车辆主动悬架LQG控制器的设计与仿真分析

车辆主动悬架LQG控制器的设计与仿真分析

兰波;喻凡

【期刊名称】《农业机械学报》

【年(卷),期】2004(035)001

【摘要】通过建立1/2车辆模型和路面输入模型,应用最优控制理论进行了车辆主动悬架的LQG控制器的设计,并在Matlab/Simulink环境中建立系统模型并进行仿真模拟,将主、被动悬架的车身加速度、仰俯角加速度、悬架动挠度及车轮动位移4项指标进行了对比分析.仿真结果表明,具有LQG控制器的主动悬架对车辆行驶平顺性和乘坐舒适性的改善有良好的效果.

【总页数】6页(13-17，47)

【关键词】车辆主动悬架 LQG控制器仿真

【作者】兰波;喻凡

【作者单位】广州本田汽车公司研发中心,硕士,510700,广州市;上海交通大学汽车工程研究所,教授,博士生导师,200030,上海市

【正文语种】中文

【中图分类】U463

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汽车半主动悬架系统

传统的悬架系统的刚度和阻尼是按经验或优化设计的方法确定的，根据这些参数设计的悬架结构，在汽车行驶过程中，其性能是不变的，也是无法进行调节的，使汽车行驶平顺性和乘坐舒适性受到一定影响。故称传统的悬架系统为被动悬架系统。如果悬架系统的刚度和阻尼特性能根据汽车的行驶调节（车辆的运动状态和路面状况等）进行动态自适应调节，使悬架系统始终处于最佳减振状态，则称为主动悬架。 主动悬架系统按其是否包含动力源可以分为全主动悬架（有源主动悬架）和半主动悬架（无源主动悬架）系统两大类。 全主动悬架 全主动悬架是根据汽车的运动状态和路面状态，适时地调节悬架的刚度和阻尼，使其处于最佳减振状态。它是在被动悬架（弹性元件、减振器、导向装置）中附加一个可控作用力的装置。通常由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统4部分组成。执行机构的作用是执行控制系统的指令，一般为发生器或转矩发生器（液压缸、气缸、伺服电动机、电磁铁等）。测量系统的作用是测量系统各种状态，为控制系统提供依据，包括各种传感器。控制系统的作用是处理数据和发出各种控制指令，其核心部件是电子计算机。能源系统的作用是为以上各部分提供能量。 半主动悬架 目前，主流的半主动悬架不考虑改变悬架的刚度，而只考虑改变悬架的阻尼，因此它无动力源且只由可控的阻尼元件组成。由于半主动悬架结构简单，工作时几乎不消耗车辆动力，而且还能获得与全主动悬架相近的性能，故有较好的应用前景。 半主动悬架按阻尼级又可以分成有级式和无级式两种。 （1）有级式半主动悬架它是将悬架系统中的阻尼分为两级、三级或更多级，可由驾驶员选择或根据传感器信号自动进行选择悬架所需要的阻尼级。也就是说，可以根据路面条件（好路或坏路）和汽车的行驶状态（转弯或制动）等来调节悬架的阻尼级，使悬架适应外界环境的变化，从而可以较大幅度地提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。 半主动悬架中的三级阻尼可调减振器的旁路控制阀是由调节电动机来带动阀芯转动，使控制阀孔具有关闭，小开和大开3个位置，产生3个阻尼值。该减振器应用于OPEL SENTOR 和OPELGA轿车上。 （2）无级式半主动悬架它是根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架系统的阻尼在几毫秒内有最小变到最大进行无级调节。

基于LQR控制的主动悬架优化设计

基于LQR控制的主动悬架优化设计 摘要：根据汽车行驶性能的要求，本文以1/4 车辆模型为例，建立汽车的动力学模型，利用线性二次最优控制理论对主动悬架的LQG 控制器进行设计，并运用MATLAB/simulink对汽车动力学模型进行仿真。结果表明: 具有LQG 控制器的主动悬架对车辆行驶平稳性和乘坐舒适性的改善有良好效果。 关键词：主动悬架；被动悬架；LQG控制器引言 悬架系统是汽车的重要部件, 对于汽车的平顺性、操稳性和安全性都 有着重要的影响, 而主动悬架是悬架发展的必然方向。控制器的设计对 于主动悬架性能的发挥起着重要的作用, 本文中以1/4 汽车主动悬架为 研究对象, 建立汽车动力学模型和设计LQG控制器算法, 应用 Matlab/Simulink 进行汽车系统的控制仿真。 1 基于线性二自由度汽车模型的建立 1.1 被动悬架系统的建立 车辆悬架系统是一个多输入多数徐彤，为了研究的方便性以及更好地 与车辆行驶的情况相吻合，文本一1/4 车辆模型为研究对象，车辆模型如 图1 所示。 图1 ：被动悬架车辆1/4 模型 根据图1 所示，建立一个被动悬架车辆1/4 模型，首先建立运动微分方程： m b x b K s(x b x w ) C s(x b x w ) m w x w K t (x w x g) K s(x b x w) C s(x b x w)

