆主动悬架鲁棒控制器；根据车辆实时状态参数，该控制器可以输出主动悬架的作动器所需的力，对路面的振动进行抑制。

【技术特征摘要】
1.含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1、分析车辆动力学特点，建立基于整车的主动悬架动力学模型；步骤2、分析主动悬架中参数变动特点，并结合俯仰及侧倾方向的振动约束、主动悬架作动器约束、悬架行程约束的特点，设计含不确定参数的主动悬架鲁棒多目标控制模型；并根据主动悬架鲁棒多目标控制模型确定闭环系统的状态方程；步骤3、根据含不确定参数的主动悬架鲁棒多目标控制模型，建立含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制模型；步骤3.1、确定闭环系统渐进稳定和干扰抑制性能所需满足的条件和闭环系统控制输出所需满足的条件；步骤3.2、根据所确定的闭环系统渐进稳定和干扰抑制性能所需满足的条件和系统控制输出所需满足的条件，并结合闭环系统的状态方程，求取状态反馈增益；步骤3.3、利用所得的状态反馈增益，得到车辆主动悬架鲁棒控制器；根据车辆实时状态参数，该控制器可以输出主动悬架的作动器所需的力，对路面的振动进行抑制。2.根据权利要求1所述的含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，其特征是，步骤1所建立的主动悬架动力学模型为：其中，ms是簧上质量，是簧上质量在质心处的垂向加速度，是簧上质量在质心处的俯仰角加速度，是簧上质量在质心处的侧倾角加速度，Ip是俯仰转动惯量，Ir是侧倾转动惯量，a是前轴到质心的距离，b是后轴到质心的距离，d是车辆半宽，Fi是第i个悬架处的力，i＝1,2,3,4。3.根据权利要求1所述的含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，其特征是，步骤2所设计的主动悬架鲁棒多目标控制模型为：其中，z∞(t)是H∞型控制输出，z2(t)是H2型控制输出，是簧上质量在质心处的俯仰角加速度，是簧上质量在质心处的侧倾角加速度，xsui是悬架相对行程，fi是作动器输出力，是最大俯仰角加速度，是最大侧倾角加速度，rmax是悬架最大运行行程，Fmax是作动器最大输出力；是簧上质量在质心处的垂向加速度，是质心处最大垂向加速度，i＝1,2,3,4。4.根据权利要求1和3所述的含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，其特征是，步骤2中的闭环系统的状态方程为：其中，是系统状态向量的导数，x(t)是系统状态向量，是系统干扰项，z∞(t)是H∞型控制输出，z2(t)是H2型控制输出，分别是闭环系统状态方程中的系数矩阵。5.根据权利要求1所述的含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，其特征是，步骤3.1中，闭环系统渐进稳定和干扰抑制性能所需满足的条件为：supω1<ω<ω2||G(jω)||∞<γ]]>其中，G(jω)是路面输入到控制输出z2(t)的传递函数，γ是预定的干扰抑制水平，ω1和ω2是控制频率的上下限，sup代表函数的上界。6.根据权利要求5所述的含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，其特征是，步骤3.1中，干扰抑制水平γ>0。7.根据权利要求1所述的含有限频带约束的车辆主动悬架鲁棒控制器的设计方法，其特征是，步骤3.1中，系统控制输出所需满足的条件为：其中，z∞(t)是H∞型控制输出，是预定的参数水平。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：景晖，鲍家定，杨运泽，匡兵，刘夫云，张应红，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45