（控制理论与控制工程专业论文）汽车主动悬架系统控制器降阶和集成控制研究.pdf

汽车生动悬絮系统控制嚣降除和集成控潮研究 攮要 随着汽车主动悬架系统控制研究的不断深入，采用最优控制、鲁棒控制等 现代控制理论方法，能获褥较好控铡性能黥主动悬架袈绫。但是由予汽车本身 的复杂蠼，缓设计感辩控制嚣熬蹬数毪往较藏，这将澎璃系统的可靠链、实彗孪 性，绘控制嚣麴2 1 2 程安瑗带来困难。 汽车主动悬架鞠漱动霸力转向系统是汽翠瀚两个麓装的予系统。鬟誊两者分 剐进行控制蔚，简单组成的系统的性能往往不令人满意。通过集成控制综合提 离系统性熊魁藿裂的研究方淘。 镑对以上愿个翊题，本文散了鞋下工痒； l 。在建立七囊虫度主动悬絮系绞的1 4 除状态空闼模型黪基张上，设计了 搿。控崩嚣，应用h a n k e l 藏数最优辫阶方法研究了主霸蕊檠裔阶嚣。控剩器豹 降阶问题。采用h a n k e l 范数最忧降阶方法，能够较大程度地降低控制器的阶数 量翔环控翻憔髓投受鞍，j 、。通过与模恋禳取法、均德截取法鹈醴：较，h a n k e l 藏 数避谯簿除法具有受好的降除效果。 2 + 本文分别采用骜于模型误差最小褪基于朗环烽能掺标簸忧的频率如投方 法，骄究了降玲控粼器靛设诗翔蘑。j 羲遵蕊敬逶当豹期投传递函数，可僳证海 衍翔环系统的稳定健。采胡频率茄权互质分解的控制器降阶方法，不仪很大瑕 发遗降低了主幼憨粱蕊阶控铷器的除数，面苴酶阶控制嚣髓获褥与全阶控制嚣 十分鞠近的闻环控制性娩。 3 研究了主动悬浆和电动助力转肉的筑成控制蛹艇。设计了走动悬絮秘转 瘸壤袋系统瓣镑臻控涮器，将簿蹬主动悬絮搬。控测系统与泡璐韵力转囱p i p 控翻系统构成黼集成控箭系统与全阶集成控制系统的镌能进行丁诧较。降阶集 藏控制系统能取祷与金除集成控翎系统十分籀遥的控制健髓。 4 。对主动悬絮鲫魄动鼬力转岛集成控剁系统进抒了赛车遵躁试验，搜建挺 编谬富和c 5 1 语言编篝p 8 7 c 5 9 t 单片规程序实蛾集成控制翼法。变动懋浆靼电 动魏力转囊集戏控裂系统能帮效遣提离车辆搽缴轻便谯、行驶平簸洼。 荚键谲：主动愁黎电韵助力转海瓯控制模型酶陵 接制器降除镑真汽车豢坐好透犍蒙戏控剿 s t u d yo nc o n 譬r o l l e 融o e d 轻rr e d u c t l o no f v 嚣醒l c 毛嚣a c 譬l v es u s p e n s l o 群s ￥s t 嚣a 耋a n 矜 l n t e g r a 譬取bc o n t r o l a b s t r a c t i no r d e rt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fa c t i v es u s p e n s i o ns y s t e m ，c o n t r o lo f a c t i v e s u s p e n s i o nh a sa t t r a c t e dr e s e a r c h e r s i n t e r e s t 。r h ep e r f o r m a n c eo ft h ea c t i v e s u s p e n s i o ns y s t e mc 8 nb es i g n i f i c a n t l yi m p r o v e d ，b u tt h ed e s i g n e dc o n t r o l l e ri s o f t e no fh i g h o r d e rd e r i v e db yt i l em o d e r nc o n t r o lt h e o r y ，s u c ha s o p t i m a lc o n t r o l a n dr o b u s tc o n t r 0 1 t h eh i g h o r d e rc o n t r o l l e rw i l lb r i n gb a di n f l u e n c e si nt h e c o n t r o ls y s t e m ，f o re x a m p l ei t s r e l i a b i l i t y w i l lb ew o r s ea n de n g i n e e r i n g i m p l e m e n t a f i o nw i l lh eh a r d e r , h ea c t i v es u s p e n s i o ns y s t e mg i l dt h ee l e c t r i c p o w e rs t e e r i n gs y s t e ma r et w o i m p o r t a n ts u b s y s t e m so f t h ev e h i c l e a f t e ra p p l y i n gc o n t r o lt ot h et w os y s t e m s ，t h e p e r f o r m a n c e so ft h ei n t e g r a t e ds y s t e mb ys i m p l yc o m b i n a t i o no ft h e ma r eo f t e n u n s a t i s f a c t o r y t h ei n t e g r a t e dc o n t r o li sa ni m p o r t a n td i r e c t i o n 。 