整理得： x b C s xb ss s x w s x b s s x m b m b m b C s K s K s K t x b s x b s x b s t x b m w m w m w 1) 式中： C s 为悬架阻尼， K s 为悬架刚度。 选取状态变量和输入向量为： U x g 则可将系统运动方程及路面激励写成状态空间矩阵形式，即： X AX BU C s C s K s K s m b m b m b m b K t C s C s K s K s K s A B m w m w m w m w m w 1 0 0 0 1 x w x g x b x w ]T 将性能指标项写为状态变量以及输入信号的线性组合形式， 即： Y CX DU 其中： Cs Cs Ks Ks 0 m b m b m b m b D1 C0 0 0 1 1 1 1.2 被动悬架系统的 建立 m b C s 其中， A 为状态矩阵， B 为输入矩阵，其值如 下： 将车身加速度、轮胎动变形、悬架动行程作为性能指标，即：

主动悬架系统分类

主动悬架系统 主动悬架是用一个有自身能源的力发生器来代替被动悬架中的弹簧和减振器。根据作动器响应带宽的不同，主动悬架又分为宽带主动悬架和有限带宽主动悬架，也被叫做全主动悬 架和慢主动悬架。 全主动悬架系统所采用的作动器具有较宽的响应频带，以便对车轮的高频共振也加以控制。作动器多采用电液或液气伺服系统，控制带宽一般应至少覆盖0～15Hz，有的作动器响应带宽甚至高达100Hz。结构示意图见上图。从减少能量消耗的角度考虑，也可保留一个与作动器并联的传统弹簧，以用来支持车身静载。 主动悬架的一个重要特点就是，它要求作动器所产生的力能够很好地跟踪任何力控制信号。因此，它为控制律的选择提供了一个广泛的设计空间，即如何确定控制律以使系统能够让车辆达到最佳的总体性能。近二十年来，有大量关于主动悬架的研究论文及专题回顾文献发表。研究结果表明，主动悬架能够在不同路面情况及行驶条件下显著地提高车辆性能。 主动悬架的研制工作起始于八十年代。Lotus 制造了第一辆装有主动悬架的样车。其系统的响应可达30Hz，它可使乘坐舒适性和转弯及制动时的车身姿态控制提高约35%。还有一些主动悬架实施的例子，如Lotus Turbo Esprit、Damlar Benz的试验样机系统、BMW 和Ford等。然而，由于这些主动悬架系统具有的高成本、高能耗、增加的重量及复杂程度，使主动悬架仅限于样车及一些赛车等有限的应用上。 结构上，有限带宽主动悬架通常由作动器与一个普通弹簧串联后，再与一个被动阻尼器并联构成，见上图。这种系统在低频时（一般小于5或6赫兹）采用主动控制，而高于这个频率时，控制阀不再响应，系统特性相当于传统的被动悬架，而被动悬架在高频时的效果也 比较好。 由于有限带宽主动悬架作动器仅需在一窄带频率范围内工作，所以它降低了系统的成本及复杂程度，比全主动悬架便宜得多。尽管如此，它的主动控制仍然覆盖了主要的车身振动，包括纵向、俯仰、侧倾以及转向控制等要求的频率范围，改善了车身共振频率附近的行驶性能，提高了对车身姿态的控制，性能可达到与全主动系统很接近的程度。 就实用性及商业竞争力而言，有限带宽主动悬架的应用前景较好。专家普遍认为采用气液控制慢主动系统在商用领域最有发展前途，但若想在今后几年内有重大的发展，还得要求在电液阀技术方面有大的突破来降低成本。已有一些装有该类悬架的车辆投入市场，如Nissan Infiniti Q45和Toyato Celica等。两个有限带宽主动悬架系统实施方案见下图。

