汽车EPAS的混合灵敏度H∞鲁棒控制器设计

采用混合灵敏度H∞控制方法设计了汽车EPAS鲁棒控制器.针对回路的灵敏度函数和补灵敏度函数的性质,通过选择合适的加权函数获得了良好的闭环系统性能.利用线性二自由度车辆模型,采用混合灵敏度H∞控制器进行抑噪仿真.结果表明,混合灵敏度H∞控制器有效地遏制了转矩传感器的噪声与路面干扰,提高了EPAS系统的抗干扰性能,增强了EPAS系统的鲁棒稳定性,使EPAS系统获得了较好的转向跟随性.     

四轮转向车辆H2/H∞混合鲁棒控制与仿真

建立包括车辆侧倾和车轮转动在内的四轮转向车辆不确定模型,采用主动控制转向系转角和独立控制车轮所受制动力矩的控制策略,运用基于LMI方法的H2/H∞混合鲁棒控制理论对车辆四轮转向系统进行了综合控制设计,并与H∞控制、H2控制进行对比.仿真结果表明,采用H2/∞混合鲁棒控制的系统不仅对系统不确定性具有鲁棒稳定性,而且对外界干扰具有较好的抑制能力,很好地改善了系统的动态性能.     

等体积明渠H∞鲁棒控制

渠道是一个复杂的动态系统，具有非线性、时滞、无法建立精确数学模型的特点。应用H∞鲁棒控制设计原理及混合灵敏度分析方法设计H，鲁棒控制器。通过仿真可以看出，它能提高渠道系统的稳定性。     

具有时滞的主动悬架非脆弱H∞/L2-L∞静态输出反馈控制

提出了一种综合考虑系统输入时滞和控制器摄动的非脆弱H∞/L2-L∞静态输出反馈控制器的设计方法,并用于车辆主动悬架设计。针对悬架设计要求,分别用H∞和L2-L∞范数反映乘坐舒适性及时域硬约束要求。通过采用一个时滞相关Lyapunov函数分别获得了时滞相关非脆弱静态输出反馈H∞控制器和L2-L∞控制器的双线性矩阵不等式(BMI)存在条件。通过将粒子群优化(PSO)和差分进化(DE)的混合算法与线性矩阵不等式(LMI)方法相结合,求解具有BMI约束的优化问题。仿真结果表明,在存在输入时滞和控制器摄动的情况下,主动悬架仍然能够保证自身的性能。     

鲁棒μ控制的半主动悬架

悬架系统中存在参数不确定性和动态不确定性,用鲁棒H∞控制理论设计半主动悬架的控制器会使结果比较保守,提出了用结构奇异值μ方法来设计半主动悬架的控制器,μ方法可以把几个摄动块集中成一个对角阵来处理,克服了小增益定理的保守性。仿真结果表明,带有鲁棒μ控制的半主动悬架比带H∞控制的半主动悬架能更好地改善平顺性和接地性。     

电动助力转向助力电机控制策略仿真

选择了助力电机型号,建立了电机的数学模型。将基于混合灵敏度方法的H∞鲁棒控制理论应用于助力电机的控制策略研究,设计了H∞鲁棒控制器。经仿真验证,所设计的H∞鲁棒控制器不但使系统具有良好的瞬态和稳态性能,而且能有效地抑制噪声的干扰,增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力。     

基于线性矩阵不等式的汽车主动悬架H_2控制

通过状态空间微分方程建立了半车主动悬架数学模型,以包含随机脉冲的白噪声来描述路面不平度,范数约束系统多目标性能输出,广义H_2范数约束系统时域硬约束。基于线性矩阵不等式求解Riccati方程,建立最优状态反馈控制器以保证系统的Lyapunov稳定性与动态性能。基于Simulink对传统PID控制器与H_2控制器进行仿真。结论表明,设计的H_2控制器相比传统汽车控制器有更优的扰动抑制与鲁棒性。     

植保机变量施药鲁棒H∞最优控制

提出了一种基于电控伺服变量柱塞泵的植保机变量施药控制方法,推导并建立了包含参数不确定性和扰动的施药流量模型,设计了鲁棒H∞最优控制器并证明其鲁棒稳定性,并转化为线性矩阵不等式求解控制器参数。本研究弥补了传统优化控制方法对于不确定性反应较为敏感的不足,与传统的线性二次型最优控制相比具有一定的快速性和鲁棒性优势,能够满足复杂作业条件下植保机精准变量施药要求,有效提高了农药利用率。     

