一種具有磁滯執(zhí)行器的汽車主動懸架系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車主動懸架系統(tǒng)的控制方法。 技術(shù)背景
[0002] 汽車主動懸架系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)代汽車懸架系統(tǒng)的主流，汽車主動懸架系統(tǒng)執(zhí)行器 性能的提升也成為主動懸架系統(tǒng)研究的重要領(lǐng)域。主動懸架系統(tǒng)匯集了力學(xué)和最新的電子 科技，是一種科技密集型產(chǎn)業(yè)。汽車主動懸架系統(tǒng)中裝有微電腦和多種傳感器用來實(shí)時計(jì) 算和監(jiān)控車體的狀態(tài)，并且通過懸架執(zhí)行器來完成對外部擾動的補(bǔ)償，提高汽車整體的舒 適性和安全性。
[0003] 汽車主動懸架系統(tǒng)中的執(zhí)行器使得主動懸架系統(tǒng)明顯優(yōu)于被動懸架系統(tǒng)，但執(zhí)行 器加入懸架系統(tǒng)中，增加了整個懸架系統(tǒng)的控制難度。同時執(zhí)行器本身存在非線性的問題 也使懸架系統(tǒng)變得更為復(fù)雜。
[0004] 執(zhí)行器的磁滯主要指當(dāng)輸入達(dá)到一定值后，輸出呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，逐漸減小對執(zhí)行 器的輸入，輸出曲線并不按原來的途徑返回。磁滯的這些特點(diǎn)使得對執(zhí)行器輸入信號的跟 蹤存在很大的誤差。同時在閉環(huán)系統(tǒng)中，執(zhí)行器的磁滯現(xiàn)象，使得整個閉環(huán)系統(tǒng)容易產(chǎn)生磁 滯極限環(huán)，使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到極大的影響。
[0005] 汽車懸架系統(tǒng)產(chǎn)生非線性因素有很多：一種原因是汽車各種檢測裝置和控制器本 身都有一定的非線性。同時汽車的執(zhí)行器也都有一定的工作范圍，超過一定的限度就會產(chǎn) 生非線性。另一種原因是汽車會受到大量的外部擾動的影響，各個執(zhí)行器的輸入很多情況 下也是不確定，非線性的。綜合這些原因，就需要有補(bǔ)償執(zhí)行器非線性磁滯的控制器來提高 懸架的整體性能，使得整個懸架系統(tǒng)變成一個適應(yīng)性和抗干擾性更強(qiáng)的閉環(huán)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決汽車主動懸架系統(tǒng)中執(zhí)行器經(jīng)常出現(xiàn)的非線性磁滯的問題，進(jìn)而 提出了一種具有磁滯執(zhí)行器的汽車主動懸架系統(tǒng)的控制方法。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：
[0008] -種具有磁滯執(zhí)行器的汽車主動懸架系統(tǒng)的控制方法，所述方法的實(shí)現(xiàn)過程為：
[0009] 步驟一：建立含有Bouc-Wen磁滯非線性的執(zhí)行器的數(shù)學(xué)模型（Bouc-Wen微分 模型是一個在機(jī)械電子系統(tǒng)中被廣泛接受的一類磁滯執(zhí)行器表達(dá)方式，所以，建立含有 Bouc-Wen磁滯非線性的執(zhí)行器的數(shù)學(xué)模型）：
[0010]
[0011] 公式⑴為閉環(huán)系統(tǒng)中磁滯模型的通式，其中H(V⑴）代表執(zhí)行器磁滯輸出量， V(t)是控制輸入量，剛度比為y，其取值范圍為（0，1)，S?是一個與非線性固有頻率相關(guān) 聯(lián)的參數(shù)，參數(shù)心和y2的具體表達(dá)式是，化=(1 齊，表示與磁滯執(zhí)行器固有 頻率相關(guān)的兩個參數(shù)，
[0012] 公式（1)中dh(V(t))為輔助變量，dh(V(t))的變化與輸入量V(t)和其導(dǎo)數(shù)有 關(guān)，其相關(guān)關(guān)系如下：
[0014] 在公式⑵中，t。代表初始計(jì)時時間，n>IXI，n為磁滯參數(shù)，n彡l，n為指數(shù) 系數(shù)，并且參數(shù)n，X可刻畫磁滯曲線的形狀；公式（2)中參量的指數(shù)系數(shù)n通過漸近線斜 率改變磁滯曲線的平滑性；dh(V(t))有具有界性；
[0015] 通過公式（2)得出輸出量中dh(v⑴）帶有明顯的非線性，使執(zhí)行器的輸出量 H(V⑴）變成非線性；
[0016] 步驟二：建立含有非線性磁滯的執(zhí)行器的汽車主動懸架系統(tǒng)：
[0017] 主動懸架系統(tǒng)采用1/4汽車主動懸架，該懸架的模型如下：
[0021] 在公式（3)和公式⑷中涉及到的變量如下：
[0022] t表示時間，f(t)表示未建模的外部擾動，ms表示1/4汽車懸架的質(zhì)量，mu表示 1/4汽車懸架下輪胎的質(zhì)量，Zu表示懸架下輪胎垂直方向的位移量，Zs表示汽車車身的垂直 方向上的位移量；表示系統(tǒng)中彈簧的輸出力，F(xiàn)t(zu，％，t)表示系統(tǒng)中阻尼器的 輸出力，沒表示懸架下輪胎的阻尼力，F(xiàn)s(zs，zu，t)表示系統(tǒng)中阻尼器的輸出力九。 是懸架阻尼器的阻尼系數(shù)，其中h是阻尼器受力拉伸過程中的系數(shù)，b。是阻尼器受力壓縮 過程中阻尼器的系數(shù)；ks是彈簧線性剛性系數(shù)，?是彈簧非線性剛性系數(shù)，kf是懸架下輪胎 的剛性系數(shù)，bf是懸架下輪胎的阻尼系數(shù)，H(V(t))是磁滯執(zhí)行器輸出量；
