基于模糊PID的臂式悬架主动位移控制策略的研究

针对轮腿式机器人提出一种基于臂式扭转型电磁主动悬架(In-Arm Tors iona l Ele ctricma gne tic Active S usp e n s io n, ITE AS)的改进设计模型,并针对ITE AS研究一种模糊P ID的主动位移控制策略。首先介绍悬架的结构特点,分析悬架及其关键组件的工作原理;其次,研究ITEAS系统的弹性特性和阻尼特性,并分析车身高度调节系统的执行工作原理;最后,基于位移控制原理,通过模糊P ID控制算法搭建主动位移控制悬架的系统仿真模型,对ITEAS系统的主动位移控制策略进行研究。研究结果表明,基于模糊P ID算法的位移控制策略能够改善ITEAS系统的平顺性特性。     

主动悬架LQG控制及其液压参数研究

针对忽略作动器实际动作及液压系统参数造成目前的主动悬架模型精确性低的缺陷,结合液压原理,建立包含液压系统参数在内的主动悬架模型。通过分析LQG控制的原理及优点,确定车身加速度、悬架动挠度、车轮动位移的加权系数矩阵,以实现主动悬架的LQG控制。将SIMULINK仿真结果与被动悬架、主动悬架PID控制进行对比,并通过LQG控制模型及被动悬架模型,对系统进行频域分析。以LQG控制仿真试验为基础,对主动悬架耗能进行了研究。结果表明,包括液压系统参数在内的主动悬架LQG控制优化了传统主动悬架模型,车身加速度及车轮动位移参数较PID控制降低了40%以上,可提高车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性,特别是在系统的一阶固有频率处,拥有更好的减振效果。能耗仿真计算结果表明,选用衔铁质量小、衔铁组件刚度小的比例电磁铁,可以有效降低系统耗能30%以上,但减振效果会有所降低。     

电动静液压自供能量式汽车主动悬架设计及试验

针对目前电液伺服主动悬架所存在的稳定性差、结构复杂及成本高等缺点,将先进的电动静液压EHA(electro-hydrostatic actuator)技术应用于汽车主动悬架设计中,设计了EHA自供能量式汽车主动悬架。根据该主动悬架的工作原理与结构特点,建立了EHA主动悬架系统的键合图模型;利用Matlab/Simulink软件,在随机路面谱输入下,对该悬架系统进行了天棚控制、地棚控制仿真策略的对比研究。在理论分析的基础上,进行了EHA自供能量式主动悬架样机的选型、设计与试制,并研制了试验台架系统。试验结果表明:天棚控制EHA主动悬架作用下,车身加速度下降13.28%,悬架动挠度下降10.50%,验证了所设计主动悬架系统的可行性与控制效果。     

车辆-座椅主动悬架滑模控制器设计与优化

为提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性,建立三自由度1/4车辆-座椅主动悬架系统模型,结合滑模变结构控制理论,提出一种车辆主动悬架和主动座椅悬架的滑模集成控制策略。基于滑模面到达条件,利用Lyapunov稳定性理论对滑模控制器稳定性进行验证。以座椅悬架动挠度和控制器控制力输出为约束,建立以座椅质心垂直加速度、车辆悬架动行程和轮胎动位移为控制目标的多目标优化问题,利用粒子群算法对滑模控制器参数进行多目标优化,并在MATLAB环境下建立仿真程序进行数值仿真。仿真结果表明:与优化前的悬架系统和被动悬架相比,优化后悬架系统的座椅质心垂直加速度、车辆悬架动行程和轮胎动位移目标均有一定程度的减小,车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性得到了较好的改善。     

