一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法
【專利摘要】一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法，本發明涉及一種執行器輸入飽和控制方法。本發明是要解決設計模型較為簡單；無法滿足汽車懸架系統的執行器飽和控制；無法應對不確定性參數的影響而提出了一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法。該方法是通過步驟一、建立非線性不確定時滯主動懸架系統模型；步驟二、推導基于指令濾波器的自適應反步遞推控制器；步驟三、調節自適應反步遞推控制器的控制增益參數等步驟完成的。本發明應用于汽車主動懸架控制領域。
【專利說明】一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種執行器輸入飽和控制方法。
【背景技術】
[0002]主動懸架系統在汽車工業中扮演著重要的角色。一個設計優良的懸架系統不僅僅能夠提升駕乘人員的舒適度(隔離的不規則路面傳遞給駕乘人員的身體振動)，同時有良好的抓地力。如今的主動懸架系統已經廣泛的應用到汽車工業中，因為它諸如重量輕、體積小等優勢。在主動懸架系統中，電機或者是液壓系統等執行機構通常放置在車架與車體之間，通過耗散和增加系統的擾動能量，來穩定車身的姿態，提高駕駛的舒適度。
[0003]但是，在我們享受主動懸架系統控制所帶來的優勢的同時，可能發生的執行器飽和問題是我們需要認真對待的問題之一，對于主動懸架系統而言，其閉環系統的可靠性同懸架系統的性能是同等重要的，甚至高于其他的性能。傳統方法在處理非線性不確定懸架系統的執行器飽和問題時，可能會導致閉環系統性能上的惡化，甚至造成閉環系統的不穩定。
[0004]對于非線性的主動時滯懸架系統而言，控制系統的穩定性分析和魯棒控制是一個學術難題同時也是工業應用的需要。按照工業實踐的觀點，在控制系統中時滯經常使得穩定性問題變得更加困難，這給不確定執行器飽和的非線性主動懸架系統的工程應用系統帶來了極大的挑戰。
[0005]現有的方法為了消除上述這些難題，在處理懸架系統的執行器飽和控制和處理時滯問題時，可能會引起系統性能的降級，甚至還會造成懸架系統性能的不穩定，其不足之處主要體現以下幾個方面:
[0006]一、設計模型較為簡單。在現有的主動懸架系統的研究中，為了懸架系統的分析與設計的方便，經常采用線性化的理想數學模型。主要理想化了彈簧元件、執行器和阻尼器的數學模型，得到近似線性化的模型。同時，考慮到阻尼器的執行動態時，近似線性化的模型是一個與速率有關的一個時滯子系統，然而，在實際中，汽車主動懸架系統為典型的非線性時滯系統，理想化的近似會導致控制精度的降低；
[0007]二、無法滿足汽車懸架系統的執行器飽和控制。對于汽車懸架系統而言，當執行器發生控制飽和時，可能會導致閉環系統性能上的惡化，甚至造成閉環系統的不穩定。并且現有方法沒有比較明確的理論來指導系統控制參數的選取，從而不能保證系統的穩定性能，這是選取控制系統參數所面臨的主要問題；
[0008]三、無法應對不確定性參數的影響。在汽車主動懸架控制中，由于彈簧器件和阻尼機構系統的磨損或者老化，其動態參數隨著時間的推移很容易發生改變，這種情況不可避免的造成參數了不確定性，而傳統的控制策略往往還存在一定的局限性，這就給控制策略的設計帶來了困難。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是為了解決現有懸架控制技術設計模型較為簡單，無法滿足懸架系統的控制性能，無法應對系統不確定參數和執行器輸入飽和對系統控制性能的影響，而提供了一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法。
[0010]上述的發明目的是通過以下技術方案實現的:
[0011]步驟一、建立非線性不確定時滯主動懸架系統模型；
[0012]步驟二、推導基于指令濾波器的自適應反步遞推控制器；
[0013]步驟三、調節自適應反步遞推控制器的控制增益參數，即完成了一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法。
[0014]發明效果:
[0015]本發明提出一種主動懸架系統執行器輸入飽和控制方法，考慮到實際車輛中存在執行器參數的不確定性和車身的垂直動態響應，提出了基于指令濾波器的自適應反步遞推控制方法，提高了駕駛的舒適度，保證了在存在系統狀態參數時滯的情況下，系統仍然是穩定可控的，解決了非線性不確定時滯主動懸架系統的垂直動態的鎮定問題。
[0016]本發明通過建立了非線性不確定時滯主動懸架系統模型，解決了現有懸架控制技術設計模型較為簡單的問題。并且提出了一種基于指令濾波器控制方法，來處理執行器輸入飽和問題的自適應反步遞推控制器，進而達到了即使系統存在參數不確定的情況下，車身的垂直位移也能夠在有限的時間內趨于零，系統達到穩定狀態的效果。并且通過引入雙曲正切函數，來處理時滯項，達到處理時滯的目的，最后從仿真中驗證了所提出控制器方法的有效性，從而滿足了懸架系統的控制性能，應對系統不確定參數和執行器輸入飽和對系統控制性能的影響，達到懸架控制系統提高駕駛舒適度的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是【具體實施方式】一中提出的一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法流程圖；
