基于有益扰动、耦合和非线性的主动悬架系统控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于有益扰动、耦合和非线性的主动悬架系统控制方法，包括：构建主动悬架系统的仿生非线性参考模型，以仿生非线性参考模型的输出作为期望轨迹；构建模糊扰动观测器，以估计仿生非线性参考模型中的集合扰动；定义状态耦合效应指标和扰动效应指标，根据两个效应指标判断仿生非线性参考模型中的状态耦合和集合扰动是否有益，以此构建考虑有益状态耦合和有益扰动的跟踪控制器，以使主动悬架系统的悬架行程跟踪期望轨迹。在评估状态耦合、扰动和非线性因素对系统潜在影响的基础上，设计鲁棒跟踪控制方法，仅抑制耦合、扰动、非线性因素的负面影响，而保留正面影响，有效应对扰动、状态耦合和系统固有非线性的影响。状态耦合和系统固有非线性的影响。状态耦合和系统固有非线性的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于有益扰动、耦合和非线性的主动悬架系统控制方法


[0001]本专利技术涉及主动式悬架系统跟踪控制
，特别是涉及一种基于有益扰动、耦合和非线性的主动悬架系统控制方法。

技术介绍

[0002]车辆悬架系统作为车辆底盘的关键部件之一，对车辆的平顺性、稳定性以及道路的操控性都有重要的影响。与传统悬架系统相比，主动式悬架系统在车辆遭遇不规则路面时具有更好的隔振性能。因此，对于主动式悬架系统，研究人员设计了一系列提高悬架系统性能的控制方法，主要包括线性控制方法和非线性控制方法。
[0003]主动式悬架系统在实际应用中存在以下几种常见问题，如不可避免的扰动(参数不确定性、未建模动态的不确定性以及外部扰动)、固有非线性因素、耦合效应、能耗等，这些问题都需要考虑在控制器的设计中。针对上述几种实际问题，研究人员报道了一系列的控制方法，归纳如下:
[0004]1、为减小内、外扰动的影响，提出许多鲁棒控制方法和基于扰动观测器的控制方法。如，利用扰动观测器来估计系统不确定性和未知道路的影响，且在此基础上提出一种可减小簧上质量加速度的滑模控制方法。通过基于非线性观测器的扩展跟踪控制方法(ESO)来补偿主动式悬架系统的集合扰动。通过扩展非线性扰动观测器和修正的滑模面，处理不匹配扰动的影响。利用模糊扰动观测器补偿非线性耦合、道路变化以及非线性动态不确定性引起的扰动。
[0005]然而，上述控制方法都将扰动视为对系统动力学响应有负面影响的因素，从而直接消除了它们。但是，扰动效应对系统性能的影响有好的一面，也有坏的一面，但现有控制方法大多只是在假设扰动效应影响为坏的情况下设计的。虽然可以直接消除扰动产生的负面影响，但是同样也消除了正面影响。
[0006]2、现有控制方法通常将固有耦合项视为模型的不确定性因素，对其直接进行消除。具体地，针对主动式悬架系统设计鲁棒滑模控制方法，使其对模型的不确定性不敏感。通过引入自适应估计器来抑制不确定参数的影响。通过设计鲁棒增益调度控制方法保证闭环系统的稳定性，并对扰动进行抑制。通过使用模糊系统的隶属函数，解决模型不确定性的影响。耦合效应分为有益的和有害的，可以通过消除有害的耦合效应，且保留有用的耦合效应来提升系统的控制性能。
[0007]3、为了改善控制性能，降低能量消耗，在车辆悬架控制中引入了生物参考模型产生的非线性刚度和阻尼。例如，Pan等人受生物系统的肢体运动学的启发，设计仿生参考模型，虽然该模型只取一层且不考虑阻尼效应，但其结果仍然为节能非线性控制问题提供了解决思路。另外，设计更真实的仿生参考模型，包括两层以及非线性阻尼效应，阻尼效应和非线性刚度可提供更好的控制性能(不仅是隔振)，因此，在鲁棒控制器设计中需要考虑这些非线性因素的影响。
[0008]综上，上述现有的控制方法在解决系统参数/模型的不确定性、状态耦合和固有非
线性因素等方面还不够完善，而且，也没有任何控制方法可以同时解决这些问题。

