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申请/专利权人:燕山大学;徐州重型机械有限公司
摘要:本发明公开了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,属于轮式工程车辆电液执行器主动悬架技术领域,包括建立具有电液执行器的二自由度主动悬架模型;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;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;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;将导纳控制器作为外环,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。本发明可以减少轮式工程车辆在不平路面上的车辆动载荷,同时使车辆保持较好的行驶平顺性。
主权项: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dk定义为扩展状态,令hk=dk+1-dk,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x1k、x2k和dk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:sk+1=c1e1k+1+e2k+116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sk>εs>0时: 结合式19和20得到:sk+12-sk2<-0.25εT221情况二,当sk<-εs<0时: 同理,满足sk+12-sk2<-0.25εT2情况三,当εs>sk>0时: 并且存在 结合式23以及式24得到-εs<sk+1<εs即|sk+1|<εs情况四,当-εs<sk<0时,同理得到|sk+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。
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