一种基于事件触发机制的整车悬架控制系统及其设计方法_3

文档序号:9726673阅读:来源:国知局
制模型,如下:
[0083]
[0084] 其中,
为状态观测器观测误差,
为X ( t )的观测值,
为悬架系统上一次事件触发时刻输出值与当前系统输出值的差,L为观测器 增益矩阵,K为控制器增益矩阵,C为适合维数常矩阵。
[0085] (4)根据整车悬架控制系统闭环控制模型,采用李雅普诺夫稳定性分析法建立系 统稳定的线性矩阵不等式;
[0086] (5)建立悬架系统的约束条件;
[0087] (6)根据给定扰动抑制比γ,计算能同时满足系统稳定的线性矩阵不等式以及悬 架系统约束条件的系统参数,包括第i个触发器的触发阈值参数&、第i个触发器的权重矩 阵?:、观测器增益矩阵L和控制器增益矩阵K。
[0088] 步骤(4)具体包括以下子步骤:
[0089] (401)根据正定矩阵
,建立李雅普诺夫函数为:
[0090]
[0091] 其中

[0092] (402)对李雅普诺夫函数求导,求得使得李雅普诺夫函数导数小于0的矩阵不等式 为:
[0093]
[0094] 其中,, 1=1


[0095] (403)令XrPiBKJrPA,对式(5)进行线性化,得到系统稳定的线性矩阵不等式:
[0096]
.4
[0097] 其中,。 f 二i
[0098] 针对汽车悬架系统设计控制器还必须考虑实际情况下悬架系统的机械限制、执行 器饱和和车辆行驶安全等约束条件。由于汽车系统中悬架行程有限,悬架行程必须保证在 最大行程范围内,具体约束条件为:
,其中A yi为第i个主动悬架的机械行 程,
为第i个主动悬架的最大机械行程,i = l,2,3,4,为了便于后续分析,需要把这一 条件转化为矩阵不等式的形式,那么就需要用到等价变换、矩阵不等式放大规则和舒尔补 定理等数学技巧,通过一系列等价变换和矩阵不等式放大,上述约束条件可以用其充分条 件的形式表示为_ ^
' 。
[0099] 其中,
;勺最大特征值,利用舒尔补 定理,上式可转换为矩阵不等式形式,即得到悬架行程约束条件:
[0100]
[0101]针对执行器饱和这一约束条件,我们需要规定控制器输出控制力的大小要在执行 器最大执行力范围内,即
是控制器对第i个主动悬架输出最大控制 力。为了保证汽车行驶安全,必须保证在汽车行驶过程中车轮要时刻与地面接触,数学描述 为
i,其中i = l,2,3,4,Ni为汽车中机械装置对第i个主动悬架向下作用力,Ni 由下列线性方程组求得:
[0102]
[0103] 同样采用等价变换、矩阵不等式放大规则和舒尔补定理,对约束条件进行变换,得 到其充分条件的矩阵表示方式,BP:
[0104] 控制器执行输出力约束条件:
[0105]
[0106] 汽车行驶安全约束条件:
[0107] fibd<Ni (9)
[0108] 其中,Ayi,max为第i个主动悬架的最大机械行程,Μ为常数,fi,max为控制器对第i个 主动悬架输出最大控制力,fibad为第i个主动悬架向上作用力的上限阈值,Ni为汽车中机械 装置对第i个主动悬架向下作用力。
[0109] 所述的步骤(6)包括如下子步骤:
[0110] (601)任意选择第i个触发器的触发阈值参数Sie(〇,l)和第i个触发器的权重矩 阵 Φ?>0;
[0111] ^(^彡将丫"^卩队带入式⑷八若不等式存在可行解乂^^^吓:^则观测器增益矩 阵为:LiPfW,控制器增益矩阵为:并继续执行步骤(503),否则返回步骤 (604);
[0112] (603)将控制器增益矩阵K、正定矩阵PjPP2分别带入式(7)、式(8)和式(9),若同时 满足悬架系统的约束条件,则保存当前设计参数δηΦη?和K,否则执行步骤(604);
[0113] (604)赋值δρδ^Δ^ΦρΦΑΔ〗,并返回步骤(602),其中ΔΑ阈值参数迭代 步长,△ 2为权重矩阵迭代步长。
[0114] 步骤(6)计算出系统参数后,判定该系统是否会发生之诺现象,若是需重新设计系 统参数,否则该系统有效,具体判定方式如下:
[0115] 判定公式:
[0116]
[0117]是否存在正解,若是则该系统不会发生之诺现象,否则会发生芝诺现象,其中,hi 为第i个触发器最小事件时间间隔,
6{1,2,3,4}八表示去除集合{1,2,3,4}中等于1的元素形成的新的集合,夠是状态变量
的范数上界,也为路面扰动ω的上界,
为矩阵
Μ的最大特征值,, ,