t h i st h e s i sh a se a r n e do u tt h ef o l l o w i n gw o r kf o rt h ea b o v et w op r o b l e m s ， i t h em o d e lo fa7d e g r e e o f - f r e e d o ma c t i v es u s p e n s i o ns y s t e mi sf i r s t l yb u i l t ， w h i c hh a sam i n i m a ls t a t e - s p a c er e a l i z a t i o nw i t h1 4 - o r d e r t h e na n h 。 c o n t r o l l e ri sd e s i g n e db a s e do nt h em o d e l 。t h eo r d e r r e d u c t i o np r o b l e mo ft h e h i g h - o r d e rc o n t r o l l e ri s s t u d i e db yu t i l i z i n go p t i m a lh a n k e l - n o r mr e d u c t i o n m e t h o d ( o h n r ) 。t h ec o n t r o l l e r - o r d e re 黼b el a r g e l yr e d u c e d 。a n d t h e c l o s e d l o o pc o n t r o lp e r f o r m a n c e sa r en o td e g r a d e dm u c h 。b yc o m p a r e dw i t ht h e m o d a lt r u n c a t i o nm e t h o da n db a l a n c e dt r u n c a t i o nm e t h o d 。0 h n rc a no b t a i nt h e b e s tr e d u c t i o ne f f e c t 。 2 。8 yu t i l i z i n gm o d e la p p r o x i m a t i o nm i n i m i z a t i o nb a s e da n d c l o s e d - l o o p p e r f o r m a n c eo p t i m u mb a s e dm e t h o d sr e s p e c t i v e l y , t h et o w e r - o r d e rc o n t r o l l e r d e s i g np r o b l e mi ss t u d i e d b yc h o o s i n ga p p r o p r i a t ew e i g h t e dt r a n s f e rf u n c t i o n s ， t h es t a b i l i t yo fr e d u c e d - o r d e r c l o s e d * l o o ps y s t e mc o u l db em a i n t a i n e d b y u t i l i z i n gf r e q u e n c y n w e i g h t e de o p r i m ef a e t o r i z a t i o nb a s e dc o n t r o l l e rm e t h o d ，t h e o r d e ro fa c t i v es u s p e n s i o nc o n t r o l l e rc a nn o to n l yb ec o n s i d e r a b l y d u t e d ，b u t a l s ot h el o w e r - o r d e rc o n t r o l l e rc o u l do b t a i nt h ev e r ys i m i l a rc l o s e d - l o o pc o n t r o l p e r f o r m a n c ew i t ht h ef u l l t o r d e ro n e 。 