汽车主动悬架pid控制系统simulink建模及仿真

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1、第18页共17页汽车主动悬架PID控制系统simulink建模及仿真汽车主动悬架PID控制系统simulink建模及仿真作者：指导老师：安徽农业大学工学院11级车辆工程合肥摘要悬架是汽车的重要组成部分之一，它将车身和轮胎弹性的连接在一起，主要用来传递车身和轮胎之间的力和力矩，以缓解由于路面不平给车身带来的振动。采用电子控制技术的主动悬架得到了人们的广泛关注。主动悬架根据路面激励情况及汽车行驶的实际状况进行反馈控制，使汽车整体性能达到最佳状态。本论文以1/4车体为研究对象，建立了汽车悬架系统物理模型和数学模型，并构造了闭环控制系统。在此基础上对主动悬架的控制策略进行了研究。以改善汽车的行

2、驶平顺性和操纵稳定性为目的，建立其MATLAB模型，分别采用相位超前校正和LQG最优调节器理论得出汽车悬架系统对干扰的响应曲线，并最终认可最优控制为较好的控制方法。随着经济的发展和技术的进步，人们对汽车悬架性能要求进一步提高，而利用MATLAB等软件的计算机仿真方法，具有制作模型经济，修改参数方便等优点，可大大缩短设计周期、降低费用，必将在学术和工业领域得到广泛的应用。关键词:汽车主动悬架，PID控制系统，仿真，建模1绪论随着汽车工程技术和现代控制理论的进步，汽车悬架技术得到了广泛深入的研究。基于振动控制的主动的研究和应用得到了迅猛发展。主动悬架的概念是由FederspielLabre

3、osse于1954年提出来的，首先使用主动悬架的基本思想和控制率得到完善总结的是Thompson，他证明了全主动悬架系统对提高车辆性能的作用。20世纪80年代初，车轮主动悬架系统的研究和开发成果得到了实现。第18页共17页汽车主动悬架PID控制系统simulink建模及仿真近年来，国内外学者对悬架控制方法进行了大量的研究，控制方法肌肤涉及到所有的控制理论的所有分支，许多控制方法如天棚阻尼控制，PID控制，最优控制，自适应控制，神经网络控制，滑膜变结构控制，模糊控制等在悬架系统上得到了应用。在理论研究方面，近期的大多数论文和著作的中心论题主要集中在控制策略以及控制器的设计上，器根本目的是

4、为了实现最优控制，适应外部激励频率提高的趋势。韩波等研究了汽车主动悬架的自适应和自校正的策略和算法，控制器的设计采用了随机线性最优控制理论，在控制算法上提出了自适应算法和自校正算法。在控制策略方面，针对不同的问题提出了不同的方法，，这些控制策略有效的提高了控制性能和汽车行驶的平顺性。2汽车悬架振动系统模型2.1单质量振动系统的分析。对悬架系统进行研究时有三种方案，即采取七自由度整车模型，四自由度悬架模型和两自由度悬架模型三种。当悬挂质量分配系数的数值接近1时，前后悬架系统的垂直振动几乎是独立的，于是悬架系统模型可简化为两自由度振动系统。这个系统除了具有车身部分的动态特性外，还能反映车轮

5、部分在10~15Hz范围内产生高频共振时的动态特性，它对平顺性和车轮的接地性均有较大影响，更接近汽车悬架系统的实际情况。研究二自由度悬架的振动情况之前，首先要先研究最基本的单质量方程，悬架振动系统的单质量方程为my＂+c(y'-q')+k(y-q)=0，直接求解的解析解由高等数学微分方程的求解可知此方程的解由自由振动奇次方程的解之和组成。若令，则奇次方程为：y＂+zny＇+ω02y=0ω0为系统圆频率.而阻尼对运动的影响取决于n和ω0的比值ξ。ξ为阻尼比：汽车悬架的阻尼比ξ的比值通常在0.25左右属于小阻尼,此时方程的解为:分析此解可知,有阻尼自由振动时,质量m以有阻固有频率振动,其振

6、幅按衰减。2.2汽车悬架振动系统的简化在本次的设计任务书中，选取的是汽车的1/4悬架系统两自由度模型来进行研究。模型在原被动悬架系统模型的基础上加装了一个可以产生作用力的动力装置，理论上这个动力装置产生的作用力根据需要可以在极短的时间内由零变化到无穷大，而实际上由于动力装置消耗功率的限制，总是控制它在一定的范围内连续变化。在实际的控制中还可以给有关控制参数（如车身加速度）设置阀值，只有在控制参数超过阀值时动力装置才开始工作，这样可以减少悬架系统的能耗。汽车是一个复杂的震动系统，应根据分析的问题进行简化。由于本次设计研究二自由度悬架，所以悬架系统简化的结果如下图：第18页共17页汽车主动

7、悬架PID控制系统simulink建模及仿真图5二自由度悬架模型它是由车身质量、车轮质量、弹簧刚度k、车轮刚度系数kt、减震阻尼器阻尼系数c组成。其中q为阶越输入，为车身位移，车轮位移。2.3二自由度悬架振动微分方程的获得上图把车身垂直位移的坐标y的原点取在静力平衡位置。根据牛顿第二定律，得到系统运动的微分方程：m2z2＂+c(z2'-z1')+k1(z2-z1)=0（1）m1z1＂+c(z1'-z2')+k1(z1-z2)+k2(z1-q)=