1.一种车辆主动悬挂系统的耗散性能控制方法,其特征在于,包括:步骤A:分析1/4车辆主动悬挂系统的动力学特性,选取合适的状态变量,定义系统状态信号,获取1/4车辆主动悬挂系统的状态空间表达式;
步骤B:考虑簧上质量和簧下质量的不确定性,利用多面体不确定性方法,根据步骤A中获取的1/4车辆主动悬挂系统状态空间表达式,建立不确定1/4车辆主动悬挂系统状态方程;
步骤C:利用事件触发机制来调度向控制算法传输系统状态信号的传输频率;
步骤D:利用滑模控制方法设计控制算法,控制算法的输入信号是系统状态信号,控制算法的输出信号是制动器的作用力,并分析不确定1/4车辆主动悬挂系统的稳定性和耗散性能;
步骤E:通过设计的控制算法实现对1/4车辆主动悬挂系统的控制。
2.如权利要求1所述的一种车辆主动悬挂系统的耗散性能控制方法,其特征在于,步骤A中,获取1/4车辆主动悬挂系统的状态空间表达式的具体方法如下:根据牛顿定律,描述1/4车辆主动悬挂系统的动态特性为:其中Ms为簧上质量,Mu为簧下质量,ks为悬挂刚度,kt为轮胎刚度,cs为悬挂阻尼,ct为轮胎阻尼,zs为簧上质量位移,zu为簧下质量位移,zr为地面输入位移,u(t)为设计的作用力;
定义以下状态变量:
其中x1(t)的物理意义是悬挂挠度,x2(t)的物理意义是轮胎挠度,x3(t)和x4(t)的物理意义分别是悬挂和轮胎在竖直方向上的变化速度,ω(t)的物理意义是路面的干扰输入。定义系统状态信号 右角标符号“T”表示矩阵的转置,得到如下的1/4车辆主动悬挂系统的状态空间表达式:其中
首先选取簧上的垂直加速度 为设计控制方案效果的测量输出,另外考虑1/4车辆主动悬挂系统在物理结构上有两个限制:悬挂系统在运行中不能触及悬挂行程上限,即:|zs(t)‑zu(t)|≤zmax,其中zmax为已知的最大悬挂垂直位移;
行驶中的动态轮胎负荷要小于静态轮胎负荷,即:kt[zu(t)‑zr(t)]≤(Ms+Mu)g,g为重力加速度;
根据以上两个限制,定义测量输出为:最终,1/4车辆主动悬挂系统的状态空间表达式为:其中||f(t,η(t))||≤μ||η(t)||为已知范数有界的控制器非线性扰动,μ为已知范数上界,另有:
3.如权利要求1所述的一种车辆主动悬挂系统的耗散性能控制方法,其特征在于,所述步骤B中,建立不确定1/4车辆主动悬挂系统状态方程的具体方法如下:假设簧上质量 簧下质量 Ms, Mu和 分别为最小和最大簧上质量,最小和最大簧下质量,使用四顶点多面体不确定系统对该不确定车辆主动悬挂系统进行建模,得到四个多面体顶点θ1,θ2,θ3,θ4的坐标为:和
定义Πi=[Ai ,B1i,B2i ,C1i,Di,C2i],得到对应的矩阵多面体顶点不确定1/4车辆主动悬挂系统的状态方程可以表示为:其中参数Υ取值于一个凸有界多面体区域Υ∈Δ=Co{Υ1,Υ2,…,Υr},Co{Υ1,Υ2,…,Υr}表示由Υ1,Υ2,…,Υr组成的凸包,r为多面体顶点的个数;
最终得到不确定1/4车辆主动悬挂系统的状态方程的系统矩阵满足下列条件:
4.如权利要求1所述的一种车辆主动悬挂系统的耗散性能控制方法,其特征在于,步骤C中,利用事件触发机制来调度向控制算法传输系统状态信号的传输频率的具体方法如下:事件触发机制的触发点的选取满足以下规则:T T