基于LQR控制的主动悬架优化设计

基于LQR 控制的主动悬架优化设计 摘要：根据汽车行驶性能的要求，本文以1/4车辆模型为例，建立汽车的动力 学模型，利用线性二次最优控制理论对主动悬架的LQG 控制器进行设计，并运用MATLAB/simulink 对汽车动力学模型进行仿真。结果表明: 具有 LQG 控制器的主动悬架对车辆行驶 平稳性和乘坐舒适性的改善有良好效果。 关键词：主动悬架；被动悬架；LQG 控制器 引言 悬架系统是汽车的重要部件, 对于汽车的平顺性、操稳性和 安全性都有着重要的影响, 而主动悬架是悬架发展的必然方向。控制器的设计对于主动悬架性能的发挥起着重要的作用, 本文中以1/4汽车主动悬架为研究对象,建立汽车动力学模型和设计LQG 控制器算法,应用Matlab/Simulink 进行汽车系统的控制仿真。 1 基于线性二自由度汽车模型的建立 1.1 被动悬架系统的建立 车辆悬架系统是一个多输入多数徐彤，为了研究的方便性以及更好地与车辆行驶的情况相吻合，文本一1/4车辆模型为研究对象，车辆模型如图1所示。 图1：被动悬架车辆1/4模型 根据图1所示，建立一个被动悬架车辆1/4模型，首先建立运动微分方程： ()()()()()b b s b w s b w w w t w g s b w s b w m x K x x C x x m x K x x K x x C x x =----???=--+-+-??

整理得： ??? ? ?? ?+--+-+-+-=-+-+-+-=g w t b w t s b w s b w s b w s w b b s b b s w b s b s b x m K x m K K x m K x m C x m C x x m K x m K x m C xb m C x （1） 式中：s C 为悬架阻尼，s K 为悬架刚度。 选取状态变量和输入向量为： []w b w b x x x x X = g x U = 则可将系统运动方程及路面激励写成状态空间矩阵形式，即： BU AX X += 其中，A 为状态矩阵，B 为输入矩阵，其值如下： ?????? ?? ? ?????????---- -= 00 1 001w s s w s w s w s b s b s b s b s m K K m K m C m C m K m K m C m C A ???? ?? ????????=000w t m K B 将车身加速度、轮胎动变形、悬架动行程作为性能指标，即： T w b g w b x x x x x Y ][--= 将性能指标项写为状态变量以及输入信号的线性组合形式，即： DU CX Y += 其中： ??? ?? ? ? ???????---=11001000b b b b m Ks m Ks m Cs m Cs C ???? ? ?????-=010D 1.2 被动悬架系统的建立 如图2所示，

主动悬架系统的阻抗控制

主动悬架系统的阻抗控制 摘要：新的控制系统的开发是为了让汽车的动态行为能适应道路状况的干扰。本文的创新之处就是将阻抗控制系统应用到了装有液压传动装置的汽车的主动悬架系统中。乘客的舒适度和车辆的配适之间的关系可以由阻抗参数导出。阻抗控制的方法很简单，无模型并且可以应用到广泛的道路状况中包括平坦的道路。系统的稳定性已经分析过，然后用一个四分之一车模型悬挂系统和液压执行器非线性模型来模拟控制系统。 关键词：主动悬架系统反馈线性化阻抗控制 一、介绍 被动悬架系统的目的是维护2个预期目标，即：车辆的平稳和乘客的舒适。这个设计性的问题提出就是为这两个彼此相反的目标提供一个平衡。被动悬架系统不能适应它在道路条件上路宽的改变。然而，这些都可以通过主动悬架系统来控制车辆的垂直加速度来改变。它包括在有弹簧作用跟没弹簧作用的车身与车桥之间加一个力产生装置。主动悬架系统已经高度参考了各种文献名著。到目前为止，许多的控制方法比如H1控制，滑动控制，最有控制，模糊控制，主动控制，无模型控制和自适应模糊滑膜控制都应用到了主动悬架系统中。然而，阻抗控制还没有被应用到汽车的悬架系统中。悬架系统的行为就像机械阻抗。因此表明了将阻抗控制应用到主动悬架系统中。 在机械方面，阻抗控制用来调节在与环境控制的机器人动力学上。阻抗控制使机器人成为了一个由大规模，阻尼器，还有弹簧组成的机械装置。有些报告提出了对由阻抗控制其动态行为的机器人的想法。比如，为了提供一个合适的夹紧装置，夹具都是为了表现基于阻抗控制的机器人任务。阻抗控制计算方法被应用

