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专利号: 2024107918338
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种针对电液执行器主动悬架的自适应滑模导纳控制方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1,建立具有电液执行器的二自由度主动悬架模型;

步骤2,将电液执行器虚拟为柔性执行器,设计具有力跟踪性能的导纳控制器;具体包括以下内容:将电液执行器虚拟为柔性执行器,并设置虚拟导纳参数来调节电液执行器的刚度和阻尼;为了提高输出力跟踪效果,引入广义阻抗公式来描述电液执行器输出力与电液执行器位移的动态关系,如式(2)所示:式中,zr为电液执行器的垂向参考轨迹,zd为电液执行器的垂向期望柔顺轨迹,Fd为电液执行器的期望输出力,Bd为期望的虚拟阻尼系数,Kd为期望的虚拟刚度系数,Kf为广义力跟踪参数;

假设系统采样时间T是很小的常数,则一阶离散化公式为:对式(2)进行离散变换得到式(4),其中最终得到具有柔顺效应的单轮电液执行器位置指令,如式(5)所示:步骤3,建立电液执行器位置跟踪离散控制模型,设计离散滑模控制器;

步骤4,设计自适应卡尔曼观测器,并结合离散滑模控制器,设计自适应离散滑模控制器,同时分析其稳定性;具体包括以下内容:由于趋近律的存在,滑模控制理论上能够对外部扰动具有鲁棒,但是不能完全补偿,并且考虑到执行器输出具有随机噪声,因此设计了自适应卡尔曼观测器作为扰动观测器;

为了设计自适应卡尔曼观测器,将d(k)定义为扩展状态,令h(k)=d(k+1)‑d(k),当采样时间很小时,总扰动在相隔两个采样时间内变化很小,即 则增广状态方程为:设计如式(14)所示具有遗忘因子的类卡尔曼扩展状态观测器:式中, 和 分别为x1(k)、x2(k)和d(k)的估计值,λ是可调节的因子,观测器的观测误差指数收敛于一个邻域,通过选择合适的参数λ能够调节收敛速度;

根据式(8)得到:

s(k+1)=c1e1(k+1)+e2(k+1) (16)结合式(16)与式(12)得到:

定义观测器误差 假设观测器的观测误差是有界的,且满足则有:

令 考虑以下四种情况:

情况一,当s(k)>εs>0时:

结合式(19)和(20)得到:

2 2 2

s(k+1) ‑s(k) <‑0.25(εT) (21)情况二,当s(k)<‑εs<0时:

2 2 2

同理,满足s(k+1) ‑s(k) <‑0.25(εT)情况三,当εs>s(k)>0时:

并且存在

结合式(23)以及式(24)得到‑εs<s(k+1)<εs即|s(k+1)|<εs情况四,当‑εs<s(k)<0时,同理得到|s(k+1)|<εs综合以上四种情况,表明自适应离散滑模控制器能够在有限的步数之内到达准滑模动态,且到达滑模带以后不会分离;

步骤5,将步骤2得到的导纳控制器作为外环,步骤4得到的自适应离散滑模控制器作为内环,得到自适应滑模导纳控制器,将自适应滑模导纳控制器扩展应用于轮式工程车辆。

2.根据权利要求1所述的一种针对电液执行器主动悬架的自适应滑模导纳控制方法,其特征在于:在步骤1中,建立的单个车轮对应的二自由度主动悬架模型:式中,ms为簧上质量,mu为簧下质量,zs为簧上质量垂向位移,zu为簧下质量垂向位移,Fu为电液执行器主动输出力,kt为轮胎的刚度系数,bt为轮胎的阻尼系数,zq为路面输入,Ff为电液执行器油缸内部未建模摩擦力, 表示车轮动态轮胎力。

3.根据权利要求1所述的一种针对电液执行器主动悬架的自适应滑模导纳控制方法,其特征在于:在步骤3中,具体包括以下内容:首先令 建立二阶电液执行器位置跟踪模型,如式(6)所示:式中,n为测量噪声;b0为控制器u的线性增益,d为扰动集合;

根据欧拉离散方法得到离散化模型,如式(7)所示:式中,y(k)为带有随机噪声n(k)的输出信号;

定义如下离散滑模函数:

s(k)=c1e1(k)+e2(k) (8)式中,e1(k)=xd1(k)‑x1(k),e2(k)=xd2(k)‑x2(k);

设计滑模趋近律来驱动系统到达滑模面,滑模趋近律如式(9)所示:Δs(k)=s(k+1)‑s(k)=‑εTsgn(s(k)) (9)结合式(8)和式(9)得到:

s(k+1)=s(k)‑εTsgn(s(k)) (10)最后得到离散滑模控制律,如式(12)所示:式中, 为扰动集合d(k)的估计值。

4.根据权利要求1所述的一种针对电液执行器主动悬架的自适应滑模导纳控制方法,其特征在于:在步骤5中,具体包括以下内容:以轮式工程车辆各轮所承担簧上静载荷标称值作为各电液执行器期望输出力进行力跟踪导纳控制,即Fdi=msig,i取决于车轮个数;得到自适应滑模导纳控制器控制各电液执行器期望位置指令zdi(k),如式(25)所示:由于电液执行器存在物理限制,因此对计算得到的电液执行器期望轨迹进行限幅处理:式中,zmax为电液执行器物理最大行程值。