车辆半主动悬架仿人PID控制(仅开题报告)

1、南京工程学院本科毕业设计（论文）开题报告课 题 名 称：车辆半主动悬架仿人PID控制研究学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 所 在 系 部： 机电工程系 专 业 名 称： 自动化 2010年 03 月 日毕业设计(论文)开题报告学生姓名学 号专 业自动化指导教师职 称所在系部机电工程系课题来源自拟课题课题性质工程技术研究课题名称车辆半主动悬架仿人PID控制研究 毕业设计的内容和意义 本论文主要运用仿人PID控制对车辆半主动悬架进行研究，其主要内容包括：（1） 建立主动悬架1/4单轮车辆的动力学模型（2） 设计仿人PID控制器（3） 基于MATLAB建立半主动悬架仿人控制模型

2、（4） 通过该仿真研究，验证仿人控制器的有效性 本课题的研究意义：半主动悬架系统对于车辆具有良好的减振效果。研制半主动悬架必须以性能、价格比和可靠性为依据，力求产品先进、可靠、实用，实现半主动悬架的商品化、产业化。一种有效的控制方法是实现这一研究的关键一步。所以，本课题运用仿人PID控制对半主动悬架进行研究。文献综述1.半主动悬架汽车悬架主要由弹簧、减振器、稳定器和联动装置等组成，此外，还可包括一些特殊功能的部件，如缓冲块和稳定杆等12。悬架的作用就是将路面作用于车轮上的垂直反力（支承力），纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所产生的力矩传递到车架（或承载式车身）。在传递这些力和力矩

3、的同时，吸收和减缓不平路面传给车架或车身的冲击载荷，使车身和车轮之间保持适当的几何关系，抑制车轮的不规则振动，提高车辆平顺性（乘坐舒适性）和安全性（操纵稳定性）。因此悬架系统是影响汽车性能的关键部件，研究汽车悬架系统对提高汽车总体性能有着非常重要的意义。半主动悬架的研究始于 1974 年美国加州大学戴维斯分校 Karnopp的研究工作3。半主动悬架由可变参数的弹簧、减振器组成，与主动悬文献综述架相比，半主动悬架的最大优点是工作几乎不消耗发动机的功率，只是应用严格的保守元件(弹簧)或耗能元件(减振器)，输入少量能量就可以调节悬架阻尼系数或者刚度。半主动悬架的控制效果较接近主动悬架，且造价低，结构

4、简单可靠，易于实现，而且能达到与主动悬架类似的功能。因此具有更为现实的应用价值，受到车辆工程界的广泛重视，世界上很多国家都投入了大量的人力物力进行研究。半主动悬架是国际车辆悬架技术的前沿，从技术发展和市场发展趋势以及社会需求看，半主动悬架最终将成为市场主流产品。但车辆悬架系统是一个复杂的多自由度振动系统，行驶过程中的路面激扰、车身承受的载荷以及轮胎状况等都是变化的。而且，半主动悬架的减振机构常常表现为非线性特性以及性能、价格比的“瓶颈”问题，限制其进一步在大范围内应用。随着我国轿车、客车和大型载重汽车产量的不断增长和档次的不断提高，迫切需要对汽车半主动悬架进行开发。2.半主动悬架控制策略在汽车

5、半主动悬架控制系统中，控制策略直接决定了控制的效果。在 1973 年，美国的 D. A. Crosby 和 D. C. Karnopp 提出半主动悬架的概念之后，各国学者陆续开发了半主动悬架和相关的控制策略。就汽车半主动悬架控制策略来说，主要有以下几种：(1)PID 控制456PID控制就是偏差的比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Differential)的综合控制。文献4介绍PID 控制器本身是一种基于对“过去”、“现在”和“未来”信息估计的简单但却有效的控制算法。文献5阐述PID控制由于其算法简单、鲁棒性能好、可靠性高等优点，PID 控制策略被广泛应用于工业

6、过程控制中。文献6介绍PID控制和模糊控制等方法结合的复合 PID 控制应是今后的研究方向；(2)预测控制7预测控制是指通过传感器将车辆前方路面信息预先传给悬架装置，使参数的调节与实际需求同步。目前，预测控制正受到更多的关注，发表的研究报告较多，预见控制的实时性和大计算量是必须解决的问题，随着传感技术的日益成熟，基于车轮轴之间预见或车前预见的控制实现文献综述已经为期不远，该方法值得进一步研究；(3)小波频域控制8小波频域控制是将小波变换和频域控制思想相结合的一种控制算法，它运用小波变换的方法把某个时段车身振动信号分解成若干频率成分，针对振动信号的频率成分按照频域控制的原理制定相应控制策略；（4

7、）天棚和地棚控制910文献9介绍天棚和地棚控制是美国学者 Karnopp 在 1973 年提出的，属于主动、半主动悬架的经典控制逻辑。文献10中，设想将减振器设置在簧载质量和惯性坐标(“天棚”)之间，与被动悬架只控制簧载质量和非簧载质量的相对运动不同，天棚阻尼器直接控制簧载质量的绝对运动速度而与车轮的运动无关，这是它能使车身取得良好减振特性的原因；（5）自适应控制11自适应控制主要是针对路面激励的随机干扰、传感器测量噪声及系统模型参数的不确定性，利用参数识别理论对模型参数进行在线识别并以此修正控制器规则、参数以适应变化。但是，在实际应用中，自适应控制存在着难以弥补的严重缺陷，其应用的有效性受到