tk+1ψ=tkψ+minm≥1{mψ|[η(tkψ+mψ)‑η(tkψ)]Φ[η(tkψ+mψ)‑η(tkψ)]>δη(tkψ)Φη(tkψ)}其中 代表传输的最新数据η(t),k为触发的次数,ψ为采样时间,Φ>0为事件触发的权重矩阵,δ>0为给定的容许参数;
由于事件触发机制中的时延现象,在时刻tψk 产生的信号η(tkψ)会在 时到达零阶保持器, 为第k个触发时刻的时延, 和分别为最小和最大时延;
将时间间隔[ik,ik+1)划分成子集合 其中将时延函数d(t)和误差函数e(t)通过如下方式表达:最终得到:
悬挂系统的状态信号η(t)在经过事件触发机制调度后会变成η(tkψ),且有形式η(tkψ)=e(t)+η(t‑d(t))。
5.如权利要求1所述的一种车辆主动悬挂系统的耗散性能控制方法,其特征在于,步骤D中,利用滑模控制方法设计控制算法并分析不确定1/4车辆主动悬挂系统的稳定性和耗散性能的具体方法如下:
根据滑模控制方法,建立等效控制律,并基于事件触发机制,调整等效控制律;
将等效控制律代入不确定1/4车辆主动悬挂系统的状态方程中,得到不确定1/4车辆主动悬挂系统的滑模动态方程;
根据李雅普诺夫方法验证不确定1/4车辆主动悬挂系统的稳定性,并计算控制器增益K;
根据滑模控制原理,设计最终的滑模控制器。
6.如权利要求5所述的一种车辆主动悬挂系统的耗散性能控制方法,其特征在于,建立等效控制律并调整等效控制律的方法如下:构造滑模面s(t):
其中G为滑模面矩阵,并满足GB1(Υ)为非奇异矩阵,GB2(Υ)=0;K为待设计的控制器增益;
当系统轨迹到达滑模面后,满足条件 得出等效控制律ueq(t)=Kη(t)‑f(t,η(t));
在事件触发机制下,等效控制律调整为:ueq(t)=Kη(tkψ)‑f(t,η(t))=K[e(t)+η(t‑d(t))]‑f(t,η(t))。
7.如权利要求5所述的一种车辆主动悬挂系统的耗散性能控制方法,其特征在于,不确定1/4车辆主动悬挂系统的滑模动态方程的计算方法如下:将等效控制律代入不确定1/4车辆主动悬挂系统的状态方程中,得到不确定1/4车辆主动悬挂系统的滑模动态方程为:
。
8.如权利要求5所述的一种车辆主动悬挂系统的耗散性能控制方法,其特征在于,根据李雅普诺夫方法验证不确定1/4车辆主动悬挂系统的稳定性和耗散性并计算控制器增益K的方法如下:
对于给定的参数γ>0,δ>0,ξ>0,ε>0, 果存在正定矩阵和矩阵 使得下面的线性矩阵不等式成立,则不确定1/4车辆主动悬挂系统是渐近稳定的并满足耗散性能指标γ:其中
具体增益矩阵的计算方式为
9.如权利要求5所述的一种车辆主动悬挂系统的耗散性能控制方法,其特征在于,根据滑模控制原理,设计最终的滑模控制器。对于已知的范数上界μ和前面计算出的控制器增益K,得到滑模控制律为:
u(t)=Kη(tkψ)‑π(t)sgn(s(t)),t∈[ik,ik+1)其中π(t)=υ+μ||η(t)||;μ为非线性扰动f(t,η(t))的已知范数上界;υ>0为已知的标量。
10.一种车辆主动悬挂系统的耗散性能控制装置,其特征在于,其设置用于实施权利要求1‑9任一所述的车辆主动悬挂系统的耗散性能控制方法。