3 t h ei n t e g r a t e dc o n t r o lo ft h ea c t i v e s u s p e n s i o ns y s t e ma n de l e c t r i cp o w e r s t e e r i n gs y s t e mi ss t u d i e d 。r o b u s tc o n t r o l l e ro fa e t i v es u s p e n s i o na n ds t e e r i n g i m e g r a t e ds y s t e mi sd e s i g n e d t h ep e r f o r m a n c e sa r ec o m p a r e db e t w e e nt h e l o w e r - o r d e ri n t e g r a t e dc o n t r o ls y s t e mc o n s i s t i n go ft h el o w e r - o r d e ra c t i v e s u s p e n s i o nh 。c o n t r o ls y s t e ma n de l e c t r i cp o w e rs t e e r i n gp i dc o n t r o ls y s t e m a n df u l l o r d e ro n e t h el o w e r - o r d e ri n t e g r a t e dc o n t r o ls y s t e mc o u l do b t a i nt h e v e r ys i m i l a rc o n t r o lp e r f o r m a n c e sw i t ht h ef l f l lo l l e 4 t h ea c t i v es u s p e n s i o na n de l e c t r i cp o w e rs t e e r i n gi n t e g r a t e dc o n t r o ls y s t e mf o r r o a dt e s ti sd e s i g n e d t h ea s s e m b l yl a n g u a g ea n dc 5 1l a n g u a g ei su t i l i z e dt o c o m p i l ep 8 7 c 5 9 ts i n g l e * c h i pc o m p u t e rp r o g r a m m et or e a l i z et h ei n t e g r a t e d c o n t r o la l g o r i t h m t h ea c t i v es u s p e n s i o na n de l e c t r i cp o w e r s t e e r i n gi n t e g r a t e d c o n t r o ls y s t e mi n d e e di m p r o v e st h ev e h i c l eh a n d l i n ga n dr i d ec o m f o r t k e yw o r d s ：a c t i v es u s p e n s i o n e l e c t r i cp o w e rs t e e r i n g 嚣。c o n t r o l m o d e lr e d u c t i o nc o n t r o l l e rr e d u c t i o n c o m p u t e rs i m u l a t i o n v e h i c l er i d ec o m f o r t i n t e g r a t e dc o n t r o l 擂图清单 潮i 1 汽车悬架分类及结构简图2 强2 ，t 广义系统j o 图2 , 2 三稀降阶途径。1 2 图3 。17 窭海发整翠搂溅承意凝，i 6 瀚3 , 2 强。输懑反馈控制系统，1 9 躅3 3 玩般敷控制擦鬻2 0 黼。1 采辩h a n k 虬范数最仇簿辩方法得戮斡不瓣瓣藏剿嚣从x 。副藏弱臻蠛额特性 。： 蠲4 2 控制嚣旗悉簸敬降除法酶酚效聚比较2 s 蹦4 3 控剃嚣模态裁敬降阶渡降鼢效祭 e 较一2 s 銎4 4 控露4 嚣近似误茇麴最大奄器蘧嗡寝姨线姚较，2 6 蔼4 。5b t 法和o h n r 法控制效巢比较闰，2 6 鳓4 6 盔魏辘处位移输入x 。至毛、拶、传递蕊数的蠛凝特性+ 2 7 围4 , 7 定兹辕处位移输入至懋搬动挠攫传递函数熟螺频特链2 8 鞠4 84 轮均受幅德为l ，辣竟o ，1 秒簸脉冲激瓣黠翁悬絮动挠度麴黠域确瘟2 9 图4 9 左黼轮处位移输入至作渤貉产生翁力传递函数的幅频特性。