到了非对角刚度的机器人臂上。模糊阻抗控制的目的是执行快速机器人任务。而阻抗控制被应用到了诸如机器人的控制任务等方面。 智能弹簧是为了将阻抗控制应用到旋翼震动抑制而研发的。因此阻抗控制的算法也就随着通过对单个叶片的控制来抑制转子的震动而产生。智能弹簧就像质量弹簧系统致力于由压电陶瓷驱动器的震动结构。执行器在它所工作的为止调节摩擦力。据报道，智能弹簧可以用来控制动态阻抗特性等结构的刚度，阻尼，有效质量。但是，没个有潜在应用价值的智能弹簧的概念都需要优化其设计参数，即以结构参数为基础的刚度和质量。 在我们的认知里，阻抗控制还没有被应用到车辆的被动悬架系统中。在本文中，阻抗控制通过液压执行机构被应用到了汽车悬架系统里。这个方法同智能弹簧的那个方法相比有很多的优点。 1、它可以配合不同的道路状况，这是智能弹簧所不能比拟的，因为它的质量跟刚度都是根据这些路况设计的。 2、该方法相对于智能弹簧的方法比较容易实施。 3、液压执行器更具有操作性，因为智能弹簧为了适应结构必须要控制摩擦力。低重复时摩擦显示了一个复杂的特征。 本文的组织如下。第二部分基于一个四分之一悬架系统和电动液压执行机构介绍了系统的动力学。控制系统是在第三部分设计的，是由两个内部控制回路，即力量控制和位置控制。第四部分应用反馈线性化制定了液压传动装置的力控制。第五部分介绍了阻抗的规则并且为阻抗参数的选择做了分析。为了表现控制

主动悬架LQG最优控制设计

主动悬架LQG最优控制设计 吕福麟 113085234379 摘要：根据汽车行驶性能的要求，建立二自由度的1/4汽车动力学模型，利用最优控制理论对主动悬架的LQG（Linear Quadratic Gaussian）控制器进行设计，运用MATLAB/simulink对模型仿真，对比主动悬架与被动悬架在控制效果上的差别。仿真结果表明，具有LQG控制器的主动悬架可以明显的提高汽车行驶的操稳性能。 关键词：主动悬架；LQG控制器；MATLAB/simulink；仿真结果ABSTRACT：According to the requirement of the vehicle driving performance,a 2-degree-of-freedoms 1/4 car dynamic model was build.LQG(Linear Quadratic Gaussian) controller for active suspension was designed with the optimal control law,MATLAB/simulink was used to simulation the model,compared the difference of control performance with active suspension and passive suspension.The result of simulation show that it could improve the car driving handling and stability with LQG controller. Key Words:active suspension,LQG controller,MATLAB/simulink,simulation result 1前言 传统的悬架主要由弹性元件、减震器和导向装置组成，他们的阻尼和刚度已经确定就不便于调节，而且只能在特定的路面激励和特定的车速下才能达到最优控制，灵活性较差。不能满足人们对驾驶舒适性和操纵稳定性的要求。为了解决这个问题，主动悬架控制渐渐得到发展，他与被动悬架的主要区别在于可以根据不同路面激励和行驶状况，自行调节车辆的动态，从而满足人们对行驶的要求。本问就是在此基础之上研究主动悬架的最优控制。 2 2自由度1/4车辆模型的建立

车辆主动悬架最优控制讲课稿

车辆主动悬架最优控 制

车辆主动悬架的控制研究 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3.3所示，图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： ????? ---==)(01..11.. 22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声)(t ω， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 （2）

式中： ????????????? ?--=00 01000 000010101 m k A t ；????????????????-=121010m m B ；????????????=0100D ； ??????????=010*********C ；???? ??????????=0012m E 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞ +=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优控制)(t u ，使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q 、R 阵以获得比较满意的控制过程动态响应，计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中，为提高汽车的操纵稳定性和行驶平顺性，应使簧载质量垂直加速度、悬架动扰度及轮胎动变形较小。此外，从实现控制的角度来看，应使所需的控制能量较小。因此式(3)可写为 ?∞ +-+-=022*******])()([dt Ru x x q x x q J (4) 或写为 ?∞ +=0 2][dt Ru QX X J T (5) 其中 ?????? ??? ???=00 000000000001 2 q q Q 这里，q 1——轮胎动变形加权系数

