一种无源悬架控制器的优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种无源悬架控制器的优化方法，建立了悬架系统及控制器的状态空间模型，定义相应的综合性能指标，包含乘车舒适度、悬架挠度和轮胎挠度。然后，结合双三次正实函数对于五元件无源串并联网络的综合结果，进行控制器参数的优化设计，并将优化结果进行网络实现。本发明专利技术可始终保证最优控制器的网络实现不超过五个无源机械元件，相比于双二次正实函数情形，可降低物理实现的复杂性，并提高系统的性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种无源悬架控制器的优化设计方法


[0001]本专利技术涉及控制器优化
，尤其是指一种无源悬架控制器的优化设计方法。

技术介绍

[0002]悬架是对车辆系统性能有很大影响的一个重要的部件。与主动悬架系统相比，无源悬架具有成本低、可靠性高等优点。传统的无源悬架由阻尼和弹簧组成，它们只能在物理上实现特定类别的无源系统。一种被称为惯容的两端无源机械元件的专利技术，完善了无源机械网络和电气网络之间的类比，解决了无源机械系统的物理实现问题，并提升了传统无源悬架的系统性能。因此，利用无源网络综合理论，任何双端无源机械(电气)系统都可以使用有限数量的阻尼(电阻)、弹簧(电感)和惯容(电容)进行实现。
[0003]无源悬架系统的优化设计通常采用固定结构法、网络综合法和结构导抗法。基于固定结构方法的悬架系统优化设计是列出几个由惯容、弹簧和阻尼组成的固定无源网络。通过在正元件值的约束下优化期望的系统性能，确定最优网络和相应的元件值。为了涵盖更一般的情况，需要研究优化设计的网络综合方法，其中设计部分是一类固定阶次的正实阻抗或导纳函数。在得到与最优性能相对应的参数后，通过无源网络综合，将正实函数进一步实现为无源阻尼器
‑
弹簧
‑
惯容网络。任何两端无源网络的阻抗(导纳)必须为正实函数，任何正实阻抗(导纳)都可以通过无源元件的互连实现。因此，为了获得阻抗(导纳)的无源实现，要求设计阻抗(导纳)为正实函数。在车辆悬架控制器优化设计过程中，除了提高系统性能外，还需要考虑实现的复杂性。Bott
>‑
Duffin综合可以给出任何正实函数的实现，这是无源网络综合中的一种重要方法，但实现通常非最简。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中悬架控制器系统性能低，实现复杂的缺陷，提供一种无源悬架控制器的优化设计方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种无源悬架控制器的优化方法，包括如下步骤：
[0006]建立悬架系统和控制器的状态空间模型以及路面输入模型；
[0007]根据建立的各模型得到悬架系统的闭环系统模型；
[0008]确定目标函数，并建立目标函数与闭环系统模型之间的关系；
[0009]确定约束条件包括：悬架网络的正实阻抗函数为双三次正实阻抗函数，以及实现元件不多于五个元件的并串联网络的充分必要条件；
[0010]根据约束条件以及目标函数与闭环系统模型之间的关系，利用优化函数对目标函数进行迭代优化，得到优化结论；
[0011]根据优化得到的双三次正实阻抗函数实现为对应个数元件的串并联网络，得到双三次控制器。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，悬架系统的状态空间模型通过悬架系统的动力学方程变形得到，为：
[0013][0014]在本专利技术的一个实施例中，控制器的状态空间模型通过传递矩阵变换得到，为
[0015]u＝C
k
x
k
+D
k
y。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，根据路面白噪声及前后轮之间的时延，得出悬架系统的路面输入模型：
[0017][0018]在本专利技术的一个实施例中，目标函数与闭环系统模型的关系为：
[0019]其中，||H
w
→
z
||2为闭环系统模型的二范数表达。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，目标函数包括对乘车舒适度、悬架挠度和轮胎挠度的衡量。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，对于目标函数的迭代优化在悬架系统的静态刚度为固定值情况下进行。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，优化函数采用MATLAB中的patternsearch函数。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，对得到的双三次控制器进行验证。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，验证方法包括建立悬架系统的时域模型，带入双三次控制器，计算目标函数的均方根值。
[0025]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。
[0026]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。
[0027]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任一项所述的方法。
[0028]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0029]本专利技术所述的双三次控制器不仅实现简单而且能够使全车的性能更好。
附图说明
[0030]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中
[0031]图1是本专利技术全车系统模型；
[0032]图2为双三次正实函数对应的五元件串并联实现网络；
[0033]图3为不同静态刚度下综合性能指标的优化结果；
[0034]图4为静态刚度为45kN/m时的双三次控制器实现；
[0035]图5为静态刚度为45kN/m时的双二次控制器实现。
具体实施方式
[0036]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。本专利技术中的悬架系统含义为包括悬架的系统，并非单指悬架。下面以全车系统作为悬架系统具体说明本方法的实现过程。当然在本专利技术的其他实施例中，还可以采用其他包含悬架的系统。
[0037]参照图1所示，为本专利技术的全车系统模型，其中m
s
表示簧上质量，z
s
为车身重心在垂直方向上的位移，z
sfr
,z
sfl
,z
srr
,z
srl
为四个角的簧上质量在垂直方向上的位移，θ为翻转角度，I
θ
为翻转惯量，Φ为俯仰角，I
Φ
为俯仰惯量，m
f
,m
r
为簧下质量，z
ufr
,z
ufl
,z
urr
,z
url
为簧下质量的位移，l
f
,l
r
分别为车辆前后到重心的距离，t
f
,t
r
分别为车辆前后到重心的宽度，z
rfr
,z
rfl
,z
rrr
,z
rrl
为垂直方向上的路面位移，k
tf
,k
tr
为轮胎刚度，u
fr
,u
fl
,u
rr
,u
rl
为所设计的控制器，k<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无源悬架控制器的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：建立悬架系统和控制器的状态空间模型以及路面输入模型；根据建立的各模型得到悬架系统的闭环系统模型；确定目标函数，并建立目标函数与闭环系统模型之间的关系；确定约束条件包括：悬架网络的正实阻抗函数为双三次正实阻抗函数，以及实现元件不多于五个元件的并串联网络的充分必要条件；根据约束条件以及目标函数与闭环系统模型之间的关系，利用优化函数对目标函数进行迭代优化，得到优化结论；根据优化得到的双三次正实阻抗函数实现为对应个数元件的串并联网络，得到双三次控制器。2.根据权利要求1所述的一种无源悬架控制器的优化方法，其特征在于：悬架系统的状态空间模型通过悬架系统的动力学方程变形得到，为：3.根据权利要求1所述的一种无源悬架控制器的优化方法，其特征在于：控制器的状态空间模型通过传递矩阵变换得到，为4.根据权利要求1所述的一种无源悬架控制器的优化方法，其特征在于：根据路面白噪声及前后轮之间的时延，得出悬架...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锴，蒲佳美，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：