[0023] 步驟三：設(shè)計(jì)磁滯補(bǔ)償控制器
[0024] 基于步驟二中的汽車主動懸架模型，在閉環(huán)主動懸架系統(tǒng)（3)中的定義四個狀態(tài) 量，分別是：
[0025]X1=zs,% =h，_X3=zu,4 由懸架模型式（3)可得如下狀態(tài)方程：
[0029]公式（6)中，d(t) = 0lClh(V (t))+f(t)，變量d(t)是一個有界量，引入一個常量Q來界定變量范圍，為設(shè)計(jì)磁滯補(bǔ)償控制進(jìn)行如下的坐標(biāo)變換，引入兩個跟蹤誤差參考量Z1, Z2:
[0031] 公式（7)中s是一個虛擬控制器參數(shù)，I表示懸架系統(tǒng)中的參考輸入信號，是二階 可導(dǎo)的有界量；I的一階，二階導(dǎo)數(shù)分別為久，九，由函數(shù)可導(dǎo)的定理可以推知，是有 界量；整理公式（6)和公式（7)可得：
[0032] Zi=Z2jTS
[0033] 為了達(dá)到設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，對磁滯補(bǔ)償控制器的控制參數(shù)s進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：
[0034] S= -C^tanh(Z1) (9)
[0035] 公式（9)中控制規(guī)律參數(shù)C1是一個設(shè)定的參數(shù)，根據(jù)公式（7)_公式（9)可得：
[0038]引入一個參量N=I/yi0i來描述磁滯補(bǔ)償控制規(guī)律，設(shè)定其估計(jì)值為彥,估計(jì)誤 差# =F-身；汽車懸架的外部擾動是一個有界量，設(shè)定其參數(shù)為Q，估計(jì)值為點(diǎn),估計(jì)誤差 為磁滯補(bǔ)償控制器的控制規(guī)律進(jìn)行如下設(shè)定：

[0044]p是一個控制規(guī)律里的中間變量，C2,yi，y2是控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)，r是控制器的 設(shè)計(jì)矩陣；所有控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)矩陣都是正的；
[0045] 將磁滯補(bǔ)償控制器的控制規(guī)律進(jìn)行相應(yīng)的整理，可得到磁滯補(bǔ)償控制器器的最終 表達(dá)式；將（12) (13)代入（10)可以得到
[0047] 步驟四：調(diào)節(jié)控制的參數(shù)，使其達(dá)到預(yù)定性能指標(biāo)：
[0048] 不斷調(diào)節(jié)磁滯補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)，使1/4汽車主動懸架系統(tǒng)的性能達(dá)到預(yù)定 性能指標(biāo)。
[0049] 在步驟一中，所述dh (V (t))具有有界性：
[0050] 選定Lyapunov函數(shù)仏.==〇(〇)_U;運(yùn)用Gronwall引理，對于所有的
[0051] 在步驟三中，在得到磁滯補(bǔ)償控制器器的最終表達(dá)式（17)后，還包括對加入控制 器的閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)證的過程：
[0052] 應(yīng)用Lyapunov函數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定的驗(yàn)證，列寫1/4汽車懸架系統(tǒng)的穩(wěn)定性方程：
[0056] 根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定性判據(jù)，從公式（19)得出系統(tǒng)能量矩陣f為負(fù)定陣，汽車主動 懸架系統(tǒng)（3)處于漸進(jìn)穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0057] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0058] 本發(fā)明解決了汽車主動懸架系統(tǒng)中執(zhí)行器存在非線性磁滯的問題，設(shè)計(jì)了一種穩(wěn) 定可靠的磁滯補(bǔ)償控制器，來補(bǔ)償執(zhí)行器的非線性效果。本發(fā)明所提出的磁滯補(bǔ)償控制算 法設(shè)計(jì)出的磁滯補(bǔ)償控制器，可有效的補(bǔ)償懸架中執(zhí)行器出現(xiàn)非線性磁滯的問題，提高汽 車主動懸架的性能指標(biāo)。磁滯補(bǔ)償控制器的引入明顯提升了懸架的隔振能力，提高了汽車 的舒適性和安全性，改善了復(fù)雜的主動懸架閉環(huán)系統(tǒng)的性能。本發(fā)明中具有磁滯執(zhí)行器的 懸架系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)應(yīng)用了自適應(yīng)的控制方法。本發(fā)明中的控制方法采用