半主动悬架神经网络自适应控制研究

1、 360元 /年 技 术 创 新控 制 系 统PLC 技术应用 200例半主动悬架神经网络自适应控制研究Neural-network Adaptive Control for Vehicle Sem i-active Suspension(华东交通大学 洪家娣赵开林HONG JIADI ZHAO KAILIN摘要 :本文针对半主动空气悬架这种时变的、 非线性复杂系统 , 提出基于神经网络的自适应控制策略 , 设计了神经网络辨识 器和控制器。通过仿真计算和分析验证了其可行性和有效性。 关键词 :半主动悬架 ; 神经网络 ; 自适应控制中图分类号 :TP311文献标识码 :A Abstract:G

2、iven the time -variation parameters and the non -linearities in time varying semi -active suspension system , the adaptivecontrol strategy based on neural networks is put forward and the neural identifier and controller are designed.Simulations and experi-ments illustrate the correctness and effecti

3、veness of the proposed method.Key words:semi-active suspension, neural-network, self-adaptive controller文章编号 :1008-0570(200801-1-0045-021引言悬架是汽车底盘的重要总成之一 , 它对车辆的平顺性、 操稳 性等多种使用性能都有很大的影响。半主动悬架具有自振频率 低、 弹簧刚度可调、 振动及噪声小、 车身高度可调、 使用寿命长等 优点 , 因此具有广泛的应用前景。其原理是通过调节悬架阻尼 量的多少来控制悬架刚度和车身高度。由于悬架弹簧具有非线 性特性、 较大的时间滞

4、后以及车辆数学模型某些参数的不确定 性等特点 , 本文采用神经网络自适应控制结构对 1/4悬架系统 进行了仿真分析。图 1自适应神经网络控制结Fig.1Tunable fuzzy logic control system图 1为神经网络自适应控制结构。 图中有两个子神经网络 , 其中一个神经网络 NNI 用于对系统进行在线辩识 ; 另一个具有 控制作用的神经网络 NNC, 通过对控制网络的权系数进行在线 调整 , 控制器经过学习 , 对悬架系统进行在线控制 , 使系统输出 逐渐向期望值逼近。2两自由度 1/4汽车模型由于悬架系统这一被控对象的复杂性 , 在建立系统的数学 模型时 , 就需要在模

5、型的简化和精确度之间进行折衷。论文研 究的是对车辆垂直方向的振动进行减振 , 不考虑车辆的横向振 动和前后俯仰振动 , 为了简化研究对象 , 突出问题本质 , 采用 I /4车辆两自由度模型。图 2两自由度 1/4车辆模型 Fig.22-DOF mode of vehiclem u -非簧载质量 , m s -簧载质量 , k t -轮胎刚度 , k s -悬架静刚 度 , c 0-阻尼器阻尼系数 , x 0-路面激励位移 , x 1-非簧载质量位移 , x 2-簧载质量位移根据牛顿第二定律 , 系统运动方程为这里 , 将半主动悬架中的可调阻尼器看作由常规阻尼器 (阻 尼力为 和变化阻尼器 (

6、阻尼力为可控力 u 两部分组 成 , 即总阻尼力为 :控制力 u 在一定范围内连续变化 , 其数值大小由可调阻尼 器的结构参数所确定。取状态向量 :洪家娣 :教授基金项目 :江西省自然科学基金 (0412029 45-技 术 创 新中文核心期刊 微计算机信息 (测控自动化 2008年第 24卷第 1-1期360元 /200例控 制 系 统令 , 即认为路面输入为一白噪声。人体对振动的反应主要以加速度评价 , 故将悬挂质量加速 度 作为输出变量 , 其输出方程为 :y=CX+Du式中 ,3仿真计算3.1悬架仿真参数本节根据半主动悬架系统模型和控制系统模型 , 利用 Mat-lab+simulin

7、k 进行仿真研究。设汽车以 v=20m/s 驶过 B 级路面 , 以白噪声作为路面速度 白噪声输入 , 来对系统进行仿真研究。图 3路面速度白噪声信号 Fig.3the white noise of road velocity从理论上讲 , 采样频率只要大于 160Hz 就可以满足条 件 , 但是我们还要考虑到计算机的处理时间 , 因此我们选取 采样频率为 200Hz, 那么 CPU 的处理时间就可以达到 5毫 秒 , 足以使神经网络完成全部的相关计算 , 因此本文的采样 时间选定为 0.005s 。本文采用的车型为某种货车 , 各参数如下表所示 :表 1半主动悬架模型主要参数Tab.1Mai

8、n parameters of semi-active suspension 3.2悬架仿真结果车身加速度、 悬架动挠度、 轮胎动载荷的仿真结果如下 :图 4车身加速度对比图Fig.4the constrastive diagram of acceleration图 5速度对比图Fig.5the constrastive diagram of velocity图 6悬架变形量对比图Fig.6the constrastive diagram of displace4结论从仿真结果可以清楚地看出神经网络自适应控制半主动 悬架仿真获得的加速度、 速度、 悬架动挠度性能指标都要优 于被动悬架。(1 采

9、用非线性神经网络自适应控制方法 , 可以较好地解决 半主动悬挂的控制问题。(2 采用半主动悬挂系统的减振性能明显优于被动悬挂系统。 (3 本文采用的神经网络自适应模型是正确的。本文作者创新点 :提出了一种自适应神经网络控制结构 , 在 保证安全性的同时 , 能大幅度地减小车身的加速度和悬架变形 量 , 满足了人们对舒适性的要求。 参考文献 :1戴唤云 . 车辆主动控制的鲁棒控制 D. 博士学位论文 . 成都 :西 南交通大学 , 1995.1:1-l8. (下转第页 69- 360元 /年 技 术 创 新数 采 与 监 测PLC 技术应用 200例拓展该技术的实用范围 , 此外多种气体同时在线

