1/4非线性汽车主动悬架系统的时滞反馈控制及其参数优化

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汽车悬架系统的振动控制效果是影响汽车乘坐舒适性、操纵稳定性和和安全性的关键因素。近年来,通过主动控制与优化策略来提升汽车悬架系统的振动控制效果成为国内外研究的焦点。然而,汽车主动悬架系统中不可避免地存在时滞现象。时滞可能会降低控制效果,甚至导致系统失稳。起初,人们采用时滞消除技术来降低或消除时滞对控制系统的负面影响。后来,随着研究的深入,人们发现引入适当的主动时滞量可以改善控制效果和提高系统稳定性。近年来,人们对时滞反馈控制下汽车主动悬架系统做了大量研究,取得了诸多成果,然而在以下两个方面仍需深入探讨:一方面,时滞反馈控制中控制参数的优化多是在单个频率下进行的,而对有限频段内控制参数的优化研究较少;另一方面,研究对象多是线性汽车悬架系统,对非线性汽车悬架系统的研究相对较少。为此,本文将时滞反馈控制分别引入线性和非线性汽车悬架系统,从以下三个方面开展了1/4汽车悬架系统的时滞反馈控制及其参数优化的研究。(Ⅰ)以时滞反馈控制下1/4线性汽车悬架系统为对象,研究了控制参数的单目标优化问题。首先,建立了系统的动力学模型,理论推导得到车身和车轮的幅频响应;其次,根据特征值法分析了系统的稳定性,得到了时滞和反馈增益系数的两参数平面上系统的稳定性分区图;再次,以时滞和反馈增益系数为控制参数,以最小的车身加速度幅值为优化目标,分别在单频点处和有限频段内开展了控制参数的单目标优化;最后,数值模拟对理论优化结果进行了验证。(Ⅱ)以时滞反馈控制下1/4线性汽车悬架系统为对象,研究了控制参数的多目标优化问题。在单优化目标的基础上考虑了反馈控制力幅值,将车身加速度和反馈控制力幅值的线性加权组合作为新的目标函数,分别在单频点处和有限频段内开展了控制参数的多目标优化,并对优化结果进行了数值验证。(Ⅲ)以时滞反馈控制下1/4非线性汽车悬架系统为对象,研究了控制参数的单目标和多目标优化问题。首先,建立了系统的动力学模型,通过谐波平衡法得到了车身和车轮的加速度幅值。其次,分别对控制参数进行单目标和多目标优化。最后,分析和比较在最优控制参数取值下线性和非线性汽车悬架系统的振动控制效果。结果表明,与线性汽车悬架系统相比,非线性汽车悬架系统在最优控制参数取值下的振动控制效果得到明显改善。这为时滞反馈控制在汽车悬架系统中的工程应用提供一定理论基础和佐证。
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