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应用磁流变阻尼器的汽车悬架系统的非线性随机最优控制

作　者: 宋建涛
导　师: 王茂
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 磁流变 随机振动 Gauss白噪声 汽车悬架 非线性最优控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文依据非线性随机最优控制理论，设计了装置有磁流变阻尼器的新型智能汽车的半主动悬架控制系统，仿真证明了该悬架控制系统可大大衰减地面不平度和轮胎不均匀度给汽车悬架带来的结构振动响应，并显著提高了汽车行驶的平顺性和安全性。本论文首先分析了磁流变液的原理和磁流变阻尼器固有的强非线性出力特性，基于国际上广泛认可的精确度高、参数较少的修正Bouc-Wen磁流变阻尼器数学模型，将其中的滞迟力进行势能和耗散能的能量分解，得出了阻尼器势能的最终表达式，为建立Hamilton能量方程提供了基础。然后分析了汽车行驶过程中路面不平度和轮胎不均匀度对悬架系统的影响，建立了汽车悬架系统模型。该模型将外部激励看作为Gauss白噪声，并以受随机参激激励、耗散的拟Hamilton系统来近似描述悬架动力学随机振动，应用随机平均原理，得出了支配该随机振动过程的平均Ito随机微分方程。论文进一步基于上述的Ito平均随机微分方程，用最大Lyapunov指数法得出了未控系统概率为1的局部渐近稳定性约束条件，并通过分析悬架动力学随机振动平均扩散过程的边界类别特性，给出了系统大范围渐近稳定的两个必要条件。另外用非线性随机分岔原理求出了该随机动态系统跟随轮胎刚度变化而发生Hopf分岔的临界点。最后，基于非线性随机动态规划理论，将汽车座椅抗随机干扰的能力作为目标函数，通过融合具有待定成本函数的遍历控制方法，设计出了悬架系统的非线性随机最优控制律，进行了仿真研究，并和线性二次型的经典最优控制策略的控制做了比较，结果表明两种控制策略都可衰减地面不平度给汽车座椅带来的随机振动振幅和频率，一定程度上都提高了汽车驾驶的舒适性和平顺性，但基于能量耗散原理的随机最优控制策略无论在控制效果还是控制效率上都要优于线性二次型经典最优控制。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-21
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 当代汽车悬架系统的发展  10-15
    1.2.1 悬架基本结构  10-12
    1.2.2 传统被动式悬架系统  12-13
    1.2.3 新型主动式悬架系统  13-14
    1.2.4 改进的半主动式悬架系统  14-15
  1.3 智能悬架系统控制策略分析  15-18
  1.4 非线性随机动力学理论的发展  18-19
  1.5 论文的主要工作和创新之处  19-21
第2章 磁流变阻尼器的建模与能量分解  21-34
  2.1 引言  21
  2.2 磁流变阻尼器介绍  21-29
    2.2.1 磁流变液机理  21-22
    2.2.2 磁流变液的发展和应用  22-24
    2.2.4 磁流变阻尼器的力学模型  24-29
  2.3 滞迟力的能量分解  29-32
    2.3.1 Duhem模型  29-31
    2.3.2 势能的求取  31-32
  2.4 本章小结  32-34
第3章 悬架数学模型的建立与随机平均  34-45
  3.1 引言  34
  3.2 基于磁流变阻尼器的汽车悬架系统的建立  34-40
    3.2.1 路面不平度的随机激励  34-35
    3.2.2 轮胎刚度的随机激励  35-36
    3.2.3 建立悬架系统模型与Hamilton能量方程  36-40
  3.3 随机平均  40-43
  3.4 本章小结  43-45
第4章 悬架系统的随机稳定性和随机分岔  45-58
  4.1 引言  45
  4.2 随机系统稳定性的分析  45-49
    4.2.1 随机稳定性定义  45-46
    4.2.2 最大Lyapunov指数定义  46-47
    4.2.3 扩散过程的边界类别判定  47-49
  4.3 悬架系统稳定性条件的判定  49-53
    4.3.1 基于Lyapunov指数的随机局部稳定性分析  49-51
    4.3.2 基于平均扩散过程边界类别的随机大范围稳定性分析  51-53
  4.4 悬架系统的随机Hopf分岔  53-57
  4.5 本章小结  57-58
第5章 悬架系统最优控制策略研究  58-71
  5.1 引言  58
  5.2 以响应为最小目标的随机最优控制  58-63
    5.2.1 动态规划方程的建立  58-60
    5.2.2 基于待定成本函数的遍历控制求解最优控制力  60-63
  5.3 线性二次型经典最优控制  63-66
    5.3.1 动态规划方程的建立  63-64
    5.3.2 最优控制律的求取  64-66
  5.4 动态响应仿真和控制策略评价  66-70
    5.4.1 控制效率和控制指标  66-67
    5.4.2 仿真效果分析  67-70
  5.5 本章小结  70-71
结论  71-73
参考文献  73-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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