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四分之一车模型的非线性悬架随机最优控制

作　者: 江雄
导　师: 胡海岩；翁建生
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 固体力学
关键词: 非线性悬架随机振动等效线性化随机最优控制 Monte-Carlo法
分类号: U463.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 152次
引　用: 2次
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内容摘要

悬架系统性能的优劣直接影响车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性。传统被动悬架由于其参数固定,从而在根本上造成两者的矛盾。主动悬架能根据实时工况,产生所需的悬架控制力,使悬架处于最优的减振状态。因此,本文研究车辆悬架的随机振动控制,重点分析具有非线性阻尼及弹簧迟滞特性的1/4车非线性悬架的随机振动响应,并对其在不同工况下进行随机最优控制。本文首先研究了单自由度悬架的平稳及非平稳响应。介绍了等效线性化方法的基本思想以及其在非线性系统中的应用。考虑轮胎与地面的接触情况,将路面随机激励视为空间白噪声的二阶滤波输出。分析了非线性因素及线性阻尼比对被动悬架在定速度行驶情况下平稳随机响应的影响,基于随机最优控制理论设计了无限时间的随机最优控制律,对主动与被动悬架的各个性能进行了分析比较。随后研究了单自由度悬架由于速度变化或激励突变导致的非平稳随机响应,分析了非线性因素及线性阻尼比对被动悬架非平稳响应的影响,设计了有限时间的随机最优控制律,并对主动、被动悬架性能进行比较。随后,将等效线性化方法推广至两自由度悬架系统,将路面不平度视为空间白噪声的一阶滤波平稳输出。分析了权系数对定速度行驶下主动悬架性能指标的影响,从乘坐舒适性角度考虑,选择了一组合适的权系数,对主动、被动悬架性能进行了比较。研究了主动控制下定速度行驶车辆由于制动等原因匀减速至静止的非平稳响应情况,并对其进行主动控制。最后用Monte-Carlo模拟方法对两自由度非线性悬架匀加速情况进行了数值模拟,验证等效线性化方法的可行性与精确性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第1章绪论  13-17
  1.1 研究背景  13
  1.2 研究进展  13-15
    1.2.1 非线性系统随机动力学  13-15
    1.2.2 悬架系统动力学与控制  15
  1.3 本文的结构安排  15-17
第2章单自由度非线性悬架平稳响应及主动控制  17-31
  2.1 单自由度被动悬架  17-25
    2.1.1 单自由度非线性被动悬架动力学模型  17-18
    2.1.2 等效线性化方法  18-20
    2.1.3 路面输入的二阶滤波模型  20-21
    2.1.4 状态空间表述与系统响应  21-23
    2.1.5 被动悬架数值模拟结果与比较  23-25
  2.2 单自由度非线性主动悬架  25-30
    2.2.1 动力学方程  25-26
    2.2.2 性能指标  26-27
    2.2.3 最优控制律  27
    2.2.4 迭代步骤  27
    2.2.5 性能指标表达式  27-28
    2.2.6 数值模拟结果与比较  28-30
  2.3 小结  30-31
第3章单自由度非线性悬架非平稳响应及主动控制  31-41
  3.1 动力学模型  31-33
  3.2 最优控制律  33-34
  3.3 初始条件  34-35
    3.3.1 匀加速情况  34-35
    3.3.2 恒定速度情况  35
  3.4 数值模拟结果与比较  35-40
    3.4.1 定加速度情况  35-38
    3.4.2 定速度运动情况  38-40
  3.5 小结  40-41
第4章两自由度悬架平稳响应及主动控制  41-53
  4.1 动力学模型  41-42
  4.2 路面输入模型  42-45
    4.2.1 路面不平度的功率谱密度  42-43
    4.2.2 空间频率功率谱化为时间频率功率谱  43-44
    4.2.3 路面不平度的滤波输出模型  44-45
  4.3 最优控制律  45-47
  4.4 数值模拟结果与分析  47-52
    4.4.1 阻尼系数对被动悬架性能指标的影响  47-48
    4.4.2 权系数对主动悬架性能指标的影响  48-50
    4.4.3 主动悬架与被动悬架性能指标比较  50-52
  4.5 小结  52-53
第5章两自由度悬架非平稳响应及主动控制  53-64
  5.1 动力学模型  53-54
  5.2 路面输入模型  54
  5.3 最优控制律  54-56
  5.4 初始条件  56-57
    5.4.1 匀加速情况  56-57
    5.4.2 匀减速情况  57
    5.4.3 定速度情况  57
  5.5 数值模拟结果与比较  57-63
    5.5.1 匀加速情况  57-60
    5.5.2 匀减速情况  60-61
    5.5.3 定速度情况  61-63
  5.6 小结  63-64
第6章 Monte-Carlo 模拟  64-69
  6.1 高斯白噪声的模拟  64-65
    6.1.1 正态序列法  64-65
    6.1.2 三角级数法  65
  6.2 数值模拟与等效线性法的比较  65-68
  6.3 小结  68-69
第7章全文总结与展望  69-71
  7.1 本文主要工作  69
  7.2 进一步的研究内容  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间发表或撰写的论文  75

四分之一车模型的非线性悬架随机最优控制

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