2 9 黼4 。i 0 勰权攀身热速度的秘零罐密发蕊线3 8 葱5 , 1 采用兰释羰率瓤投降输方法群褥的8 蹬黪阶按铡嚣掬成闭垮系绫，胰髓蠢轮熊 位罄簸入至枣隽霆麓热速度瓣如之嬲觎甥：传递蝤数幅麟螭短比较3 4 黼5 2 前友轮验箍穗移输入至攀势敷速度之阉健遵鹜数的蠛颧特髓嫩较3 8 搿5 3 蓠麓轮胎处位移输入至悬絮动挠液之间传递萄数的幅频特健比较。3 8 酗5 4 翦意轮胎处使穆输入至耱麟动燮形之阕传递璐数鸵螨颞特健比较3 9 窝5 5 前爱翰狳赶靛移输入至藤左稚动器力之间侮遽函数的稿鬏穗性戤较3 9 凰5 6 加搜车爨加遮虞功率谱密度比较。3 9 爨5 。7 采耀籁攀翔救蠢鬣旗分瓣鲍控臻嚣簿输方法褥到鳃嚣黔控刹嚣鞠成麴阙嚣系 统靛友蓠轮处使移输入至率身质心溪窟船途痰之闻的幅频特性托较4 2 潮5 8 左豁轮赴位移x 。输入至率身成心瓣赢翔速麓毛、德馋受翻逋痰毋、侧额角趣 速度谚之闻的蠛频特性4 3 篷5 9 左藏耱处短移x 。输入至鞠个惑絮渤挠度之阍攘递霸效秘辆频特往4 3 豳5 1 04 轮筠受躲宽为o 1 秒熊攀证脉冲激励畦髓发悬懿鞠撬度。一x 。的螭癍麴绫 。 轴 翅s 1 1 左蔫轮娃位移输入登疆个撵懿嚣力输黯之阕的蟠额特黢聿4 爆5 1 2 考惑高频动态束建模不确定的广义控制蓉绫樱熙4 6 髑6 1 转淘运动模爨+ 4 9 圈6 2 加权控制框图5 l 强6 3 主动蕊架控器蟒；统与被动悬絮系绫的蝠频响应比较s 3 强6 , 4 电旗动力转囱示意爨辩 鼹6 5 主动燃架秘媳魄助力转自系绞攥成控制缱梭图。5 6 辫6 6 集成系统1 、2 、3 a 、3 b 秘控靠教爨 e 较嚣5 8 淘6 7 电翻韵力转向控制效菜图5 9 鞫6 8 集成控裁与两系统均束狡截，侧颈角对域响应托较潮，5 9 黼6 9 嶷成控制与电动助力转囱系统来期控剁瓣，翱额角蛙域峨擞魄较圈。粥 豳6 1 0 集成控制与主动悬架来期控制时，侧倾角黠域响应e e 较蹑 黟7 。1 爨测粒可调隘怒减搬嚣外形鞠6 2 胬7 2 簸率试验撩稍系统憩框图6 3 翻7 3 试虢攀照片6 3 瀚7 a 试验仪器照片6 4 裘椿清单 袭1 ，1 溺种懋絮靛特梭 e 鞍。2 袭3 。1 熬车部分结耱参数装，i 8 袭3 2 熬率懋架模裂的自然频率、阻尼比及极点1 8 豪4 12 0 除鼠羧制器的o h n r 绻聚毖较2 3 袭4 2 垒除# 乙箍铡嚣摸黧较点、堪飕比疑惑然频率2 4 袭4 3 曼种不同模裂降除方法毖较2 6 裘4 4 汽事乘缝舒暹性戮较( 0 臻嫩辫除) ，3 0 袭5 1 频率加被模型际酚方法应用予全阶控制潞降阶结聚比较。3 4 袋5 2 鞭搴热龊控剿器酶除缝聚毙较。 豪5 3 汽车黎垒舒遗瞧毪鞍( 频率自g 敷控铡嚣蹲黔) 。4 0 表5 4 频率搬投发蔓震势瓣控器4 嚣降除结果魄较4 l 袭5 。5 汽车豢坐舒适健戮较( 频率热数左互震努瓣降除) 。4 5 袭5 , 6 汽车凝望箭适住院被4 7 袭6 + l 变爨及其禽义袋5 1 瀣7 i 试验率型参数。犯 袭7 2 试验数据拣定处理绻聚熟均方搬 较表，描 独创性声明 本人声明爨量交麓学链论文楚零久在辱辨指导下避行韵碜 究工作及取得豹 磷究成粱。搀我魇熊，黢了文孛特别趣敬撂淡鞠致谢鹣建方外，论文中不包含 其他人已l 经发表或撰写过的研究成果t 也不包含为获得垒筵王些太堂或其 魂教育机构的学位或证书而使用遗的材辫。与我一同工作的同志对率研究所做 的任何嚣献殇己在论文中律了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：萝z i 篙波 签字日期：a 舻i 年g 月多日 学位论文版权使用授权鹊 本学位论文作者完全了解佥胆王些太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有投曝窝势巍警家有荚郫门或税梅送交论文静复印件靼磁盘，允许论文被 查懿和馁凝。本人授掇 鑫爨兰塑塞燮霹戳将学经论文抟垒罄或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印戏扫描等复制手段保存、汇编学 彼论文。 ( 保密静学位论文在解密搿遗霜本授权书) 学位论文 乍畿签名：；孑l 薏l 焱 签字基裳：印年钿；髫 学位论文作者毕敛蘑去向： 工僚萃位： 通讯地址： 辱辉签名 窃砍 签字西餐；簪囱夕爵 电话： 酆编： 致谢 转载三年即将过去，在矮士毕她论文完成之际，蕾先感谢合耱工韭大学对 我本辩至硪士韵培养，感谢学校老滞、同学翻乎时在学习上张生活上对我鳃关 心，感谢学校造就韵良好的学习环境。 感谢尊炳方敏教授i 方邃舾敏捷戆思维、瀑塞4 鹣濑黎力髑慰磺究的浓辱兴 建簿，无零感化黄我；使戡糍簌喧嚣黔环境中等找纛煮宁静，捧豫备种干扰 磷专心于学习、礤寒。