冗余驱动并联机构动力学模型TVC优化H∞鲁棒控制

针对冗余驱动并联机构控制系统设计未结合动力学建模,未考虑伺服阀动、静态特性等问题,基于第二类Lagrange方程和流体力学动力学知识,对动平台及液压系统中机械、液压系统建模,建立电液伺服系统五阶传递函数模型,通过主导能量最优模型将其降为三阶模型。以此为控制对象提出了基于三矢量控制(Three vector control,TVC)反馈优化的H∞鲁棒控制策略(TVC-ROB),并与TVC前馈反馈控制、TVC反馈优化的模糊自适应PID控制(TVC-FAPID)两种控制策略在阶跃信号、线性扫频、实际武广谱路谱等进行对比分析。结果表明,TVC反馈的提出有效拓展了系统频宽,且提高液压系统阻尼比和固有频率,因此TVC-ROB在高频跟踪性能上改善较为明显,其位移误差百分比仅为1. 26%,且引入的H∞鲁棒控制提高了系统抗扰、抗噪性能。     

汽车EPS与ASS的H∞/PID集成控制

分别建立了汽车电动助力转向（EPS）模型与主动悬架系统（ASS）模型，提出了EPS与ASS的集成模型。综合考虑EPS与ASS的相互影响，设计出H∞／PID集成控制系统。从提高汽车转向行驶时的乘坐舒适性和操纵稳定性角度出发，根据人体对振动的敏感频率范围引入了适当的频域加权函数，设计出ASS系统的H∞最优控制器，使水平和垂直方向敏感频率范围内的振动都得到明显降低；从改善驾驶员转向轻便性角度出发，设计出EPS系统的PID控制器。仿真结果表明，该集成控制方法能够使汽车转向行驶时的乘坐舒适性和操纵稳定性得到提高。     

基于H∞控制的拖拉机柴油机燃料喷射泵控制设计

农用拖拉机运行环境恶劣,在众多的运行部件中,受参数变化较大的控制对象是柴油机泵的燃料调节伺服机构.为此,对基于H∞控制的拖拉机柴油机燃料喷射泵控制进行了设计.该控制系统使用螺线管线圈来控制燃料调节机构的溢流口位置,由于含有线性螺线管线圈的伺服机构被浸在燃料油中,随着温度的变化,燃料油的粘性也发生变化,因而这种控制系统的参数变化较大.采用仿真手段得到854B型四轮拖拉机柴油机泵的燃料调节模型,把H∞控制理论应用到该型号柴油机泵的燃料调节机构,设计相应的鲁棒控制系统,以克服参数变化带来的影响.     

含路面预瞄信息的车辆主动悬架有限频域多目标控制

提出了一种考虑路面预瞄信息的有限频域线性变参数控制器设计方法,并将其应用于时变速度下的车辆悬架多目标控制。在控制器设计中,首先,利用Padé近似的方法处理一定距离内的路面预瞄信息,将车辆悬架系统增广为含速度信息的状态空间方程。其次,采用多胞形结构描述车辆前进速度的时变性。考虑到人体对4~8 Hz范围内的振动加速度较为敏感,且路面干扰仅发生在有限频段内,传统的全频域H∞控制方法并不能取得最优性能。以车身垂直加速度的有限频域H∞范数为优化性能指标,使其在路面干扰下的能量增益在关心频段内达到最小,同时考虑相关的时域约束条件。最后,通过数值实例验证了所提方法的有效性,对比于传统的全频域方法及无路面预瞄的控制方法,该方法能在时域约束条件得到满足的同时,有效地提高车辆的舒适性。     

前轮主动转向系统设计

建立了主动前轮转向系统的模型,给出了双行星齿轮机构的运动方程,提出了具体的系统结构。设计了主动前轮转向系统的H∞鲁棒控制器,并考虑在不同的车速以及路面情况下,对大侧向风干扰和双车道变换工况进行仿真,结果表明:所设计的主动前轮转向系统能够有效地改善汽车的操纵稳定性。     

电液位置伺服系统干扰抑制问题的H∞控制

运用H∞控制理论，建立了电液位置控制系统H∞控制模型和电液位置伺服系统的抗干扰问题的最优指标，定义了功能评价指标，论述了加权矩阵的确定方法，并对该模型求解，设计出电液位置控制系统干扰抑制问题的H∞控制器。仿真表明，运用该控制器可抑制干扰信号，消除系统中参数变化及不确定因素的影响，当负载发生变化时，系统具有很强的鲁棒性，表明了H∞控制器的有效性。     