交叉变轮距车辆磁流变悬架系统的模糊PID控制

为提高车辆平顺性,设计了应用于高地隙、轮距无极可调的农田作业交叉变轮距车辆磁流变悬架系统,并利用三角级数法建立了沟垄地路面不平度时域激励模型。为优化悬架系统非线性动态特性并提高磁流变阻尼器的响应速度,以沟垄地路面不平度为系统随机激励源,以车轮和车身垂直位移为输入,以悬架系统优化参数为状态变量,以阻尼器实时控制电流为输出建立了悬架系统的状态方程。基于MATLAB/Simulink模块搭建了系统的模糊PID控制模型。研究结果表明,模糊PID控制后的磁流变悬架系统使得车身和车轮垂直位移最大值分别为0.093 43m和0.015 2m,离散程度分别降低了55%和99.5%,相比于控制前明显降低。研究极大地提高了交叉变轮距车辆的平顺性,且控制电流与阻尼力呈明显的一致性关系,并降低了系统的响应迟滞性。     

电磁复合式馈能悬架半主动控制研究

针对以直线电机为作动器的馈能型半主动悬架现有控制方法存在缺陷且电磁阻尼力小等问题,设计了电磁复合式馈能悬架结构,建立了包括电磁复合式作动器(electro-magnetic linear hybrid actuator,EMLHA)的车辆二自由度悬架模型。提出一种由主环与内环构成的半主动控制策略,其中主环通过线性二次高斯(linear quadratic Gaussian,LQG)控制策略得出理想半主动力,并利用蚁群优化算法确定其控制参数。在此基础上,为减小过大电磁阻尼力对半主动控制的扰动,通过分析悬架馈能电路提出电机绕组限流策略,结合减振器阻尼力补偿控制方法共同实现内环控制。最后对所设计的复合悬架及其控制方法进行动力学性能与馈能性能仿真,并与传统直线电机悬架与被动悬架进行对比分析。结果表明:复合悬架能够有效改善悬架动态性能,并且直线电机回馈能量的72.5%被储存至超级电容,说明复合悬架及其半主动控制策略能够在提升悬架舒适性与安全性的基础上回收部分振动能量。     

基于模糊控制的汽车半主动悬架研究

为提升汽车行驶安全性和乘坐舒适性,以汽车悬架系统为研究对象,基于模糊控制算法建立整车悬架半主动阻尼力控制策略。以CarSim中自带的27自由度整车模型为研究对象;在MATLAB/Simulink中以滤波白噪声的方法建立车速为60 km/h的B级路面模型,并将所建立的B级路面模型导入到CarSim中;基于模糊控制设计悬架半主动阻尼力控制策略,利用CarSim和Simulink进行联合仿真,验证所建控制策略。仿真结果表明：相比于传统被动悬架,悬架半主动阻尼力控制策略可有效改善车辆行驶的平顺性,保证驾驶的安全性。     

SDOF-磁流变式调谐液柱阻尼器系统半主动控制试验研究

结合磁流变(MR)阻尼器与调谐液柱阻尼器(TLCD)特点,研制具有半主动控制性能的磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)。基于Bingham模型,设计旋转剪切式MR阻尼器;依据Langrage方程,建立带有阻尼比修正系数的MR-TLCD、MR-TLCD与单自由度(SDOF)结构耦合动力方程。从耗能受力角度,分析该系统的简单双态控制算法。制作SDOF结构与MR-TLCD系统的半主动控制试验装置,实现系统的简单双态控制的半主动控制试验。从SDOF结构的位移峰值、MR-TLCD峰值响应、结构时程曲线对比、MR-TLCD半主动控制实时阻尼力方面,分析半主动控制算法的实时试验效果。结果表明MR-TLCD半主动控制装置具有明显的减振效果,在简谐荷载作用下,结构位移峰值和加速度峰值减振百分比达45%。     

可变刚度和阻尼的半主动悬架系统建模及性能仿真

在野外作业工程车二自由度悬架模型的基础上,采用一种新型的悬架模型为研究对象,通过调节模型中的阻尼来实现悬架刚度和阻尼的同时可调。建立了采用5种不同开关阻尼控制方法的半主动悬架模型,以及被动悬架和主动悬架模型,分别以正弦输入和白噪声输入作为路面输入激励,在MATLAB中建模并仿真。仿真结果在幅频响应和时频响应特性两个方面都优于被动悬架,与主动悬架控制效果相近,得出开关阻尼控制方法能有效地改善车辆平顺性的结论。     