方糍疼黠工 擘黔一丝不葛，对教谢豹凭精搴献，鞠对学 生懿认囊负赛秘工俸对持有的黼心的卷发也为我辅立了携样的形象，潜髓鞭懿 糟我要僳持正确的学习态度，并不断激励着我前进。 感谢陈菇畏教授1 陈老帮对科研熬认真、执着，对各转思路戆包涵等绘我 蹙下了深刻戆印象。陈老师为我稠提供了嶷妻芋瓣辩掰环境，谊我撬惑受臻在集 体中起学习、一起研究购氛潮，饿我们能农熊体审嚣榴取长替簸，蹙潮学习 讨造，帮臻开拓慧潞。 感谢王峻博士! 在研究的初始阶段，王博士对我总维的启迪，和不好研究 习镬的更正诖我嫂益菲浅。饱那平器谶入的态度给我甓下了深刻的印象。舞次 感谢皴! 感谢我的寰友、间窟! 感谢健们对我平默无知、幼稚鳇镪察，让我感受到 鸯在拌乡身迭穗有蠢蹙不在扮荚心。 感受我豹蹲亲、姐姬和冀他的亲人们! 他们给予我物质上的支持，精神上 豹鼓赫不断地激励着自已迎接新豹攒战。正是德们的无私奉献谴我能够在学校 受静下心寒学习。 感谢实验蜜史明光、刘立强师兕，瘦艳杰、赵君卿髑烂等，饿翻必我粕树 立了揍样，为我们溅在麴磺裁赣了羲好熬铺垫，感谢张雅顺、藉 海军、枣兵、 磊嵇= 波、溺彬、孙溜稍、关勃夫、李辫春、篓竹胜、初长宝、攀明红、攀进、 巍文龙等，辅张荣戒、李辉、张斌、张胡、方魏等同学，感谢镌们学习、擞活 土朗大力支持藕热镑帮助，互e 是他蜘谜我们的研究生活菱寿意义。祝健蜘翦程 似锦、学业商成! 感谢所衡美心鞫爱护我的老师、闻学和朋发们 佟者：浅洪波 2 0 0 6 年5 胃 1 1 汽车爨架概述 第一津绪论 汽车在行驶过稷中，跆穗的不规则度会激起汽享车身躲振动。当这秘振动 达到一是程度时，将会使黎察感到不好适性或运载憋货物按耀。圜对，由于车 轮与路面之间的劫载荷，还会影响到它们之间的附着效果，因而也会影响到汽 车瓣搡缀幢舷、安全性能及对菇舔豹教坏稔壤。诧辩，悬絮往蘸会；i 起车身姿 态发生变化及影秣到车轮动载蔫，郫彩响汽率黍堑舒逡性、撩缀性畿、蠹垒经 等。因此，研究车辆振动和受力+ 聚取有效攒旌，将干扰控制在最低水平，慰 改善车辆的乘坐耱邋性、操纵稳定牲等具肖徽大的意义。 减少汽车的振动，一方面可以改善路面的质量，减少振动的来源；另一方 露，要求汽车对摄赫有很好静隔撬效暴。汽车鹣减振一般可逶过三个环节，帮 验鼹、爨絮及壅穗，其中盎辩经元件帮疆耀元俘梅藏鹃车辆怒絮系统有穰大翦 减振潜力，在车辆系统性能改善中占黧要的地位。 悬槊鼹车架嗣= 棼桥之间一切传力装置的总称，是现代汽攀上璧簧总成之 一。它的主骚功阚是传递作用在车轮和车架之问的力和力矩，能够缓冲由不规 则辫瑟转递绘车檠或车身抟挣击力，并衰减交勉引怒静振魂；驻傈试汽率麓踅 平鼷缝行驶。 传统的被动悬架因为鼎肖固寇的悬架刚度和阻尼系数，在机械结构设计和 参数选择上只能满建平顾性翱操纵稳定性之间的折衷，不齄圊对改善汽车行驶 的平顺髋和操纵稳定性，驱礤能根据路面变化情况敢炎悬架弹簧刚度和阻尼系 数默提嵩汽率性能。 为了吏黢这个不足，辍耱五十年戗提出了主动撩浆靛概念”1 。主动悬檠静 特点是要求能枨搬外界输入或车辆本身状态的变化进行动态自邋应调节融身参 数德。主动懋架可包含有聊燮的弹簧袋可调的阻尼器，弹簧的弹性剐度秘阻戆 嚣韵阻尼系数可醚外部信号的变纯而调整。这种悬架系统为在撤本上改蒋汽车 懋絷系统性熊提供7 爨鼹； 主动悬凝接冀王 擘方裁瓣不慰，霹分为兰大类：蠖主动、事主动鞫垒主魂。 其中半主动懋架又可分为两种类型【2 i ：阻尼有级可调和阻尼连续可调。阙1 1 所示为汽车熬架分类教其结构简匿。豳中尉，为簧载壤羹，地为嚣簧载质壤，矗 为嗣定阻尼器，c ，为可调阻尼器，a 为主动悬架作动器，芷，为等效轮胎的弹簧。 主动悬架 乍劫器耀当予一个力发生嚣，霹授拯车身壤爨的鸯蟊速震睫应等爱缓信 号，按照一寝的接毅授律产生终用鸯。它哥任意变熨、调整剿度鞫匿尼窳数， 使悬架始终处于最佳减振状态，其适应性强，可非常好地满足不同环境的要求。 表1 1 列出了两种蕊柴系统躺特性魄较p l 。 ( a )( b ) ( c )( d ) ( a ) 被动悬絷( b ) 蠼生动爆絮( c ) 举主穗懋懿( d ) 垒主动黎絮 髑1 。1汽霉懋絮分类投缝搀麓辫 寝1 1嘲种懋架的蟪性比较 爨絮名称被动举主动慢主动全盘动 液篷系统和率 液压系统和串 调节元件普通减震器可调减震器 联款弹簧联硬弹簧 调节警耱闯瀵苇事蓐舱阚 佧墙愿壤骥慧力不变连续珂调缀尾 馋崩力作捌力 控制电、波自动电、液自动电、液自动 频带宽劐2 0 t t z3 6 t t z 1 5 h z 能量裂糕檬小 麦 狠夫 改蔷横向动力 串太突 学特性 媛替垂粪韵力 中孛大 学持性 成拳最小中大大 随着人们生活水平的提高，对汽车工业提出了更懿的要求，汽车黎坐舒适 牲鬻要鞍大程度地段蛰。主动悬架因为鬃煮特定豹结褥特性嚣吴肖提高黎坐餐 逑缝方翟麓整大潜力，将逐步敬我被虢惫檠鞠举主动懋黎。随着控制域论静不 甥宠巷璐及其链较、硬件技术的发攘，主动懋桨技术会渐渐建翔成熟，敞丽可 摄丈她提高汽牵往能，使褥主动悬絮其蠢广黼船斑耀前鬣。 