8、了很大的限制。比如车辆参数的变化可能显著影响系统的输出，这可能会使控制器难以区别系统输出的变化是来自路面输入的变化还是来自车辆自身参数的变化从而不能选择到真正合适的控制参数；（6）模糊控制1213文献12介绍模糊控制它以系统的某些状态量作为输入，将输入量模糊化后按一定的模糊规则进行模糊推理决策，将得到的控制量作为输出结果去控制悬架。而文献13阐述模糊控制设计不要求知道被控对象的精确数学模型，控制推理采用不精确推理模仿人的思维过程，鲁棒性较强，适应于解决常规控制难以解决的非线性、时变及滞后系统；7）最优控制14最优控制简单地说就是在给定的限制条件和评价函数下，寻找使系统性能指标最优的控制规律。应

9、用于车辆悬架控制系统的最优控制方法可以分为线性最优控制、H最优控制和最优预报控制等三种；总之，已经提出的多种半主动悬架的控制策略大都是建立在各自的文献综述前提条件之下，与实际的工况有不同程度的差异，各种方法均有利弊，采用某一种控制方式无法达到真正意义上的最优，很难应用于实车，因此有必要对汽车半主动悬架控制策略做进一步探索和研究，综合应用各种方法来开发是其发展的方向。3.仿人PID控制简介15PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制 ，尤其适用于可建立数学模型的确定性系统 。而实际工业生产过程往往具有非线性 、时变不确定性，难 以建立精确的

10、数学模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果。 智能控制(Intelligent contro1)是一门新兴的理论和技术，它是传统控制发展的高级阶段，主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制其中包括智能机器人系统、复杂工业过程控制系统交通运输系统、航天航空系统等。近年来，智能控制与常规 PID控制相结合，形成所谓智能 PID控制它简化了建模程序，算法简单，明显地提高了系统的控制品质，引起了国内外学者的广泛关注，己经成为当前控制领域研究热点之一。传统的控制方式是以不变的统一模式来处理变化多端的动态过程；而实际工程控制系统中的不确定性是不可避免的。因此在研究控制算法时，只是充分考

11、虑了客观不确定性的影响，才能使算法有效。仿人智能PID控制将仿人智能的控制方法和传统的 PID控制方法结合在一起，成为仿人智能 PID控制器。此种控制器仍采用比例、积分和微分控制功能实现，它的控制是依据动态过程中的特征信息，智能地选择和组合控制方案，把PID控制方法智能化了。 仿人PID控制无需精确确定对象的模型，同时也降低了对实践经验的依赖，控制系统能自动调整和完善控制规则，实现在线调整 PID参数。该控制器具有鲁棒性强，响应速度快，稳态精度高等优点。4. 总结仿人PID控制设计不要求知道被控对象的精确数学模型，控制推理采用不精确推理模仿人的思维过程，鲁棒性较强，适应于解决常规控制文献综述难

12、以解决的非线性、时变及滞后系统。本论文将基于仿人PID算法对车辆半主动悬架控制进行研究。参考文献1 周云山,丁秀敏.汽车电控系统理论设计M.北京理工大学出版社:143-2232 李东江.现代汽车电子控制系统结构与维修M.江苏科学技术出版社:5843 D.KARNOPP,M.J.CROSBY, R.A.HARWOOD. “Vibration Control Using semi-Active Force Generators” J.Journal of Engineering for Industry,1974.5:6196264 杨钫.基于 PID 控制空气悬架系统的仿真与试验研究D.吉林大学

13、硕士论文;20045 陶永华.新型 PID 控制及其应用M.北京 机械工业出版社;20026 刘金琨.先进 PID 控制 MATLAB 仿真M.北京:电子工业出社;20047 孙鹏远,陈虹.汽车主动悬架的约束预测控制.吉林大学学报(信息科学版)J,2002,20(2):47538 余淼.汽车磁流变半主动悬架控制系统研究D.重庆大学博士论文;20039 翁建生.基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统半主动控制D.南京航空航天大学博士论文;200210 姚嘉伶,蔡伟义,陈宁.汽车半主动悬架系统发展状况J.汽车工程,2006.28(3):276-28011 李辉,顾亮,刘琰.车辆半主动悬挂控制理论的研究J.

14、汽车科技,2002,2:262812 诸静.模糊控制理论与系统原理M.北京 机械工业出版社;200513 Briggs D M.Cheok Ka C. Game- playing fuzzy logic controller for semiactive suspensions Proceedings American Control Conference IEEE,1993: 30130514 陈无畏,等.汽车主动悬架的最优控制及计算机仿真J.振动与冲击,1996:4文献综述15 童春霞,张天桥.仿人智能PID控制设计.北京理工大学,2005,1:193研究内容论文主要研究内容：（1） 本论

15、文以 1/4 车辆主动悬架系统作为研究对象，基于车辆动力学理论，建立车辆半主动悬架系统的动力学模型；（2） 针对车辆半主动悬架系统的高度非线性、时变不确定性和滞后等特点，熟悉仿人 PID 控制算法，并将这些控制算法应用于半主动悬架系统中，基于已经建立的 1/4 车辆半主动悬架系统的数学模型，运用 Matlab/Simulink 工具包建立相应的仿真模型，通过仿真分析，以检验控制算法的有效性；研究计划第一周 查资料、熟悉课题、了解信息。第二周 阅读有关书籍，根据任务书的要求参考有关资料，写出开题报告。第三、四周 阅读半主动悬架、仿人控制的相关书籍和资料，并完成英文翻译。第五周 阅读半主动悬架、仿人控制的相关书籍和资料，熟悉半主动悬架、仿人控制原理，并进一步查阅。第六、七周 阅读半主动悬架、仿人控制的相关书籍和资料，提出并设计半主动悬架仿人PID控制器，开始学习matlab软件。第八周 学习matlab软件，并开始建立仿真模型。第九周 建立仿真模型。第十周 调试并确认半主动悬架的优越性。第十一、十二周 仿真分