汽车电动静液压主动悬架联合仿真研究

针对传统悬架的刚度和阻尼不能随汽车行驶状况变化而调节的弊端,将航空领域先进的电动静液压作动器(electro-hydrostatic actuator,EHA)技术应用于汽车悬架控制,设计了基于EHA的电动静液压新型主动悬架结构。与传统采用各类阀件的液压伺服车辆主动悬架相比,EHA主动悬架结构简单、可靠性高。利用AMEsim建立了二自由度EHA主动悬架模型,该模型主要由簧载质量、非簧载质量、路面输入、弹簧和EHA作动器构成。同时,利用Matlab/Simulink软件设计了EHA主动悬架地棚控制器和线性二次型(LQG)最优控制器。将AMEsim模型导入Matlab/Simulink中,开展了EHA主动悬架的地棚控制和LQG控制联合仿真研究。仿真结果表明,相比地棚控制,LQG控制效果较好,车身加速度降低26.2%,悬架动挠度降低19.8%,轮胎动载荷降低18.4%,很大程度上改善了汽车的平顺性和操纵稳定性。     

黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度减震体系的地震反应分析

为了研究黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的减震控制,基于对其工作机理和阻尼力计算公式的已有研究,建立了安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的单自由度体系运动方程和能量方程,对安装黏滞阻尼器的单自由度体系和安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度体系进行了地震反应分析对比,包括:对具有相同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了多遇地震作用下的控制效果分析和能量分析;对El Centro波作用下具有相同位移控制效果的不同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了罕遇地震作用下的控制效果分析和能量分析.结果表明,该装置在不同强度地震作用下对位移、速度、阻尼力等响应具有明显的放大作用,安装阻尼系数较小的阻尼器可达到直接安装阻尼系数较大阻尼器相同的减震和耗能效果,且具有在不同强度地震作用下位移不失效的优点.     

工程车辆液压驱动系统的构成与特点分析(三)

4工程车辆液压系统恒功率控制特性分析 功率控制包含力和速度双重控制，是一种复合控制较之单一的速度(或位移)和力控制而言要复杂些。     

底层柔性柱隔震结构半主动控制研究

为减小隔震结构底部柔弱层的过大变形,提出了一种底层柔性柱隔震结构半主动控制体系。将结构底层柱设计成柔性柱,在底部填充墙与二层梁之间安装磁流变阻尼器,根据主动控制算法来适时调整阻尼器的阻尼力,对结构实施限位和耗能的半主动控制。建立结构振动模型,通过数值模拟分析该体系的振动特点和减震效果。研究表明,这种结构控制体系能有效减小结构的地震反应,隔震层位移减小50%以上,防止结构因底部位移过大而倒塌。隔震层刚度对减震效果有明显影响,层间刚度比应在隔震层位移、层间位移和加速度之间权衡考虑,并保证底层柱在大震下不发生失稳。在没有半主动控制条件的情况下,在隔震层安装固定阻尼耗能器件进行被动控制,也可减小底层位移30%以上。     

黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度减震体系的地震反应分析

为了研究黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的减震控制,基于对其工作机理和阻尼力计算公式的已有研究,建立了安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大装置的单自由度体系运动方程和能量方程,对安装黏滞阻尼器的单自由度体系和安装黏滞阻尼器凸轮式响应放大单自由度体系进行了地震反应分析对比,包括:对具有相同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了多遇地震作用下的控制效果分析和能量分析;对El Centro波作用下具有相同位移控制效果的不同阻尼系数的黏滞阻尼器,进行了罕遇地震作用下的控制效果分析和能量分析.结果表明,该装置在不同强度地震作用下对位移、速度、阻尼力等响应具有明显的放大作用,安装阻尼系数较小的阻尼器可达到直接安装阻尼系数较大阻尼器相同的减震和耗能效果,且具有在不同强度地震作用下位移不失效的优点.     