汽车半悬挂系统建模与分析(现代控制理论大作业)

XX大学 现代控制理论 ——汽车半主动悬架系统的建模与分析 姓名：XXX 学号：XXXX 专业：XXXX

一． 课题背景 汽车的振动控制是汽车设计的一个重要研究内容，涉及到汽车的平顺性和操纵稳定性。悬架系统是汽车振动系统的一个重要子系统，其振动传递特性对汽车性能有很大影响。因此设计性能良好的悬架系统以减少路面激励的振动传递，从而提高汽车的平顺性和操纵稳定性是汽车振动控制研究的重要课题。 悬架系统是汽车车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整个支撑系统，用于支撑车身，改善乘坐舒适度。而半主动悬架是悬架弹性元件的刚度和减振器的阻尼系数之一可以根据需要进行调节控制的悬架。 目前，半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面，即将阻尼可调减振器作为执行机构，通过传感器检测到汽车行驶状况和道路条件的变化以及车身的加速度，由ECU 根据控制策略发出脉冲控制信号实现对减振器阻尼系数的有级可调和无级可调。 二． 系统建模与分析 1.1 半主动悬架系统的力学模型 以二自由度 1/4半主动悬架模型为例，并对系统作如下假设： (1) 悬挂质量与非悬挂质量均为刚体； (2) 悬架系统具有线性刚度和阻尼； (3) 悬架在工作过程中不与缓冲块碰撞； (4) 轮胎具有线性刚度，且在汽车行驶过程中始终与地面接触。 综上，我们将该系统等效为两个质量块M ，m ；两个弹簧系统Ks ，Kt ；一个可调阻尼器（包含一个常规 阻尼器Cs 和一个变化阻尼力F ），如图1所示。 图1 系统力学模型 1.2 半主动悬架系统的数学模型 由减振器的简化模型得:N S =-+F C V F 对m 进行分析：()211201122()t s s d z dz dz m K z z K z z C F dt dt dt ?? =------ ??? 即：()()1011212()t s s mz K z z K z z C z z F =------ 对M 进行分析：2212122 ()s s d z dz dz M K z z C F dt dt dt ?? =-+-+ ??? 即：()()21212s s Mz K z z C z z F =-+-+

行驶动力学建模、仿真及主动悬架控制器设计

目录 1. 计算机仿真系统模型的建立 .......................................................... - 1 - 2. LOG控制器设计 .............................................................................. - 2 - 3. 计算实例........................................................................................... - 3 - 4. MATLAB仿真过程.......................................................................... - 4 - 5. 半车模型建模及仿真 ...................................................................... - 8 - 5.1随机线性最优控制 ................................................................... - 9 - 5.2预瞄控制 ................................................................................. - 11 - 5.3结果比较 ................................................................................. - 12 -

车辆主动悬架最优控制

车辆主动悬架的控制研究 悬架就是汽车的重要装置之一,它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统,对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前,汽车上普遍采用的就是弹性元件与减震器组成的常规悬架,从控制力学的角度,将这种悬架称为被动悬架。实践与研究结果都表明,常规悬架受到许多限制,即使采用优化方法来设计也只就是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制,在汽车中采用与发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制,使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点就是能够主动提供能量,与传统被动悬架相比,其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3、3所示,图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为: ?????---==)(01..11..22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架,且为了便 于与被动悬架的比较分析,选取与被动悬架模型 相同的输入信号,路面激励仍为选白噪声)(t ω, 根据微分方程组(1),建立如下所示的状态方程与 输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 (2) 式中: ??????????????--=0001000000010101m k A t ;????????????????-=121010m m B ;????????????=0100D ; ??????????=010*********C ;??????????????=0012m E 汽车悬架可认为就是一种连续线性的随机最优控制系统,由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标就是二次函数积分型的调节器问题,外界干扰就是高斯白噪声,综合性能指标为: dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞+=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器,问题仍就是寻找最优控制)(t u ,使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一就是如何选择Q 、R 阵以获得比较满意的控制过程动态响应,计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中,为提高汽车的操纵稳定性与行驶平顺性,应使簧载质量垂直加速度、悬架