[0018]圖2是【具體實施方式】二中提出的主動懸架系統的模型圖；其中，I為擾動外部輸入，2為簧上質量，3為簧上垂直位移，4為非線性剛性彈力，5為線性時滯阻尼，6為主動輸入力；
[0019]圖3是【具體實施方式】四中的提出的指令濾波器模型圖；
[0020]圖4是【具體實施方式】六中的提出的車身垂直位移隨時間的響應曲線圖；
[0021]圖5是【具體實施方式】六中的提出的控制器控制輸入響應曲線圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0023]【具體實施方式】一:本實施方式的一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法，具體是按照以下步驟制備的:
[0024]步驟一、建立非線性不確定時滯主動懸架系統模型；
[0025]步驟二、推導基于指令濾波器的自適應反步遞推控制器；
[0026]步驟三、調節自適應反步遞推控制器的控制增益參數，即完成了一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法如圖1所示。
[0027]本實施方式效果:
[0028]本實施方式提出一種主動懸架系統執行器輸入飽和控制方法，考慮到實際車輛中存在執行器參數的不確定性和車身的垂直動態響應，提出了基于指令濾波器的自適應反步遞推控制方法，提高了駕駛的舒適度，并且保證了在存在系統狀態參數時滯的情況下，系統仍然是穩定可控的，解決了非線性不確定時滯主動懸架系統的垂直動態的鎮定問題。
[0029]本實施方式考慮到系統參數中存在的執行器參數不確定性情況和系統速度狀態參數時滯的情況，對主動懸架系統建立了數學模型。從模型中可以看出主動懸架系統為典型的不確定時滯系統，為了滿足懸架控制系統的約束條件和提高駕駛的舒適度，本發明提出了一種基于指令濾波器控制方法，來處理執行器輸入飽和問題的自適應反步遞推控制器，即使系統存在參數不確定的情況下，車身的垂直位移也能夠在有限的時間內趨于零，系統達到穩定狀態，并且通過引入雙曲正切函數，來處理時滯項，來達到處理時滯的目的，最后從仿真中驗證了所提出控制器方法的有效性，達到了預期的控制目的。
[0030]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一所述建立非線性不確定時滯主動懸架系統模型為:
[0031]根據牛頓第二定律，主動懸架系統的動態方程可表示為:
[0032]
【權利要求】
1.一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法，其特征在于一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法具體是按照以下步驟制備的: 步驟一、建立非線性不確定時滯主動懸架系統模型； 步驟二、推導基于指令濾波器的自適應反步遞推控制器； 步驟三、調節自適應反步遞推控制器的控制增益參數，即完成了一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法。
2.根據權利要求1所述一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法，其特征在于步驟一所述建立非線性不確定時滯主動懸架系統模型為: 根據牛頓第二定律，主動懸架系統的動態方程可表示為:
3.根據權利要求2所述一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法，其特征在于所述建立非線性不確定時滯主動懸架系統模型公式(I)~(7)具體參數如下:簧上質量:ms=100kg ;彈簧組件的線性剛度系數:ksl=1500N/m ;彈簧組件的非線性剛度系數k =iOOA/'/m;彈簧組件阻尼器的阻尼系數:Cm=1095Ns/mdA行器的最大輸出力為Umax=500No
4.根據權利要求1所述一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法其特征在于步驟二所述設計自適應反步遞推控制器包括以下四個部分:(一)、設計虛擬控制函數α，使得跟蹤誤可能小；其中Xd是參考軌跡信號，指令濾波器選擇的參數為Wl，I1, W1是指令濾波器的自然頻率，11是指令濾波器的阻尼系數，I代表的是框圖中的積分環節；結合式(5)、(6)，可以得到:
5.根據權利要求4所述一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法其特征在于步驟二中指令濾波器的具體參數如下:指令濾波器I的自然頻率和阻尼系數分別是W1=IOO, ξ1=1，沒有幅值的限制；指令濾波器2的自然頻率和阻尼系數分別是《2=100，ξ2=1,幅值限制為u_=500N ;在指令濾波器的輸出參數中，U，?是指令濾波器的直接輸出參數，α 10= α，α 20=ν, ? = ?{, u= α 20
6.根據權利要求1所述一種汽車主動懸架系統的執行器輸入飽和控制方法其特征在于步驟三中調節自適應反步遞推控制器的控制增益參數過程為:在系統遭受參數不確定性以外的擾動時，調節增益kv>0，σ >0山>0，1^2>0，1^22>1可以保證跟蹤誤差61是有界的；同時，如果經過有限時間，系統僅遭受參數不確定性、狀態時滯和控制器輸入飽和的影響時，則跟蹤誤差％在有限時間收斂于零。
【文檔編號】B60G17/015GK103522863SQ201310533413
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】潘惠惠, 孫維超, 高會軍 申請人:哈爾濱工業大學