底层柔性柱隔震结构半主动控制研究

为减小隔震结构底部柔弱层的过大变形,提出了一种底层柔性柱隔震结构半主动控制体系。将结构底层柱设计成柔性柱,在底部填充墙与二层梁之间安装磁流变阻尼器,根据主动控制算法来适时调整阻尼器的阻尼力,对结构实施限位和耗能的半主动控制。建立结构振动模型,通过数值模拟分析该体系的振动特点和减震效果。研究表明,这种结构控制体系能有效减小结构的地震反应,隔震层位移减小50%以上,防止结构因底部位移过大而倒塌。隔震层刚度对减震效果有明显影响,层间刚度比应在隔震层位移、层间位移和加速度之间权衡考虑,并保证底层柱在大震下不发生失稳。在没有半主动控制条件的情况下,在隔震层安装固定阻尼耗能器件进行被动控制,也可减小底层位移30%以上。     

基于Adams/Car动力学仿真的电动汽车悬架控制臂分析与改进

为实现电动汽车悬架控制臂轻量化改进,提升悬架系统性能。首先,根据现有样车建立悬架模型,利用ADAMS/Car进行动力学仿真并提取控制臂铰接点负载,为进一步的有限元分析提供边界条件;其次,利用实验对有限元分析结果进行验证,发现两者误差在合理范围之内;最后,使用同种方法对3种改进方案进行对比分析,从中选择较为合理的实施方案。结果表明:利用动力学仿真可为有限元分析提供有效的边界条件;结合仿真与实验结果的对比,使仿真方式准确性得到了进一步验证;方案3中的控制臂质量下降20%,承受应力下降30%,位移量保持不变,综合效果最佳。本研究对悬架控制臂改进提供了一定的参考依据。     

空间结构磁流变阻尼器的半主动控制

磁流变液阻尼器是一种连续可调的智能材料阻尼器,可将磁流变阻尼器与空间结构杆件组合形成智能空间结构,具有良好的振动抑制作用,对结构节点的位移和速度都有很好的控制效果。以控制下顶点竖向最大位移和无控制下顶点竖向最大位移的比值作为控制效果评价标准,研究发现随着磁流变阻尼器最大阻尼力的增大,控制效果的增加越来越不明显。     

气动人工肌肉仿生行走机构模糊PID控制

以DMSP型人工气动肌腱为履带式工程车辆行走机构的缓冲执行器,建立四自由度行走机构主动缓冲减振模型;以白噪声模拟路面输入,采用模糊PID控制对仿生行走机构的减振特性进行研究.并以悬架加速度和位移的最大值、最小值、标准差3项指标进行对比分析.仿真结果表明,在选定的3种工况下,DMSP型人工气动肌腱缓冲仿生行走机构可显著减小路面激励对悬架的振动冲击,提高了整车的减振性能.     

基于联合仿真的主动油气悬架工程车平顺性研究

以W4-60C型轮式挖掘机为研究对象,利用ADAMS／Car软件建立了机械模型,在Marlab／Simulink环境中设计了PID与自适应模糊PID控制系统,将设计的主动控制系统与建立的机械模型进行车辆平顺性的联合仿真,通过实验发现主动控制方法能实现车辆平顺性的提升,并且自适应模糊PID控制效果更好,展现了联合仿真技术的互补性和主动油气悬架的优越性,为车辆的进一步开发与设计提供依据。     

全路面起重机互连式油气悬架机构输出特性分析

为研究悬架组的动力学特性,针对某大吨位全路面起重机,介绍其单桥上互连式双气室油气悬架的结构和原理,建立单桥动力学模型和液压模型,并采用AMEsim建立仿真模型。分析在连续振动路面和冲击作用路面2种典型工况下,车身垂直方向的位移、速度和加速度的输出特性曲线,并对悬架的减振性能进行评价。结果表明:此油气悬架系统具有非线性变刚度、变阻尼的特点,可满足大吨位全路面车辆的减振要求。