技术实现思路

[0009]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于有益扰动、耦合和非线性的主动悬架系统控制方法，在评估状态耦合、扰动和非线性因素对系统潜在影响的基础上，设计鲁棒跟踪控制方法，仅抑制耦合、扰动、非线性因素的负面影响，而保留正面影响，有效地应对扰动、状态耦合和系统固有非线性的影响。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种基于有益扰动、耦合和非线性的主动悬架系统控制方法，包括：
[0012]构建主动悬架系统的仿生非线性参考模型，以仿生非线性参考模型的输出作为期望轨迹；
[0013]构建模糊扰动观测器，以估计仿生非线性参考模型中的集合扰动；
[0014]定义状态耦合效应指标和扰动效应指标，根据两个效应指标判断仿生非线性参考模型中的状态耦合和集合扰动是否有益，以此构建考虑有益状态耦合和有益扰动的跟踪控制器，以使主动悬架系统的悬架行程跟踪期望轨迹。
[0015]作为可选择的实施方式，所述集合扰动包括参数不确定性、未建模动态不确定性和外部扰动；集合扰动Λ表示为：
[0016][0017]其中，m
s
和m
u
分别为簧上质量和簧下质量，z
ed
为期望轨迹，e为悬架行程跟踪误差；D为未知扰动；
[0018]未知扰动D为：
[0019][0020]其中，k
s1
和k
s2
均为刚度系数，k
d
为阻尼系数，k
t
和k
b
分别为轮胎的刚度系数和阻尼系数，z
e
为悬架行程，Δ
s1
、Δ
s2
、Δ
t
、Δ
d
和Δ
b
均为系数扰动范围，d1和d2分别为未建模动态扰动和外部扰动，z
t
为轮胎行程。
[0021]作为可选择的实施方式，所述模糊扰动观测器为：
[0022][0023]其中，σ为正控制增益，k
s1
和k
s2
均为刚度系数，k
d
为阻尼系数，k
t
和k
b
分别为轮胎的刚度系数和阻尼系数，e为悬架行程跟踪误差，m
s
和m
u
分别为簧上质量和簧下质量，z
t
为轮胎
行程，z
ed
为期望轨迹，u(t)表示控制输入，为辅助函数，为集合扰动的估计值。
[0024]作为可选择的实施方式，所述状态耦合效应指标为：
[0025][0026]其中，e为悬架行程跟踪误差，α为辅助的正数，k
t
和k
b
分别为轮胎的刚度系数和阻尼系数，z
t
为轮胎行程。
[0027]作为可选择的实施方式，所述扰动效应指标为：
[0028][0029]其中，e为悬架行程跟踪误差；为集合扰动的估计值。
[0030]作为可选择的实施方式，状态耦合效应指标小于零时表示状态耦合为有益的，大于零时表示状态耦合为有害的，等于零时表示状态耦合无影响；
[0031]扰动效应指标小于零时表示扰动为有益的，大于零时表示扰动为有害的，等于零时表示扰动无影响。
[0032]作为可选择的实施方式，所述跟踪控制器为：
[0033][0034]其中，k
P
，k
D
，k
S
为正的控制增益，e为悬架行程跟踪误差，α为辅助的正数，k
s1
和k
s2
均为刚度系数，k
d
为阻尼系数，z
ed
为期望轨迹，m为辅助函数，m
s
和m
u
分别为簧上质量和簧下质量，k
t
和k
b
分别为轮胎的刚度系数和阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于有益扰动、耦合和非线性的主动悬架系统控制方法，其特征在于，包括：构建主动悬架系统的仿生非线性参考模型，以仿生非线性参考模型的输出作为期望轨迹；构建模糊扰动观测器，以估计仿生非线性参考模型中的集合扰动；定义状态耦合效应指标和扰动效应指标，根据两个效应指标判断仿生非线性参考模型中的状态耦合和集合扰动是否有益，以此构建考虑有益状态耦合和有益扰动的跟踪控制器，以使主动悬架系统的悬架行程跟踪期望轨迹。2.如权利要求1所述的基于有益扰动、耦合和非线性的主动悬架系统控制方法，其特征在于，所述集合扰动包括参数不确定性、未建模动态不确定性和外部扰动；集合扰动Λ表示为：其中，m
s
和m
u
分别为簧上质量和簧下质量，z
ed
为期望轨迹，e为悬架行程跟踪误差；D为未知扰动；未知扰动D为：其中，k
s1
和k
s2
均为刚度系数，k
d
为阻尼系数，k
t
和k
b
分别为轮胎的刚度系数和阻尼系数，z
e
为悬架行程，Δ
s1
、Δ
s2
、Δ
t
、Δ
d
和Δ
b
均为系数扰动范围，d1和d2分别为未建模动态扰动和外部扰动，z
t
为轮胎行程。3.如权利要求1所述的基于有益扰动、耦合和非线性的主动悬架系统控制方法，其特征在于，所述模糊扰动观测器为：其中，σ为正控制增益，k
s1
和k
s2
均为刚度系数，k
d
为阻尼系数，k
t
和k
b
分别为轮胎的刚度系数和阻尼系数，e为悬架行程跟踪误差，m
s
和m
u
分别为簧上质量和簧下质量，z
t
为轮胎行程，z
ed
为期望轨迹，u(t)表示控制输入，为辅助函数，为集合扰动的估计值。4.如权利要求1所述的基于有益扰动、耦合和非线性的主动悬架系统控制方法，其特征在于，所述状态耦合效应指标为：其中，e为悬架行程跟踪误差，α为辅助的正数，k
t
和k

【专利技术属性】
技术研发人员：景兴建，张梦华，
申请(专利权)人：景兴建，
类型：发明
国别省市：