10、监测也是本课 题研究与传统设计的不同之处。 而采用 SOPC 技术 , 以 FPGA 为 核心搭建硬件平台对仪器小型化 , 集成化提供便利 , 其稳定性 , 可靠性得以提高 , 并能通过改变硬线结构方便设备的升级或采 用新的算法技术。 参考文献 :1洪喜 ; 续志军 ; 朴仁官 . 基于 DSP 的近红外光谱分析仪 J微 计算机信息 , 2006,35,040.2万峰 , 范世福 Hamamatsu 图像传感器及其在紫外可见光谱测 量中的应用 J分析仪器 2006年第 1期3NMOS linear image sensor S3922/S3923_series. HamamatsuInc,20

11、01作者简介 :叶敦范 , 女 , 1956年 9月 , 汉 , 本科 , 教授 , 研究方向为 :电子测量与控制 ; 袁常聪 , 男 , 1982, 籍贯 :浙江省宁波市 , 硕士在 读 , 研究方向为 :数字系统设计 ; 李虹杰 , 男 , 高级工程师 , 研究 方向为 :精密仪器 .Biography:YE dun -fan (1956-,Gender (han ethnic,Province (Hubei,Working company (China University of Geosciences,Ti-tle(professor,Major (electronic informa

12、tion enginering, Research area(electronic measurements and control .(430074湖北武汉 中国地质大学 机电学院 叶敦范 袁常聪 (430223湖北武汉 天虹仪表企业集团 李虹杰(College of mechanical&electronic engineering,China Univer-sity of Geosciences 430074,wuhan, ChinaYe dun-fan Yuan chang-cong(wuhan Tianhong Intelligence Instrument Plant 43

13、0223, wuhan, China Li hong-jie通讯地址 :(430074湖北武汉 中国地质大学 机电学院 叶敦范(上接第 46页 2肖寒松 . 汽车半主动悬架的自适应控制研究 . 学位论文 . 安徽 :安徽工学院 , 1996.3余志生 . 汽车理论 . 北京 :机械工业出版社 , 1990.4王辉 , 朱思红 . 半主动空气悬架神经网络的自适应控制 . 农业 机械学报 , 2006.5Sang YM.Wook HK.Genetic based fuzzy control for half -car active suspensions systems.Int J Systems

14、 Science, l998,29(7:699-710.6丁芳 , 李艳芳 , 费玉龙 . 智能 PID 算法在液位控制系统中的应 用 J微计算机信息 , 2006, 6-1.7蒋宗礼 . 人工神经网络导论 . 北京 :高等教育出版社 .2001年 8月 :131-177.作者简介 :洪家娣 (1948 , 女 (汉族 , 上海市人 , 华东交通大学机 电工程学院教授 , 主要从事机械控制及教学科研工作 ; 赵开林 (1979 , 男 (汉族 , 陕西汉中人 , 研究生 , 研究方向为机械电子 工程 , 现为华东交通大学助教。Biography:Hong JiaDi (1948 ,Female

15、(Han,Shanghai,Professer of east china jiaotong university,Main research aspects are mechnical control and teaching;Zhao KaiLin (1979 , Male, , graduate student, assistant,Research Field:mechnical electronic 。 (330013江西南昌 华东交通大学急电工程学院 洪家娣 赵开林 通讯地址 :(330013江西南昌华东交通大学 15#信箱 赵开林(上接第 16页 3王纪俊 , 刘贤兴 , 王德明

16、 , 王丽敏等 , 神经元控制器在感应电机 矢量控制中的应用 J, 江苏大学学报 (自然科学版 ,2003年 3月 第 24卷第 2期。4章恒 , 朱纪洪 , 蒋志宏 . 双通道伺服控制系统设计 J微计算机信息 , 2007, 2-1:110-111作者简介 :周川 , 男 , 黑龙江省佳木斯市人 , 汉族 , 中国地质大学 (武汉 机械电子工程学院硕士研究生 , 研究方向 :控制理论与 控制工程。Biography:Zhou Chuan (1979.02-, Male, Born in Heilongjiang Jiamusi,Han Nationality,China University

17、 Of Geosciences,Master, Control theory and control engineering(430074湖北武汉 中国地质大学 机械电子工程学院 周川 通 讯 地 址 :(430077湖 北 省 湖 北 省 武 汉 市 中 国 地 质 大 学 1200714信箱 周川踏破铁鞋无觅处 得来全不费功夫20余万 嵌 入 式 系 统 的 研 发 人 员 , 盼 望 已 久 的 嵌 入 式系统应用精选 200例 一书 , 已经面世了 , 他含盖了数 码相机、 洗衣机、 电话交换机、 精密仪器、 智能仪表、 机器 人应用、 三表自动抄、 变频器应 用 、 电 梯 应 用 、 数 控 机 床 应 用 、 电 力 机 车 应 用 、 变 电 站 综 合 自 动 化 应 用 、 造 纸 应 用、 水泥生产应用、 啤酒生产应用 , 各种自动化生产过程 监控应用和 I 2C 总线应用、 网络应用、 多媒体应用、 通 信