基于摩擦力的节能式电磁变阻尼悬架振动控制算法研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong596
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车辆振动对驾乘人员的健康和安全具有重要的影响,尤其是工作环境恶劣的越野车辆、工程车辆、重型车辆和特种车辆。其驾乘人员长时间暴露在恶劣的振动环境中,不仅会造成健康问题,而且会造成疲劳驾驶,影响行车安全性。为此本文提出了一种节能式半主动可控电磁变阻尼(EMD)系统,具有良好节能能力和优良的减振特性。首先搭建并测试了由永磁同步电机、三相整流器、MOSFET管和一个外部电阻组成的EMD系统,根据测试结果确定了系统的参数。EMD系统的阻尼特性可以通过对MOSFET开关施加不同占空比大小的PWM信号进行控制。然后搭建了性能测试平台,重点研究了EMD系统的阻尼特性和能量回收潜力。并系统研究了基于EMD系统座椅悬架的振动控制问题。为了消除悬架摩擦力对控制的影响,对基于座椅悬架摩擦力的控制算法展开研究。利用Bouc-Wen摩擦力模型表征实际摩擦力,通过摩擦力特性试验和参数识别估计摩擦力。基于易测量设计了基于摩擦力观测器的鲁棒控制器,避免因磨损造成的常数模型不可靠及计算量过大的问题。针对非线性且具有迟滞特性摩擦力的控制问题,提出一种基于TS模糊控制方法的直接控制技术。针对半主动系统在高频振动控制中的不足,设计了一个混合控制器进一步提升EMD系统在高频段的控制效果。该混合控制器在低频振动时,采用一种基于摩擦力观测器的鲁棒控制器控制;而在高频振动时,将系统切换至系统最小阻尼。然后,为进一步减少EMD系统中等效电阻的切换频次和对激励进行滤波,研究了基于EMD系统的事件触发控制算法。重点解决了控制器-事件触发机制-观测器协同设计的问题,并率先对事件触发控制开展了实验研究。减小从不平路面传递至人体的振动是减振控制的终极目标,因此有必要研究人体在环的控制算法。以人体平顺性作为控制目标,设计了基于人体在环和摩擦力补偿的控制器。其中,不可观测的人体状态通过状态观测器进行了估计。所有的控制器都采用实际可测信号量作为反馈信号,且EMD系统耗能非常低,几乎可忽略不计。本文考虑了半主动装置的实际性能,解决了半主动悬架耗能较大及控制器设计的若干问题,为座椅悬架减振提供了一个新的思路和解决办法,具有一定的学术和工程意义。
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