半主动减振器工作原理及控制方式

半主动减振器工作原理及控制方式 丁问司 1．控制规则 1．1悬挂系统分类 悬挂系统从振动控制的角度来说可分为主动悬挂与被动悬挂，其中主动悬挂按其是否需要外界能量的供应可分为有源主动悬挂和无源主动悬挂。 有源主动悬挂也称全主动悬挂，通常由产生主动力或主动力矩的装置（油缸、气缸、伺服电机、电磁铁）、测量元件（加速度传感器、速度传感器、力传感器等）和反馈控制系统等几部分及一个能连续供应能量的动力源组成。 无源主动悬挂也称作半主动悬挂。由无能源输入但可进行控制的阻尼元件和弹性元件组成，其减振方式和工作原理与被动悬挂相似，不同的是悬挂参数可在一定的范围内任意调节，以获得最佳的减振效果。 半主动悬挂与全主动悬挂的区别是前者只能调节阻尼力的大小，而后者则可同时控制阻尼力的大小方向。 半主动悬挂的核心实际上是一种可调阻尼减振器，其阻尼力大小一般通过调振节流孔开度来获得，而对阻尼力的约束条件是：系统振动时联系于阻尼器的能量全部耗散掉。 1．2列车半主动控制原理 悬架系统的半主动控制原理在七十年代由美国人Karnopp提出，旨在以接近被动悬挂的造价和复杂程度来提供接近主动悬挂的性能。其基本思想是根据激励和系统的状态调节悬挂系统中的刚度和阻尼，以使某个性能指标达到最优。由于在半主动状态下改变系统的刚度非常困难，目前的研究实际上仅限于对悬挂系统阻尼的控制。 多年研究使得半主动悬架控制系统衍生了多种控制方式，其中包括：慢速控制、天棚控制、相对控制、最优控制、预测控制、自适应控制、神经网络控制等。从工程实践的情况来看目前只有天棚控制方式取得了较好的效果，并已运用到成熟的产品中。日本KYB公司与铁道总研联合研制的列车横向半主动减振器及是运用了天棚（Sky Hook）控制原理。 列车天棚原理的基本控制逻辑是被称为“天棚悬架”的数学模型，如图1所示。假设列车是沿一道虚拟的刚性墙移动，在虚拟墙与车体之间通过一虚拟减振器的作用来减小车体振动，此虚拟减振器称天棚减振器。 按照天棚原理，列车运行时理想的状况是天棚减振器始终处于工作状态以提供减振力。由于天棚减振器是虚拟的，则其应提供的减振力实际上由安装于车体与转向架间的横向减振器模拟提供。 假设车体的绝对速度X1为正（设向右为正），相对速度也为正时（车体相对转向架向右运动），虚拟的“天棚减振器”应产生一向左的力，实际中的横向减振器也产生一向左的力，此两力的方向相同，则F r = F s。 仍假设车体的绝对速度X1为正，而相对速度为负时（车体相对转向架向左

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汽车悬架设计毕业设计matlab 篇一：基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真《现代控制理论及其应用》课程小论文 基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真 学院：机械工程学院班级：ＸＸＸＸ（XX）姓名： X X X XX年6月3号 河北工业大学 目录 1、研究背景................................................. ................................................... ............................. 3 2、仿真系统模型的建立................................................. ................................................... (4) 2.1被动悬架模型的建立................................................. .................................................... 4 2.2主动悬架模型的建立.................................................

.................................................... 5 3、LQG控制器设计 ................................................ ................................................... ................ 6 4、仿真输出与分析................................................. ................................................... .. (7) 4.1仿真的输出................................................. ................................................... ................. 7 4.2仿真结果分析................................................. ................................................... ............. 9 5、总结................................................. ................................................... ................................... 10 附录：MATLAB 程序源代码 ................................................ ...................................................

车辆主动悬架最优控制

悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图所示，图中u为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 （2） 式中： ；；；； 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优控制，使目标函数J取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q、R阵以获得比较满意的控制过程动态响应，计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中，为提高汽车的操纵稳定性和行驶平顺性，应使簧载质量垂直加速度、悬架动扰度及轮胎动变形较小。此外，从实现控制的角度来看，应使所需的控制能量较小。因此式(3)可写为 (4) 或写为 (5) 其中 这里，q——轮胎动变形加权系数1 q——悬架动扰度加权系数2式中第一、二项为误差指标，表示在～∞整个时间内系统实际状态与平衡之间的误差总和。这一积分越小，说明控制误差越小，性能越好。积分式中第三项为能量指标，表示在～∞整个时间内支付能量的总和。系统状态转移是考控制u(t)来进行的，为要使系统误差很小，则需要支付很大的能量代价。最优反馈 增益系数矩阵式可写成 (6) 式中，增益值k~k有明确的物理意义。k可等效于一放置于簧载和非簧载质量间的弹簧，114改变 k则影响簧载质量的固有频率；k作用于簧载质量的绝对速度上，影响其悬挂阻尼；k312大小涉及轮胎变形，对车轮的垂直弹跳频率产生影响；k作用于非簧载质量的速度上，影响4其非悬挂阻尼。 主动悬架系统的能控性，能观测性二、．