基于控制律重组的汽车半主动悬架容错控制与试验

基于控制律重组思想提出了一种汽车半主动悬架主动容错控制方法。建立了2自由度1/4车半主动悬架和故障悬架模型。通过设计鲁棒观测器,获得输出残差信息,实现半主动悬架故障检测和悬架作动器故障增益在线诊断。在LQG控制器和在线诊断基础上,基于控制律重组调整LQG控制律设计容错控制器,实现故障悬架主动容错控制。Matlab/Simulink仿真及台架试验结果表明,基于控制律重组的主动容错控制能使汽车故障悬架舒适性指标经0.5~2.0 s滞后迅速恢复至与无故障状态时半主动悬架性能相接近水平,消除了作动器故障影响,提高了悬架控制可靠性。     

大型喷杆喷雾机钟摆式主被动悬架自适应鲁棒控制研究

针对大型喷雾机喷杆钟摆式主被动悬架系统存在的参数不确定性和随机干扰导致控制精度低、稳定性差的问题,对基于模型补偿的自适应鲁棒控制算法进行研究。建立了钟摆式主被动悬架的非线性动力学模型和调节机构几何方程,基于模型设计了自适应鲁棒控制器,综合悬架系统和电液位置伺服系统模型中存在的参数不确定性,同时兼顾系统未补偿的摩擦力和外部扰动等不确定非线性因素,通过理论分析和试验证明,在同时存在模型参数不确定和不确定非线性的情况下,设计的控制器可以保证系统输出跟踪控制的暂态性能和稳态精度。以单出杆液压作动器驱动的28m大型喷杆主被动悬架为例,借助建立的大型喷杆悬架半实物仿真平台进行了控制算法的试验验证,并使用Stewart六自由度运动平台模拟底盘的运动干扰,与反馈线性化控制器、鲁棒反馈控制器、PID控制器进行了试验对比,结果表明,设计的基于模型补偿的自适应鲁棒控制器最大跟踪误差0.148°,而反馈线性化控制器最大跟踪误差0.201°,鲁棒反馈控制器最大跟踪误差0.51°,PID控制器最大跟踪误差0.48°。设计的控制器在同时存在参数不确定性和扰动的情况下,使用较小的反馈增益能够保证渐进跟踪性能和稳态跟踪精度。     

考虑时域硬约束的车辆主动悬架H∞控制

提出了考虑时域硬约束条件的车辆主动悬架H∞输出反馈控制器设计方法.基于线性矩阵不等式处理方法,提出并证明了该控制器存在的充分条件.以提高车辆乘坐舒适性为目标,取车身垂直加速度响应为控制输出向量,悬架动挠度、车轮动静载荷比响应和所需控制力为约束输出向量,基于1/4车辆模型进行了主动悬架设计.仿真结果表明,即使车辆模型参数存在一定程度的不确定性,提出的控制策略在提高车辆乘坐舒适性的同时,能很好地兼顾车辆的其他性能要求.     

混联式HEV能量控制系统鲁棒控制器设计

为了防止混联式混合动力汽车(HEV)能量控制系统由于干扰而发生工作模式之间误切换,利用鲁棒控制理论,采用遗传算法选取加权函数,设计了基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制器.与PID控制器控制效果进行仿真比较,调节时间减少了41.3％,超调量降低了14.7％,表明控制器提高了系统的稳定性和快速性;同时对外界干扰和参数不确定性具有良好的抑制功能,提高了混联式HEV能量控制系统抗干扰能力,有效抑制了误切换,获得了平稳的驾驶性能.     

基于OHNR法的汽车主动悬架降阶控制器设计及仿真

基于整车模型设计的主动悬架控制系统,其控制器阶数较高.为了降低控制器的阶数而不影响主动悬架闭环系统的性能,本文首先介绍了目前常用的降阶方法,并建立了汽车7自由度整车悬架模型;然后针对人体敏感的振动频率范围,设计了汽车主动悬架鲁棒控制器;最后在此基础上采用OHNR (Hankel范数最优降阶)法对所设计的高阶控制器进行降阶研究及仿真.仿真结果显示可将20阶控制器降至8、9阶而不造成闭环控制效果的较大损失.     

非对称液压缸位置伺服系统鲁棒控制

针对阀控非对称液压缸位置伺服系统存在参数摄动和不确定外负载的问题,提出了一种鲁棒H∞自适应反步控制器的设计方法。在设计控制器时,通过对子系统选择合适的Lyapunov函数,避免了高阶系统中对虚拟控制量重复求导的问题;使系统的跟踪误差满足鲁棒H∞性能指标,增强了系统的鲁棒性;考虑到控制输入前的不确定参数会导致所设计控制律和自适应律互相嵌套,把系统模型中的时变参数进行变量置换,并对整个系统构造了一个合适的Lyapunov函数,从而解决了该问题;最后对闭环系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明,与PID控制器相比,所设计的控制器使系统的输出对给定信号的跟踪速度更快,具有更小的跟踪误差,且对参数变化有较强的鲁棒性。