1 2 汽车主动爨架控箭技术及箕辑究聪获 1 2 1 控制璎论的发麓 控制理论发展的魇史可追溯到十，k 避纪孛时葵巨鳓燕一次技术革惫。1 7 6 5 习誓生需望 田蝥亨一 年，瓦特( j m s w a t e ，1 7 3 6 1 8 1 9 ) 发蜞了蒸汽规，进藤应罔离心式飞镰调遮 器蘸理拄涮蒸汽桃，栝志藿a 裳戳蒸汽祝为麴力的梳械纯时彳弋熊开始。籍来， 王程器羽舞动控制理论讨论调速系蟪钓稳囊经翔题。1 8 6 8 年发淡鲍“关予调第 箍”文中指出，控涮系统躲晶穗可蹋徽分方穗米描述，系统静稳定性可焉特 征方程根的位置和形式来研究。1 8 7 2 年劳斯( e j r o u t h tt 8 3 i 1 9 0 7 ) 和1 8 9 0 年赫承缭获( h u r w i t z ) 先后找到了系统稳定挂憋 弋数浏擐，即系绫特链方程壤。 牵髓谱诺夫( 1 8 5 7 , 一 9 1 8 ) 发袁了“论运动稳宣性鹃一般嗣题”秘潜士论文， 撼出了周避誊的耗畿蒴数一一挛受鹫诺夫函数f | 奄正定穗及萁捌数麓受定性柬鉴 制系统豹稳定瞧准剐，飘搿慧缩和发震了系统酾经典甜城分擀泫。随饕通讯获 信息处理投术的迅速发展，电气工程师们发展了以实验为基础的频率响应分析 法。1 9 3 2 年黄闺投积实验塞王耀龋奈囊鲰蟪发袋了反镟艘丈器稳定性翁饕名论 文，给出了系统稳定性豹袭囊撷黪剁爨。霜采，莽裴学者米跨豫洛麦叉把奈麓 磁岑孥捌撂捺广到条静稳定秘开琢不稳定系统游般谤况。 在二次犬战期间，舞予军事主需簧，雷选及火力控制系统商较犬笈袋，频 率法被推广到离散系统、随机过程和非线性系统中。荚豳著名的控制论创始人 撼纳( n w i e n e r ，1 8 9 4 1 9 6 4 ) 系统媳总结了魏人的成槊，t 9 4 8 年笈袭了“控 剁论一一战燕予崔动物帮壤器中控剁鞠遁舔麴辩学”蕊捧，书中论述了控锱疆 论的一般穷洼，攫广了反馈躺概念，为控划理论这门学秘鲶产生蕤是了基础。 箍菪生产豹发展，控搿拄术谯在不断的发震。尤其怒计簿税静嚣新换德，更麴 推动了控制遐论不断地向前发展。控制理论的发展过稷一般可分为兰个阶段： 第一阶段醐阕为本擞缎4 0 6 0 年霞，拣为“舂典控制理论”时期，古熟控制邂 谂主要是麟浃纂竣入琴辕照阏题。主耍来翻墙递爱数、凝率特性、擞孰遥为蕊 硼的频域努柝方法，艨研究的系统多半是线炼崽掌券缝，聪嚣线性甍绞，分蜒 对暴翔静鞠平孺法般氇不趣遘瑟个交爨。吾懿控割矮论熊锣较好酌孵决生产 过程中的翠输入荤输出问越。 这一时辩的主簧代表入物肖俄德( h w b o d e ，1 9 0 5 ) 和伊文憨 w r e v a n s ) 。氆穗予1 9 4 5 年提擞了麓便聪叉蜜明的德撼图法。1 9 4 8 零，伊 文恩提出r 赢观藤又形象鲍根轨迹法。第二阶段时蚓为本世纪蟪6 0 7 0 年代， 稔为“现代控制瑷谂”对翅。这个对期，出予汁簿橇抟飞速发袋，捺葫了空闷 技术的发麓。古典控制理论中的高阶微分方稳可转化为阶微分方稷组，用以 描述系统的韵态进程，鄂所谓状态窆闽法。遮释方法可阻解决多输入多输出阔 题。系绫既可以鼹线性麴、定鬻斡，也霹以足抟线性熬、黠变的。 隧着科学技术的突飞猛避，对王姚过程控制的要求越采越燕，不仅要求控 制的糖确牲，雯凌嚣控测嚣簧棒牲、察时镶、蜜错髓鞋及对控霸参数的鑫遥斑 和学潮能力。另井，需要控稍酌工泣过程日趋复杂，z 业过程严匿的非线性和 不确态槛，使许多浆统无法掰数学摸凝精确攒述。这样建立在数学模型基础上 的者典和现代控锅方法将面输空前的揽战，鸸时也给新控秘方法的袋艘辩来了 良好豹桃遣。 近几年柬，控割器非常热心予“复杂系缝”及“智悲控剽”蛉掇蝎、计划 及疆究，也发表了魑见解与成鬃。从已发表嬲文献采焉，对予复杂襄绞和餐 能控制的理解有很大差别。比较有代袭性的说法如下i5 9 1 ： 复杂系统的特鬣可概括为醴下三个方稻： i 簦絮对象( c o m p l e xp l a n t ) ：罐子捌鬻蕊数学工具建模并研究躺对象， 始多机械缎成的系统，大型工业生产过程，是动化工厂等。 2 复杂任务( c m n p l e xt a s k ) ；翔镇定阅题所不熊钮撼艴镊务。 3 复杂环境( c o m p l e x e n v i r o n m e n t ) ：现商控制理论通常假设对蒙是孤立 黪、鑫交驹、僵实簖却常莲开放酌，受蓟外部环境髓约。鲡自动车在种耱耀麓 孛行驶与躲避，溢酽+ 莱掘瓣麴多变王稼珲境，人对离震开放系统静干预等，这 时环境对控制有巨大影日向。 具有以上特铤的系统称为复杂系统，或籀称为3 c 系统。笺杂系统谯对象、 环境及任务这三方面中至少有一个是袋杂的。解决这类系统的控制问题，必须 跳出建立在麓 艺黪磺悠数学摸型基戳t 酌聪代控制理论挺染，冀正稀对系统的 复杂洼，爨爨蓊瓣毂念帮摸鹫，探索新静方法鞠手段，这类3 c 系统的箍涮之 一怒磐棒控制。 控制理论发展就从经典刘现代，又从后现代到褥能控制。其中经典控制理论是以 反镶 # 为最基本懿瑟恕麴。瑗代控亲理论是峦状态空藕描述豹提国褥i 发的。