汽车非线性悬架系统的分数阶PDμ控制研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com、l．8似汽车非线性悬架系统的分数阶PDu控制研究Fractional-orderPDcontrolfornonlinearvehiclesuspension高远。，张一飞’，袁海英’，范健文z。GAOYuan1．，ZHANGYI_fei。，YUANHa1．ying。，FANJian-wen(1．广西科技大学电气与信息工程学院，柳州545006；2．广西科技大学鹿山学院汽车工程系，柳州5450063．广西科技大学广西汽车零部件与整车技术重点实验室，柳州545006)摘要：根据

2、1／4车辆非线性悬架系统动力学模型，采用频域分析和控制性能优化方法设计出可控悬架系统的分数阶PD控制器。仿真结果表明：相比传统的整数阶PD控制情形，即使汽车在不同车速和等级道路行驶工况条件下，分数阶PD控制器对非线性悬架系统均能获得更优的控制效果，能进一步降低车身垂直振动位移、速度和加速度数值，有效提高了车辆的行驶平顺性。研究结果可为设计汽车可控悬架系统提高乘坐舒适性提供了有用的控制方法参考。关键词：非线性汽车悬架；分数阶；PD控制；行驶平顺性中图分类号：TP13；U463．33文献标识码：A文章编号：1009

3、-0134(2014)04(下)-0042-05Doi：10．3969／j．issn．1009-0134．2014．04(下)．120引言本文根据1／4车非线性悬架系统模型，采用线性系统频域分析和时间乘误差平方积分(ITSE)汽车悬架是影响乘坐舒适性和操纵稳定性的重控制性能优化方法，设计出非线性悬架系统的分要部件。目前，可控悬架是现代车辆悬架技术发展数阶PD控制器。仿真结果表明，在不同车速和的重要趋势。控制策略是实现悬架系统最优控制的等级道路行驶工况条件下，相比整数阶PD控制，保证，也是当前悬架控制系统研究发展

4、的一个重要分数阶PD控制器因其增加了可调的微分阶次参方面⋯。实际汽车悬架是受随机路面激励的非线性数，从而具有更好的汽车悬架系统控制性能和鲁系统。迄今，人们结合汽车悬架系统模型，提出了棒性，可进一步降低悬架垂直振动位移、速度和许多单一的悬架系统控制方法，这些方法几乎涉及加速度，更好地提高了车辆的行驶平顺性。控制理论的所有分支，但各有优缺点。近年来，分数阶微积分理论被广泛应用于物1汽车悬架非线性系统模型理、材料、信号处理及自动控制等领域。人们研考虑图l所示的单自由度1／4车主动悬架系统模究发现分数阶的控制器能获得比

5、整数阶情形更优型。通过该图可得系统的微分运动方程：的控制动态性能和鲁棒性，这极大地促进了分数mx+(—xo)4-=U(1)阶数学理论在控制领域中的应用发展。迄今，人上式中：1TI是1／4车体质量，k，是车身刚度，们提出了TID控制器、CRONE控制器、PIDFi为滞后非线性阻尼力，X是车体垂直振动位移，控制器等不同类型的分数阶控制器。已有学者将x为路面位移激励，tl代表悬架系统的主动控制分数阶理论应用于汽车悬架系统的设计及控制方力。滞后非线性阻尼力Fi形为：面，但研究成果报道尚少。文献[81提出CRONE悬=k

6、2(x—Xo)+c1(一戈0)+C2(一)(2)架，采用分数阶阻尼的机械系统代替传统被动悬架其中k：是非线性刚度系数，c和C分别代表线中的弹簧和阻尼器，分析表明该悬架系统具有很强性阻尼系数和非线性阻尼系数。因此非线性悬架的鲁棒性和稳定度；文献[9】为提高汽车行驶平顺系统的动力学方程可进一步表示为：性，采用CRONE控制方法对不同荷载的悬架模型，，4-(—Xo)4-k2(x一．)进行控制；文献[10]和文献[11]以分数阶“天棚”阻+c1(一)+c2(一)=U(3)尼控制的车辆悬架为参考模型，分别提出悬架系统本文

7、所采用的非线性悬架系统参数如表1所的自适应控制方法和滑模主动控制方法。示。收稿日期：2014-01-25基金项目：广西自然科学基金项目(2013GXNSFAA019351；2010GXNSFA013024)；广西教育厅科研项目(201202ZD068；201204LX657)；广西高等学校特色专业及课程一体化建设项目(GXTSZY234)作者简介：高远(1975一)，男，广西人，副教授，硕士，主要从事非线系统控制与应用，车辆动力学及控制方面的研究。【42】第36卷第4期2014-04(下)学兔兔www.xuet

8、utu.com务1匐化3分数阶PD控制器lll3．1控制器数学模型类似整数阶PD控制器，本文所采用的分数阶，tPD控制器，其传递函数形式为：C(s)=kp(1+)(8)式中：kD和k是控制参数，微分阶次(0，1】。图11／4车悬架简化模型当u=1时，C(s)~KI变为传统的整数阶PD控制器。表11／4汽车悬架系统模型参数由式(8)可求出控制器的频率特性：c(joJ)=(1+c。s)+j