4种主动悬挂系统原理完全介绍20100310

主动悬挂系统 https://www.wendangku.net/doc/165157579.html, 发布时间：2010-03-10 作者：李志 随着汽车制造研发水平的不断提高，人们对于汽车的操控性和舒适性有了更高的要求。这其中，车辆减震系统起着至关重要的作用。而采用普通螺旋弹簧很难做到两全其美。于是，适应能力更强，感受更完美的可变悬挂系统就诞生了。目前市面上主流的主动悬挂主要有四种形式：空气悬挂、液压悬挂、电磁悬挂以及电子液力悬挂。本篇文章就跟大家一同了解下。 空气式可调悬挂 技术特点：底盘可升降，应用车型广泛 技术不足：可靠性不如螺旋弹簧 应用车型：奔驰S350、奥迪A8L、保时捷卡宴等

其实提到主动悬挂系统，我们首先想到的，并且应用最广泛的自然是空气式可调悬挂，而在系统组成上，它主要是由控制电脑、空气泵、储压罐、气动前后减震器和空气分配器等部件。主要用途就是控制车身的水平运动，调节车身的水平高度以及调节减震器的软硬程度。

通常来讲，装备空气式可调悬挂的车型前轮和后轮的附近都会设有离地距离传感器，按离地距离传感器的输出信号，行车电脑会判断出车身高度变化，再控制空气压缩机和排气阀门，使弹簧自动压缩或伸长，从而降低或升高底盘离地间隙，以增加高速车身稳定性或复杂路况的通过性。

而在日常调节中，空气悬挂会有几个状态。1、保持状态。当车辆被举升器举起，离开地面时，空气悬挂系统将关闭相关的电磁阀，同时电脑记忆车身高度，使车辆落地后保持原来高度：2、正常状态，即发动机运转状态。行车过程中，若车身高度变化超过一定范围，空气悬挂系统将每隔一段时间调整车身高度：3、唤醒状态。当空气悬挂系统被遥控钥匙、车门开关或行李厢盖开关唤醒后，系统将通过车身水平传感器检查车身高度。如果车身高度低于正常高度一定程度，储气罐将提供压力使车身升至正常高度。同时，空气悬挂可以调节减震器软硬度，包括软态、正常及硬态3个状态（也有标注成舒适、普通、运动三个模式等），驾驶者可以通过车内的控制钮进行控制。

车辆主动悬架最优控制

车辆主动悬架的控制研究 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3.3所示，图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： ????? ---==)(01..11.. 22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声 )(t ω， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 （2） 式中： ????????????? ?--=00 01000 00001010 1 m k A t ；????????????????-=121010m m B ；????????????=0100D ； ??????????=010*********C ；???? ??????????=0012m E 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调 节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞ +=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优 控制)(t u ，使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q 、R 阵以获得比

第七章 悬架-第五节主动悬架和半主动悬架

§7 悬架 §7.5 主动悬架和菲主动悬架 上面讲述的传统式悬架特点是：刚度、阻尼是根据经验或优化方法确定，依此而设计的悬架结构，性能不变。不能调节——被动悬架。 主动悬架：刚度、阻尼动态自适应调节，是悬架始终处于最佳状态。 包含动力源的主动悬架系统称为全主动悬架或有源主动悬架；不包含动力源的主动悬架系统称为半主动悬架或无源主动悬架。 1.全主动悬架（简称主动悬架） 定义：主动悬架是在被动悬架系统（弹性元件、减振 器、导向装置）中附加一个可控制作用力的装置。 组成：执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统4 部分组成。 执行机构的作用：是执行控制系统的指令，一般为力发生器 或转矩发生器（液压缸、气缸、伺服电动机、电磁阀等）。 测量系统的作用：是测量系统各种状态，为控制系统提供依 据，包括各种传感器。 控制系统的作用：是处理数据和发出各种控制指令，其核心 部件是电子计算机。 能源系统的作用：是为以上各部分提供能量。 （1）主动油气悬架系统 特点是通过调节油气弹簧的刚度达到主动调节目的。 （2）主动空气悬架系统 特点是通过调节空气弹簧的刚度达到调节目的。 2．半主动悬架 半主动悬架与主动悬架的区别是，半主动悬架用可控 阻尼的减振器取代了执行器。因此它不考虑改变悬架的刚 度，而只考虑改变悬架的阻尼。半主动悬架无动力源，由 可控的阻尼元件(减振器)和弹簧组成。 （1）有级式半主动悬架 将悬架系统中的阻尼分成两级、三级或更多级，可由 驾驶员选择或根据传感器信号自动进行选择所需要的阻 尼级。

