行驶动力学建模、仿真及主动悬架控制器设计
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录
1. 计算机仿真系统模型的建立 .......................................................... - 1 -
2. LOG控制器设计 .............................................................................. - 2 -
3. 计算实例........................................................................................... - 3 -
4. MATLAB仿真过程.......................................................................... - 4 -
5. 半车模型建模及仿真 ...................................................................... - 8 -
5.1随机线性最优控制 ................................................................... - 9 -
5.2预瞄控制 ................................................................................. - 11 -
5.3结果比较 ................................................................................. - 12 -
以单轮车辆模型为例，介绍行驶动力学计算机建模、仿真分析以及利用线性二次最优控制理论进行主动悬架LQG 控制器设计过程。
1. 计算机仿真系统模型的建立
根据图7所示的主动悬架单轮车辆模型，运用牛顿运动定律，建立系统的运动方程，即： ()
b b a s b w m x U K x x =--&& （4）
()()
w w a s b w t w g m x U K x x K x X =-+---&& （5）
这里，采用一个滤波白噪声作为路面输入模型，即：
00()2()2()
g g x t f x t G uw t ππ=-+&& （6）
式中，xg 为路面垂向位移（m ）；G0为路面不平度系数（m3/cycle ）；u 为车辆前进速度（m/s ）；w 为数字期望为零的高斯白噪声；f0为下截止频率（Hz ）。
图7 单轮车辆模型 结合式（4）、式（5）和式（6），将系统运动方程和路面输入方程写成矩阵形式，即得出系统的空间状态方程：
X AX BU FW =++&
（7）
式中，
()
T
b w b w g X x x x x x =&&，为系统状态矢量；W=（w （t ）），为高斯白噪声输入矩
阵；U=（Ua （t ）），为输入控制矩阵；
0000
00100000100000
2s
s b b s t s
a w w
w K K m m K K K K m m m A f π⎡⎤-⎢⎥⎢⎥⎢--⎥⎢⎥=⎢
⎥⎢⎥
⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦；11000b w m m B ⎡⎤⎢⎥⎢⎥
⎢⎥
-⎢⎥=⎢
⎥⎢⎥⎢⎥
⎢⎥
⎢⎥⎣⎦
；0
0002F ⎡⎤
⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎢⎣
2. LOG 控制器设计
车辆悬架设计中的主要指标包括：①代表轮胎接地性的轮胎动载荷；②代表轮胎舒适性
的车身垂向振动加速度；③影响车身姿态且与轮胎布置有关的悬架动行程。因此，LQG 控制器设计中的性能指标J 即为轮胎动位移、悬架动行程和车身垂向振动加速度的加权平方和在时域T 内的积分值，其表达式为：
222
1230
1lim {[()()][()()]()}T
w g b w b t
T J q x t x t q x t x t q x t d T →∞=-+-+⎰&& （8）
式中，q1、q2和q3分别为轮胎动位移、悬架动行程和车身垂向振动加速度的加权系数。加权系数的选取决定了设计者对悬架性能的倾向，如对车身垂向振动加速度项选择较大的权值，则考虑更多的是提高车辆操纵稳定性。为方便起见，这里取车身垂向振动加速度的加权值q3=1。 将性能指标J 的表达式（8）改写成矩阵形式，即：
1
lim (2)T
T T T t
T J X QX U RU X NU d T →∞=++⎰ （9）
式中，
2
2
222
2
2
2
21212
2
1
1000000000000
00000
s s b
b s s b b
K K q q m m Q K K q q q q m m q q ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+--⎢⎥=⎢
⎥⎢⎥⎢⎥--++-⎢⎥⎢⎥-⎣
⎦
；2
1b R m =；
000a s N K K ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥
=-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 当车辆参数值和加权系数值确定后，最优控制反馈增益矩阵可有黎卡提（Riccati ）方程
求出，其形式如下：
1()()0T T T
PA A P PB N R B P N Q -+-+++= （10） 最优反馈控制增益矩阵T T
K B P N =+，由车辆参数和加权系数决定。根据任意时刻的