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悬架是汽车的重要组成部分,对汽车行驶平顺性、操纵稳定性有着重要的影响。传统的悬架不能对车轴和簧载质量之间的振动能量进行回收以便再利用。无外界动力源的主动悬架(简称:无外源主动悬架)是馈能型悬架的发展,其主要功能在于将半主动模式下的反馈的能量用于主动减振来进一步改善悬架的性能,具有重要的理论意义和工程应用价值。
本文主要研究基于PID方法的无外源主动悬架的PWM控制设计,包括无外源主动悬架的PID控制器的设计与优化,理想控制力向实际控制力转化的PWM控制设计。
首先,基于无外源主动悬架的结构特点,及其在半主动控制模式下通过液压缸向蓄能器馈能与在主动控制模式下由蓄能器向液压缸提供主动减振力的工作原理,明确了控制对象。
其次,为无外源主动悬架获取理想控制力,针对二自由度1/4车无外源主动悬架模型,设计了PID控制器及模糊PID控制器。运用具有全局寻优能力的遗传算法,以悬架综合性能指标为优化目标函数,分别优化了PID和模糊PID控制器的控制参数和结构参数,得到了最佳理想控制力。优化结果显示,模糊PID控制器的综合性能指标略小于PID控制器,但PID控制器更简单,易于实际应用。
最后,基于理想控制力对时间积分值与PWM控制器调制的实际控制力对其作用时间积分值等效的思想,根据PWM控制原理设计了PWM控制器,生成了实际控制力信号和电磁阀控制信号,从而实现了无外源主动悬架实际控制力输出。并在某一特定的高速电磁阀最高工作频率下,研究了载波频率和载波级数的选取对PWM控制影响,优选了满足频率限制载波频率和载波级数。关于悬架性能的数值仿真结果显示经过PWM控制器调制过后的无外源主动悬架性能较理想状态略差,但远好于被动:悬架。
本文关于基于PID方法的无外源主动悬架的PWM控制设计的研究成果,可为无外源主动悬架的后续理论与试验研究提供重要的参考。