（2）无级式半主动悬架 特点是可根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架系统的阻尼在几毫秒内由最小变到最大进行无级调节。

毕业设计悬挂控制系统

悬挂运动控制系统 摘要：本系统以单片机89C52为核心,采用了步进电机控制装置、红外寻迹传感装置来实现一个对悬挂物体运动控制系统。友好的操作界面和灵活的监控方式是本设计的两大特色,增强了系统的实用性。 关键词：步进电机；红外传感器；悬挂运动。 一、方案论证与选择 1．题目任务要求及相关指标的分析 课题任务要求中，要求在150秒内到达设定的一个坐标点以及300秒内画圆或按照设定的轨迹运动,这要求我们对左右两个电机进行灵活、准确、快速的控制,并且有和谐的人机交换功能，才能够满足要求。因此选择合适的电机以及运用有效的算法来对电机进行控制是必需的，我们通过建立合理的数学模型，使两电机控制的绳长依照我们建立的函数关系变化，来实现悬挂物体在板上以各种方式运动。 课题任务中，要求控制物体沿板上标出的任意曲线运动，通过红外传感器寻迹，实现跟踪运动。而显示画笔的位置坐标，则可通过两段绳长变化与原点坐标之间的函数关系来计算，求出当前点的横纵坐标，并在LCD上显示出来。 2．方案的比较与选择 (1)电机的选择 方案一:直流电机 采用单片机和A/D转换构成系统，控制普通电机的步数和旋转方向，可以考虑达林管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林管使之工作在占空比可调

的开关状态，精确调整电机转速，减小因惯性，速度，步距角过大而引起的调整误差，达到改变绳长的要求，缺点是通过控制直流电机驱动模块将脉冲信号转化为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制的时间，导致控制精度差；关键是直流电机不能即停，使直流电机不能精确定位，满足不了控制误差X围为设定值的要求。 方案二:步进电机 用单片机产生脉冲信号，脉冲信号的占空比为0.5左右，脉冲信号经过功率放大控制步进电机，控制信号为数字信号，不再需要数/模转换；步进电机的速度易于控制，具有快速启/停能力，可在一刹那间实现启动或停止；它的转动角度严格可控，一般情况步距角可以降低到 5.1以下，而采用专用驱动块，可以更加的精确。步进电机延时短，定位准确，精度高，可控制性强。这样我们就可以根据驱动脉冲总数来计算绳子所走过的路程，从而得出坐标和时间。 根据本课题技术指标要求，物体质量大于100克即可，步进电机的输出功率足以满足负载要求；同时根据题目要求运动轨迹与预期轨迹偏差不超过4cm，这对电机有精确的要求，而直流电机难以达到这一指标。综上方案的比较分析，故而本设计采用方案二。 (2)悬挂物体定位方式的选择 方案一:坐标查询方式 在80cm×100cm的白色底板上，等分为8000个方格，视其为8000个点，每个点都有横纵坐标（a，b）两个数据，即共有16000个数据，而底板左右对称，所以只需记录一半的数据，即8000个，这样我们只需事先计算出悬挂物体在每一点对应的两侧绳长（x，y），将这8000个数据，即4000个确定的绳长数组记

车辆主动悬架最优控制

车辆主动悬架的控制研究 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3.3所示，图中u为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为：

?????---==)(01..11..22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取 同被动悬架，且为了便于与 被动悬架的比较分析，选取 与被动悬架模型相同的输入 信号，路面激励仍为选白噪声)(t ω， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输 出方程 ???? ?+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 （2） 式中： ??????????????--=0001000000010101m k A t ；????????????????-=121010m m B ；????????????=0100D ； ??????????=010*********C ；??????????????=0012m E 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控 制系统，由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优 反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确 定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调 节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞ +=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最