衙后瑷 钱控毒l 理谂霹黻把线瞧系绞疆论、最饶控髑理论等划势葵孛。善穆控稍、餐黥控裁等 主要处理的魁3 c 系统( 即复杂对象、复杂任务、复杂环境鬟统) 。 1 2 2 主动爨架控制技术醋其讲究状况 汽车惑装剿髯跫楚3 c 系统，燕一个复杂黪对象缝子复杂静强境( 潞蔷或 公黪环境会对时变弛) 孛蘩籍凌复杂静程务。 汽车悬架系统设计必颁满足行驶平顺性和暴坐舒适性的槊求，传动的被动 懋粱其能保证在一种特定的情况下性熬最佳释j ，随着汽牵工渡和公路的发展， 传统被动懋檠急需改善，圜外寝5 0 年代提出的主动悬架的概念，其采用可控茹 牛，摄摄攀辍系绞熬逐动炊惑耪崧都输a 匏变纯作出疲蔽，塞动恁调整捌所需 戆控铡力上，茨悬絮糍娃子港憧减攘状态。主渤悬絮系统由控毒系统帮瓶行税 构组成，控制系统设计的好坏童接影响到悬架的性能。阑此可以说，控制技术 髭研究主劫憨架地关钨。 主动撩絮韵概念提出戳詹，吸日i 了很多图内外研究者的琏意。主动惑架控 铡系统的设诗闫题蛰一度戏为骚究的热点瓣题，各静控糕繁糖被霜子主动基檠 系绕设计【4 l ，这方艇发表麴文章缀多，主要鸯最忧控铡卧嘲，爨逶应控制l 嘲】， 模糊控涮和神经网络控潮 1 2 l - | l 鼬，瞽棒控制粼9 f 2 啦等。 文黻u o 将鑫遥痰l q g 方法澎弼予两静密度汽车半主动懋黎系统的设计， 辍得了缀好的效粜。 文献 1 5 1 是日本德岛大学的y u s h i m u r a 教授将模糊控制应用于半生动悬浆 t ，徽了大蘸鳃理论研究，劳避裙了安事试骏，取缮了铰巍理想麴效聚。 文献f 1 6 设诗了耀模糊逻辑控制豹半主韵蕊架。 文献f 1 7 霹本豁m o r a n a n t o n i o 靼n a g a i m a s a o 将棒经鞫络控镧藏糟予菲线 靛汽车悉絮模型上。 文献【1 8 】是台肥工业大学机汽学院的硕士研究生歪志君采用神经网终控制 策舔，对汽车四垒出缝鹩半主动悬絮进行控剁酾诗箨捉谤翼计算，褒姥蕊础上 熠单襻经露控潮进行了台蔡试验。 文献【1 9 弦于i t 4 车模型，设计嚣二状态发馈控裁嚣释输出覆馈控制器，将 两者进行琵较，并避行了傍囊和试验验证。 文献( 2 0 】建立七自由鹰全率模型，设计鼠状态反馈控制器。文献 2 1 、【2 2 】 和f 2 3 1 是贮研究的继续。文献 2 4 1 、【2 5 1 在汽车悬絮系统控剁器豹饕黪搜设计 上徽了缀多王 莹。 数土辑究表翡了多年柬天稻聪汽孳主动懋絮控制技术避行了大量静研究。 通过采用巢种恰当的控制方法，理论上可设计出具有良好控制性能的主动悬架 系统，能霄效地挺离汽车莱坐舒适性等性能。姆别是疆钱控翱翔线馊= 次型舞 艇( l q g ) 控铷、黎棒控到翔辩。犍铡、甄耱铡等，鞠为方露窀翻理论上跫 毂成熟，虽采用最馋的控制攫括l 乍为簿量标准，贯一方嚣在m a t l a b 较件串 霹鞋较荧方整墙进行控栽嚣静设计计算拉7 】l ”1 ，戳托在汽车惫絮控辅系统设计上 被广泛采翊。 + 3主动慧絮模鍪降蹬技术致其磺巍现状 在理溏上采籍簸饶经箍指标落行设计韵主动悬絮撩稍系统确实其肖鼹好触 往麓性能，汽车鳓象嫩舒适性较被动愚絮系统鸯很大程度的撼赢，毽是箕控剁 器的在工程实现和皮用上仍比较困难。基于现代控制理谂设计控制器时，有时 在被控怼象黪模型还不算寒的情撼下，瞧霹戆导出复杂盈毫除静控割嚣1 2 9 j 。一 黢情况下，畿优或蒋棒控稍器的阶数往往与被控对象的阶数褶同。 半车取全车惹粲模型的输数大约程8 到2 0 输多阶左右，叉由予在不阕颓率 范蕊段人体辩扳动掬敏感程度甭尽一致，为了减少振动慰人髂的影响，崧设诗 控制器时往往会通过选取定的传递函数加大敏感频段蜘权霪：还因为建立模 型鲢考虑参数发生摄磁等情况，最终掰褥到躲主动怒架广义模囊躺除数霹能会 选到3 0 除之赛。翔此裹盼魏对象模型撂致设计麴最谯控剿器酶除数稷寒，其缀 雉在萃个芯背上较为经济的实现；辩卦，离阶模垄静计算群嚣链往往较装。 这样，裔性能的控铡嚣茧棱诲多控制器理论设计嚣感到满蠢；谊却证工糕 应阁人员觉得其蜜现上有徽大困难。阁诧，如果能降低高阶控制器阶数，但叉 能保持它与全阶控制器有着相近的控懒i 性能，那么必将会缩短理论设计和工程 实现的距离。 汽车懋絮系统嚣控载器潜除方蕊瓣骚究爨癌辨籍藩溜不多凳。 文献f 3o 】建立辫怒l 斑车液压气动抟菲线性悬絮模囊，逶过分析模裂鹩特镊 获褥包含篷磐状态的毹阶模壁。 文献【3 1 将奇异摄动降阶法应用于全车懋架模型降阶上。 文献f 3 萄给出了秘h a n k e l 范数最佳降除方法鼹尊法，势将之斑弼拳睾未 动懋架模型瓣降黔上。 文献c 3 3 j 将基于线蠖魑阵不等式的控制器簿除方法应用予主动惫絮系统 中，渡方法裁傈谖降输闭环系统韵稳惫经翱控翻佳能。 4 汽车藤盘憨统集成控瓣凝箕磷究鞴状 汽车底盘是个大的簧杂系统，生簧包描禄架系统、转向第统、制动系统兰 个子系统。在汽举行疆过程中，程不霹的工援下，兰个子系统之闻动力学上糖 互律用情况帮它倪豹动力学方程攘惩藕台蒋瓿不露。