,瓦为Λ冲对角元素为1的列组成的矩阵,即将矩阵Λ冲 对角位元素为1的元素所在列抽出并组成忑,瓦为矩阵(Ι-ΛΟ中对角元素为1的列组成的 矩阵,

[0118] 步骤(2)中满足事件触发条件成立时,事件发生,汽车悬架系统在事件发生时刻输 出信息按如下方式更新:
[0119]
[0120] 其中
表示第i个主动悬架的第1^次事件发生时刻,

吋刻悬架系统输出 信息更新值,

时刻悬架系统的当前输出信息,
为时刻的上一事件发生时
刻悬架系统输出信息更新值。
[0121 ]以长安汽车作为研究对象,其参数如表1所示,根据表1中的参数和整车悬架控制 系统状态空间模型(1),得到模型的各参数矩阵A、B和Βω。
[0122] 表1长安汽车具体参数
[0123]
[0124] 路面扰动因实际情况可分为两大类,一是用于提示车辆减速的路面包块,或者是 其他高的凸起物,另一类是路面上随时可能出现的随机扰动,为了验证本发明设计策略的 普遍性,本实例分别针对两种类型的扰动进行了实验:
[0125] (1)对于路面包块扰动:该扰动可以数学描述为:
[0126]
[0127] 其中h2 = 0.02m是包块凸起的最大高度,通过matlab仿真实验平台求解系统稳定 的线性矩阵不等式(6),并求得到观测器增益矩阵L和控制器增益矩阵矩阵K分别为:
[0128]
[0129]
[0130] 把求得的观测器增益矩阵L和控制器增益矩阵矩阵K代入到系统模型和控制器模 型中,得到基于事件触发数据传输机制的控制效果图,如图3~10所示。图3、图4、图5依次给 出了汽车在遇到包块扰动时垂直振动、侧面滚转和前后俯仰运动的抑制效果图,并且与被 动控制策略的控制效果作了对比。图6描述了汽车在遇到包块扰动时控制器输出控制力的 幅值曲线图,可以看出最大输出控制力幅值没有超过执行器最大执行力范围。图7~图10依 次给出了四个触发器根据设定的事件触发条件分别触发四个主动悬架更新输出信息的事 件触发时序图,可以看出只有在系统受到扰动需要控制时才会有控制信息传递,汽车平稳 行驶时,则依靠汽车悬架系统自身的阻尼特性进行减震。这样就有效降低了信息传输率,节 约控制成本。
[0131] (2)对于路面随机扰动:当扰动大小影响到乘坐舒适性时,则会触发控制回路工 作,执行控制任务,当汽车在持续的一段时间内受到随机扰动时,可以把这种类型的扰动用 一系列相互独立的随机变量
表示,其中,Go表示路面的粗糙系数,no表示 参考空间频率。查阅有关文献,得知当no = 0.1时,
。同样通过mat lab仿真实 验平台得到合适的观测器增益矩阵L和控制器增益矩阵K
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