长波形路面下主动悬架系统模型预测控制方法及实现研究

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车辆在高速公路上行驶速度较快,而高速公路上会存在一些高低起伏。针对车辆高速经过长波形起伏路面的具体工况,本文提出了一种主动悬架的模型预测控制方法,以及该方法在车载控制单元上的实现方法。本文首先针对高速公路长波形路面的工况,建立了1/2车辆模型,在考虑了主动悬架执行器输出约束的前提下,以车身垂向和俯仰加速度为优化目标,设计了MPC控制器,并在Simulink和高精度车辆动力学软件ve DYNA中进行了仿真,结果表明的MPC控制器可以有效抑制车身垂向和俯仰加速度,提升舒适性。在此基础上,为了减轻MPC控制器的运算负担,本文提出了MPC控制器的分布式实现方法,将高阶的1/2车辆模型系统分解为3个低阶子系统,推导了分布式MPC的优化流程,并依旧以车身垂向和俯仰加速度为优化目标,为每个悬架子系统提出了分布式MPC控制子问题。仿真结果表明,分布式MPC控制方法能够有效抑制车身垂向和俯仰运动,并缩短了原MPC控制器的运算时间。考虑到车载控制单元的运算能力较弱,本文采用了一种连续/广义最小残差法(C/G算法)来实现MPC问题在控制单元中的快速解算。本文先分析了C/G算法的原理,并在MATLAB、C语言、s-function等多种环境下对算法进行了代码实现和封装,形成了具有复用性的MPC问题求解工具。之后考虑该算法在初值计算方面的局限性,针对主动悬架控制的具体问题,给出了在启车时启动算法的解决方案,并给出了两个分布式MPC控制子问题的初值。最后利用C语言的数值仿真,将C/G算法应用于主动悬架的分布式MPC控制器解算,证明了该方法的有效性。本文还搭建了TMS570控制单元之间的Flex Ray总线通信网络,用于分布式子系统之间相互传递参数。编写了可复用的Flex Ray总线的驱动程序,针对分布式MPC控制器的参数传递需求,设计了三个节点之间的通信协议,并依此配置了一整套时间参数。最后用3块TMS570电路板相连,将分布式MPC控制器与Flex Ray联合起来进行测试,实现了分布式MPC控制器在控制单元的实时运行。
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