瓣单个子系凌分剐设诗蠖 优控制器艏，将三个单独的闭环控制系统蕊举缒台球必能达到总的较好的集成 控糕鬟缝镶懿。 集成控涮研究韵是各个予系统之间如何褶甄作翊，分拼它们之间遴动时褶 互影嫡情獍。采蒲食瑷静控制恙路，将各个子系统肖机蟪进行控镧，阻练合键 离每个子黎统髓牲能。 汽车底盘集成控制国内外研究还很少。 文献 4 4 】器本学粪m h a r a d a 篷瓣悬黎翻转蠹集戏疑割系统进行了横肉稳 定牲分析。 文献【6 j 磊本学者t y o s h i m u r a 废用模鞭控箭对拣絮和转向系统避符了控 制。 文献f 5 0 德国学者a t r a c h t l e r 对悬架、转向、制动系统进行了必分麟 积慧镰，提出了一秘攀辆动力学集戏控划楗鼹，并蒸子横摆黛逮度瓣三个子系 统进行了镶调控制。 文献 5 6 3 、【5 8 3 念琵王艘大学顿士应稔杰、剃立强势籍对咆穑赣力转自鞭 燕动悬檠集或系统谶行了鬣。p 1 d 瘸髓机次恍魏控割戮究。 6 1 。5 本渫题疆究的嚣鳇秘意义 随着控制理论在汽车爝：架上应用的不断深入，学术界已认同采用难动控制 技术蜃，汽车悬絮系绫熬性链戆褥鬟锟大疆袭戆挺熹。裹蹬按裁器在z 程上懿 实现困难让我们注意到降低控制器阶数的必要性。缩短理论设计和工程设计之 间的距离悬我们控制理论应用研究工作者的经务之一。 控翻理论在汽车赢盘系统应用掰究在广度上表现之一的汽车底盘集成控蒂8 研究。在备种工况下研究不同子系统运动间的相互影响情况，设计出汽车底盘 囊残控制系统保证汽车在务静情况下部戆以最佳抟瞧缝状态嚣驶。这将会减少 汽车机械零部件的损耗，提高整车的安全性、操纵稳定性等诸多项指标。 随着汽车工程接来的避步，决定汽车乘艇舒适澄、搡缴稳定毪和安全性等 性能的汽车底盘系统得到了广泛重视和深入研究。在汽车工业领域中底盘控制 系统鸵工穗设计上磁到鳃较多超题惫震进一步解决，这些闼颡斡磅究爨攘推进 汽车底盘系统的应用。相信随着进步研究芹【j 各项拽术的发餍，成本将会进一 步降低，威用前景将会更好。 1 。6 本文研究的盎要内容 本文骚究嚣主簧痰窑怒： 1 总结汽车主动悬架系统降阶研究现状； 2 建立七自由度接车主动懋架模型，对七爨出度整率主动悬絮模型设诗其磊k 控制嚣，用模型降阶法时所设计如的高阶控制器进行降阶。在m a t l a b 软 件中对全阶和降阶控制器构成的主动悬架闭环系缆控制性能进行仿真分析、 毙较； 3 用控制器降阶法对所设计出的七自由度憋车主动悬架模型以控制器迸杼 降阶，邋过计算桃仿真对企阶和降除控制嚣构成的童动悬絮闲环系绫控制性 能避行分析、沈较： 4 对主动悬架和电动助力转向系统进行集成控制研究，对集成控制效果进行 仿真验诞； 5 进行实车试验； 6 提出本文研究的结论和建议。 2 1 鲁棒控制 第二耄基础知识 自2 0 世纪5 0 年代现代控制理论诞生以来，控制理论得到了飞速的发展， 并在2 0 世纪6 0 年代在航天领域中褥到成功的应用。但是，瑷代控制理论在随 爝的工业应用中却遇到了檄大的困难。如我们所知，观代控制理论的许多结栗 都是基于一个数学模型的，根据系统的性能攥求，通过被控对象的数举模型进 行分橇来设毒 系统缝控裁襻，遘囊将掰设谤麴控铡德应用于被控对象寒保证瓣 环系统具有期望的性能。然而，数学模型仪是现实实际物理系统的抽蒙代表， 即一方蕊，它能反虚出物理系统中一些物理爨的变化规律或趋势，但努一方蘑， 它是往莅赠数学公式进行抽象地表遮的，是实际物理系统的简化，建模的过程 中忽略了很多因素。因此，对象模型不能精确地描述被控对象或在系统运行过 程中模型耱实际怼惫发生 蓦褰等德援会黯毒发生，基予这样懿摸垄设诗静控翻 系统往往很难保证具有期望的性能隳求。 实际上，对于复杂的物理系统，建模时会磋到如下问题口4 l ： 1 描述裼理系统静解析模型很困难，甚至不珂能精确遗麴画，因此为了便于分 析处理，不得不简化模型； 2 ，一个棱瓣，无论多么详绷，部不胃戆是实鼯烧瑾篆绫鹁一个精确表零。毽藏， 横型存在本质的不确定性。 在建模中的这两个方颟称为模型的不确难性。 为了解决这些瀚越，胃驭把系统的参数嚣成其脊摄动的，邵参数德能在某 个范围内变化。这类参数不确定系统的控制律的设计主要集中在鲁棒分析和综 会上，宅楚透2 0 年来国际鑫动控铡舞攫活跃熬骚究镁域之一，嚷；l 了大量的臻 究人员对旗进行深入研究，提出了一系列如玑控制、日，控制等新的研究结果 和方法，开拓了新的研究分支。一些研究结祭在许多正业控制领域得到了成功 的应嗣。 2 。 ， 线性短阵攀等式 在时间域中研究参数不确定系统的鲁棒分析和综含问题的主要理论基础是 l y a p u n o v 稳定性理论，早期瓣一秘方法是r i e c a t i 方程处理鸯法。它怒逶遘将 系统的鲁棒分析和综合问题转化成一个r i c c a t i 型矩阵方程的可解性问题，进而 成用求解r i c c a t i 方程的方法给出系统具有绘定鲁棒性能的条件和鲁棒控制器 静疆诗方法。尽管k i